氣體鉆井停/供氣遠程控制裝置的研制

汪漢花

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

目前氣體鉆井常用的停/供氣方式是：工作人員到放氣管匯前根據指令進行人工球閥的開啟和關閉，這種方式雖然能夠滿足現場工藝的要求，但存在效率低、勞動強度大、停氣時間長井下易復雜、高壓憋壓放氣風險高等問題。鑒于此，本文提出了在放氣管匯球閥上安裝電磁閥及限位開關，通過遠程控制電磁閥，并結合限位開關以及注氣壓力變化情況，進行停氣或者放氣。

2 停/供氣遠程控制裝置的組成及原理

該系統主要由氣路、電磁閥、控制箱、限位開關等組成，見圖1。具體原理是：通過遠程控制箱開關按鈕控制電磁閥的打開與關閉，進而控制供氣氣路，從而實現氣路球閥的開啟、關閉，氣路球閥的開啟、關閉2個狀態直接反映在限位開關狀態，電信號反饋到遠程控制箱上，直接對應開、關信號燈的狀態，進而判斷氣動球閥是否動作或動作是否到位，防止注氣管線內憋壓情況發生。

3 停/供氣遠程控制裝置的研制

3.1 氣路優化

在不改變放氣管匯控制箱整體結構的前提下對原有氣路進行優化，即在保證原氣路正常工作條件下對3條進氣管路和6條出氣管路各引出分支路，然后在原氣路和分支氣路上分別安裝球閥，引出的6條分支由電磁閥控制開關，見圖2。為了防止井場特殊情況發生需使用原手動控制氣動球閥開關，在原有放氣管匯控制箱內設計了手動/電動控制面板，可以實現手動及電動任意轉換，操作簡單、方便。

圖1 停/供氣遠程控制原理圖

圖2 氣路優化流程圖

3.2 電磁閥優選

電磁閥是遠程控制的關鍵部件，起到控制氣路通道轉換的作用。綜合考慮井場安全要求、開關頻繁、安裝空間小等問題，優選了美國ASCO238714-006-D型兩位兩通防爆電磁閥，見圖4。該電磁閥壓力工作范圍30～150psi，使用溫度0℃～60℃，電壓24V，防爆等級EXdⅡBT4，高度為110mm，寬度為50mm，安裝后有足夠的空間進行管線對接。同時該電磁閥經過室內調試電磁吸合成功率100%，整體參數滿足現場使用要求。

3.3 限位開關優選

限位開關是遠程控制的監測單元。使用時安裝到氣動球閥上方，限位開關的限位桿與球閥的狀態旋轉桿連接，氣動球閥動作時，旋轉桿帶動限位桿旋轉，實現限位開關內電路轉換，直接反映到遠程控制箱開啟/關閉信號燈的狀態，從而實現監測氣動球閥是否開關到位的目的。綜合考慮井場安全與氣動球閥安裝匹配性等問題，優選了韓國WESTLOCK2645型機械式防爆限位開關，使用電壓24V，使用溫度-40℃～85℃，防爆等級EXdⅡBT4。該限位閥具有整體尺寸小、便于安裝、外形美觀、動作可靠等特點。為防止電信號線在作業過程中被破壞，采用了信號線專用鋼管進行了保護。

3.4 放氣遠程控制箱設計

放氣遠程控制箱作用是為整個系統提供電源、控制電磁閥的開關和顯示氣動球閥開關是否到位，可以安裝在中控室或鉆臺，操作人員就近控制。該控制箱由電源、指示燈、兩擋旋轉按鈕、箱體及連接電線等構成，根據內部電子原器件尺寸對放氣遠程控制箱進行了結構優化，給出了最小的控制箱尺寸：300mm×200mm×150mm，便于現場安裝、操作，同時為了防止鉆進過程中誤操作，設計了開關保護罩及電源確定按鈕。

4 遠程控制流程及現場應用

4.1 控制流程

（1）鉆臺下達放氣指令；

（2）中控室遙控放氣；

（3）鉆臺根據壓力數值判斷放氣結果，接立柱；

（4）接立柱結束后，鉆臺下達送氣指令，中控室遙控送氣。

4.2 現場試驗

XS35井現場試驗，實現了供/停氣遠距離控制，操作流程由原來的6步簡化為4步，接立柱時間從原來的7.06min減少到現在的4.56min，提高了作業效率，減輕了工作人員的勞動量，降低了停氣時間長造成井下復雜的幾率。

5 結論

（1）氣體鉆井停/供氣遠程控制裝置原理可行，流程簡單，該方法具有遠程操作反映快、操作方便等特點。

（2）現場試驗表明：氣體鉆井停/供氣遠程控制裝置可減少接立柱時間，提高作業效率，減輕勞動強度，降低停氣時間長造成的井下復雜幾率，可為氣體鉆井安全施工提供幫助。

[1] 竇金永，田魯才.國內氣體鉆井工藝技術現狀[J].西部探礦工程，2010(12).

[2] 竇金永，宋瑞宏.國內外氣體鉆井發展歷程及現狀[J].西部探礦工程，2010(12).

[3] 竇金永，韓玉安.國內氣體鉆井設備現狀[J].西部探礦工程，2010(12).

[4] 竇金永，陸鳳德.對氣體鉆井常見問題的分析[J].西部探礦工程，2010(12).

[5] 周發舉，張衛張.空氣鉆井安全監控系統研制[J].錄井工程，2009(3).

[6]Lyons，W.C.等.空氣和氣體鉆井手冊[M].曾義金，等譯.中國石化出版社，2006.

[7] 周英操，翟洪軍.欠平衡鉆井技術與應用[M].石油工業出版社，2003.