氣體鉆井停/供氣遠(yuǎn)程控制裝置的研制

汪漢花

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

目前氣體鉆井常用的停/供氣方式是：工作人員到放氣管匯前根據(jù)指令進(jìn)行人工球閥的開啟和關(guān)閉，這種方式雖然能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求，但存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、停氣時(shí)間長(zhǎng)井下易復(fù)雜、高壓憋壓放氣風(fēng)險(xiǎn)高等問題。鑒于此，本文提出了在放氣管匯球閥上安裝電磁閥及限位開關(guān)，通過遠(yuǎn)程控制電磁閥，并結(jié)合限位開關(guān)以及注氣壓力變化情況，進(jìn)行停氣或者放氣。

2 停/供氣遠(yuǎn)程控制裝置的組成及原理

該系統(tǒng)主要由氣路、電磁閥、控制箱、限位開關(guān)等組成，見圖1。具體原理是：通過遠(yuǎn)程控制箱開關(guān)按鈕控制電磁閥的打開與關(guān)閉，進(jìn)而控制供氣氣路，從而實(shí)現(xiàn)氣路球閥的開啟、關(guān)閉，氣路球閥的開啟、關(guān)閉2個(gè)狀態(tài)直接反映在限位開關(guān)狀態(tài)，電信號(hào)反饋到遠(yuǎn)程控制箱上，直接對(duì)應(yīng)開、關(guān)信號(hào)燈的狀態(tài)，進(jìn)而判斷氣動(dòng)球閥是否動(dòng)作或動(dòng)作是否到位，防止注氣管線內(nèi)憋壓情況發(fā)生。

3 停/供氣遠(yuǎn)程控制裝置的研制

3.1 氣路優(yōu)化

在不改變放氣管匯控制箱整體結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)原有氣路進(jìn)行優(yōu)化，即在保證原氣路正常工作條件下對(duì)3條進(jìn)氣管路和6條出氣管路各引出分支路，然后在原氣路和分支氣路上分別安裝球閥，引出的6條分支由電磁閥控制開關(guān)，見圖2。為了防止井場(chǎng)特殊情況發(fā)生需使用原手動(dòng)控制氣動(dòng)球閥開關(guān)，在原有放氣管匯控制箱內(nèi)設(shè)計(jì)了手動(dòng)/電動(dòng)控制面板，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)及電動(dòng)任意轉(zhuǎn)換，操作簡(jiǎn)單、方便。

圖1 停/供氣遠(yuǎn)程控制原理圖

圖2 氣路優(yōu)化流程圖

3.2 電磁閥優(yōu)選

電磁閥是遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵部件，起到控制氣路通道轉(zhuǎn)換的作用。綜合考慮井場(chǎng)安全要求、開關(guān)頻繁、安裝空間小等問題，優(yōu)選了美國(guó)ASCO238714-006-D型兩位兩通防爆電磁閥，見圖4。該電磁閥壓力工作范圍30～150psi，使用溫度0℃～60℃，電壓24V，防爆等級(jí)EXdⅡBT4，高度為110mm，寬度為50mm，安裝后有足夠的空間進(jìn)行管線對(duì)接。同時(shí)該電磁閥經(jīng)過室內(nèi)調(diào)試電磁吸合成功率100%，整體參數(shù)滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

3.3 限位開關(guān)優(yōu)選

限位開關(guān)是遠(yuǎn)程控制的監(jiān)測(cè)單元。使用時(shí)安裝到氣動(dòng)球閥上方，限位開關(guān)的限位桿與球閥的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)桿連接，氣動(dòng)球閥動(dòng)作時(shí)，旋轉(zhuǎn)桿帶動(dòng)限位桿旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)限位開關(guān)內(nèi)電路轉(zhuǎn)換，直接反映到遠(yuǎn)程控制箱開啟/關(guān)閉信號(hào)燈的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)氣動(dòng)球閥是否開關(guān)到位的目的。綜合考慮井場(chǎng)安全與氣動(dòng)球閥安裝匹配性等問題，優(yōu)選了韓國(guó)WESTLOCK2645型機(jī)械式防爆限位開關(guān)，使用電壓24V，使用溫度-40℃～85℃，防爆等級(jí)EXdⅡBT4。該限位閥具有整體尺寸小、便于安裝、外形美觀、動(dòng)作可靠等特點(diǎn)。為防止電信號(hào)線在作業(yè)過程中被破壞，采用了信號(hào)線專用鋼管進(jìn)行了保護(hù)。

3.4 放氣遠(yuǎn)程控制箱設(shè)計(jì)

放氣遠(yuǎn)程控制箱作用是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源、控制電磁閥的開關(guān)和顯示氣動(dòng)球閥開關(guān)是否到位，可以安裝在中控室或鉆臺(tái)，操作人員就近控制。該控制箱由電源、指示燈、兩擋旋轉(zhuǎn)按鈕、箱體及連接電線等構(gòu)成，根據(jù)內(nèi)部電子原器件尺寸對(duì)放氣遠(yuǎn)程控制箱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，給出了最小的控制箱尺寸：300mm×200mm×150mm，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝、操作，同時(shí)為了防止鉆進(jìn)過程中誤操作，設(shè)計(jì)了開關(guān)保護(hù)罩及電源確定按鈕。

4 遠(yuǎn)程控制流程及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 控制流程

（1）鉆臺(tái)下達(dá)放氣指令；

（2）中控室遙控放氣；

（3）鉆臺(tái)根據(jù)壓力數(shù)值判斷放氣結(jié)果，接立柱；

（4）接立柱結(jié)束后，鉆臺(tái)下達(dá)送氣指令，中控室遙控送氣。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

XS35井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了供/停氣遠(yuǎn)距離控制，操作流程由原來(lái)的6步簡(jiǎn)化為4步，接立柱時(shí)間從原來(lái)的7.06min減少到現(xiàn)在的4.56min，提高了作業(yè)效率，減輕了工作人員的勞動(dòng)量，降低了停氣時(shí)間長(zhǎng)造成井下復(fù)雜的幾率。

5 結(jié)論

（1）氣體鉆井停/供氣遠(yuǎn)程控制裝置原理可行，流程簡(jiǎn)單，該方法具有遠(yuǎn)程操作反映快、操作方便等特點(diǎn)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：氣體鉆井停/供氣遠(yuǎn)程控制裝置可減少接立柱時(shí)間，提高作業(yè)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低停氣時(shí)間長(zhǎng)造成的井下復(fù)雜幾率，可為氣體鉆井安全施工提供幫助。

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