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气体钻井停/供气远程控制装置的研制

目前,在气体钻井中常用的气体停止/供应方式是在气体释放管满足要求之前,按照指示开启和关闭人工球阀。该方法虽然能满足现场技术的要求,但也存在效率低、劳动强度大、停气时间长、井眼易复杂、高压持放风险高等问题。鉴于此,本文提出了在排气管道汇阀上安装电磁阀和限位开关,通过对电磁阀的远程控制,结合限位开关和气体注入压力的变化,来停止或排出气体。

2 停/供气远程控制装置的组成及原理

该系统主要由气体回路、电磁阀、控制箱、限位开关等组成,如图1所示。具体原理是:通过遥控箱开关按钮控制电磁阀的开、关,进而控制供气路径,从而实现气球阀的开合,空气球阀的开合直接反映在极限开关状态,电信号反馈到遥控箱,直接对应于开关信号灯的状态,判断气动球阀是否就位。防止注气管道的持压。

3 停/供气远程控制装置的研制

3.1 气路优化

在不改变放气管汇控制箱整体结构的前提下对原有气路进行优化,即在保证原气路正常工作条件下对3条进气管路和6条出气管路各引出分支路,然后在原气路和分支气路上分别安装球阀,引出的6条分支由电磁阀控制开关,见图2。为了防止井场特殊情况发生需使用原手动控制气动球阀开关,在原有放气管汇控制箱内设计了手动/电动控制面板,可以实现手动及电动任意转换,操作简单、方便。

停/供气远程控制原理图

图1 停/供气远程控制原理图

气路优化流程图

图2 气路优化流程图

3.2 电磁阀优选

电磁阀是远程控制的关键部件,起到控制气路通道转换的作用。综合考虑井场安全要求、开关频繁、安装空间小等问题,优选了美国ASCO238714-006-D型两位两通防爆电磁阀,见图4。该电磁阀压力工作范围30~150psi,使用温度0℃~60℃,电压24V,防爆等级EXdⅡBT4,高度为110mm,宽度为50mm,安装后有足够的空间进行管线对接。同时该电磁阀经过室内调试电磁吸合成功率100%,整体参数满足现场使用要求。

3.3 限位开关优选

限位开关是远程控制的监测单元。使用时安装到气动球阀上方,限位开关的限位杆与球阀的状态旋转杆连接,气动球阀动作时,旋转杆带动限位杆旋转,实现限位开关内电路转换,直接反映到远程控制箱开启/关闭信号灯的状态,从而实现监测气动球阀是否开关到位的目的。综合考虑井场安全与气动球阀安装匹配性等问题,优选了韩国WESTLOCK2645型机械式防爆限位开关,使用电压24V,使用温度-40℃~85℃,防爆等级EXdⅡBT4。该限位阀具有整体尺寸小、便于安装、外形美观、动作可靠等特点。为防止电信号线在作业过程中被破坏,采用了信号线专用钢管进行了保护。

3.4 放气远程控制箱设计

放气遥控箱的功能是为整个系统提供电源,控制电磁阀的开关,显示气动球阀的开关是否到位。它可以安装在中央控制室或钻台,操作员可以控制它附近。控制箱由电源、指示灯、双齿轮旋转按钮、箱体和连接线组成.根据内部电子元器件的尺寸,优化了遥控箱的结构,并给出了控制箱的最小尺寸:300 mm×200 mm×150 mm,便于现场安装和操作。同时,为了防止钻井过程中的误操作,设计了开关保护罩和电源确定按钮。

4 远程控制流程及现场应用

4.1 控制流程

(1)钻台下达放气指令;

(2)中控室遥控放气;

(3)钻台根据压力数值判断放气结果,接立柱;

(4)接立柱结束后,钻台下达送气指令,中控室遥控送气。

4.2 现场试验

XS35井现场试验,实现了供/停气远距离控制,操作流程由原来的6步简化为4步,接立柱时间从原来的7.06min减少到现在的4.56min,提高了作业效率,减轻了工作人员的劳动量,降低了停气时间长造成井下复杂的几率。

5 结论

(1)天然气钻井停输/供气遥控装置原理可行,流程简单。该方法具有操作速度快、操作方便等特点。

(2)现场试验表明,气体钻井停输/供气遥控装置能缩短连接柱时间,提高运行效率,降低人工劳动强度,降低瓦斯停堆时间造成的井下复杂概率,为瓦斯钻井的安全施工提供帮助。

标签:气体钻井 

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