第四章--控制系统VIP

,大港油田井下教培中心制作,第五章防喷器控制装置,第五章控制系统,控制系统的作用,控制系统的组成,控制系统的类型,控制系统的型号及参数,控制系统的基本工作原理,FKQ4005A型控制系统介绍,控制装置现场调试,常见故障与排除方法,平时用来制备和储存液压油，当需要时使控制对象（防喷器）开关。,作用,控制系统的组成,遥控装置（又叫司钻控制台或叫主控制装置）,蓄能器装置（又叫远程控制台）,连接管汇,有的还安有辅助遥控装置,防喷器控制装置组成示意图,遥控装置图（司钻控制台）,蓄能器装置的外观图,连接管汇图,空气管缆,远程控制台,油软管,空气管缆,司钻控制台,防喷器组,辅助控制台,氮气备用系统,地面防喷器控制装置组成与连接,控制系统的类型,液控液型,气控液型,电控液型,根据换向阀先导方式分,三种控制系统的比较,控制系统名称,适用场合,气控液型,电控液型,液控液型,陆地钻井,陆地钻井,海洋钻井,由于气控液型比液控液型的信号传输快，且安全、经济、无污染，故气控液型的控制系统得到广泛的应用。,控制装置工作原理,1、液压能源的制备、储存与补充如图：油箱里的液压油经进油阀、滤清器进入电泵或气泵，电泵或气泵将液压油升压并输入蓄能器储存。蓄能器由若干个钢瓶组成，钢瓶中预充7MPa的氮气。当蓄能器钢瓶中的油压升至21MPa时，电泵或气泵即停止运转。当钢瓶里的油压降低到一定压力时，电泵或气泵即自动启动往钢瓶里补充压力油。这样，蓄能器的钢瓶里将始终维持有所需要的压力油。,三位四通换向阀换向原理,控制系统工作原理,液压油通过泵储能器中储存起来。当需要时，油减压调压阀换向阀关闭腔（开启腔），使防喷器或液动阀关闭（打开）。,FK125-3B控制装置液压原理图,半封,减压阀,三位四通换向阀,压力控制阀,溢流阀,卸压阀,接井口环形防喷器,全封,17.521,10.5,10.5,6.37.7,24,旁通阀,FKQ3204,控制系统的型号,FK,控制对象数量(用数字表示),蓄能器组公称总容积，L；用数字表示,先导控制方式（无先导则空白）,防喷器液压控制系统名称,据石油天燃气工业技术标准SY5053-84的规定,Q-气控；Y-液控；D-电控,标牌,型号说明（以FKQ4005A控制装置为例）,FKQ400-5A第一次改进控制对象数量：5个蓄能器公称总容量：40L10遥控方式：气控地面防喷器控制装置,（以FK1253B控制装置为例）,FK125-3B第二次改进控制对象数量：3个蓄能器公称总容量：25L5地面防喷器控制装置,气控液型控制系统,远程控制台（蓄能器装置）,司钻控制台（遥控装置）,气控液型控制系统介绍,FKQ3204的特点,FKQ3204控制系统的工作过程,FKQ3204型主要部件的结构及工作原理,FKQ3204型控制系统的特点,采用两种动力源-电动泵和气动泵一般情况下用电泵，气泵作为辅助泵。,采用多个柱形储能器，储能器容量较大故可在不启动油泵的情况下，用储存的液压油开关防喷器及液动放喷阀。另外，一旦个别储能器胶囊损坏，不致影响整个系统的正常工作。,泵及储能器工作压力21MPa，常用10.5MPa即高压储备，低压使用，提高了储备能力。,气控液型控制系统工作图,远程控制台（蓄能器装置）中的主要部件,电泵,气泵,储能器,三位四换向阀,旁通阀,减压阀,安全阀（溢流阀）,压力继电器（自动液电开关）,压力继气器（自动液气开关）,压力传感器,电泵位置图,电泵结构、工作原理,工作原理,利用曲柄连杆机构，将电机的旋转运动变为柱塞的往复运动，使液缸发生或大或小的变化，从而进行吸、排油的。,电泵使用时的注意事项,电泵电源应有专线连接，接在井场电源开关的前方,电泵的补油工作应降压启动（降到17.5或16MPa),压力继电器调定：上限21MPa下限17.5MPa,电源电压为380V,马达的旋向为逆向旋转,盘根压帽不能太紧，一般情况允许盘根处漏5-10滴/min,气泵位置、外观图,气泵使用时的注意事项,气泵的耗气量大，当钻机气控系统气源不充裕时，不宜使气泵长期自动运转。通常关闭气泵进气阀，停泵备用。,气泵换向机构中的滑块易卡死，应保持压缩空气的洁净与低含水量。,气路上装有油雾器，当压缩空气进入气缸前流经油雾器时，有少量润滑油化为雾状混入气流中，以润滑气缸与活塞。,气泵的油缸上方装有密封盘根，当漏油时可调节盘根压帽，盘根压帽不宜压得过紧，不漏即可。,储能器的位置图,储能器的作用,储存足够数量的高压油，为防喷器装置提供可靠的能源。,储能器的结构工作原理,利用储能器胶囊中气体的压缩、膨胀来储存和释放能量的。,储能器的技术规范,1、单瓶的公称容积：25、40、80升,2、瓶中胶囊里充氮气，充气压力：70.7MPa,3、额定工作压力：21MPa,5、单瓶理论充油量：27升(L),6、单瓶理论有效排油量：20升(L),4、钢瓶设计压力：32MPa,7、单瓶实际有效排油量：约17升(L),储能器使用时的注意事项,胶囊中只能充氮气，不能充空气，绝对不能充氧气。,充氮气时，卸掉钢瓶中的油压，在无油压的条件下充氮气，否则不能达到目的。,每月对胶囊中的氮气压力检测一次。检测时使用专用充氮测量工具。,充氮操作旋开钢瓶上部的护帽，卸下充气阀螺帽，将充氮工具的针阀与胶囊充气嘴相接，顺时旋转针阀将充气阀压开，充氮压力表显示氮气压力，若表压显示70.7MPa则表明该瓶氮气压力充足，则可逆时旋转针阀使充气阀关闭，打开充氮工具放气阀放掉余气；.,控制装置主要部件,现场无充氮测量工具时，氮气压力的检测,采用往储能器里充油升压的方法检测胶囊中氮气预充压力。,1、卸压：打开卸压阀使储能器压力油流回油箱，关闭卸压阀。,2、启动电泵打压,3、打压时注意储能器压力表的变化情况。开始油压未达到氮气预充压力时，储能器压力表升压很快，当油压超过氮气预充压力时，压力油进入钢瓶，储能器压力表升压变慢。压力表由快变慢的转折点即为胶囊预充氮气的预充压力。,三位四通换向阀的位置图,三位四通换向阀的作用,控制油流方向，使控制对象开关,三位四通换向阀的结构、工作原理,结构图P56,用手或气使手柄带动阀芯转一定角度，连通不同的孔道，使油流方向发生变化，从而使控制对象实现开关。,三位四通换向阀手动时的工况图,左位,右位,中位,三位四通换向阀气动时的工况图,左位,右位,三位四通换向阀使用时的注意事项,操作时手柄应搬到位,不能在手柄上加装锁紧装置,气缸润滑点，应定期打油润滑,超高压操作时不换向,旁通阀的位置图,旁通阀的作用,将泵、储能器与管汇的油路切断或连通,旁通阀的使用,1、平时是处于关闭状态,2、当系统所需压力大于10.5MPa，使此阀处于开位(当闸板被泥浆岩屑粘死,井压过高操作时;当储能器损坏,不能正常供油时),大于10.5时的使用情况,打开旁通阀，高压油绕过减压调压阀，进入闸板防喷器，使控制对象开关。,打开旁通阀；关储能器截止阀；停电泵；开气泵旁通阀；开气泵进气阀用气泵打压。,1、系统压力=21MPa时：,2、系统压力21MPa时：,从超高压状态（21MPa）转为常压工作状态（10.5MPa）,关气泵旁通阀,关气泵进气阀,开泄压阀到10.5MPa关闭,关旁通阀,开储能器截止阀,气旁通阀位置图,泄荷阀位置图,旁通阀的位置图,储能器截止阀位置图,减压阀的位置图,减压阀的作用,1、满足环形防喷器对不同液控压力的要求。,2、强行起下钻时稳压。,3、高压储备，低压使用，提高了储备能力。,减压阀的结构、工作原理,利用高压油通过阀口缝隙时产生局部压力损失的特性，来节流降压。,技校书P60,减压阀的使用调试,1、调压时有滞后现象，二次油压不随手柄的调节呈连续变化，要求阶跳21MPa，气路关，气泵停当液压力21MPa，气路通，气泵开,3、带载工作，带载启动,压力继气器的调压过程,压力传感器（压力变送器）工作位置图,压力传感器的作用,把蓄能器装置（远程台）上储能器、管汇、环形防喷器上高压的液压能转为低压的气压值，传到司钻台供仪表显示。,压力变送器的结构、工作原理,当测量信号（液压油）作用于波登管时，产生一个测量力。这个力使主杠杆绕支点膜片旋转，使喷嘴与挡板间的距离变小，导致放大器输出压力上升，这个压力又进入反馈波登管，产生反馈力推动主杠杆向相反的方向转动，当反馈力矩和测量力矩相等时，主杠杆就稳定在一个平衡位置上，这时放大器就输出与测量压力成比例的气压信号。,P65孙,压力变送器使用时的注意事项,输入气压：0.14MPa,变送器的喷嘴直径为1mm，恒节流孔导管孔径0.25mm，流通孔道小，因此对输入的压缩空气要求较为严格，所输入气流应洁净，无水、无油、无尘。,气源总阀,三位四通空气换向转阀,三位四通空气换向滑阀,遥控装置上（司控台）各阀件介绍,气源总阀图,气源总阀的作用,控制气源的通断,结构、工作原理,将手柄按下，使之旋动45。，此时凸轮、碰头推下顶杆，将胶垫压开，进气路与出气路接通。当松开手柄时，在弹簧力的作用下手柄复位，进气路与出气路又被切断。,P70,操作,要想遥控装置上有气，必须一直按下手柄。,三位四通气转阀图,三位四通气转阀的作用,在司钻台上控制远程台的三位四通换向阀，以达到遥控防喷器的目的。,结构、工作原理,当手柄向左转动45。时；,当手柄处“中位”时；,当手柄向右转动45。时；,操作,操作之前看标志牌：若需开，此时将手柄搬向相应的位置开位，时间超过5秒钟，松开手柄，该阀自动回中位；若需关，此时将手柄搬向关位，时间超过5秒钟，松开手柄，该阀自动回中位。,三位四通气滑阀作用,在司钻台上控制远程台的三位四通换向阀，以达到遥控防喷器的目的。,结构、工作原理,平时，在弹簧力的作用下，滑阀手柄处于中位，P口与出气口A、B不通，出气口A、B则通过O口与大气相通。,手柄处于左位时,手柄处于右位时,操作,操作之前看标志牌：若需开，此时将手柄搬向相应的位置开位，时间超过5秒钟，松开手柄，该阀自动回中位；若需关，此时将手柄搬向关位，时间超过5秒钟，松开手柄，该阀自动回中位。,在遥控装置上如何控制井口防喷器的关、开,2、右手搬动相应的三位四通气阀的手柄，使其处于关位。（此时气体通过管线，进入蓄能器装置上相应气缸，气缸活塞杆带动三位四通换向阀的手柄转动，蓄能器中的液压油经过减压后，通过换向阀，进入防喷器的关闭腔，推动活塞、活塞杆、闸板向井口方向移动，实现关井的目的。）,3、右手搬动相应的三位四通气阀的手柄，使其处于开位。（此时气体通过管线，进入蓄能器装置上相应气缸，气缸活塞杆带动三位四通换向阀的手柄转动，蓄能器中的液压油经过减压后，通过换向阀，进入防喷器的开启腔，推动活塞、活塞杆、闸板向远离井口方向移动，实现开井的目的。）,1、左手搬动气源总阀的手柄，使其处于开位,现场安装及调试,（一）安装：1、带保护房吊装远程控制台时，须用四根钢丝绳套于底座的四脚起吊，起吊时请注意吊装平稳。吊装司钻控制台或管排架时均应将钢丝绳穿过或钩住吊环起吊。2、油管的连接建议由防喷器本体开始，依次连接管路，这样做既可以使管线摆放整齐，也易于调整走向，不致返工。此外，所有油、气管线在安装前都应当用压缩空气吹扫干净，这一点务请引起充分重视。,远程控制台底座槽钢的上方，对应于每根油管均焊有“O”或“C”的字符。“O”意为“开”（OPEN）、“C”意为“关”（CLOSE）。因此，连接管路时既要按远程控制台上转阀标牌所示全封、半封、环形、放喷等对应连接，又要注意标有“O”或“C”的管路须与防喷器本体的“开”或“关”油口一致。,3.电源连接：电源应为380V、50HZ的交流电。应当按照有关电气规程，将电控箱的地线端子可靠接地，避免发生人身事故。接线前，将远程控制台上电控箱的电源开关断开（停止位置），以防止通电后电机立刻启动而发生事故。,（二）调试,空负荷运转试验空负荷运转是使泵组在油压几乎等于零的工况下运转，目的是疏通油路，排除管路中空气，检查电泵、气泵空载运行情况。1、逐个预充或检查蓄能器的氮气压力，压力值应为70.7MPa。（1000100psi)，不足时应补充氮气。2、油箱加油：既可由油箱顶部的加油口加入，也可由电动油泵吸油口用吸油管开泵加油。加油量应控制在油箱最上面油标上的中间位置。每周检查一次油箱内油量。一个作业周期后，检查油液，若油液浑浊，则需重新更换油液。,环境温度在0以上时，使用YA-N32普通液压油或适宜的代用油。环境温度在0以下时，使用YC-N32普通液压油或适宜的代用油。(一般我们用20号液压油）3.电泵曲轴箱、链条箱注CC级15w/40号机油，要达到油标尺的高度.,4.打开蓄能器隔离阀（高压球阀），打开控制管汇上的卸荷阀，打开电泵（气泵）的进油阀，各三位四通转阀手柄扳至“中”位，旁通阀在“开”位。5.打开电源开关，手动启动电动机，然后立即停止转动。电机缓慢停止时观察其转向是否与链条护罩上方的箭头所指方向一致，不一致时要调换电源线相位。,空负荷运转的具体操作步骤如下：上述内容做完后，手动启动电泵，检查柱塞密封装置的松紧度；柱塞运动的平稳状况。电泵运转10分钟后手动停泵。开气泵进气阀启动气泵，检查气泵工作是否正常。关闭气泵进气阀，停泵。关闭卸压阀。旁通阀手柄板到关位。,带负荷运转试验,带负荷运转是使泵组在正常油压下运转，目的是检查管路密封情况以及部件的技术指标：1.电动油泵启停试验开关转到“自动”位置，电动油泵空载运转10分钟后，关闭控制管汇上的卸荷阀，使蓄能器压力升到21MPa(3000psi),此时应能自动停泵。（不能自停时可将电控箱的开关转到“手动止”位置，使泵停止运转。）稳压15分钟，检查管路的密封情况，蓄能器表压压降不超过0.5MPa为合格。,调试,逐渐打开卸荷阀，使系统缓慢卸载，油压降至于17.5MPa(2500psi)左右时，电动油泵应能自动启动。在上述过程中检查并调整压力控制器，如果开启和关闭压力不对，要重新调整，直到电动油泵能正确地自动停止和启动。还应观察远程控制台上各接头等处是否有渗透、漏油现象，如有渗漏现象应维修。,调试,2.手动油泵试验如果系统装有手动油泵，应关闭管路上的蓄能器隔离阀，打开控制管汇的旁通阀，摇动手动油泵手柄，观察管汇压力是否上升。手动油泵手柄摇动较困难时，请将手动油泵上的截止阀打开，使手动油泵单缸工作，继续升压。,调试,3.调整减压阀在上述升压过程中，观察管汇或环形控制回路的减压阀的出口压力值是否为10.5MPa(1500psi)，不符合时进行调节。,调试,4.换向试验蓄能器压力升至2MPa(300psi),控制管汇上的旁通阀置“关”位，在远程控制台操作三位四通阀进行换向，观察阀的“开关”、“关”动作是否防喷或放喷阀的实际动作一致。不一致时应检查管线连接是否有误。,调试,5.溢流阀试验低压溢流阀试验：关闭管路上的蓄能器隔离阀，三位四通转阀转到中位，电控箱上的主令开关扳至”手动“位置，启动电动油泵，蓄能器压力升至24MPa(3300psi)左右。观察电动油泵出口的溢流阀是否能全开溢流。全开溢流后，将开关扳至“停止”位置，停止电动油泵，溢流阀应在不低于17.5MPa(2500psi)时完全关闭。,调试,6.检查油箱液面高度若在上述调整过程中漏油过多造成油箱液面过低时应补充油液，但不宜补充过多，以防蓄能器组泄压时，全部油液返回油箱时溢出油箱。,控制装置正常工作时的工况1、远程台(1)、阀的开关状态：电源空气开关合上；电控箱旋钮旋至自动位；泄压阀、液旁通阀、气旁通阀、气泵进气阀处于关闭状态；换向阀手柄与所控制的防喷器开关状态一致；气动调压阀的三通旋塞扳向上方；其余阀处于开位。,控制装置的使用,(2)、压力表显示状况：蓄能器压力表为17.5-21MPa；环形和汇管压力表为10.5MPa；气源压力表为0.65-0.8MPa；(3)、压力继电器上限为21MPa，下限为17.5MPa；(4)、油箱中余油高于下部油位计下限；,（1）正常情况下，所有防喷器处于打开状态，液动闸阀8号阀处于关闭状态。不得乱动。（2）一般情况下，泄压阀、液气旁通阀、气泵进气阀处于关闭状态，其余阀处于开启状态。若汇管压力需超过21MPa，则关掉蓄能器截止阀，打开液、气旁通阀及气泵进气阀、将所要开(关)的闸板控制换向阀处于开(关)位。闸板防喷器开关到位后要泄掉高压。,控制装置的正确使用与管理,（4）液压油不允许用燃料油代替，采用20号机械油或22号汽轮机油(透平油)。（5）电控箱的旋钮应常处于自动位置，以便及时向蓄能器补充油液；,（6）电泵启动时，油压应低于17.5MPa；（7）曲轴箱、链条箱注入20号机械油，并经常检查油标高度及时补充。半年换油一次；（8）柱塞密封装置中的密封圈松紧应适度，不可压得过紧；（9）压力继电器上限调定为21MPa，下限为17.5MPa。,（10）检查胶囊内的氮气或充氮时，应做到泄掉钢瓶内的液压油(否则，检查到的压力为油压力)；旋开钢瓶上部的护帽，卸下充气阀螺帽，将充氮工具的针阀与胶囊充气嘴相接，顺时旋转针阀将充气阀压开，充氮压力表显示氮气压力，若表压显示70.7MPa则表明该瓶氮气压力充足，则可逆时旋转针阀使充气阀关闭，打开充氮工具放气阀放掉余气；,（11）调节手动调压阀时，顺时针旋转手轮为二次油压升高，逆时针旋转手轮二次油压降低。正常情况下，二次油压为10.5MPa。（12）调压阀在调节时有滞后现象，二次油压不随手轮的调节产生连续变化，而呈阶梯性跳跃，其最大跳跃值允许为3MPa，调压时慢扳手轮后停一会，压力变动不够，再一次慢扳手柄，稍等片刻，若不够再调至二次压力为止。,（13)操作三位四通手柄时应扳动到位；不能在手柄上加装其它锁紧装置。（14)三位四通转阀旁的二位气缸两端各有黄油嘴和机油杯，可每周注一次黄油和机油。,维护保养,1.各滤油器及油箱顶部加油口内的滤网，每次上井使用后应当拆检，取出滤网，认真清洗，严防污物堵塞；2.气源处理元件中的分水滤气器，每天打开下端的放水阀一次，将积存于杯子内的污水放掉。每两周取下过滤杯与存水杯清洗一次，清洗时用汽油等矿物油滤净，压缩空气吹干，勿用丙酮、甲苯等溶液清洗，以免损坏杯子。3.气源处理元件中的油雾器：每天检查其杯中的液面一次，注意及时补充与更换润滑油（N32号机油或其他适宜油品），发现滴油不畅时应拆开清洗。,维护保养,4.定期检查蓄能器预充氮气的压力，最初使用时每周检查一次氮气压力，以后在正常使用过程中每月检查一次，氮气压力不足6.3MPa(900psi)时应及时补充。检查氮气压力必须在蓄能器瓶完全泄压的情况下进行。可利用蓄能器底部带泄荷的球阀卸压。5.控制装置远距离运输时，建议将蓄能器内的氮气放到只剩1MPa(140psi)左右，以免运输中发生意外。6.随时检查油箱液面，定期打开油箱底部的丝堵放水，检查箱底有无泥沙，必要时清洗箱底。,维护保养,7.定期检查电动油泵、气动油泵或手动油泵的密封盘根，盘根不宜过紧，只要不明显漏油即可，遇有盘根损坏时应予更换。8.拆卸管线时，应注意勿将快速接头的形密封圈丢失。拆卸后，这些密封圈应分别收集到一起，妥善保管。9.经常擦拭远程控制台、司钻控制台表面，保持清洁，注意勿将各种标牌碰掉。10.每钻完一口井后，应对压力表进行一次校验。,润滑须知,1.每周一次用油枪向转阀空气缸的二个油嘴加注适量润滑脂。2.每周一次检查油雾器的润滑油，不足时应补充适量N32号机械油或其他适宜油品。3.每月一次检查电动油泵曲轴箱润滑油液位，不足时补充适量N32号机械机械油或其他适宜油品。4.每月一次拆下链条护罩，检查润滑油情况，不足时补充N32号机械油或其他适宜油品。,七、故障与排除,1.控制装置运行时有噪音：原因：系统油液中混有气体。措施：空运转、循环排气。检查蓄能器胶囊有无破裂，及时更换。2.电动机不能启动原因：电源参数不符合要求。措施：检修电路。原因：电控箱内电器元件损坏、失灵，或熔断器烧毁。措施：检修电控箱，或更换熔断器。,故障与排除,3.电动油泵启动后系统不升压或升压太慢，泵运转时声音不正常。原因：油箱液面太低，泵吸空。措施：补充油液。原因：吸油口闸阀未打开，或者吸油口滤油器堵塞。措施：检查管路，打开闸阀、清洗滤油器。原因：控制管汇上的卸荷阀未关闭。措施：关闭卸荷阀。原因：电动油泵故障。措施：检修油泵。,故障与排除,4.电动油泵不能自动停止运行原因：压力控制器油管或接头处堵塞或有漏油现象。措施：检查压力控制器管路。原因：压力控制器失灵。措施：调整或更换压力控制器。5.减压溢流阀出口压力太高原因：阀内密封环的密封面上垫有污物。措施：旋转调压手轮，使密封盒上下移动数次，以利挤出污物。必要时检修理。,电泵启动后储能器压力表升压很慢,进油阀微开吸入滤清器堵塞油箱油量过少卸压阀微开三位四通换向阀未扳到位管路刺漏电泵柱塞密封盘跟过松或磨损,电泵启动后，储能器不升压,进油阀关死滤清器太脏，堵死油箱油量极少或无油卸压阀全开,储能器升压后油压稳不住压，不断降压,三位四通换向阀受柄未扳到位卸压阀未关死管路油壬、弯头泄露卸压阀、换向阀、安全阀等元件磨损，内部漏油,储能器装置待命工况,1、电源空气开关合上，电控箱旋钮转至自动位。2、装有气源截止阀的