【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油行业带压作业，具体涉及一种带压作业的卡瓦安全联动系统及其控制方法。
技术介绍
1、带压作业是在油气水井井口带压状态下，借助带压作业机克服井内压力产生的上顶力或管柱重力在井筒内强行进行施工作业，具有可不压井、不放喷、边作业、边生产，能有效保护油气层、保持地层能量，缩短作业周期、污染物排放少和稳定单井产量等优点，是一项绿色环保、清洁低碳、大力推广的技术，已成为我国页岩气致密油气规模高效开发必须的关键技术之一。
2、卡瓦系统是带压作业机的关键组成部分，实现对整个管柱的有效夹持，以克服井内压力产生的上顶力或管柱重力。为了实现有效夹持，避免卡瓦误打开造成管柱的飞出或者落井，带压作业机一般都配备了卡瓦互锁装置，目的是交替操作相应的卡瓦夹持管柱实现下入或起出管柱，作业过程中确保某一副卡瓦打开前另外一副对应的卡瓦必须是关闭状态。该互锁装置通过液压锁来分别实现2副防顶卡瓦间或2副承重卡瓦间的互锁，使两副相同的卡瓦(防顶卡瓦或承重卡瓦)不同时打开。目前，带压作业机自带有卡瓦液压互锁系统，但它存在一定的局限性，不能准确识别卡瓦是否处于有效夹持状态。在卡瓦夹持状态误判后，卡瓦液压互锁系统失效，会造成管柱的飞出或落井等安全事故。目前，现场存在的卡瓦无效夹持情况主要如下：
3、(1)卡瓦夹在外径不匹配的油管接箍、变径接头或工具上。卡瓦一般是按夹持管柱本体来设计的，当卡瓦在其液缸内压力推动下关闭、夹持对应尺寸的管柱本体时，卡瓦牙咬紧管柱后成约360度抱紧管柱本体外表面，从而克服井内压力产生的上顶力或管柱重力。如果卡瓦
4、(2)液缸与卡瓦间的连杆断裂时液缸虽然可动作，但卡瓦实际没有关闭，达不到有效夹持油管的目的。
5、(3)卡瓦牙长期磨损或者牙糟被铁锈、结构杂质等塞满，导致夹持力不够，易打滑，无法安全有效夹持油管。
6、(4)带压起下管柱中，卡瓦交替夹持过程中，需要提前转移载荷，载荷转移不成功，需要受力的卡瓦没能有效夹持住油管。
7、在上述卡瓦处于无效夹持状态的情况下，互锁系统仍然认为互锁有效，另外一组对应的卡瓦也能打开，这就存在极大安全风险。在一定程度上，游动卡瓦的是否处于有效夹持状态及夹持位置，操作手还勉强可以观察到，然而固定卡瓦在操作平台下方、有的带压作业机因结构设计原因，操作手难以直接看到固定卡瓦的开关状态和夹持位置，由于疲劳、精力不集中等原因容易误操作，极易发生管柱落井或飞出的安全事故。
8、公开号为cn113153842a的中国专利公开了一种卡瓦互锁液压系统。该卡瓦互锁液压系统包括主供油油泵、执行控制阀组、互锁阀组、第一驱动油缸、第二驱动油缸、第一驱动油缸、第一驱动油缸、先导油泵以及先导控制阀件。该卡瓦互锁液压系统通过用两个卡瓦的供油推动液压阀件，阻断相对卡瓦的回油，进而实现卡瓦互锁的功能，但也未考虑卡瓦处于无效夹持状态的情况，未设置相应的报警功能，不具有避免误操作的功能，还是存在极大的安全隐患。
9、因此，针对现有卡瓦液压互锁系统的不足，有必要研究一种具有报警功能且能够避免误操作的卡瓦安全联动系统，以解决上述技术问题或缓解上述技术问题产生的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于精准判断卡瓦的夹持状态，实现带压作业卡瓦的安全联动；目的之二在于提高卡瓦互锁系统的本质安全，有效保护人员、设备及环境。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种带压作业的卡瓦安全联动系统。
3、所述系统与带压作业机的卡瓦油路串联，可包括传感单元、数据采集单元、plc控制单元和液压控制单元。其中，所述传感单元可安装在卡瓦上，以检测卡瓦的状态和数值参数；所述数据采集单元分别与传感单元和plc控制单元信号连接，数据采集单元能够接收传感单元的检测信息，同时与plc控制单元双向通讯，能够将操作指令传输给plc控制单元，并接收plc控制单元的反馈；所述plc控制单元还与液压控制单元信号连接，plc控制单元能够接收数据采集单元和液压控制单元的信息，并进行逻辑运算与判定，并将判定结果反馈给液压控制单元和数据采集单元；所述液压控制单元接收plc控制单元的控制信号，控制卡瓦油路的启闭进行卡瓦的安全联动。
4、进一步地，所述传感单元可包括不少于4组的压力传感器、位置检测传感器和载荷传感器。其中，所述压力传感器可安装在卡瓦油路上，检测卡瓦油路启闭的压力，并输出模拟量信号；所述位置检测传感器检测卡瓦的开关到位状态，并输出开关量信号；所述载荷传感器可安装在卡瓦底板上，检测卡瓦实时受力情况，并输出模拟量信号。
5、进一步地，所述传感单元可包括不少于8组位置检测传感器。
6、进一步地，所述数据采集单元可包括显示界面模块、操作模块、报警显示模块和数据存贮模块。其中，所述显示界面模块：实时显示卡瓦的状态及数值参数；所述操作模块：可设置卡瓦开关按钮，能够进行卡瓦的启闭操作；所述报警显示模块：当卡瓦无法有效关闭时，在所述显示界面模块上弹出报警提示；所述数据存贮模块：将工作过程中实时的显示信息进行数据实时存贮，并生成报表，能够进行查询及数据导出。
7、进一步地，所述数据采集单元还可包括远程io采集模块、采集柜、专用线缆，用于采集所述传感单元的数据并传输给所述plc控制单元。
8、进一步地，所述远程io采集模块可包括di输入模块、ai输入模块和荷载信号处理模块，能够采集所述传感单元的检测信息并传输给所述plc控制单元。
9、进一步地，所述液压控制单元可包括不少于4个电磁阀，安装在卡瓦油路上，控制卡瓦油路的启闭。
10、为了实现上述目的，本专利技术另一方面提供了一种带压作业的卡瓦安全联动的控制方法。
11、所述控制方法可采用如上所述的带压作业的卡瓦安全联动系统来进行控制。
12、进一步地，所述控制方法至少可包括以下步骤：
13、传感单元检测采集卡瓦的位移量、卡瓦油路压力值、卡瓦载荷值，并传输至数据采集单元；数据采集单元将接收到的检测信息传输至plc控制单元，plc控制单元根据卡瓦位移量、载荷值、压力值进行实时的逻辑运算，准确判定卡瓦是否处于有效的夹持状态，并将结果反馈给数据采集单元；数据采集单元根据运算结果，将对应的操作指令下放至plc控制单元，plc控制单元接收操作指令，通过液压控制单元控制卡瓦油路的启闭，实现卡瓦的安全联动。
14、进一步地，只有所述plc控制单元判定卡瓦夹持有效时，另外一副对应的同类型卡瓦才能打开，实现安全联动。
15、进一步地，当所述plc控制单元判定卡瓦夹持处于异常状态时，所述数据采集单元进行卡瓦状态显示和安全预本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述系统与带压作业机的卡瓦油路串联，包括传感单元、数据采集单元、PLC控制单元和液压控制单元，其中，
2.根据权利要求1所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述传感单元包括不少于4组的压力传感器、位置检测传感器和载荷传感器，其中，
3.根据权利要求2所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述传感单元包括不少于8组位置检测传感器。
4.根据权利要求1所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述数据采集单元包括显示界面模块、操作模块、报警显示模块和数据存贮模块，其中，
5.根据权利要求1或4所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括远程IO采集模块、采集柜、专用线缆，用于采集所述传感单元的数据并传输给所述PLC控制单元。
6.根据权利要求5所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述远程IO采集模块包括DI输入模块、AI输入模块和荷载信号处理模块。
7.根据权利要求1所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于
8.一种带压作业的卡瓦安全联动的控制方法，其特征在于，所述控制方法采用如权利要求1～7任一项所述的带压作业的卡瓦安全联动系统来进行控制。
9.根据权利要求8所述的带压作业的卡瓦安全联动的控制方法，其特征在于，所述控制方法至少包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的带压作业的卡瓦安全联动的控制方法，其特征在于，只有所述PLC控制单元判定卡瓦夹持有效时，另外一副对应的同类型卡瓦才能打开，实现安全联动。
11.根据权利要求9所述的带压作业的卡瓦安全联动的控制方法，其特征在于，当所述PLC控制单元判定卡瓦夹持处于异常状态时，所述数据采集单元进行卡瓦状态显示和安全预警，同时下达指令给所述PLC控制单元控制另外一副对应的同类型卡瓦无法开启，实现安全联动。
12.根据权利要求9所述的带压作业的卡瓦安全联动的控制方法，其特征在于，所述卡瓦包括：游动承重卡瓦与固定承重卡瓦，和/或，游动防顶卡瓦与固定防顶卡瓦。
...【技术特征摘要】
1.一种带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述系统与带压作业机的卡瓦油路串联，包括传感单元、数据采集单元、plc控制单元和液压控制单元，其中，
2.根据权利要求1所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述传感单元包括不少于4组的压力传感器、位置检测传感器和载荷传感器，其中，
3.根据权利要求2所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述传感单元包括不少于8组位置检测传感器。
4.根据权利要求1所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述数据采集单元包括显示界面模块、操作模块、报警显示模块和数据存贮模块，其中，
5.根据权利要求1或4所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括远程io采集模块、采集柜、专用线缆，用于采集所述传感单元的数据并传输给所述plc控制单元。
6.根据权利要求5所述的带压作业的卡瓦安全联动系统，其特征在于，所述远程io采集模块包括di输入模块、ai输入模块和荷载信号处理模块。
7.根据权利要求1所述的带压作业的卡瓦...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明友，廖刚，袁健，徐煜东，王东林，韩建禹，王雷，张文斌，蔡佳成，黄船，郑波，潘勇，谢奎，赵光磊，王全，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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