油田注水间机械手智能配注装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种油田注水间机械手智能配注装置及其控制方法，以代替人工巡检方式对注水井的阀门开度进行调节，实现无人值守，并提高调节精度，减少人工和降低劳动强度，保证安全性。该油田注水间机械手智能配注装置包括水平行走机构、垂直升降机构、旋转调节机构及用于控制上述各个机构工作的伺服控制器，所述伺服控制器与注水间的调节控制单元相连；所述旋转调节机构通过垂直升降机构安装于水平行走机构上，旋转调节机构由卡盘及用于驱动卡盘转动的转动驱动机构构成，所述卡盘上间隔设有若干卡爪。本发明专利技术可以在无需人工干预的情况下，根据注水间的监控信息来自动、精确地调节各个阀门的开度，满足注水井的注水需求，有利于提高注水间的自动化程度，降低人工成本。

Intelligent Injection Distribution Device and Control Method of Manipulator in Oilfield Water Injection Room

【技术实现步骤摘要】
油田注水间机械手智能配注装置及其控制方法
本专利技术属于石油开采
，具体涉及到一种油田注水间机械手智能配注装置及其控制方法。
技术介绍
注水是油田开发生产的重要手段，同时也是耗能大户，约占油田总能耗的40％左右，如何合理优化并精细注水具有重大意义。依据地质要求，注水流量误差应在±15％以内，现有油田注水间采用人工调控注水方式，当地下压力与管网压力波动，导致注水井的实际注水量出现变化时无法及时进行调整，另外人工调节水量全凭经验，费时费力，无法在全区间统筹优化调节。另外，人工调控注水工艺要求，当单井注水流量出现变化时，需对该单井所在的整个注水阀组的开启程度同时进行调节，以保证其它单井的瞬时流量不受影响。根据现场工况，单井调节每天多次，而一名工人调节一口单井流量的过程大约在5～10分钟之间，费力耗时，而且配水间调节工作属于高压环境作业，现场人工手动调节存在安全隐患。注水间保持24小时不间断运行，如果配备工人进行全天监控操作，这无疑也会增加人工成本。为解决上述问题，急需一种油田注水间机械手智能配注装置及其控制方法，以提高调节精度，减少人工和降低劳动强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种油田注水间机械手智能配注装置及其控制方法，以代替人工巡检方式对注水井的阀门开度进行自动调节，实现无人值守，并提高调节精度，减少人工和降低劳动强度，保证安全性。本专利技术的油田注水间机械手智能配注装置包括水平行走机构、垂直升降机构、旋转调节机构及用于控制上述各个机构工作的伺服控制器，所述伺服控制器与注水间的调节控制单元相连；所述旋转调节机构通过垂直升降机构安装于水平行走机构上，旋转调节机构由卡盘及用于驱动卡盘转动的转动驱动机构构成，所述卡盘上间隔设有若干卡爪。上述油田注水间机械手智能配注装置的工作原理如下：伺服控制器接收来自注水间调节控制单元的调节指令，并根据该调节指令(包括待调节阀门的位置信息、目标开度信息)来控制各个机构的动作，首先使旋转调节机构移动至待调节阀门的上方，然后再逐渐降低旋转调节机构的高度，使得旋转调节机构的卡爪伸入到待调节阀门处，最后在控制卡盘转动，从而通过卡爪来带动阀门转动，实现调节阀门开度的目的。由于阀门的最大转动角度及量程(即最大开度)都是已知的，阀门的转动角度与阀门的开度成正比，因此只要知晓待调节阀门的目标开度与目前开度的开度差，即可知晓待调节阀门的待转动角度。在上述工作过程中，并不需要人工干预，因此可以减少人工。上述调节指令是注水间的中央控制单元根据各个注水井的压力、流量情况自动生成的，已经广泛应用于油田的生产中，此处不再赘述。具体来说，上述的油田注水间机械手智能配注装置的控制方法包括如下步骤：A、调节控制单元利用设置于每个注水支管上的流量计来获得注水间中各个注水支管的实时流量，并与对应注水支管的设定流量范围的中间值进行比较，得到每个注水支管的实际流量与设定流量范围的中间值的流量差；B、调节控制单元将得到的各个注水支管的流量差进行排序，如果注水支管的流量差的绝对值小于预定值，则在预定时间后，返回A步骤；否则，如果注水支管的流量差同时存在正向流量差和负向流量差，则执行C1步骤：如果注水支管的流量差只存在正向流量差，则执行C2步骤；如果注水支管的流量差只存在负向流量差，则执行C3步骤；C1、利用油田注水间机械手智能配注装置对流量差正向最大的注水支管进行调节，将该注水支管的流量调节到设定流量范围的下限值，并返回A步骤；C2、调节控制单元根据调节优先值的计算公式来计算各个注水支管的调节优先值，并将优先值最大的注水支管的流量调节到其设定流量范围的下限值，并返回A步骤；所述调节优先值的计算公式如下：Ki＝ΔQi/ΔLi，其中Ki为标记为i的注水支管的调节优先值，ΔQi为标记为i的注水支管的流量差的绝对值，ΔLi为当前旋转调节机构与标记为i的注水支管之间的距离，所述i为正整数；C3、调节控制单元向总控制中心发出该注水间主管流量不足的警示信息。从Q＝VS(Q：流量；V：流速；S：截面积)关系式可知，流量与管径及流速均成正比。而流速受决定于管道两端的压力差，压差是管内流体流动的动力，压差大则流速增加，流量亦增多。对于等直径的均匀管道，流量Q与管道两端的压差成正比。注水间注水一般采用一个汇管带有多个注水支管的方式，每个注水支管的注水流量和进出口压力差、阀门开度大小有关系，如果调整某注水支管阀门开度大小，就会影响其他注水支管的压差，进而影响流量变化。在C1步骤中，优先调节流量差正向最大的注水支管，把它调节到设定流量范围的下限，再(回到A步骤)重新计算各个注水支管的流量差值，再优先调节流量差正向最大的注水支管，以此类推。流量差正向的注水支管是实时注水流量高于设定的注水流量，需要把阀门关小，此时其他注水支管的实时注水流量会增大一些，这样，一些负向差值的支线可能不用调节就能够进入到设定流量范围内，简化了油田注水间机械手智能配注装置的动作，并加快了整个注水间的调节速度。在C2步骤中，由于注水支管的流量差只存在正向流量差，因此无论调节哪个注水支管的流量(将该注水支管的流量减小)，都会造成其它注水支管的流量增加，因此只能按照一定的优先度来对注水支管进行调节，本专利技术中对优先度的设定同时考虑了注水支管的流量差，以及当前旋转调节机构与注水支管之间的距离，流量差越大，说明需要调节的紧迫性越高，因此流量差与优先度呈正比；而当前旋转调节机构与注水支管之间的距离越远，说明调节该注水支管所需的时间越久，因此上述距离与优先度呈反比；在此原则下，优先调整的是流量差较大、且距离旋转调节机构较近的注水支管的流量，调整顺序更为合理。每次调节完毕后，油田注水间机械手智能配注装置的旋转调节机构都停留在刚刚调节完的注水支管处，以避免旋转调节机构出现无谓的移动而延缓调节速度。在C3步骤中，由于注水支管的流量差只存在负向流量差，这说明注水间的汇管的流量不足，无论怎样调节，都无法使所有注水支管调节到设定流量范围内，必须将汇管的流量加大才能提高注水支管的流量，而汇管的流量控制在上一级的控制体系中，因此此时必须向总控制中心发出该注水间主管流量不足的警示信息。另外，在所述C3步骤中，调节控制单元在发出警示信息的同时，还根据预先设定的注水支管的重要度排名，将重要度排名最高的一条或者数条注水支管的流量调节至其设定流量范围的下限值，这样可以优先保证较为重要的注水支管的流量符合要求，提高安全性。进一步地，在调节过程中，调节控制单元利用利用设置于每个注水支管上的压力计来获得注水间中各个注水支管的实时压力，如果实时压力超出预定压力范围，则向总控制中心发出该注水间的注水支管存在故障的警示信息。具体来说，实时压力超过预定压力的上限，则表明注水支管或者其对应的注水管线出现了“堵塞”的故障，实时压力低于预定压力的下限，则表明注水支管或者其对应的注水管线出现了“泄露”的故障，这样通过压力的监测，可以实现对注水支管或者其对应的注水管线的故障监测，不仅保护了相关的管路，而且可以避免无意义的调节。进一步地，由于不同阀门的开度不一致，在调节过程中，有时存在卡爪恰好顶在阀门上而无法伸入到阀门的转盘内对阀门进行调节的情形，为解决上述问题，在本专利技术中，所述卡爪为弹性卡爪，弹性卡爪的弹力方向垂直于卡盘，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油田注水间机械手智能配注装置，其特征在于包括水平行走机构、垂直升降机构、旋转调节机构及用于控制上述各个机构工作的伺服控制器，所述伺服控制器与注水间的调节控制单元相连；所述旋转调节机构通过垂直升降机构安装于水平行走机构上，旋转调节机构由卡盘及用于驱动卡盘转动的转动驱动机构构成，所述卡盘上间隔设有若干卡爪。

【技术特征摘要】
1.一种油田注水间机械手智能配注装置，其特征在于包括水平行走机构、垂直升降机构、旋转调节机构及用于控制上述各个机构工作的伺服控制器，所述伺服控制器与注水间的调节控制单元相连；所述旋转调节机构通过垂直升降机构安装于水平行走机构上，旋转调节机构由卡盘及用于驱动卡盘转动的转动驱动机构构成，所述卡盘上间隔设有若干卡爪。2.根据权利要求1所述的油田注水间机械手智能配注装置，其特征在于所述卡爪为弹性卡爪，弹性卡爪的弹力方向垂直于卡盘。3.根据权利要求2所述的油田注水间机械手智能配注装置，其特征在于所述卡爪由套筒、伸缩杆和弹簧构成；所述套筒一端开口，所述弹簧位于套筒内，所述伸缩杆的一端设有直径大于伸缩杆主体直径的活塞，所述活塞伸入到套筒内，弹簧的两端分别与套筒的端部内壁、活塞相抵，所述套筒的开口端安装有直径小于活塞直径且大于伸缩杆主体直径的防脱环。4.根据权利要求1或2或3所述的油田注水间机械手智能配注装置，其特征在于所述水平行走机构包括支撑架及固定架设于支撑架上的第一水平导轨，所述垂直升降机构包括水平调节滑块和升降架，水平调节滑块通过垂直设置的升降导轨与升降架连接，所述水平调节滑块活动架设于第一水平导轨上，且水平调节滑块上设有第一驱动齿轮以及用于驱动第一驱动齿轮的第一驱动电机，所述第一水平导轨设有与第一驱动齿轮配合的第一水平齿条；所述旋转调节机构固定于升降架的底端，且水平调节滑块设有第二驱动齿轮以及用于驱动第二驱动齿轮的第二驱动电机，所述升降架设有与第二驱动齿轮配合的垂直齿条。5.根据权利要求4所述的油田注水间机械手智能配注装置，其特征在于所述水平行走机构还包括与第一水平导轨垂直的第二水平导轨，所述第一水平导轨通过支撑架活动架设于第二水平导轨上，且支撑架的底端设有第三驱动齿轮以及用于驱动第三驱动齿轮的第三驱动电机，所述第二水平导轨设有与第三驱动齿轮配合的第二水平齿条。6.根据权利要求1或2或3所述的油田注水间机械手智能配注装置，其特征在于所述卡爪的两侧侧面设有压力传...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱立新，杨筱伟，郝汉，杜海江，申勇，
申请(专利权)人：深圳市新爱达自动化仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44