CN104035383B - 一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统及方法,属于石油天然气井控技术领域。在现有蓄能器装置上增加节流管汇液动节流阀控制装置，集中控制箱，司钻控制台和无线遥控台；通过节流管汇液动节流阀控制装置和集中控制箱实现地面防喷器和节流管汇在液压控制和电气控制系统结构上的整合；司钻控制台和无线遥控台分别提供统一的地面防喷器和节流管汇控制操作界面，以有线连接和无线连接两种方式对地面防喷器和节流管汇实施有线的远程集中控制和无线的远程集中控制。本发明降低了人为误操作风险；实现远距离控制，提高系统得应急处理能力；对防喷器组和节流管汇关键参数实现了实时的数据采集显示和记录；优化控制系统结构布局，减小体积。

Description

一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统及方法，属于石油天然气井控技术领域。

背景技术

石油天然气钻井作业中，当钻进中的液柱压力低于地层压力时，就会有发生井涌、井喷的危险，严重时甚至会发生井喷失控事故，既威胁作业人员和设备的安全，又破坏地下油气资源，而且还对环境造成严重的破坏；防喷器组和节流管汇作为井控关键设备，目前国内外井口防喷器组和节流管汇分别由远控台和节控箱控制，该技术非常成熟；但是当出现井涌、溢流量比较大的非正常钻井工况需紧急关井时，需现场各岗位人员密切配合，按照相关要求进行顺序关井，这样以来会造成关井所需时间较长，同时，由于人为因素等易造成关井误操作，最后导致错过最佳关井时间，因此传统远控台和节控箱的独立控制方式反应速度较慢、操作繁琐、缺乏应急处理能力，不利于对井口进行紧急关闭，同时也现有控制方式也无法对节流管汇相关关键参数进行采集显示和记录；另外，传统的有线司钻台控制方式只能对防喷器进行定点操作，无法实现远距离控制，井控设备应急处理能力较差；因此，在现有防喷器远程控制装置基础上研制出能在紧急情况下快捷方便、准确对防喷器组及节流管汇实现无线远程集中控制的装置是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种地面防喷器及节流管汇 无线远程集中控制系统及方法。

本发明采用的技术方案是：一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，该系统结构上包括：节流管汇液动节流阀控制装置、集中控制箱、司钻控制台、无线遥控台；节流管汇液动节流阀控制装置进油口与防喷器远程控制台压力油管汇连接，控制油口与节流管汇液动节流阀油管连接；集中控制箱包括电气集中控制箱和电磁阀箱；司钻控制台通过RS-485总线与集中控制箱连接；无线遥控台通过无线以太网与集中控制箱连接；司钻控制台和无线遥控台具有统一的地面防喷器组和节流管汇操作界面，实现无线远程集中控制。

一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制方法，含有以下步骤，钻井现场操作人员接通司钻控制台或无线遥控台电源，触摸屏开机；按API16D双手操作规定，一手按住司钻控制台或无线遥控台主控按钮，接通防喷器远程控制台气源和节流管汇节流阀控制油源，同时另一手点击司钻控制台或无线遥控台集中控制操作界面中防喷器组开关、节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节按钮，向集中控制箱PLC可编程控制器发送控制指令；PLC可编程控制器接受控制指令通过开关量模块对电气集中控制箱中的继电器组开关状态进行控制；继电器组对电磁阀箱中三位五通电磁换向气阀的工作位进行控制，电磁换向气阀驱动气缸控制三位四通转阀工作位，并最终实现对防喷器组和液动平板阀的开关控制；PLC可编程控制器通过模拟量模块发出控制信号，经电液比例放大器放大输出驱动电液比例换向阀动作，控制液动节流阀开度；同时PLC可编程控制器模拟量输入模块通过传感器采集节流阀操作油压，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，套管压力，立管压力和节流阀开度信号；开关量输出模块输出防喷器开关控制信号和节流管汇液动平板阀控制信号，同时将采集所 得数据在司钻控制台和无线遥控台上进行显示和存储；无线遥控台和集中控制箱都设有备用电源，系统断电时通过UPS控制器自动切换到备用电源供电，备用电源可提供3小时续航能力。

本发明克服现有井控技术的不足，通过防喷器和节流管汇集中控制，减少操作人员，避免紧急情况下操作人员间配合失误造成误操作带来的安全隐患；无线遥控功能摆脱了定点操作的局限，提高了系统应急反应能力；达到控制滞后时间短、环境适应性好、安装快捷方便、防爆性好的要求，可以实现当出现井涌、溢流量比较大的非正常钻井工况需紧急关井时，能远距离准确、可靠、快速地对防喷器和节流管汇的无线远程集中控制。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1本发明一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统及方法原理示意图;

图2本发明中电气集中控制箱原理示意图;

图3本发明中节流管汇液动节流阀控制装置原理示意图;

图4本发明中电磁阀箱原理示意图;

图5本发明中无线遥控台原理示意图;

图6本发明中司钻控制台原理示意图;

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于 本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，

一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统及方法，实现对防喷器组和节流管汇集中控制，变多人操作为一人集中操作，提高了协同能力，降低了人为误操作风险；实现远距离控制，提高应急处理能力；对防喷器组和节流管汇关键参数实现了实时的数据采集显示和记录；优化控制系统结构布局，减小体积。

一种地防喷器及节流管汇无线远程集中控制方法，含有以下步骤，钻井现场操作人员接通司钻控制台或无线遥控台电源，触摸屏开机；按API16D双手操作规定，一手按住司钻控制台或无线遥控台主控按钮，接通防喷器远程控制台气源和节流管汇节流阀控制油源，同时另一手点击司钻控制台或无线遥控台集中控制操作界面中防喷器组开关、节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节按钮，向集中控制箱PLC可编程控制器发送控制指令；PLC可编程控制器接受控制指令通过开关量模块对电气集中控制箱中的继电器组开关状态进行控制；继电器组对电磁阀箱中三位五通电磁换向气阀的工作位进行控制，电磁换向气阀驱动气缸控制三位四通转阀工作位，并最终实现对防喷器组和液动平板阀的开关控制；PLC可编程控制器通过模拟量模块发出控制信号，经电液比例放大器放大输出驱动电液比例换向阀动作，控制液动节流阀开度；同时PLC可编程控制器模拟量输入模块通过传感器采集节流阀操作油压，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，套管压力，立管压力和节流阀开度信号；开关量输出模块输出防喷器开关控制信号和节流管汇液动平板阀控制信号，同时将采集所得数据在司钻控制台和无线遥控台上进行显示和存储；无线遥控台和集中控制箱都设有备用电源，系统断电时通过UPS控制器自动切换到备用电源供 电，备用电源可提供3小时续航能力。

如图1所示，一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统包括：节流管汇液动节流阀控制装置、集中控制箱、司钻控制台、无线遥控台，其中司钻控制台、无线遥控台具有相同的集中操作界面;

所述节流管汇液动节流阀控制装置进油口与防喷器远程控制台压力油管汇连接，控制油口与节流管汇液动节流阀油管连接；

所述集中控制箱包括电气集中控制箱和电磁阀箱；

所述司钻控制台通过RS-485总线与集中控制箱连接；

所述无线遥控台通过以太网与集中控制箱连接。

如图1、图3所示，节流管汇液动节流阀控制装置上设有电液比例阀、手动换向阀、滤油器、减压溢流阀、压力表、压力传感器、手动截止阀和电动截止阀；手动截止阀和电动截止阀并联，与防喷器远控台压力油管汇连接；正常工况下，手动截止阀关闭，电动截止阀通过司钻控制台和无线遥控台主控按钮打开为节流阀控制装置提供油源，系统断电时打开手动截止阀提供油源；远控台压力油管汇的压力油源，经滤油器过滤，由减压溢流阀减压到节流阀操作压力，流经压力表和压力传感器，通过并联的电液比例阀和手动换向阀，控制油口连接液动节流阀液缸；

正常工况下，电液比例阀对节流阀开关速度和开度进行控制；断电时，操作并联的手动换向阀对节流阀开度进行控制。

如图1、图2、图4所示，集中控制箱由电气集中控制箱和电磁阀箱构成；电气集中控制箱中设有PLC可编程控制器、继电器组、无线信号接收模块、直流UPS控制器等；电磁阀箱中安装电磁换向气阀阀板，阀板上安装有电磁换向气阀、压力传感器等；

PLC可编程控制器通过模拟量输出模块输出节流管汇液动节流阀控制 信号；

PLC可编程控制器通过模拟量输入模块通过传感器采集节流阀操作油压，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，套管压力，立管压力和节流阀开度信号；

PLC可编程控制器通过开关量输出模块输出防喷器开关控制信号和节流管汇液动平板阀控制信号；

PLC可编程控制器通过开关量输入模块采集防喷器组、液动平板阀开关状态；

无线信号接收模块通过以太网接收无线遥控台发出的信号。

如图1、图6所示，司钻控制台设有触摸屏工控机、主控按钮、电源开关；

司钻控制台触摸屏工控机通过RS-485总线与集中控制箱连接；触摸屏工控机提供防喷器组和节流管汇集中控制操作界面，完成防喷器开关、环形防喷器控制压力调节和节流管汇液动平板阀开关与节流阀开度调节；操作界面上还对防喷器开关状态、节流管汇液动平板阀开关状态、节流管汇液动节流阀开度、套管压力、立管压力、环形压力、管汇压力、蓄能器压力、气源压力、节流阀控制油压进行显示和存储；

在正常钻井工况下，现场操作人员通过司钻控制台进行操作时，接通电源，触摸屏开机，按API16D双手操作规定，左手按下主控按钮接通气源和节流阀控制油源；同时，右手按下所需操作防喷器、节流管汇开关按钮，直到触摸屏操作界面所显示的相关控制参数达到相关规定要求时，操作完成；同时，触摸屏将对传感器采集的防喷器组和节流管汇关键参数进行显示、存储。

如图1、图5所示，无线遥控台设有触摸屏工控机、无线发射接收器、 主控按钮、备用电源、电源开关、充电电源接口等；

无线遥控台触摸屏工控机通过无线以太网与集中控制箱PLC进行连接；触摸屏工控机提供防喷器组和节流管汇集中控制操作界面，完成防喷器开关、环形防喷器控制压力调节和节流管汇液动平板阀开关与节流阀开度调节；操作界面上还对防喷器开关状态、节流管汇液动平板阀开关状态、节流管汇液动节流阀开度、套管压力、立管压力、环形压力、管汇压力、蓄能器压力、气源压力、节流阀控制油压进行显示和存储；

当现场操作人员无法在井口处司钻控制台进行操作时，现场操作人员将无线遥控台携带至安全区域内，接通无线遥控台电源，触摸屏开机，按API16D双手操作规定，左手按下主控按钮接通气源和节流阀控制油源；同时，右手按下所需操作防喷器、节流管汇开关按钮，直到触摸屏操作界面所显示的相关控制参数达到相关规定要求时，操作完成；同时，触摸屏将对传感器采集的防喷器组和节流管汇关键参数进行显示、存储。

实施例2：如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，

一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统是在传统蓄能器装置（防喷器远程控制台）上增加节流管汇液动节流阀控制装置，集中控制箱（包括电气集中控制箱和电磁阀箱），司钻控制台和无线遥控台；通过节流管汇液动节流阀控制装置和集中控制箱实现地面防喷器和节流管汇在液压控制和电气控制系统结构上的整合；司钻控制台和无线遥控台分别提供统一的地面防喷器和节流管汇控制操作界面，以有线连接和无线连接两种方式对地面防喷器和节流管汇实施有线的远程集中控制和无线的远程集中控制。

节流管汇液动节流阀控制装置，通过电液比例换向阀对节流管汇液动节流阀开度开度进行调节；其液压油源来自蓄能器装置（防喷器远程控制 台）；控制信号由集中控制箱中PLC发出，经电液比例放大器放大输出驱动电液比例换向阀动作，控制液动节流阀开度；当停电时，通过手动换向阀对液动节流阀进行控制；压力表显示节流阀控制油压；压力传感器采集控制油压信号，在司钻控制台和无线遥控台进行显示，记录。

集中控制箱由电气集中控制箱和电磁阀箱构成；电磁阀箱中安装电磁换向气阀阀板，电磁换向气阀，压力传感器等；PLC发出控制信号，电磁换向气阀驱动气缸控制三位四通转阀工作位，实现对防喷器组、节流管汇液动平板阀控制。

电气集中控制箱PLC包含模拟量输入输出模块，开关量输入输出模块；模拟量输出模块输出节流管汇液动节流阀控制信号；模拟量输入模块采集节流阀操作油压，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，套管压力，立管压力和节流阀开度信号；开关量输出模块输出防喷器开关控制信号和节流管汇液动平板阀控制信号；开关量输入模块采集防喷器开关状态；PLC通过RS-485总线与司钻控制台进行数据连接；PLC通过无线发射接收装置与无线遥控台进行数据连接；系统断电时，自动切换到备用电源。

司钻控制台，触摸屏工控机提供防喷器组和节流管汇集中控制操作界面；操作人员点击界面上各功能操作按钮，控制指令通过RS-485总线发送到集中控制箱PLC，PLC根据控制指令发出信号，控制完成防喷器开关，环形防喷器控制压力调节和节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节；操作界面上还对防喷器开关状态，节流管汇液动平板阀开关状态，节流管汇液动节流阀开度，套管压力，立管压力，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，节流阀控制油压进行显示和存储。

无线遥控台与司钻控制台具有相同的操作界面和操作功能；无线遥控台通过无线以太网与集中控制箱PLC进行数据连接。

实施例3：如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，

一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，该系统结构上包括：节流管汇液动节流阀控制装置、集中控制箱、司钻控制台、无线遥控台；节流管汇液动节流阀控制装置进油口与防喷器远程控制台压力油管汇连接，控制油口与节流管汇液动节流阀油管连接；集中控制箱包括电气集中控制箱和电磁阀箱；司钻控制台通过RS-485总线与集中控制箱连接；无线遥控台通过无线以太网与集中控制箱连接；司钻控制台和无线遥控台具有统一的地面防喷器组和节流管汇操作界面，实现无线远程集中控制。

该装置对节流管汇液动节流阀开度进行控制，其结构包括集成安装阀板，该集成阀板上安装电液比例换向阀，手动换向阀，减压溢流阀，压力表，压力传感器及相关液压附件；阀板进油口连接防喷器远程控制台压力油管汇，连接管道上安装手动截止阀，电动截止阀和滤油器；阀板控制油口连接液动节流阀油缸。

节流管汇液动节流阀开度，和开关由电液比例换向阀控制，控制信号由集中控制箱中PLC发出，经电液比例放大器放大输出驱动电液比例换向阀动作，控制液动节流阀开度；当停电时，通过手动换向阀对液动节流阀进行控制；压力表显示节流阀控制油压；压力传感器采集控制油压信号，在司钻控制台和无线遥控台进行显示，记录。

集中控制箱由电气集中控制箱和电磁阀箱构成；电气集中控制箱安装PLC，无线发射接收装置，继电器组，备用电源等器件；电磁阀箱中安装电磁换向气阀阀板，电磁换向气阀，压力传感器等。

PLC包含模拟量输入输出模块，开关量输入输出模块；模拟量输出模块输出节流管汇液动节流阀控制信号；模拟量输入模块采集节流阀操作油压，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，套管压力，立管压力 和节流阀开度信号；开关量输出模块输出防喷器开关控制信号和节流管汇液动平板阀控制信号；开关量输入模块采集防喷器开关状态；PLC通过RS-485总线与司钻控制台进行数据连接；PLC通过无线发射接收装置与无线遥控台进行数据连接；系统断电时，自动切换到备用电源。

电磁换向气阀和压力传感器安装在阀板上；PLC发出信号电磁换向气阀换向，控制地面防喷器组开关和节流管汇液动平板阀开关。

司钻控制台设有触摸屏工控机，电源开关，主控按钮；触摸屏工控机通过RS-485总线和集中控制箱PLC进行数据连接；触摸屏工控机提供防喷器组和节流管汇集中控制操作界面，完成防喷器开关，环形防喷器控制压力调节和节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节；操作界面上还对防喷器开关状态，节流管汇液动平板阀开关状态，节流管汇液动节流阀开度，套管压力，立管压力，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，节流阀控制油压进行显示和存储。

无线遥控台设有触摸屏工控机、无线发射接收器、主控按钮、备用电源、电源开关、充电电源接口；触摸屏工控机通过无线以太网与集中控制箱PLC进行数据连接；触摸屏工控机提供防喷器组和节流管汇集中控制操作界面，完成防喷器开关，环形防喷器控制压力调节和节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节；操作界面上还对防喷器开关状态，节流管汇液动平板阀开关状态，节流管汇液动节流阀开度，套管压力，立管压力，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，节流阀控制油压进行显示和存储。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员 来说是显而易见的；因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，其特征在于该系统结构上包括：节流管汇液动节流阀控制装置、集中控制箱、司钻控制台、无线遥控台；节流管汇液动节流阀控制装置进油口与防喷器远程控制台压力油管汇连接，控制油口与节流管汇液动节流阀油管连接；集中控制箱包括电气集中控制箱和电磁阀箱；司钻控制台通过RS-485总线与集中控制箱连接；无线遥控台通过无线以太网与集中控制箱连接；司钻控制台和无线遥控台具有统一的地面防喷器组和节流管汇操作界面，实现无线远程集中控制；

该装置对节流管汇液动节流阀开度进行控制，其结构包括集成安装阀板，集成安装阀板上安装电液比例换向阀，手动换向阀，减压溢流阀，压力表，压力传感器及相关液压附件；阀板进油口连接防喷器远程控制台压力油管汇，连接管道上安装手动截止阀，电动截止阀和滤油器；阀板控制油口连接液动节流阀油缸；

集中控制箱由电气集中控制箱和电磁阀箱构成；电气集中控制箱安装PLC，无线发射接收装置，继电器组，备用电源器件；电磁阀箱中安装电磁换向气阀阀板，电磁换向气阀，压力传感器。

2.如权利要求1所述的一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，其特征在于：节流管汇液动节流阀开度，和开关由电液比例换向阀控制，控制信号由集中控制箱中PLC发出，经电液比例放大器放大输出驱动电液比例换向阀动作，控制液动节流阀开度；当停电时，通过手动换向阀对液动节流阀进行控制；压力表显示节流阀控制油压；压力传感器采集控制油压信号，在司钻控制台和无线遥控台进行显示，记录。

3.如权利要求1所述的一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，其特征是PLC包含模拟量输入输出模块，开关量输入输出模块；模拟量输出模块输出节流管汇液动节流阀控制信号；模拟量输入模块采集节流阀操作油压，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，套管压力，立管压力和节流阀开度信号；开关量输出模块输出防喷器开关控制信号和节流管汇液动平板阀控制信号；开关量输入模块采集防喷器开关状态；PLC通过RS-485总线与司钻控制台进行数据连接；PLC通过无线发射接收装置与无线遥控台进行数据连接；系统断电时，自动切换到备用电源。

4.如权利要求1所述的一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，其特征是电磁换向气阀和压力传感器安装在阀板上；PLC发出信号电磁换向气阀换向，控制地面防喷器组开关和节流管汇液动平板阀开关。

5.如权利要求1所述的一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，其特征在于：司钻控制台设有触摸屏工控机，电源开关，主控按钮；触摸屏工控机通过RS-485总线和集中控制箱PLC进行数据连接；触摸屏工控机提供防喷器组和节流管汇集中控制操作界面，完成防喷器开关，环形防喷器控制压力调节和节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节；操作界面上还对防喷器开关状态，节流管汇液动平板阀开关状态，节流管汇液动节流阀开度，套管压力，立管压力，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，节流阀控制油压进行显示和存储。

6.如权利要求1所述的一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统，其特征在于：无线遥控台设有触摸屏工控机、无线发射接收器、主控按钮、备用电源、电源开关、充电电源接口；触摸屏工控机通过无线以太网与集中控制箱PLC进行数据连接；触摸屏工控机提供防喷器组和节流管汇集中控制操作界面，完成防喷器开关，环形防喷器控制压力调节和节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节；操作界面上还对防喷器开关状态，节流管汇液动平板阀开关状态，节流管汇液动节流阀开度，套管压力，立管压力，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，节流阀控制油压进行显示和存储。

7.一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制方法，其特征在于：含有以下步骤，钻井现场操作人员接通司钻控制台或无线遥控台电源，触摸屏开机；按API16D双手操作规定，一手按住司钻控制台或无线遥控台主控按钮，接通防喷器远程控制台气源和节流管汇节流阀控制油源，同时另一手点击司钻控制台或无线遥控台集中控制操作界面中防喷器组开关、节流管汇液动平板阀开关和节流阀开度调节按钮，向集中控制箱PLC可编程控制器发送控制指令；PLC可编程控制器接受控制指令通过开关量模块对电气集中控制箱中的继电器组开关状态进行控制；继电器组对电磁阀箱中三位五通电磁换向气阀的工作位进行控制，电磁换向气阀驱动气缸控制三位四通转阀工作位，并最终实现对防喷器组和液动平板阀的开关控制；PLC可编程控制器通过模拟量模块发出控制信号，经电液比例放大器放大输出驱动电液比例换向阀动作，控制液动节流阀开度；同时PLC可编程控制器模拟量输入模块通过传感器采集节流阀操作油压，环形压力，管汇压力，蓄能器压力，气源压力，套管压力，立管压力和节流阀开度信号；开关量输出模块输出防喷器开关控制信号和节流管汇液动平板阀控制信号，同时将采集所得数据在司钻控制台和无线遥控台上进行显示和存储；无线遥控台和集中控制箱都设有备用电源，系统断电时通过UPS控制器自动切换到备用电源供电，备用电源可提供3小时续航能力。