井控设备无线远程集中控制系统研究

梁玉磊

摘   要：在石油天然气钻井过程中仍存在一些亟待解决的问题，比如设备操作步骤比较繁琐，具有较高的人员系统要求，关井时间长很容易出现一些错误操作等，因此需要研究设计有效的井控设备无线远程集中控制系统，能够将防喷器远控台和节流管汇单独分散控制改为集中控制的方式，这种方式能够优化控制设置，不仅解放劳动力，能够由多人操作为一人集中式操作，避免出现协同操作的问题，也能够降低由于人为失误而导致的操作风险问题，进一步为系统增加无线远程监控提高及应急处理能力。同时该系统能够对监控设备参数采取实施收集、显示、储存，最后对该系统的功能进行验证。结果发现，这种井控设备远程集中控制系统能够满足基本的设计要求，解决天然气井控过程中出现的问题。

关键词：井控设备  无线  远程集中控制  系统  设计

中图分类号：TE928;TP273                     文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0142-02

近年来，在钻井过程中遇到多种问题包括井涌或者井喷现象，严重时还会面临失控的问题，严重威胁着机械设备安全以及操作威胁人们的生命安全，同时对于地下油气开采也是极为不利的，会对周边环境产生污染。因此需要采用必要的控制措施。钻井时常用的设备包括防喷器、节流管汇。当前国内外对这两种设备采取远控台和节控箱的有效控制，但在实际钻井中，由于溢流量较大，针对这种问题需要采取紧急关井的相应操作，需要处于各岗位的工作人员协同合作，能够按照有关规定对相应的设备采取有效操作，这种情况下可能会延长关井时间，再加上人为因素的干预可能会出现关井错误，导致避开了最佳操作时间，将会引发失控事故。因此，在利用传统井控设备中节控箱和远控台单独控制会延长设备反应时间，操作相对复杂，缺乏有效的应急处理措施，无法在短时间内关闭钻井操作，同时矿区现有的监控系统无法实时采集节流管运行数据，并对这些数据进行显示和储存，由于在操作无法实现远程控制，因而在应急处理上还有待改善。因此，有必要研发能够基于紧急情况下准确快速地对节流管会和防喷器组进行远程集中控制的装置系统。

1  监控设备无线远程集中控制系统的研究设计思路

我们在FKQ1280远程操控台的设计基础上，可以利用液压站的备用油口，在原电路和油路上适当增加截流管汇以控制筏板并能够集中控制箱，在操作页面中显示防喷器以及节流管汇，远控台控制箱，实现液压电控整合，进而对节流管汇和防喷器采用集中控制方法，实现无线远程控制，进而能够对设备起到高效集中化管理。系统的集成控制系统具有蓄能器装置，并在该装置上增加了节流管汇的液动节流阀控制装置，使控制台、无线遥控台、PLC、集中控制箱等可以通过节流管汇动节流阀控制装置以及可编程控制系统的集成控制箱，进而对节流管汇以及防喷器在电气系统以及液压控制实现功能整合。除此之外，无线遥控台以及司钻控制台能够分别提供节流管汇操控，以及地面防喷器控制的操作，能够利用有线和无线连接的方式在防喷器以及节流管汇远程控制中进行实时运行参数显示，并将数据储存到相应的设备中。

2  无线远程集中控制系统设计

首先在电气系统结构设计上，该结构为节流管汇和防喷器组的集中控制系统，是由远程台、主战、司钻台共同构成，其中PAC可用于司钻台的控制，而无线遥控式站台和集中控制可以利用PAC实现有线触摸屏通信，进而可以对井控设备进行有效控制，并做好相关实时数据的采集工作。电气控制电气系统使用的传感器，可以对节流管汇的阀门、套管输出压力以及传感器位移进行监测，进而将液动阀输出信号变为模拟信号，可以通过PAC控制器以及ADC模块将这些模拟信号转为实际数字信号，并且可通过无线局域网由控制器和数据上传至接收端的平板电脑，之后可以在操作页面上进行实时显示。同时，这种系统设计可以为工作人员提供准确的防喷器和节流管汇位置信息，根据现场设置的节流方式进行动态呈现，能够提醒指挥人员进行有序且高精度的操作，能够避免紧急指挥过程中出现问题。除此之外，可以根据具体情况通过电脑对液动阀进行控制，利用触摸屏使工作人员操作开关的同时，也可以利用操作PAC的DAC模塊完成操作，即通过PAC控制器可以将开度信号设置为控制信号，由该信号位置反馈的开关比例，进一步按照钻井控制液动阀的相关速度，要求做好控制阀的操作开度，控制液压油的流动速度，实现对液动阀速度的控制。其次，从系统通道情况设计来看，根据井控设备无线集中控制系统相关要求，确定控制的对象和点数以及系统中涵盖的模拟量、开关量等。

3  控制系统的实验操作

首先从节流管汇、液动节流阀的实验上来看，可以通过有线无线操作来调节电液比例以及流量方向，有效控制节流管汇的节流阀开度情况，通过实验操作在当电液比例阀全部打开时，也就是存在百分之百的流量输出信号，液动节流阀处于全开至强光或者反过来的情况，此时整个持续时间长达13s，动作速度相比过去节流控制箱速度来说要明显增加，而当前电液比例阀开度一旦减小，其流量也会逐渐减少，事实上液动节流阀速度减小，有利于实现对节流阀开度的精细化管理。此外，可以在不同开度条件下准确定位液动节流阀，进而避免出现阀芯漂移。其次，从目前液体节流阀不同的开度上通过实验，利用有线和无线遥控台可以对节流管汇的平板阀开关进行检测。通过实验我们发现当操作人员通过有线和无线遥控台控制目标指令，之后可以在1s内完成远程操作，随机开展液动阀开关动作，所有的平板阀通过检测是否开关到位，需要确保速度与节流控制箱速度保持一致。从节流管汇程序控制实验分析，可以通过无线遥控台和油箱对设备远程控制系统等一些节流管汇程序极性切换检测。从目前的检测结果来看，节流管汇按照预置程序遵循先开后关的顺序，可在节流通道一和二以及防喷通路间实现正确切换。

4  结语

在本次研究中我们设计了井控设备无线远程集中控制系统，经过多次进行现场检测，验证了该系统的功能，具体体现在以下几点：首先，能够对远程控制台和节控箱的功能实现整合，进而为工作人员提供实时数据和相应操作界面，降低人为因素而导致错误操作。其次，能够采用程序控制节流管汇流动通道和监控箱的结构，实现功能整合，进而为工作人员提供实时数据显示和操作页面，改善原有分散型的操作，防止人为因素产生阀门误动作，可实现无线遥控，进而有效控制节流管汇和防喷器的操作，防止定点局限性操作，提高应急处理能力，对于防喷器的开关压力，套管压力等参数进行实时采集、显示、储存。

参考文献

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