[實用新型]利用FF現場總線實現控壓鉆井的裝置

有效

• 申請號: 201020144452.4
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN201620868U
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 劉偉;李軍;徐寶昌;方世良;楊雄文;郭慶豐;翟小強
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 李玉明

技術領域

本實用新型涉及石油、天然氣鉆井領域。特別涉及控制壓力鉆井裝置控制系統，實現井底壓力精確控制，是一種有FF(FoundationFieldbus)現場總線的控壓鉆井裝置。

背景技術

目前，控制壓力鉆井是一個較復雜鉆井作業過程，包括多個平板閥、節流閥、回壓泵和灌注泵的過程控制，集節流控制回路控制、節流閥閉環控制、作業工況轉化控制以及安全報警等多種功能于一身。控制壓力鉆井裝置是在傳統的井控裝置基礎上發展起來的，但是相對傳統的井控裝置，它的功能結構已發生翻天覆地的改變。傳統的井控裝置是在井底出現嚴重溢流或者發生井噴事故時使用，循環出受氣侵鉆井液，重新建立井底平衡。該裝置采用手工操作，工人的勞動強度大，而且不能實現實時監控、記錄井控作業過程中壓力、流量等控制參數的變化，控制精度低、工作可靠性差。而控制壓力鉆井裝置在地層孔隙壓力-地層破裂壓力狹小，或者長井段處于同一壓力系統的鉆井時使用，對井眼環空壓力進行精確控制，減少鉆井過程中因壓力平衡原因井下造成的漏失、井涌、坍塌等復雜情況，提高鉆井速度，減少鉆井成本。該裝備采用自動控制，安裝了多臺數字化壓力計、流量計監測壓力控制過程中關鍵點壓力和流量的變化，并通過中央控制系統控制平板閥的開關、節流閥的開度、回壓泵和灌注泵啟停等操作，實現壓力精確控制。

目前，國內控壓鉆井裝備還沒有成熟的控壓鉆井裝置，尚處在產品試制階段，國際上擁有控壓鉆井裝置的公司有Shell，Halliburton等，其裝置控制系統的特點是采用PLC控制系統取代了手動操作，實現了分散控制和集中監控。但是，現場底層傳感器和數據采集器之間多采用一對一物理連線和模擬信號傳輸導致大量布線，信號傳輸的抗干擾能力也較差。

隨著自動控制技術，計算機技術和微電子技術的迅猛發展，過程控制系統由DCS(分布式控制系統)發展至今的FCS系統(現場總線控制系統)。應用現場總線控制系統避免了智能現場儀表與智能控制室儀表之間的非智能連接，從而使現場智能儀表的各種智能功能得到淋漓盡致地發揮，同時，節省大量線纜，降低了施工和維護的成本。目前，現場總線控制類型主要包括七種，分別為：Foundation?Fieldbus、Profibus、FIP、Can、Lon、Interbus和AS-I。其中Foundation?Fieldbus(簡稱FF)現場總線技術是一項飛速發展的總線技術，正在獲得越來越廣泛應用，其優點有：①可視為一種基于現場的局域網，方便進行全數字、雙向傳輸、多點通訊，總線連接智能儀表和自動化電氣控制設備并提供電源和通訊通道；②數字化信號傳輸，大幅度減少電纜用量；③數字信號傳輸精度高(較模擬信號高10倍左右)，抗干擾能力強，控制質量更好；④采用了全分散的現場控制結構，將控制功能分散下放到智能型現場設備中，每個現場儀表的CPU(中央處理器)均可獨立完成測量、校正、調節、診斷等功能；⑤總線儀表可以提供更多的關于儀表的運行信息，具備故障診斷和高級診斷功能，可以將自控設備的運行情況及時反饋到控制系統中。

在FF現場總線技術基礎上，選擇Delta?V控制系統，該系統數據結構完全符合FF現場總線標準，并可以接受4-20mA信號、1-5VDC信號、熱阻熱偶信號和開關量等信號，方便信息傳輸以及組態。AMS(內置智能設備管理系統)對智能設備進行遠程診斷、預維護，減少因儀表、閥門等故障引起的控壓裝備的突然停止，保證節流控制工作安全、平穩性。基于DeltaV系統的APC組件可使用戶方便地實現各種先進控制要求。在DeltaV系統方便顯示現場智能現場設備采集的數據以及生產過程中的質量、狀態和故障診斷信息，可明確報警是出現在過程中還是設備上。另外，DeltaV系統具備模塊化硬件設計及簡單靈活的安裝方式，硬件可自動識別和即插即用，控制器和卡件帶電插拔可隨時進行維護和系統擴展，且滿足鉆井井場壓力控制裝備的防爆要求。綜上所述，選擇FF現場總線控制技術進行控壓鉆井裝備的開發是十分合適。

實用新型內容

本實用新型的目的是：提供一種利用FF現場總線實現控壓鉆井的裝置，能對鉆井過程實現安全、可靠的過程控制。

本實用新型采用的技術方案是：利用FF現場總線實現控壓鉆井的裝置，主要由計算機、連接H1網絡開關、FF現場總線電源、FF現場總線接線盒、節流操作臺、液控節流閥、氣控平板閥、液控平板閥、常規I/O器件、軟啟動器、回壓泵和卡件、節流管匯橇裝的FF現場總線儀表組、回壓泵橇裝的FF現場總線儀表組組成，其特征在于：