井控設(shè)備無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)研究

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(shí)間長(zhǎng)很容易出現(xiàn)一些錯(cuò)誤操作等，因此需要研究設(shè)計(jì)有效的井控設(shè)備無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)，能夠?qū)⒎绹娖鬟h(yuǎn)控臺(tái)和節(jié)流管匯單獨(dú)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(dòng)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(fēng)險(xiǎn)問題，進(jìn)一步為系統(tǒng)增加無線遠(yuǎn)程監(jiān)控提高及應(yīng)急處理能力。同時(shí)該系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)控設(shè)備參數(shù)采取實(shí)施收集、顯示、儲(chǔ)存，最后對(duì)該系統(tǒng)的功能進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種井控設(shè)備遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)能夠滿足基本的設(shè)計(jì)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(yuǎn)程集中控制 ?系統(tǒng) ?設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TE928;TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(yán)重時(shí)還會(huì)面臨失控的問題，嚴(yán)重威脅著機(jī)械設(shè)備安全以及操作威脅人們的生命安全，同時(shí)對(duì)于地下油氣開采也是極為不利的，會(huì)對(duì)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(shí)常用的設(shè)備包括防噴器、節(jié)流管匯。當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)這兩種設(shè)備采取遠(yuǎn)控臺(tái)和節(jié)控箱的有效控制，但在實(shí)際鉆井中，由于溢流量較大，針對(duì)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(duì)相應(yīng)的設(shè)備采取有效操作，這種情況下可能會(huì)延長(zhǎng)關(guān)井時(shí)間，再加上人為因素的干預(yù)可能會(huì)出現(xiàn)關(guān)井錯(cuò)誤，導(dǎo)致避開了最佳操作時(shí)間，將會(huì)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(yuǎn)控臺(tái)單獨(dú)控制會(huì)延長(zhǎng)設(shè)備反應(yīng)時(shí)間，操作相對(duì)復(fù)雜，缺乏有效的應(yīng)急處理措施，無法在短時(shí)間內(nèi)關(guān)閉鉆井操作，同時(shí)礦區(qū)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)采集節(jié)流管運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存，由于在操作無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(zhǔn)確快速地對(duì)節(jié)流管會(huì)和防噴器組進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制的裝置系統(tǒng)。

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

我們?cè)贔KQ1280遠(yuǎn)程操控臺(tái)的設(shè)計(jì)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(dāng)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(yuǎn)控臺(tái)控制箱，實(shí)現(xiàn)液壓電控整合，進(jìn)而對(duì)節(jié)流管匯和防噴器采用集中控制方法，實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制，進(jìn)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(dòng)節(jié)流閥控制裝置，使控制臺(tái)、無線遙控臺(tái)、PLC、集中控制箱等可以通過節(jié)流管匯動(dòng)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(jìn)而對(duì)節(jié)流管匯以及防噴器在電氣系統(tǒng)以及液壓控制實(shí)現(xiàn)功能整合。除此之外，無線遙控臺(tái)以及司鉆控制臺(tái)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(yuǎn)程控制中進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)顯示，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到相應(yīng)的設(shè)備中。

2 ?無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先在電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yuǎn)程臺(tái)、主戰(zhàn)、司鉆臺(tái)共同構(gòu)成，其中PAC可用于司鉆臺(tái)的控制，而無線遙控式站臺(tái)和集中控制可以利用PAC實(shí)現(xiàn)有線觸摸屏通信，進(jìn)而可以對(duì)井控設(shè)備進(jìn)行有效控制，并做好相關(guān)實(shí)時(shí)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(duì)節(jié)流管匯的閥門、套管輸出壓力以及傳感器位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而將液動(dòng)閥輸出信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)，可以通過PAC控制器以及ADC模塊將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為實(shí)際數(shù)字信號(hào)，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(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以為工作人員提供準(zhǔn)確的防噴器和節(jié)流管匯位置信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的節(jié)流方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，能夠提醒指揮人員進(jìn)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(duì)液動(dòng)閥進(jìn)行控制，利用觸摸屏使工作人員操作開關(guān)的同時(shí)，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(hào)設(shè)置為控制信號(hào)，由該信號(hào)位置反饋的開關(guān)比例，進(jìn)一步按照鉆井控制液動(dòng)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(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)液動(dòng)閥速度的控制。其次，從系統(tǒng)通道情況設(shè)計(jì)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(duì)象和點(diǎn)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(shí)驗(yàn)操作

首先從節(jié)流管匯、液動(dòng)節(jié)流閥的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作在當(dāng)電液比例閥全部打開時(shí)，也就是存在百分之百的流量輸出信號(hào)，液動(dòng)節(jié)流閥處于全開至強(qiáng)光或者反過來的情況，此時(shí)整個(gè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)13s，動(dòng)作速度相比過去節(jié)流控制箱速度來說要明顯增加，而當(dāng)前電液比例閥開度一旦減小，其流量也會(huì)逐漸減少，事實(shí)上液動(dòng)節(jié)流閥速度減小，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)流閥開度的精細(xì)化管理。此外，可以在不同開度條件下準(zhǔn)確定位液動(dòng)節(jié)流閥，進(jìn)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(shí)驗(yàn)，利用有線和無線遙控臺(tái)可以對(duì)節(jié)流管匯的平板閥開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)操作人員通過有線和無線遙控臺(tái)控制目標(biāo)指令，之后可以在1s內(nèi)完成遠(yuǎn)程操作，隨機(jī)開展液動(dòng)閥開關(guān)動(dòng)作，所有的平板閥通過檢測(cè)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(shí)驗(yàn)分析，可以通過無線遙控臺(tái)和油箱對(duì)設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等一些節(jié)流管匯程序極性切換檢測(cè)。從目前的檢測(cè)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(shí)現(xiàn)正確切換。

4 ?結(jié)語

在本次研究中我們?cè)O(shè)計(jì)了井控設(shè)備無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)，經(jīng)過多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的功能，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先，能夠?qū)h(yuǎn)程控制臺(tái)和節(jié)控箱的功能實(shí)現(xiàn)整合，進(jìn)而為工作人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和相應(yīng)操作界面，降低人為因素而導(dǎo)致錯(cuò)誤操作。其次，能夠采用程序控制節(jié)流管匯流動(dòng)通道和監(jiān)控箱的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功能整合，進(jìn)而為工作人員提供實(shí)時(shí)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(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)無線遙控，進(jìn)而有效控制節(jié)流管匯和防噴器的操作，防止定點(diǎn)局限性操作，提高應(yīng)急處理能力，對(duì)于防噴器的開關(guān)壓力，套管壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、顯示、儲(chǔ)存。

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