适用于气体钻井的安全保障系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于气体钻井的安全保障系统，包括集中监控房、设备状态监测与控制装置、入井气体监测与控制装置、返出流体监测装置、井口有毒有害气体监测报警装置和井口快速自动控制装置，本发明专利技术将各装置监测的设备状态、钻井参数、视频图像、井口环境有毒气体浓度、入井和返出流体状态及组分等数据汇总显示于集中监控房内，为第一时间全面掌握气体钻井设备及井下工况，综合判断地面和井下异常，保障施工安全提供了重要条件。同时能实现对设备、工艺流程、井口防喷器和排砂管线的远程控制，并根据数据监测结果自动实施关井放喷操作，大幅降低了人因失误的几率，提高了气体钻井的应急保障能力和本质安全性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油、天然气钻井技术及安全保障领域，具体地说，涉及一种用于气体钻井地面和井下状态集中监测和控制的系统，它适合在以氮气、空气或气液两相作为循环介质的钻井作业中使用。
技术介绍
气体钻井是解决低压、低孔、低渗油气藏难发现、难开采问题的有效手段，可以100%地发现含油气层，获得储层初始产能；对储层零伤害，有效保护油气层，提高单井产量和采收率；避免钻井井漏发生，大幅提高钻井速度，节约勘探开发成本。近年来在四川、塔里木、吉林、克拉玛依、吐哈等油气田得到了大规模应用，单井产量增加80%以上，同时促进一批构造获得了突破性勘探成果。但是由于氮气钻井的对象往往是地质不明确的储层，井控风险高，对地面设备和工艺技术的可靠性和应急能力有较高要求。如果没有一个全方位的安全保障系统实时监测钻井和气样参数，掌握地面和井下状态，为工程师提供决策判断依据，并依靠设备的自动化应急功能和本质安全能力减少人在应急处置时发生错误的几率，那么氮气钻井仍然在井控风险上有顾虑，不能发挥其发现和保护储层的巨大优势。美国哈里波顿公司1999年开始开发欠平衡数据采集系统，采集的数据包括储层压力、流量、气体组分、钻井机械参数等。Wellsite气体检测有限公司数据记录系统能够连续几个月记录和显示井场信息，其软件在气体检测领域处于领先水平。国内诸多研究机构和专业化公司也研制了多种气体钻井现场安全监测系统，并申请了专利。例如，公开号为104675382A，公开日为2015年6月3日的中国专利文献公开了一种气体钻井岩屑返出监测系统和监测方法，它包括固体流量计和绞车变送器来测量返出岩屑量和绞车角位移对应的岩屑排量以得到较为准确返出岩屑状态。该系统功能单一，没有对气体钻井的安全构成实质性保护。公开号为204200209U，公开日为2015年3月11日的中国专利文献公开了一种气体钻井安全监测预警系统，它包括工程参数监测单元、监测服务器和报警单元，其中工程参数监测包括注入气体压力、流量，返出气体压力、组分，返出岩屑量以及地层出水、扭矩和钻时监测等功能，可以较早发现地层产水情况并结合其他工程参数对气体钻井井下安全进行评估。该系统侧重于对气体钻井井下复杂情况的预判，缺乏对地面设备状态的集中监控和对井口、排砂管线和注气设备在紧急情况下的关断控制。公开号为202031579U，公开日为2015年3月11日的中国专利文献公开了一种气体钻井现场检测系统，它包括数据采集处理器、无线发射器、无线接收器和上位机，无线发射器通过数传电台无线网络与无线接收器通信。该系统仅对空压机、增压机进行数据采集，对象不包括制氮机，同时功能单一，没有对入井、出井气体以及井下状态进行监测的功能。公开号为202914075U，公开日为2013年5月1日的中国专利文献公开了一种气体钻井信息集成监测系统，它包括采集机、集成采集器、数据处理及存储器、集成发布器、工业级无线路由器和远端监测计算机，将监测结果集中在了一个工作界面上，提高了工作效率。采集内容包括综合录井、取样、安全监测和设备等数据，同样缺乏对井口、排砂管线和注气设备在紧急情况下的关断控制。公开号为202914075U，公开日为2013年5月1日的中国专利文献公开了一种空气钻井气体监测装置，它包括二氧化硫、氢气、一氧化碳、氧气、甲烷和硫化氢浓度监测，主要用于出井气体和井下状态监测，缺乏入井气体和设备状态监测，更没有紧急情况下的关断控制，在气体钻井时难以充分发挥安全保障作用。上述专利公开的设备或系统功能尚不完善，监测对象较片面，没有解决实践过程中存在的混合增压后的氮气纯度监测不准、出水后取样管易堵塞、井口有毒有害气体缺乏主动监测和在紧急情况下设备、井口和排砂管线缺乏自动关断功能等问题。没有统一的终端将分散的监测数据集合起来方便工程师综合决策和判断，信息化程度不高。只具备了监测功能，没有一个安全场所可对设备、井口和排砂管线进行远程控制，自我保护手段缺失，对气体钻井安全的保障能力有限，这在很大程度上削弱了气体钻井的本质安全性能。
技术实现思路
本专利技术旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种气体钻井安全监测保障系统，本专利技术将多元、分散的监测数据集中在统一的工作界面上，方便观察和记录，同时具有设备、井口远程控制功能，形成了全方位保障气体钻井安全的合力。本专利技术是通过采用下述技术方案实现的：一种适用于气体钻井的安全保障系统，其特征在于：包括集中监控房、设备状态监测与控制装置、入井气体监测与控制装置、返出流体监测装置、井口有毒有害气体监测报警装置和井口快速自动控制装置，其中：所述的设备状态监测与控制装置用于将采集的设备参数发送至集中监控房并显示，防爆式集中监控房将设备状态远程控制按钮触发信号传递给设备状态监测与控制装置执行设备启停操作；所述的入井气体监测与控制装置用于将采集的入井气体参数进行监测并传递给集中监控房并显示，集中监控房将将阀门开闭信号传递给入井气体监测与控制装置，阀门开度数据反馈给集中监控房并显示；所述的返出流体监测装置用于将返出流体的监测参数传递给集中监控房并显示；井口有毒有害气体监测报警装置用于将测得的有毒有害气体数据传递给给集中监控房并显示；井口快速自动控制装置包括关井控制箱、司钻台、放喷管线液动平板阀控制管线、环形防喷器控制管线、排砂管线液动平板阀和排砂管线液动平板阀控制管线，其中，关井控制箱与集中监控房连接有单向无线通讯线路f，用于传输井口的远程控制指令，关井控制箱通过液压管线分别对环形防喷器、放喷管线液动平板阀和排砂管线液动平板阀进行控制。所述的设备状态监测与控制装置安装在注气设备上，与集中监控房连接有无线通讯线路b和无线通讯线路c，其中对注气设备的控制指令通过无线通讯线路b传输，注气设备的监测数据通过无线通讯线路c传输到集中监控房。所述的设备状态监测与控制装置包括空压机、制氮机、增压机、设备状态信息采集处理器、设备控制器和数传电台无线网络装置；所述的设备状态信息采集处理器、设备控制器和数传电台无线网络装置安装于空压机上，同时也安装于制氮机上，还安装于增压机上；信息采集处理器、设备控制器和无线传输装置均集成安装于设备中控系统中；信息采集处理器通过串口数据线与无线传输装置连接，再通过数传电台网络与集中监控房实现单向通信，集中监控房的中央处理器将收到的数据调制解调后通过上位机显示在屏幕上；设备状态远程控制按钮触发信号通过集中监控房传递给各无线传输装置，无线传输装置将收到的信号调制解调后传递给设备控制器执行设备启停操作。所述的信息采集处理器采集的设备参数包括发动机负载、转速、油压、油温、进气压力、排气压力、燃油液位和压缩机油压力。所述的入井气体监测与控制装置安装在供气管线上，与集中监控房连接有入井气体远程控制管线和无线通讯线路a两条通讯线路，其中对入井气体的控制通过入井气体远程控制管线实现，入井气体监测数据则通过无线通讯线路a传输。所述的入井气体监测与控制装置包括入井气体控制阀组、氮气纯度监测仪和压差式智能流量计；入井气体控制阀组、氮气纯度监测仪和压差式智能流量计依次串联安装在供气管线上；氮气纯度监测仪和压差式智能流量计测得的数据传递给压防爆式集中监控房，压防爆式集中监控房的中央处理器将收到的数据调制解调后通过上位机显示在屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于气体钻井的安全保障系统，其特征在于：包括集中监控房、设备状态监测与控制装置、入井气体监测与控制装置、返出流体监测装置、井口有毒有害气体监测报警装置和井口快速自动控制装置，其中：所述的设备状态监测与控制装置用于将采集的设备参数发送至集中监控房并显示，防爆式集中监控房将设备状态远程控制按钮触发信号传递给设备状态监测与控制装置执行设备启停操作；所述的入井气体监测与控制装置用于将采集的入井气体参数进行监测并传递给集中监控房并显示，集中监控房将将阀门开闭信号传递给入井气体监测与控制装置，阀门开度数据反馈给集中监控房并显示；所述的返出流体监测装置用于将返出流体的监测参数传递给集中监控房并显示；井口有毒有害气体监测报警装置用于将测得的有毒有害气体数据传递给给集中监控房并显示；井口快速自动控制装置包括关井控制箱、司钻台、放喷管线液动平板阀控制管线、环形防喷器控制管线、排砂管线液动平板阀和排砂管线液动平板阀控制管线，其中，关井控制箱与集中监控房连接有单向无线通讯线路f，用于传输井口的远程控制指令，关井控制箱通过液压管线分别对环形防喷器、放喷管线液动平板阀和排砂管线液动平板阀进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种适用于气体钻井的安全保障系统，其特征在于：包括集中监控房、设备状态监测与控制装置、入井气体监测与控制装置、返出流体监测装置、井口有毒有害气体监测报警装置和井口快速自动控制装置，其中：所述的设备状态监测与控制装置用于将采集的设备参数发送至集中监控房并显示，防爆式集中监控房将设备状态远程控制按钮触发信号传递给设备状态监测与控制装置执行设备启停操作；所述的入井气体监测与控制装置用于将采集的入井气体参数进行监测并传递给集中监控房并显示，集中监控房将将阀门开闭信号传递给入井气体监测与控制装置，阀门开度数据反馈给集中监控房并显示；所述的返出流体监测装置用于将返出流体的监测参数传递给集中监控房并显示；井口有毒有害气体监测报警装置用于将测得的有毒有害气体数据传递给给集中监控房并显示；井口快速自动控制装置包括关井控制箱、司钻台、放喷管线液动平板阀控制管线、环形防喷器控制管线、排砂管线液动平板阀和排砂管线液动平板阀控制管线，其中，关井控制箱与集中监控房连接有单向无线通讯线路f，用于传输井口的远程控制指令，关井控制箱通过液压管线分别对环形防喷器、放喷管线液动平板阀和排砂管线液动平板阀进行控制。2.根据权利要求1所述的一种适用于气体钻井的安全保障系统，其特征在于：所述的设备状态监测与控制装置包括空压机、制氮机、增压机、设备状态信息采集处理器、设备控制器和数传电台无线网络装置；所述的设备状态信息采集处理器、设备控制器和数传电台无线网络装置安装于空压机上，同时也安装于制氮机上，还安装于增压机上；信息采集处理器、设备控制器和无线传输装置均集成安装于设备中控系统中；信息采集处理器通过串口数据线与无线传输装置连接，再通过数传电台网络与集中监控房实现单向通信，集中监控房的中央处理器将收到的数据调制解调后通过上位机显示在屏幕上；设备状态远程控制按钮触发信号通过集中监控房传递给各无线传输装置，无线传输装置将收到的信号调制解调后传递给设备控制器执行设备启停操作。3.根据权利要求2所述的一种适用于气体钻井的安全保障系统，其特征在于：所述的设备状态监测与控制装置安装在注气设备上，与集中监控房连接有无线通讯线路b和无线通讯线路c，其中对注气设备的控制指令通过无线通讯线路b传输，注气设备的监测数据通过无线通讯线路c传输到集中监控房。4.根据权利要求1所述的一种适用于气体钻井的安全保障系统，其特征在于：所述的入井气体监测与控制装置包括入井气体控制阀组、氮气纯度监测仪和压差式智能流量计；入井气体控制阀组、氮气纯度监测仪和压差式智能流量计依次串联安装在供气管线上；氮气纯度监测仪和压差式智能流量计测得的数据传递给压防爆式集中监控房，压防爆式集中监控房的中央处理器将收到的数据调制解调后通过上位机显示在屏幕上；入井气体控制阀组由集中监控房内的远程控制按钮通过有线电缆连接，阀门开度数据同时通过无线传输装置反馈给压防爆式集中监控房，中央处理器将收到的数据调制解调后通过上位机显示在屏幕上。5.根据权利要求4所述的一种适用于气体钻井的安全保障系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宬晓，周长虹，邓虎，廖兵，邓柯，颜海，董仕明，刘殿琛，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51