一種基于解決井控安全問題的帶壓修井作業(yè)防噴器控制系統(tǒng)研究

齊潔，劉學佳，劉世峰

（中石油渤海裝備中成裝備制造公司，天津 300280）

井噴是石油工業(yè)最為嚴重的生產(chǎn)事故之一，威脅著每一名現(xiàn)場員工的生命安全，歷次井噴造成的人員、財產(chǎn)損失令人“觸目驚心”。因此，油井作業(yè)井控是油田重大安全問題，防噴器的控制和快速關(guān)斷對于安全生產(chǎn)至關(guān)重要。

帶壓修井作業(yè)是井下作業(yè)一項新技術(shù)，它通過防噴器組控制油套環(huán)空壓力，通過堵塞器控制油管內(nèi)部壓力，然后通過對管柱施加外力克服井內(nèi)上頂力，從而完成帶壓起下管柱。在修井作業(yè)過程中，采取不壓井作業(yè)，可最大限度地減小對油氣層的傷害，有效提高油水井壽命和產(chǎn)能。它是一種最好的保護油、氣層、保持注水井壓力的修井作業(yè)方式。對于油田中后期增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。但是，由于帶壓作業(yè)裝置結(jié)構(gòu)復雜，配套不完善，井控安全問題一直存在，成為帶壓作業(yè)新技術(shù)的一項重大安全隱患。

1 帶壓作業(yè)井控設(shè)備現(xiàn)狀

井口防噴器是帶壓作業(yè)裝置井控措施的主要部件，目前帶壓作業(yè)裝置防噴器組有手動直控和手動液控兩種方式。手動直控結(jié)構(gòu)簡單，靠人力操作防噴器旋轉(zhuǎn)手輪，打開或者關(guān)斷防噴器組的閘板閥，工人操作強度較大，關(guān)斷速度慢，操作不及時會造成井壓失控，導致井噴。手動液控方式雖然工作強度小，但是由于系統(tǒng)配套問題，仍然無法完全解決井口安全問題。國外帶壓作業(yè)裝置一般不配備井控用的防噴器，作業(yè)時需要配套獨立的BOP 系統(tǒng)，單獨操作控制，因控制遠離井口，在發(fā)生井涌、井噴時，無法及時關(guān)斷；國內(nèi)井控BOP 系統(tǒng)與帶壓作業(yè)裝置復合在一起，操作控制集中在帶壓操作平臺上，當發(fā)生嚴重井噴事故，人員緊急避險撤離井口時，就無法對井控設(shè)備再實施操作，因此仍然存在一定的安全隱患。

通過調(diào)查研究現(xiàn)有常規(guī)防噴器控制系統(tǒng)存在以下問題：

（1）控制遠離井口（≥25m），為遠端直控，控制點固定，操作不便；

（2）液壓管線過長（≥30m），壓力損失大，閘板存在關(guān)斷延時，關(guān)井速度慢；

（3）管線現(xiàn)場地面鋪設(shè)，安裝工作量大，且容易損壞，可靠性、安全性差。

2 帶壓修井機防噴器控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 技術(shù)方案

帶壓修井作業(yè)防噴器控制系統(tǒng)包括：液壓動力站、執(zhí)行液缸、防噴器閘板閥、遠程電液控制系統(tǒng)。液壓動力站為執(zhí)行液缸提供動力；執(zhí)行液缸控制防噴器組閘板閥的打開或關(guān)閉；遠程電液控制系統(tǒng)通過電控液的方式對多路控制閥控制執(zhí)行液缸的伸出或縮回。

電液控制系統(tǒng)包括控制模塊、無線信號發(fā)射器、無線接收模塊、指令開關(guān)、電磁閥等部件。控制模塊通過無線接收模塊接收并執(zhí)行無線遙控器發(fā)出的指令，或接收并執(zhí)行指令開關(guān)發(fā)出的指令，控制模塊通過控制電磁閥的通電或斷電來控制執(zhí)行液缸。

控制模塊與通訊模塊連接，無線數(shù)據(jù)通訊模塊實時采集控制模塊的數(shù)據(jù)信息，與通訊模塊連接的視頻監(jiān)控器拍攝現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)，通訊模塊通過移動網(wǎng)絡實時將控制模塊載有的防噴器組的數(shù)據(jù)信息、帶壓作業(yè)設(shè)備工作實況傳輸至遠程終端。控制模塊由電源模塊供電。

無線遙控器、指令開關(guān)具有互鎖功能，控制模塊優(yōu)先執(zhí)行無線遙控器發(fā)出指令。無線遙控器的遙控距離≤200m。遠程終端包括計算機、手機，管理人員通過遠程終端掌握和管控設(shè)備的運行狀況和參數(shù)。當電磁閥通電時，電控液壓多路閥切換液路，執(zhí)行液缸伸出，防噴器組閘板閥關(guān)閉；當電磁閥斷電，執(zhí)行液缸縮回，防噴器組閘板閥打開。液壓多路控制閥設(shè)置有操控手柄，手動控制切換液壓多路控制閥液路。

2.2 系統(tǒng)工作原理

帶壓作業(yè)修井防噴器控制系統(tǒng)包括電控和手控兩種控制方式（如圖1、圖2）。電控包括遠距離通過無線遙控器遙控和近距離操控指令開關(guān)，電控信號傳輸?shù)娇刂颇K3，控制模塊3 通過控制程序進行指令運算，將控制信號輸出給安裝在電控液壓多路閥13 上的電磁閥10，電控液壓多路閥13根據(jù)電磁閥的通電或斷電，切換油路，實現(xiàn)對執(zhí)行液缸11的控制。當現(xiàn)場正常施工作業(yè)時，電磁閥10 斷電，執(zhí)行液缸11 縮回狀態(tài)，防噴器組閘板閥打開。當施工作業(yè)現(xiàn)場發(fā)生緊急情況時，操作人員可以撤離作業(yè)現(xiàn)場至安全區(qū)域，通過無線遙控器1 發(fā)射關(guān)閉防噴器組的指令信號，無線接收模塊2 接收到無線遙控器1 的指令信號后，傳輸給控制模塊3，控制模塊3 通過程序運算，輸出控制信號至電磁閥10，電磁閥10 通電，控制電控液壓多路閥13 切換液路，從而控制執(zhí)行液缸11，執(zhí)行液缸11 伸出，防噴器組閘板閥關(guān)閉，實現(xiàn)防噴器組閘板閥的關(guān)閉。

圖1 帶壓作業(yè)修井機防噴器控制系統(tǒng)功能圖

圖2 帶壓作業(yè)修井機防噴器液壓系統(tǒng)功能圖

帶壓作業(yè)修井機防噴器組通過電控手柄或遙控器對設(shè)備進行靈活可靠的控制，操作方便、快捷、省力。采用遙控器的控制方式，井口發(fā)生井噴、井涌危險時，及時撤離現(xiàn)場，到達設(shè)備安全距離后第一時間用遙控器關(guān)閉井口，最大限度確保操作人員和修井設(shè)備的安全；同時，通過互聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，修井作業(yè)管理平臺可實時對現(xiàn)場作業(yè)設(shè)備進行監(jiān)控和指導，通過監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)、分析設(shè)備運行參數(shù)，方便管理平臺對設(shè)備和人員進行全方位管理，進一步確保作業(yè)安全。

2.3 廠內(nèi)試驗及現(xiàn)場應用

此成果應用在吉林帶壓作業(yè)修井機上，根據(jù)用戶要求，通訊模塊并沒有實施。帶壓作業(yè)修井機在試驗場地進行了廠內(nèi)調(diào)試及載荷試驗，試驗結(jié)果表明修井機電控液壓系統(tǒng)符合設(shè)計要求，防噴器組無線遙控裝置操作精準、無延時、遙控距離超過100m（最遠可達200m）。詳見表1。

表1 試驗數(shù)據(jù)對比

該成果現(xiàn)場成功驗收后，依托中石油帶壓作業(yè)修井機推廣項目，在大慶、吉林、遼河、新疆（吐哈）、華北、大港等全國各大油田共計14 臺帶壓作業(yè)修井機上進行應用。用戶滿意度高，已在行業(yè)內(nèi)進行推廣。

3 結(jié)語

（1）無線遙控替代液壓直控，控制與執(zhí)行動力分離，不受井場空間限制，提高井控安全性。

（2）防噴器執(zhí)行動力與修井機集成一體，動力就近輸出，關(guān)斷更加迅速可靠。

（3）取消BOP 液壓控制單元，減少搬安工作量，降低工人勞動強度，提高作業(yè)效率。

（4）井控與自動化、智能通訊技術(shù)相結(jié)合，為帶壓作業(yè)融入物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了條件。

帶壓修井作業(yè)過程中的井控措施，關(guān)乎作業(yè)人員的生命安全、環(huán)境保護以及國家財產(chǎn)的保護。因此，這一問題的切實解決，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，現(xiàn)實意義重大。