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)間長很容易出現(xiàn)一些錯誤操作等,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、儲存,最后對該系統(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:TE928;TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yán)重時(shí)還會面臨失控的問題,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(shí)常用的設(shè)備包括防噴器、節(jié)流管匯。當(dāng)前國內(nèi)外對這兩種設(shè)備采取遠(yuǎn)控臺和節(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(shí)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(shí)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(yuǎn)控臺單獨(dú)控制會延長設(shè)備反應(yīng)時(shí)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(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),并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和儲存,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)確快速地對節(jié)流管會和防噴器組進(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
我們在FKQ1280遠(yuǎn)程操控臺的設(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)控臺控制箱,實(shí)現(xiàn)液壓電控整合,進(jìn)而對節(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(jìn)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(shí)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(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、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(shí)現(xiàn)有線觸摸屏通信,進(jìn)而可以對井控設(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,進(jìn)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(shí)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(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)場設(shè)置的節(jié)流方式進(jìn)行動態(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液動閥進(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設(shè)置為控制信號,由該信號位置反饋的開關(guān)比例,進(jìn)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(shí)現(xiàn)對液動閥速度的控制。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,液動節(jié)流閥處于全開至強(qiáng)光或者反過來的情況,此時(shí)整個持續(xù)時(shí)間長達(dá)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(dāng)前電液比例閥開度一旦減小,其流量也會逐漸減少,事實(shí)上液動節(jié)流閥速度減小,有利于實(shí)現(xiàn)對節(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可以對節(jié)流管匯的平板閥開關(guān)進(jìn)行檢測。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(shí)驗(yàn)分析,可以通過無線遙控臺和油箱對設(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。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(shí)現(xiàn)正確切換。
4 ?結(jié)語
在本次研究中我們設(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)場檢測,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(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、儲存。
參考文獻(xiàn)
[1] 馬瑞民,張文晶,張方舟,等.遠(yuǎn)程臺仿真系統(tǒng)的自適應(yīng)穩(wěn)態(tài)回饋控制方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2017(2):387-392.
[2] 王立濤.基于無線模塊的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動化與儀器儀表,2018(2):93-95.
[3] 陳虹,孫玉國.基于WIFI的電動滑臺無線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)據(jù)通信,2017(2):1-3.