井控设备无线远程集中控制系统设计

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1、摘要近年来，随着钻并工艺的发展，现场并控装备配套U益复杂，现有井控装备和以此为依托的关井操作模式在生产实践巾暴露出一些问题。特别是在发生溢流等紧急情况下关井时，不但需要多名操作人员协同配合完成动作，还需要各操作环节之间依次传递手势信息对操作情况进行逐一确认。这一操作模式流程复杂，配合繁琐，其屮任何一个环节出现差错都有可能导致最佳关井时机的延误，给井控安全带来潜在隐患和风险。因此，为提高井控装备的自动化程度，将目前的井控装备分散控制模式改进为集中控制，本文研制了并控设备无线远程集中控制系统，并在此基础上提出了自动化关井流程。主

2、要研宄工作如下：1）通过对现有井控装备及其控制系统的调研，制定出井控设备无线远程集中控制系统的控制方案:将防喷器组和节流管汇控制系统从液压、电控、操作界而三方而进行整合设计。2）完成井控设备无线远程集中控制系统的硬件设计。以FKQ1280-12控制系统为基础，完成液动节流阀自动控制回路、电磁换向气阀控制回路、测压回路设计与改造，最后完成液压系统原理图；以NI的9073PAC控制器力主控制器，根据控制对象、控制器特点完成电气控制系统硬件电路没计。3）建立液动节流阀自动控制系统的数学模型，得出系统的开环传递函数，通过系统开环Bo

3、de图得出：系统是稳定的。在AMESim环境下，根据PID控制和基于遗传算法的PID参数优化原理，建立节流阀自动控制系统的仿真模型，对控制系统进行仿真分析，仿真结果表明：遗传-PID控制策略达到了现场对节流阀开关快、准、稳的要求。4）在labVIEW环境下，完成集中控制系统上位机、下位机，以及操作界面的软件设计，上位机是有线触摸屏和无线遥控触摸屏，下位机是PAC控制器；有线触摸屏通过RS-422勺Wfifl*；'H二:人川工］天//r处2人丄RO-HZ.Z.-下位机通信，无线遥控台采用无线通信与下位机通信。5）在油田现场条件

4、下完成井控设备无线远程集中控制系统硬件线路连接，软件程序加载，现场功能验证试验，试验结果表明：该控制方案是可行的，控制系统各功能均能按设计要求实现。探索性的以井校设备无线远程集中校制系统为操作平台，提出针对不同钻井工况在司钻控制台人机界而上实现自动化关井的控制流程。本文研制的井控设备无线远程集屮控制系统能够实现防喷器组及节流管汇平板阀和节流阀的集中控制，且系统操作简便，易于现场技术人员控制，对提高现行井控安全程度具有重大意义，也为下一步完全实现井口全自动、智能化控制打下了坚实的基础。关键词：自动化关井；井控设备；遗传-PID

5、;PAC；AMESim第1章绪论本章主要介绍现有的井控装备及其控制系统，提出实现自动化关并的理念，阐述课题研宂的目的和意义，并通过对研宄现状的分析提出本论文的研宄内容及研宄思路。1.1课题研究的目的和意义近年来，随着油田勘探开发工作的深入，现有井控设备和以此为依托的应急关井操作模式和控制系统在生产实践中暴露出了一些问题。特别是在紧急关井时，关并过程不但需要多名操作人员协同配合完成动作，还耑要依次传递手势信息对操作动作进行确认。这一操作模式流程复杂，配合繁琐，其中任何一个环节出现差错都有可能导致最佳关井时机的延误,给井控安全带

6、来巨大的潜在隐患和风险。钻井过程屮一旦发现溢流，必须迅速、准确无误的实行关井，以防止井喷事故的发生。然而不同钻并工况实施的关并程序不同，钻并工况包括“钻进过程”、“起下钻杆”、“起下钻铤”、“空井”，关井方式包括“硬关井”、“软关井”，以“起下钻作业过程中发生溢流”的防喷演习流程为例，其演习流程和操作人员站位关系见图1-1、1-2。同时，现有的防喷器组及节流管汇控制系统是分开独立控制的，在进行关井操作时需要多名操作人员实时的向司钻反馈设备开关状态，因此，现有的控制方式在进行关井时暴露出如下问题：1）操作繁琐容易导致误操作井口

7、防喷器组和节流管汇分别由两套不同的系统进行控制，在操作时需要防喷器操作人员和节流管汇操作人员协同完成，才能确保设备的正常工作与关井作业的顺利实施。椐调研，在现场井控演习中就出现过由于操作人员配合不默契导致误操作，延误宝贵的事故处理吋间的情况。2）设备布局复杂操作范围有限井口防喷器组采用气控液动方式，节流压井管汇采用液控方式，控制装置与被控对象间都采用气动、液动管线进行连接，传递控制信号。设备和管线布置比较复杂，同时受到设备和管线布罝的限制，操作人员对于井口防喷器组和节流压井管汇的操作只能局限在司钻台，远控房等几个固定的位置。

8、如果一旦出现并喷、有害气体溢出等事故，操作人员无法操作司钻控制台，节控箱等设备进行关闭防喷器，节流压井等操作。3）无法对设备状态进行监控和记录目前，防喷器组和节流管汇控制装貫，主要通过各种机械式仪表和操作人员肉眼观察来了解系统的工作状态和关键的工作参数。设备运行相关的信息获取，记录和处理都