PLC修井機液壓系統在修井中的應用

（遼河油田曙光工程技術處作業一大隊，遼寧 盤錦 124109）

PLC修井機液壓系統在修井中的應用

苗 東

（遼河油田曙光工程技術處作業一大隊，遼寧 盤錦 124109）

不壓井作業自動化提高是當前石油生產部門的主要研究課題之一，通過自動化程度的提高可以有效降低工作人員的壓力，因而文章主要對獨立式不壓井的修井設備進行了分析。并將PLC系統應用于修井機中，設計出了一套自動化的液壓控制系統。并針對其工作原理進行了論述，最終提出了PLC控制框架以及相關系統方案。通過PLC的利用，有效提高了修井機的修井效率，并且在作業的過程中，管柱事故發生頻率也大大降低，提高了生產系統的安全性以及自動化水平。

PLC；修井機；自動化

不壓修井井機在修井作業中屬于新興設備，應用于修井作業中發揮了重要的作用。在不壓井的修井作業中，起下管柱是重要的環節，傳統的方式包括連續油管法、鋼絲繩法以及獨立液壓法，其中獨立液壓法是應用最廣的。雖然我國的不壓修井技術的發展十分迅速，各類設備應用水平也相繼得到了發展，但在不壓井的修井設備應用中仍舊使用繼電器接觸器控制設備予以實現。這種修井設備不但元件多、設備龐大，并且線路銜接復雜，因而在操作上也較為復雜，加重了操作人員的勞動強度，由于設備相對復雜，因而在可靠性以及可維護性上就相對較低，所以容易發生故障，設備的效率也相對較低。結合當前我國的不壓修井設備發展情況，研制出了結合PLC技術的獨立液壓修井設備，以此實現自動化的不壓修井。

1 相關參數介紹

針對不壓修井井設備，設計所需要的相關技術參數包括以下幾點：

（1）需要對設備的密封壓力進行了解，即動、靜密封壓力，且需啊喲為最高密封壓力。設備靜密封壓力為35MPa，最高動密封壓力為21MPa；

（2）設備的公稱通徑為180mm；

（3）在修井過程中，對設備的下入管柱速度要求較為嚴格，這里的設計技術參數最大為1.6m/min；

（4）同樣對于起升管柱的速度要求同樣為1.6m/min；

（5）遇到卡管時，解卡速度為0.01m/ min。

2 系統原理分析

不壓修井井設備中液壓系統的應用使得修井設備具有較強的自動化能力，其系統的組成包括四個部位，即PLC控制系統、防噴控制回路以及卡瓦控制回路和起下管柱控制回路。其中起下管柱控制系統采用兩級回路，分別對上下卡瓦的起下進行控制，從而保證在修井作業中設備的連續性以及速度性；而卡瓦控制系統則是由同步的四個缸進行作業，從而對每個卡瓦進行控制，完成卡瓦的張閉動作，以此實現卡瓦對中動作的自動化；而防噴控制系統中，主要由五個防噴器對防噴動作進行控制，通過防噴器的閉合與打開完成；而PLC控制系統可以保證不壓修井設備自動化動作的實現。

2.1 起下管柱控制回路。在起下管柱的控制系統中需要強調的是起升液缸的組成，其主要采用兩個液缸均布的形式，通過剛性連接的方式，提高了結構承載性，同時還能夠保證系統的穩定運行，并在閥門之間組成相應的回路，從而實現了在修井作業中起下管柱的無極調速。

若在設備中三位四通電磁閥位置為上位，經過液控單向閥，液壓油變鬼進入到液壓缸中。而單向閥在功能上具有反向截止的作用，因而液壓缸回油路閉合，控制油路壓力便會隨之上升，換向閥即會接入。另外，在液壓缸中，無桿腔中進入液壓油，而有桿腔中的壓力油便會進入到換向閥，經其換向進入到另外的無桿腔中，從而實現快速差動運行。

2.2 卡瓦控制回路。在主液缸中，有桿腔面積等于副缸中無桿腔面積，在工作過程中，主副缸之間可以實現結構上的串聯以及并聯，其切換通過二位四通換向閥實現，通過這一動作，實現設備中四個不同的液缸之間的同步運動。

2.3 防噴控制回路。不壓修井井機井口密封系統一共包括5個防噴器，其中2個球型防噴器，3個閘板防噴器。當三位四通電磁閥15的左位接入系統時，液壓缸14有桿腔進油，無桿腔回油，閘板防噴器打開，油、套管間的環形空間打開，允許油管柱自由上下。當三位四通電磁閥15的右位時，液壓缸有桿腔回油，無桿腔進油，閘板防噴器關閉。當三位四通電磁閥15的中位接入系統時，它的中位機能使電磁閥的四個接口全封閉，防噴器、液壓缸保持現有狀態不變。

2.4 PLC監控系統。管柱在起下作業過程中必須實施嚴格監控，液壓回路要在控制系統操作人員的操作和PLC監控系統的控制下進行工作，以完成對不壓修井井機工作的自動控制。以下壓過程為例，液壓系統特點基于PLC的不壓修井井機液壓控制系統有以下特點：

（1）卡瓦四缸同步回路控制。如果卡瓦提升桿四缸同步回路出現了不同步的情況，每個卡瓦提升桿的上部等距安裝有行程開關，行程開關可以發出電信號，控制平臺上的工作人員可以調節二位四通手動換向閥調節卡瓦回路恢復四缸同步狀態。

為保證始終有一卡瓦作用在油管上，避免了油管冒出或落入井中事故的發生，上、下卡瓦必須互鎖，通過PLC互鎖程序來實現。

（2）平衡點的確定。修井過程中，起下油管作業主要通過相應的液壓控制系統進行控制，而在此之中，PLC系統以及壓力變送器起到了中要的作用，通過壓力變送器以及CMP比較模塊可以對平衡點進行實時的判斷以及監控。如果觸發了兩級液缸行程開關，那么不同的卡瓦便會交替動作。從而實現管輕、管重不同狀態下卡瓦的不同動作。若管輕，那么下端卡瓦夾持油管，若管重時則上端卡瓦夾持油管。

（3）防噴控制。在油管接箍經過前需要將防噴器及時打開，并且在接箍通過后將防噴器及時的閉合。這就需要探測器及時的探測到接箍位置，通過PLC系統利用電磁閥將回路中的防噴器打開。探測器若已經探測到兩個信號，那么證明接箍通過，此時需要將防噴器閉合。為了保證修井系統安全，系統中所具有的五個防噴器必須有開有閉，禁止同時打開，因而連鎖程序是PLC控制中必須具有也是需要重點研究的。

結論

PLC系統在不壓修井作業中，主要原理便是將PLC系統同液壓系統融合在一起。以獨立不壓修井作業的相關步驟以及技術參數為基礎，將PLC系統融合到原有的不壓修井液壓控制系統中，形成了完善的自動化控制系統。通過系統中PLC系統對電磁閥的控制，實現了修井作業的自動化。

[1]謝卓偉,黃獻龍．閥控非對稱缸主動式伺服加載系統的數學模型[J]．華南理工大學學報（自然科學版）,2000（ 05）．

[2]王輝,荊寶德,王樹山,張瑩．非壓修井井機液壓起升系統的概述與故障分析[J]．機械制造,2008（09）．

TE358

：A