PLC修井機(jī)液壓系統(tǒng)在修井中的應(yīng)用

（遼河油田曙光工程技術(shù)處作業(yè)一大隊(duì)，遼寧 盤錦 124109）

PLC修井機(jī)液壓系統(tǒng)在修井中的應(yīng)用

苗 東

（遼河油田曙光工程技術(shù)處作業(yè)一大隊(duì)，遼寧 盤錦 124109）

不壓井作業(yè)自動(dòng)化提高是當(dāng)前石油生產(chǎn)部門的主要研究課題之一，通過(guò)自動(dòng)化程度的提高可以有效降低工作人員的壓力，因而文章主要對(duì)獨(dú)立式不壓井的修井設(shè)備進(jìn)行了分析。并將PLC系統(tǒng)應(yīng)用于修井機(jī)中，設(shè)計(jì)出了一套自動(dòng)化的液壓控制系統(tǒng)。并針對(duì)其工作原理進(jìn)行了論述，最終提出了PLC控制框架以及相關(guān)系統(tǒng)方案。通過(guò)PLC的利用，有效提高了修井機(jī)的修井效率，并且在作業(yè)的過(guò)程中，管柱事故發(fā)生頻率也大大降低，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性以及自動(dòng)化水平。

PLC；修井機(jī)；自動(dòng)化

不壓修井井機(jī)在修井作業(yè)中屬于新興設(shè)備，應(yīng)用于修井作業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。在不壓井的修井作業(yè)中，起下管柱是重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的方式包括連續(xù)油管法、鋼絲繩法以及獨(dú)立液壓法，其中獨(dú)立液壓法是應(yīng)用最廣的。雖然我國(guó)的不壓修井技術(shù)的發(fā)展十分迅速，各類設(shè)備應(yīng)用水平也相繼得到了發(fā)展，但在不壓井的修井設(shè)備應(yīng)用中仍舊使用繼電器接觸器控制設(shè)備予以實(shí)現(xiàn)。這種修井設(shè)備不但元件多、設(shè)備龐大，并且線路銜接復(fù)雜，因而在操作上也較為復(fù)雜，加重了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，由于設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，因而在可靠性以及可維護(hù)性上就相對(duì)較低，所以容易發(fā)生故障，設(shè)備的效率也相對(duì)較低。結(jié)合當(dāng)前我國(guó)的不壓修井設(shè)備發(fā)展情況，研制出了結(jié)合PLC技術(shù)的獨(dú)立液壓修井設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的不壓修井。

1 相關(guān)參數(shù)介紹

針對(duì)不壓修井井設(shè)備，設(shè)計(jì)所需要的相關(guān)技術(shù)參數(shù)包括以下幾點(diǎn)：

（1）需要對(duì)設(shè)備的密封壓力進(jìn)行了解，即動(dòng)、靜密封壓力，且需啊喲為最高密封壓力。設(shè)備靜密封壓力為35MPa，最高動(dòng)密封壓力為21MPa；

（2）設(shè)備的公稱通徑為180mm；

（3）在修井過(guò)程中，對(duì)設(shè)備的下入管柱速度要求較為嚴(yán)格，這里的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)最大為1.6m/min；

（4）同樣對(duì)于起升管柱的速度要求同樣為1.6m/min；

（5）遇到卡管時(shí)，解卡速度為0.01m/ min。

2 系統(tǒng)原理分析

不壓修井井設(shè)備中液壓系統(tǒng)的應(yīng)用使得修井設(shè)備具有較強(qiáng)的自動(dòng)化能力，其系統(tǒng)的組成包括四個(gè)部位，即PLC控制系統(tǒng)、防噴控制回路以及卡瓦控制回路和起下管柱控制回路。其中起下管柱控制系統(tǒng)采用兩級(jí)回路，分別對(duì)上下卡瓦的起下進(jìn)行控制，從而保證在修井作業(yè)中設(shè)備的連續(xù)性以及速度性；而卡瓦控制系統(tǒng)則是由同步的四個(gè)缸進(jìn)行作業(yè)，從而對(duì)每個(gè)卡瓦進(jìn)行控制，完成卡瓦的張閉動(dòng)作，以此實(shí)現(xiàn)卡瓦對(duì)中動(dòng)作的自動(dòng)化；而防噴控制系統(tǒng)中，主要由五個(gè)防噴器對(duì)防噴動(dòng)作進(jìn)行控制，通過(guò)防噴器的閉合與打開完成；而PLC控制系統(tǒng)可以保證不壓修井設(shè)備自動(dòng)化動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)。

2.1 起下管柱控制回路。在起下管柱的控制系統(tǒng)中需要強(qiáng)調(diào)的是起升液缸的組成，其主要采用兩個(gè)液缸均布的形式，通過(guò)剛性連接的方式，提高了結(jié)構(gòu)承載性，同時(shí)還能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并在閥門之間組成相應(yīng)的回路，從而實(shí)現(xiàn)了在修井作業(yè)中起下管柱的無(wú)極調(diào)速。

若在設(shè)備中三位四通電磁閥位置為上位，經(jīng)過(guò)液控單向閥，液壓油變鬼進(jìn)入到液壓缸中。而單向閥在功能上具有反向截止的作用，因而液壓缸回油路閉合，控制油路壓力便會(huì)隨之上升，換向閥即會(huì)接入。另外，在液壓缸中，無(wú)桿腔中進(jìn)入液壓油，而有桿腔中的壓力油便會(huì)進(jìn)入到換向閥，經(jīng)其換向進(jìn)入到另外的無(wú)桿腔中，從而實(shí)現(xiàn)快速差動(dòng)運(yùn)行。

2.2 卡瓦控制回路。在主液缸中，有桿腔面積等于副缸中無(wú)桿腔面積，在工作過(guò)程中，主副缸之間可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的串聯(lián)以及并聯(lián)，其切換通過(guò)二位四通換向閥實(shí)現(xiàn)，通過(guò)這一動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備中四個(gè)不同的液缸之間的同步運(yùn)動(dòng)。

2.3 防噴控制回路。不壓修井井機(jī)井口密封系統(tǒng)一共包括5個(gè)防噴器，其中2個(gè)球型防噴器，3個(gè)閘板防噴器。當(dāng)三位四通電磁閥15的左位接入系統(tǒng)時(shí)，液壓缸14有桿腔進(jìn)油，無(wú)桿腔回油，閘板防噴器打開，油、套管間的環(huán)形空間打開，允許油管柱自由上下。當(dāng)三位四通電磁閥15的右位時(shí)，液壓缸有桿腔回油，無(wú)桿腔進(jìn)油，閘板防噴器關(guān)閉。當(dāng)三位四通電磁閥15的中位接入系統(tǒng)時(shí)，它的中位機(jī)能使電磁閥的四個(gè)接口全封閉，防噴器、液壓缸保持現(xiàn)有狀態(tài)不變。

2.4 PLC監(jiān)控系統(tǒng)。管柱在起下作業(yè)過(guò)程中必須實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)控，液壓回路要在控制系統(tǒng)操作人員的操作和PLC監(jiān)控系統(tǒng)的控制下進(jìn)行工作，以完成對(duì)不壓修井井機(jī)工作的自動(dòng)控制。以下壓過(guò)程為例，液壓系統(tǒng)特點(diǎn)基于PLC的不壓修井井機(jī)液壓控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

（1）卡瓦四缸同步回路控制。如果卡瓦提升桿四缸同步回路出現(xiàn)了不同步的情況，每個(gè)卡瓦提升桿的上部等距安裝有行程開關(guān)，行程開關(guān)可以發(fā)出電信號(hào)，控制平臺(tái)上的工作人員可以調(diào)節(jié)二位四通手動(dòng)換向閥調(diào)節(jié)卡瓦回路恢復(fù)四缸同步狀態(tài)。

為保證始終有一卡瓦作用在油管上，避免了油管冒出或落入井中事故的發(fā)生，上、下卡瓦必須互鎖，通過(guò)PLC互鎖程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）平衡點(diǎn)的確定。修井過(guò)程中，起下油管作業(yè)主要通過(guò)相應(yīng)的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，而在此之中，PLC系統(tǒng)以及壓力變送器起到了中要的作用，通過(guò)壓力變送器以及CMP比較模塊可以對(duì)平衡點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的判斷以及監(jiān)控。如果觸發(fā)了兩級(jí)液缸行程開關(guān)，那么不同的卡瓦便會(huì)交替動(dòng)作。從而實(shí)現(xiàn)管輕、管重不同狀態(tài)下卡瓦的不同動(dòng)作。若管輕，那么下端卡瓦夾持油管，若管重時(shí)則上端卡瓦夾持油管。

（3）防噴控制。在油管接箍經(jīng)過(guò)前需要將防噴器及時(shí)打開，并且在接箍通過(guò)后將防噴器及時(shí)的閉合。這就需要探測(cè)器及時(shí)的探測(cè)到接箍位置，通過(guò)PLC系統(tǒng)利用電磁閥將回路中的防噴器打開。探測(cè)器若已經(jīng)探測(cè)到兩個(gè)信號(hào)，那么證明接箍通過(guò)，此時(shí)需要將防噴器閉合。為了保證修井系統(tǒng)安全，系統(tǒng)中所具有的五個(gè)防噴器必須有開有閉，禁止同時(shí)打開，因而連鎖程序是PLC控制中必須具有也是需要重點(diǎn)研究的。

結(jié)論

PLC系統(tǒng)在不壓修井作業(yè)中，主要原理便是將PLC系統(tǒng)同液壓系統(tǒng)融合在一起。以獨(dú)立不壓修井作業(yè)的相關(guān)步驟以及技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)，將PLC系統(tǒng)融合到原有的不壓修井液壓控制系統(tǒng)中，形成了完善的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)中PLC系統(tǒng)對(duì)電磁閥的控制，實(shí)現(xiàn)了修井作業(yè)的自動(dòng)化。

[1]謝卓偉,黃獻(xiàn)龍．閥控非對(duì)稱缸主動(dòng)式伺服加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型[J]．華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2000（ 05）．

[2]王輝,荊寶德,王樹山,張瑩．非壓修井井機(jī)液壓起升系統(tǒng)的概述與故障分析[J]．機(jī)械制造,2008（09）．

TE358

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