内防喷工具电动试压控制系统的研究

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摘 要：内防喷工具作为装在管柱上的专用工具，与井口防喷器组配套使用，用来封闭钻具的中心通孔，防止管柱内井喷，是井控系统中的重要环节，所以内防喷工具质量的好坏直接关系到井控的安全生产。由于内防喷工具需求量较大且至关重要，所以如何又快又好地对内防喷工具进行试压检测，确保供井的内防喷工具质量成为重要的课题。本文重在研究内防喷工具电动试压控制系统，使内防喷工具的试压检测实现半自动化，满足生产对质量及数量的双向要求。

关键词：内防喷工具 电动试压控制系统 半自动化

一、绪论

内防喷工具主要用于发生溢流井涌时，防止地层流体沿钻柱水眼向上喷出。若在井控作业中，水龙带、高压管汇损坏，可关闭钻具内防喷工具进行安全更换[1]。内防喷器是一种背压阀（或浮阀），可以用在起下钻或不使泥浆进入钻杆的下钻等情况，其可以在钻杆内低流速的情况下安装，最好的方法是先关闭全开安全阀，然后安装内防喷工具，顶开型（箭型）止回阀是应用较广的一种内防喷工具，当泥浆从井内流入时安装这种阀，先用顶开装置打开阀门，安装好后松开顶开装置则关闭阀门，移去顶开装置上部接头并接上钻杆，还可以用投入式止回阀，可以用泥浆泵将阀芯送入，本体和阀座等安装在井下钻具上。

作为井控系统中的重要工具，试压检测成为确保质量的主要手段。本文将从半自动化及提高试压检测效率的角度重点研究内防喷工具电动试压检测系统的运行。

1.研究的目的及意义

当前国内的内防喷工具试压检测模式主要为一次只能试压检测一个，效率低下。尤其对于外部市场工作量大且人员少的情况，当前的试压模式远远不能满足生产的需求。因此，要从根本上解决试压检测效率低下的问题，必须首先完善电动试压控制系统的结构。而完善试压控制系统的结构具有重要的意义：既提高了试压检测效率又节省了劳动力。

本文重在研究内防喷工具电动试压控制系统，使内防喷工具的试压检测实现半自动化，满足生产对质量及数量的双向要求。

本文的工作将对井控安全生产、提高生产效率及产品质量有重要的工程意义。

2.研究方法

本文将从系统组成上对试压控制对象进行增加，通过压力变送器连接现场控制柜与试压件，实现一次性试压几个内防喷工具的目的。

二、系统组成

系统可以分为现场设备和远程控制设备等两部分组成。

1.现场设备组成

电动试压设备及控制设备、视频监控设备、以及传感器等设备组成。（本文以一次性试压检测4只内防喷工具为例）

摄像机1

完成现场图像的采集并转换成电信号传输到控制室。

压力传感器1：

检测试压设备进口的工作压力，并将压力信号转换成标准的4-20mA电流信号。完成试压设备进口压力信号的采集。

压力传感器2：

检测试压设备出口的工作压力，并将压力信号转换成标准的4-20mA电流信号。完成试压设备出口压力信号的采集。

压力传感器3：

试压工件1设备的压力检测，并将压力信号转换成标准的4-20mA电流信号。完成试压设备出口压力信号的采集。

压力传感器4：

试压工件2设备的压力检测，并将压力信号转换成标准的4-20mA电流信号。完成试压设备出口压力信号的采集。

压力传感器5：

试压工件3设备的压力检测，并将压力信号转换成标准的4-20mA电流信号。完成试压设备出口压力信号的采集。

压力传感器6：

试压工件4设备的压力检测，并将压力信号转换成标准的4-20mA电流信号。完成试压设备出口压力信号的采集。

电机开启控制：

完成试压设备中电机的开启，从而控制泵的起停控制和PID控制变频器的转速。

压力控制：

完成保压和卸压控制功能。

试压改造示意图如图2-1所示：

2.远程监控设备

远程监控设备由工控机完成逻辑控制单元。如图2-2所示：

工控机：

完成远程控制功能。用户的所有远程操作都在此计算机上操作运行。

打印机：

打印报表的输出设备。

数据传输卡：

完成通讯转换，将计算机的标准RS232通讯电平转换成工业RS485通讯总线。

硬盘录像机

进行图像录像并存储到硬盘中，采用的是数字技术录制图像。

三、技术特点和技术参数

1.技术特点

1.1 4路同时试压，节省试压时间，效率提升；

1.2 操作人员与现场高压部分安全隔离，保证人身安全；

1.3 升压、保压、卸压全自动控制完成；

1.4 可以通过选择进行自动和手动操作；

1.5 试压曲线观测保存，可以对当前和历史数据进行打印和浏览。

1.6 1路摄像机视频图像的实时数字监控录像，可长期保存现场录像。

2.技术参数及功能

2.1 硬盘录像机的技术参数及功能

硬盘录像机见图3-1：

图3-1 硬盘录像机

其功能特征有：

采用H.264视频压缩方式

支持多个网络用户同时观看

DSP采用TI的DM642， 性能更优越

支持移动侦测触发报警录像功能，可通过移动

侦测记录搜索方式进行快速搜索

支持外接云台解码器，CD/RW或活动硬盘支架

多工功能（同时进行录像， 监看，回放，网络监看）

实时监控时可遮蔽某一画面

支持红外遥控器

通过RS-485对PTZ进行控制

技术参数见表3-1：

2.2 工控机的技术参数及功能

工控机的技术参数及功能见表3-2：（上右）

2.3 电动试压泵的技术参数及功能

电动试压泵见图3-2：

图3-2 电动试压泵

其功能特点：

新型三缸卧式泵，现为行业技术主流，其特点是流量大、效率高、运行平稳、性能稳定、操作性能好、试验压力手动任意调节，具有自动保压功能。

其技术参数见表3-3：

四、成本分析

该内防喷工具电动试压控制系统的主要部件有操作台、工业控制计算机、电动试压泵、气控液高压阀组件、压力变送器、智能数据采集模块、数据转换模块、开关电源、低压配电附件、高压管线、就地控制箱、压力表、高压接头、数据通讯电缆、防水电缆及软件，它们所需的数量及价格见表4：

故生产该系统所需的成本约为23.8万元。

五、技术特色

1.该系统可自动实现N个（本文以4个为例）内防喷工具的同步试压，且可以单独控制每组通路的启闭，当发现某一组出现试压不合格的现象（如出现可见渗漏现象）时可关闭改组通路，避免因拆卸耽误其余内防喷工具的试压检测；

2.提高了试压效率，大大节约了时间成本和人力成本，尤其适用于外部市场工作量大且人员少的条件；

3.该系统自动化程度高，操作简单便捷，且具有监控设备的远程控制功能保障了操作人员的安全。

参考文献

[1] 杜晓瑞，王贵文等.钻井工具手册.石油工业出版社，2000.01.

作者简介：潘润志，男，汉族，2010年毕业于西安石油大学，现就职于长城钻探工程有限公司钻具公司东部项目部，任技术负责人一职。