梁玉磊

摘 ? 要：在石油天然氣鉆井過程中仍存在一些亟待解決的問題，比如設(shè)備操作步驟比較繁瑣，具有較高的人員系統(tǒng)要求，關(guān)井時間長很容易出現(xiàn)一些錯誤操作等，因此需要研究設(shè)計有效的井控設(shè)備無線遠程集中控制系統(tǒng)，能夠?qū)⒎绹娖鬟h控臺和節(jié)流管匯單獨分散控制改為集中控制的方式，這種方式能夠優(yōu)化控制設(shè)置，不僅解放勞動力，能夠由多人操作為一人集中式操作，避免出現(xiàn)協(xié)同操作的問題，也能夠降低由于人為失誤而導(dǎo)致的操作風險問題，進一步為系統(tǒng)增加無線遠程監(jiān)控提高及應(yīng)急處理能力。同時該系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)控設(shè)備參數(shù)采取實施收集、顯示、儲存，最后對該系統(tǒng)的功能進行驗證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種井控設(shè)備遠程集中控制系統(tǒng)能夠滿足基本的設(shè)計要求，解決天然氣井控過程中出現(xiàn)的問題。

關(guān)鍵詞：井控設(shè)備 ?無線 ?遠程集中控制 ?系統(tǒng) ?設(shè)計

中圖分類號：TE928;TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0142-02

近年來，在鉆井過程中遇到多種問題包括井涌或者井噴現(xiàn)象，嚴重時還會面臨失控的問題，嚴重威脅著機械設(shè)備安全以及操作威脅人們的生命安全，同時對于地下油氣開采也是極為不利的，會對周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。因此需要采用必要的控制措施。鉆井時常用的設(shè)備包括防噴器、節(jié)流管匯。當前國內(nèi)外對這兩種設(shè)備采取遠控臺和節(jié)控箱的有效控制，但在實際鉆井中，由于溢流量較大，針對這種問題需要采取緊急關(guān)井的相應(yīng)操作，需要處于各崗位的工作人員協(xié)同合作，能夠按照有關(guān)規(guī)定對相應(yīng)的設(shè)備采取有效操作，這種情況下可能會延長關(guān)井時間，再加上人為因素的干預(yù)可能會出現(xiàn)關(guān)井錯誤，導(dǎo)致避開了最佳操作時間，將會引發(fā)失控事故。因此，在利用傳統(tǒng)井控設(shè)備中節(jié)控箱和遠控臺單獨控制會延長設(shè)備反應(yīng)時間，操作相對復(fù)雜，缺乏有效的應(yīng)急處理措施，無法在短時間內(nèi)關(guān)閉鉆井操作，同時礦區(qū)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)無法實時采集節(jié)流管運行數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行顯示和儲存，由于在操作無法實現(xiàn)遠程控制，因而在應(yīng)急處理上還有待改善。因此，有必要研發(fā)能夠基于緊急情況下準確快速地對節(jié)流管會和防噴器組進行遠程集中控制的裝置系統(tǒng)。

1 ?監(jiān)控設(shè)備無線遠程集中控制系統(tǒng)的研究設(shè)計思路

我們在FKQ1280遠程操控臺的設(shè)計基礎(chǔ)上，可以利用液壓站的備用油口，在原電路和油路上適當增加截流管匯以控制筏板并能夠集中控制箱，在操作頁面中顯示防噴器以及節(jié)流管匯，遠控臺控制箱，實現(xiàn)液壓電控整合，進而對節(jié)流管匯和防噴器采用集中控制方法，實現(xiàn)無線遠程控制，進而能夠?qū)υO(shè)備起到高效集中化管理。系統(tǒng)的集成控制系統(tǒng)具有蓄能器裝置，并在該裝置上增加了節(jié)流管匯的液動節(jié)流閥控制裝置，使控制臺、無線遙控臺、PLC、集中控制箱等可以通過節(jié)流管匯動節(jié)流閥控制裝置以及可編程控制系統(tǒng)的集成控制箱，進而對節(jié)流管匯以及防噴器在電氣系統(tǒng)以及液壓控制實現(xiàn)功能整合。除此之外，無線遙控臺以及司鉆控制臺能夠分別提供節(jié)流管匯操控，以及地面防噴器控制的操作，能夠利用有線和無線連接的方式在防噴器以及節(jié)流管匯遠程控制中進行實時運行參數(shù)顯示，并將數(shù)據(jù)儲存到相應(yīng)的設(shè)備中。

2 ?無線遠程集中控制系統(tǒng)設(shè)計

首先在電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上，該結(jié)構(gòu)為節(jié)流管匯和防噴器組的集中控制系統(tǒng)，是由遠程臺、主戰(zhàn)、司鉆臺共同構(gòu)成，其中PAC可用于司鉆臺的控制，而無線遙控式站臺和集中控制可以利用PAC實現(xiàn)有線觸摸屏通信，進而可以對井控設(shè)備進行有效控制，并做好相關(guān)實時數(shù)據(jù)的采集工作。電氣控制電氣系統(tǒng)使用的傳感器，可以對節(jié)流管匯的閥門、套管輸出壓力以及傳感器位移進行監(jiān)測，進而將液動閥輸出信號變?yōu)槟M信號，可以通過PAC控制器以及ADC模塊將這些模擬信號轉(zhuǎn)為實際數(shù)字信號，并且可通過無線局域網(wǎng)由控制器和數(shù)據(jù)上傳至接收端的平板電腦，之后可以在操作頁面上進行實時顯示。同時，這種系統(tǒng)設(shè)計可以為工作人員提供準確的防噴器和節(jié)流管匯位置信息，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)置的節(jié)流方式進行動態(tài)呈現(xiàn)，能夠提醒指揮人員進行有序且高精度的操作，能夠避免緊急指揮過程中出現(xiàn)問題。除此之外，可以根據(jù)具體情況通過電腦對液動閥進行控制，利用觸摸屏使工作人員操作開關(guān)的同時，也可以利用操作PAC的DAC模塊完成操作，即通過PAC控制器可以將開度信號設(shè)置為控制信號，由該信號位置反饋的開關(guān)比例，進一步按照鉆井控制液動閥的相關(guān)速度，要求做好控制閥的操作開度，控制液壓油的流動速度，實現(xiàn)對液動閥速度的控制。其次，從系統(tǒng)通道情況設(shè)計來看，根據(jù)井控設(shè)備無線集中控制系統(tǒng)相關(guān)要求，確定控制的對象和點數(shù)以及系統(tǒng)中涵蓋的模擬量、開關(guān)量等。

3 ?控制系統(tǒng)的實驗操作

首先從節(jié)流管匯、液動節(jié)流閥的實驗上來看，可以通過有線無線操作來調(diào)節(jié)電液比例以及流量方向，有效控制節(jié)流管匯的節(jié)流閥開度情況，通過實驗操作在當電液比例閥全部打開時，也就是存在百分之百的流量輸出信號，液動節(jié)流閥處于全開至強光或者反過來的情況，此時整個持續(xù)時間長達13s，動作速度相比過去節(jié)流控制箱速度來說要明顯增加，而當前電液比例閥開度一旦減小，其流量也會逐漸減少，事實上液動節(jié)流閥速度減小，有利于實現(xiàn)對節(jié)流閥開度的精細化管理。此外，可以在不同開度條件下準確定位液動節(jié)流閥，進而避免出現(xiàn)閥芯漂移。其次，從目前液體節(jié)流閥不同的開度上通過實驗，利用有線和無線遙控臺可以對節(jié)流管匯的平板閥開關(guān)進行檢測。通過實驗我們發(fā)現(xiàn)當操作人員通過有線和無線遙控臺控制目標指令，之后可以在1s內(nèi)完成遠程操作，隨機開展液動閥開關(guān)動作，所有的平板閥通過檢測是否開關(guān)到位，需要確保速度與節(jié)流控制箱速度保持一致。從節(jié)流管匯程序控制實驗分析，可以通過無線遙控臺和油箱對設(shè)備遠程控制系統(tǒng)等一些節(jié)流管匯程序極性切換檢測。從目前的檢測結(jié)果來看，節(jié)流管匯按照預(yù)置程序遵循先開后關(guān)的順序，可在節(jié)流通道一和二以及防噴通路間實現(xiàn)正確切換。

4 ?結(jié)語

在本次研究中我們設(shè)計了井控設(shè)備無線遠程集中控制系統(tǒng)，經(jīng)過多次進行現(xiàn)場檢測，驗證了該系統(tǒng)的功能，具體體現(xiàn)在以下幾點：首先，能夠?qū)h程控制臺和節(jié)控箱的功能實現(xiàn)整合，進而為工作人員提供實時數(shù)據(jù)和相應(yīng)操作界面，降低人為因素而導(dǎo)致錯誤操作。其次，能夠采用程序控制節(jié)流管匯流動通道和監(jiān)控箱的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)功能整合，進而為工作人員提供實時數(shù)據(jù)顯示和操作頁面，改善原有分散型的操作，防止人為因素產(chǎn)生閥門誤動作，可實現(xiàn)無線遙控，進而有效控制節(jié)流管匯和防噴器的操作，防止定點局限性操作，提高應(yīng)急處理能力，對于防噴器的開關(guān)壓力，套管壓力等參數(shù)進行實時采集、顯示、儲存。

參考文獻

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