[实用新型]利用FF现场总线实现控压钻井的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井领域。特别涉及控制压力钻井装置控制系统，实现井底压力精确控制，是一种有FF(FoundationFieldbus)现场总线的控压钻井装置。

背景技术

目前，控制压力钻井是一个较复杂钻井作业过程，包括多个平板阀、节流阀、回压泵和灌注泵的过程控制，集节流控制回路控制、节流阀闭环控制、作业工况转化控制以及安全报警等多种功能于一身。控制压力钻井装置是在传统的井控装置基础上发展起来的，但是相对传统的井控装置，它的功能结构已发生翻天覆地的改变。传统的井控装置是在井底出现严重溢流或者发生井喷事故时使用，循环出受气侵钻井液，重新建立井底平衡。该装置采用手工操作，工人的劳动强度大，而且不能实现实时监控、记录井控作业过程中压力、流量等控制参数的变化，控制精度低、工作可靠性差。而控制压力钻井装置在地层孔隙压力-地层破裂压力狭小，或者长井段处于同一压力系统的钻井时使用，对井眼环空压力进行精确控制，减少钻井过程中因压力平衡原因井下造成的漏失、井涌、坍塌等复杂情况，提高钻井速度，减少钻井成本。该装备采用自动控制，安装了多台数字化压力计、流量计监测压力控制过程中关键点压力和流量的变化，并通过中央控制系统控制平板阀的开关、节流阀的开度、回压泵和灌注泵启停等操作，实现压力精确控制。

目前，国内控压钻井装备还没有成熟的控压钻井装置，尚处在产品试制阶段，国际上拥有控压钻井装置的公司有Shell，Halliburton等，其装置控制系统的特点是采用PLC控制系统取代了手动操作，实现了分散控制和集中监控。但是，现场底层传感器和数据采集器之间多采用一对一物理连线和模拟信号传输导致大量布线，信号传输的抗干扰能力也较差。

随着自动控制技术，计算机技术和微电子技术的迅猛发展，过程控制系统由DCS(分布式控制系统)发展至今的FCS系统(现场总线控制系统)。应用现场总线控制系统避免了智能现场仪表与智能控制室仪表之间的非智能连接，从而使现场智能仪表的各种智能功能得到淋漓尽致地发挥，同时，节省大量线缆，降低了施工和维护的成本。目前，现场总线控制类型主要包括七种，分别为：Foundation Fieldbus、Profibus、FIP、Can、Lon、Interbus和AS-I。其中Foundation Fieldbus(简称FF)现场总线技术是一项飞速发展的总线技术，正在获得越来越广泛应用，其优点有：①可视为一种基于现场的局域网，方便进行全数字、双向传输、多点通讯，总线连接智能仪表和自动化电气控制设备并提供电源和通讯通道；②数字化信号传输，大幅度减少电缆用量；③数字信号传输精度高(较模拟信号高10倍左右)，抗干扰能力强，控制质量更好；④采用了全分散的现场控制结构，将控制功能分散下放到智能型现场设备中，每个现场仪表的CPU(中央处理器)均可独立完成测量、校正、调节、诊断等功能；⑤总线仪表可以提供更多的关于仪表的运行信息，具备故障诊断和高级诊断功能，可以将自控设备的运行情况及时反馈到控制系统中。

在FF现场总线技术基础上，选择Delta V控制系统，该系统数据结构完全符合FF现场总线标准，并可以接受4-20mA信号、1-5VDC信号、热阻热偶信号和开关量等信号，方便信息传输以及组态。AMS(内置智能设备管理系统)对智能设备进行远程诊断、预维护，减少因仪表、阀门等故障引起的控压装备的突然停止，保证节流控制工作安全、平稳性。基于DeltaV系统的APC组件可使用户方便地实现各种先进控制要求。在DeltaV系统方便显示现场智能现场设备采集的数据以及生产过程中的质量、状态和故障诊断信息，可明确报警是出现在过程中还是设备上。另外，DeltaV系统具备模块化硬件设计及简单灵活的安装方式，硬件可自动识别和即插即用，控制器和卡件带电插拔可随时进行维护和系统扩展，且满足钻井井场压力控制装备的防爆要求。综上所述，选择FF现场总线控制技术进行控压钻井装备的开发是十分合适。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种利用FF现场总线实现控压钻井的装置，能对钻井过程实现安全、可靠的过程控制。

本实用新型采用的技术方案是：利用FF现场总线实现控压钻井的装置，主要由计算机、连接H1网络开关、FF现场总线电源、FF现场总线接线盒、节流操作台、液控节流阀、气控平板阀、液控平板阀、常规I/O器件、软启动器、回压泵和卡件、节流管汇橇装的FF现场总线仪表组、回压泵橇装的FF现场总线仪表组组成，其特征在于：