齊潔，劉學(xué)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(yán)重的生產(chǎn)事故之一，威脅著每一名現(xiàn)場(chǎng)員工的生命安全，歷次井噴造成的人員、財(cái)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(wèn)題，防噴器的控制和快速關(guān)斷對(duì)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(xiàng)新技術(shù)，它通過(guò)防噴器組控制油套環(huán)空壓力，通過(guò)堵塞器控制油管內(nèi)部壓力，然后通過(guò)對(duì)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(guò)程中，采取不壓井作業(yè)，可最大限度地減小對(duì)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(hù)油、氣層、保持注水井壓力的修井作業(yè)方式。對(duì)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(fù)雜，配套不完善，井控安全問(wèn)題一直存在，成為帶壓作業(yè)新技術(shù)的一項(xiàng)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(dòng)直控和手動(dòng)液控兩種方式。手動(dòng)直控結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靠人力操作防噴器旋轉(zhuǎn)手輪，打開(kāi)或者關(guān)斷防噴器組的閘板閥，工人操作強(qiáng)度較大，關(guān)斷速度慢，操作不及時(shí)會(huì)造成井壓失控，導(dǎo)致井噴。手動(dòng)液控方式雖然工作強(qiáng)度小，但是由于系統(tǒng)配套問(wèn)題，仍然無(wú)法完全解決井口安全問(wèn)題。國(guó)外帶壓作業(yè)裝置一般不配備井控用的防噴器，作業(yè)時(shí)需要配套獨(dú)立的BOP 系統(tǒng)，單獨(dú)操作控制，因控制遠(yuǎn)離井口，在發(fā)生井涌、井噴時(shí)，無(wú)法及時(shí)關(guān)斷；國(guó)內(nèi)井控BOP 系統(tǒng)與帶壓作業(yè)裝置復(fù)合在一起，操作控制集中在帶壓操作平臺(tái)上，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重井噴事故，人員緊急避險(xiǎn)撤離井口時(shí)，就無(wú)法對(duì)井控設(shè)備再實(shí)施操作，因此仍然存在一定的安全隱患。

通過(guò)調(diào)查研究現(xiàn)有常規(guī)防噴器控制系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

（1）控制遠(yuǎn)離井口（≥25m），為遠(yuǎn)端直控，控制點(diǎn)固定，操作不便；

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

（3）管線現(xiàn)場(chǎng)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(jī)防噴器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(dòng)力站、執(zhí)行液缸、防噴器閘板閥、遠(yuǎn)程電液控制系統(tǒng)。液壓動(dòng)力站為執(zhí)行液缸提供動(dòng)力；執(zhí)行液缸控制防噴器組閘板閥的打開(kāi)或關(guān)閉；遠(yuǎn)程電液控制系統(tǒng)通過(guò)電控液的方式對(duì)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(wú)線信號(hào)發(fā)射器、無(wú)線接收模塊、指令開(kāi)關(guān)、電磁閥等部件?？刂颇K通過(guò)無(wú)線接收模塊接收并執(zhí)行無(wú)線遙控器發(fā)出的指令，或接收并執(zhí)行指令開(kāi)關(guān)發(fā)出的指令，控制模塊通過(guò)控制電磁閥的通電或斷電來(lái)控制執(zhí)行液缸。

控制模塊與通訊模塊連接，無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊實(shí)時(shí)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(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)，通訊模塊通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(shí)況傳輸至遠(yuǎn)程終端?？刂颇K由電源模塊供電。

無(wú)線遙控器、指令開(kāi)關(guān)具有互鎖功能，控制模塊優(yōu)先執(zhí)行無(wú)線遙控器發(fā)出指令。無(wú)線遙控器的遙控距離≤200m。遠(yuǎn)程終端包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)，管理人員通過(guò)遠(yuǎn)程終端掌握和管控設(shè)備的運(yùn)行狀況和參數(shù)。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，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(dāng)電磁閥斷電，執(zhí)行液缸縮回，防噴器組閘板閥打開(kāi)。液壓多路控制閥設(shè)置有操控手柄，手動(dòng)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(yuǎn)距離通過(guò)無(wú)線遙控器遙控和近距離操控指令開(kāi)關(guān)，電控信號(hào)傳輸?shù)娇刂颇K3，控制模塊3 通過(guò)控制程序進(jìn)行指令運(yùn)算，將控制信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行液缸11的控制。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)正常施工作業(yè)時(shí)，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(kāi)。當(dāng)施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生緊急情況時(shí)，操作人員可以撤離作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)至安全區(qū)域，通過(guò)無(wú)線遙控器1 發(fā)射關(guān)閉防噴器組的指令信號(hào)，無(wú)線接收模塊2 接收到無(wú)線遙控器1 的指令信號(hào)后，傳輸給控制模塊3，控制模塊3 通過(guò)程序運(yùn)算，輸出控制信號(hào)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(shí)現(xiàn)防噴器組閘板閥的關(guān)閉。

圖1 帶壓作業(yè)修井機(jī)防噴器控制系統(tǒng)功能圖

圖2 帶壓作業(yè)修井機(jī)防噴器液壓系統(tǒng)功能圖

帶壓作業(yè)修井機(jī)防噴器組通過(guò)電控手柄或遙控器對(duì)設(shè)備進(jìn)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(xiǎn)時(shí)，及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)，到達(dá)設(shè)備安全距離后第一時(shí)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(shí)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，修井作業(yè)管理平臺(tái)可實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和指導(dǎo)，通過(guò)監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)、分析設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，方便管理平臺(tái)對(duì)設(shè)備和人員進(jìn)行全方位管理，進(jìn)一步確保作業(yè)安全。

2.3 廠內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

此成果應(yīng)用在吉林帶壓作業(yè)修井機(jī)上，根據(jù)用戶要求，通訊模塊并沒(méi)有實(shí)施。帶壓作業(yè)修井機(jī)在試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行了廠內(nèi)調(diào)試及載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明修井機(jī)電控液壓系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求，防噴器組無(wú)線遙控裝置操作精準(zhǔn)、無(wú)延時(shí)、遙控距離超過(guò)100m（最遠(yuǎn)可達(dá)200m）。詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

該成果現(xiàn)場(chǎng)成功驗(yàn)收后，依托中石油帶壓作業(yè)修井機(jī)推廣項(xiàng)目，在大慶、吉林、遼河、新疆（吐哈）、華北、大港等全國(guó)各大油田共計(jì)14 臺(tái)帶壓作業(yè)修井機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用。用戶滿意度高，已在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。

3 結(jié)語(yǔ)

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

（2）防噴器執(zhí)行動(dòng)力與修井機(jī)集成一體，動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。

（4）井控與自動(dòng)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(guò)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(hù)以及國(guó)家財(cái)產(chǎn)的保護(hù)。因此，這一問(wèn)題的切實(shí)解決，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)實(shí)意義重大。