PLC修井机液压系统在修井中的应用

2014-10-31

中国新技术新产品 2014年18期

（辽河油田曙光工程技术处作业一大队，辽宁盘锦 124109）

PLC修井机液压系统在修井中的应用

苗东

（辽河油田曙光工程技术处作业一大队，辽宁盘锦 124109）

不压井作业自动化提高是当前石油生产部门的主要研究课题之一，通过自动化程度的提高可以有效降低工作人员的压力，因而文章主要对独立式不压井的修井设备进行了分析。并将PLC系统应用于修井机中，设计出了一套自动化的液压控制系统。并针对其工作原理进行了论述，最终提出了PLC控制框架以及相关系统方案。通过PLC的利用，有效提高了修井机的修井效率，并且在作业的过程中，管柱事故发生频率也大大降低，提高了生产系统的安全性以及自动化水平。

PLC；修井机；自动化

不压修井井机在修井作业中属于新兴设备，应用于修井作业中发挥了重要的作用。在不压井的修井作业中，起下管柱是重要的环节，传统的方式包括连续油管法、钢丝绳法以及独立液压法，其中独立液压法是应用最广的。虽然我国的不压修井技术的发展十分迅速，各类设备应用水平也相继得到了发展，但在不压井的修井设备应用中仍旧使用继电器接触器控制设备予以实现。这种修井设备不但元件多、设备庞大，并且线路衔接复杂，因而在操作上也较为复杂，加重了操作人员的劳动强度，由于设备相对复杂，因而在可靠性以及可维护性上就相对较低，所以容易发生故障，设备的效率也相对较低。结合当前我国的不压修井设备发展情况，研制出了结合PLC技术的独立液压修井设备，以此实现自动化的不压修井。

1 相关参数介绍

针对不压修井井设备，设计所需要的相关技术参数包括以下几点：

（1）需要对设备的密封压力进行了解，即动、静密封压力，且需啊哟为最高密封压力。设备静密封压力为35MPa，最高动密封压力为21MPa；

（2）设备的公称通径为180mm；

（3）在修井过程中，对设备的下入管柱速度要求较为严格，这里的设计技术参数最大为1.6m/min；

（4）同样对于起升管柱的速度要求同样为1.6m/min；

（5）遇到卡管时，解卡速度为0.01m/ min。

2 系统原理分析

不压修井井设备中液压系统的应用使得修井设备具有较强的自动化能力，其系统的组成包括四个部位，即PLC控制系统、防喷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统采用两级回路，分别对上下卡瓦的起下进行控制，从而保证在修井作业中设备的连续性以及速度性；而卡瓦控制系统则是由同步的四个缸进行作业，从而对每个卡瓦进行控制，完成卡瓦的张闭动作，以此实现卡瓦对中动作的自动化；而防喷控制系统中，主要由五个防喷器对防喷动作进行控制，通过防喷器的闭合与打开完成；而PLC控制系统可以保证不压修井设备自动化动作的实现。

2.1 起下管柱控制回路。在起下管柱的控制系统中需要强调的是起升液缸的组成，其主要采用两个液缸均布的形式，通过刚性连接的方式，提高了结构承载性，同时还能够保证系统的稳定运行，并在阀门之间组成相应的回路，从而实现了在修井作业中起下管柱的无极调速。

若在设备中三位四通电磁阀位置为上位，经过液控单向阀，液压油变鬼进入到液压缸中。而单向阀在功能上具有反向截止的作用，因而液压缸回油路闭合，控制油路压力便会随之上升，换向阀即会接入。另外，在液压缸中，无杆腔中进入液压油，而有杆腔中的压力油便会进入到换向阀，经其换向进入到另外的无杆腔中，从而实现快速差动运行。

2.2 卡瓦控制回路。在主液缸中，有杆腔面积等于副缸中无杆腔面积，在工作过程中，主副缸之间可以实现结构上的串联以及并联，其切换通过二位四通换向阀实现，通过这一动作，实现设备中四个不同的液缸之间的同步运动。

2.3 防喷控制回路。不压修井井机井口密封系统一共包括5个防喷器，其中2个球型防喷器，3个闸板防喷器。当三位四通电磁阀15的左位接入系统时，液压缸14有杆腔进油，无杆腔回油，闸板防喷器打开，油、套管间的环形空间打开，允许油管柱自由上下。当三位四通电磁阀15的右位时，液压缸有杆腔回油，无杆腔进油，闸板防喷器关闭。当三位四通电磁阀15的中位接入系统时，它的中位机能使电磁阀的四个接口全封闭，防喷器、液压缸保持现有状态不变。

2.4 PLC监控系统。管柱在起下作业过程中必须实施严格监控，液压回路要在控制系统操作人员的操作和PLC监控系统的控制下进行工作，以完成对不压修井井机工作的自动控制。以下压过程为例，液压系统特点基于PLC的不压修井井机液压控制系统有以下特点：

（1）卡瓦四缸同步回路控制。如果卡瓦提升杆四缸同步回路出现了不同步的情况，每个卡瓦提升杆的上部等距安装有行程开关，行程开关可以发出电信号，控制平台上的工作人员可以调节二位四通手动换向阀调节卡瓦回路恢复四缸同步状态。

为保证始终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发生，上、下卡瓦必须互锁，通过PLC互锁程序来实现。

（2）平衡点的确定。修井过程中，起下油管作业主要通过相应的液压控制系统进行控制，而在此之中，PLC系统以及压力变送器起到了中要的作用，通过压力变送器以及CMP比较模块可以对平衡点进行实时的判断以及监控。如果触发了两级液缸行程开关，那么不同的卡瓦便会交替动作。从而实现管轻、管重不同状态下卡瓦的不同动作。若管轻，那么下端卡瓦夹持油管，若管重时则上端卡瓦夹持油管。

（3）防喷控制。在油管接箍经过前需要将防喷器及时打开，并且在接箍通过后将防喷器及时的闭合。这就需要探测器及时的探测到接箍位置，通过PLC系统利用电磁阀将回路中的防喷器打开。探测器若已经探测到两个信号，那么证明接箍通过，此时需要将防喷器闭合。为了保证修井系统安全，系统中所具有的五个防喷器必须有开有闭，禁止同时打开，因而连锁程序是PLC控制中必须具有也是需要重点研究的。