井口的控制系统技术领域
本发明涉及石油钻探技术领域，特别涉及一种井口的控制系统。
背景技术
在石油天然气勘探开发过程中，当井口出现溢流、井涌或井喷时，需要通过相关人员
如司钻工操作各个对象的独立控制器来实现关闭油气井井口，以免出现井喷事故。
在一般情况下，司钻工可以按照井控实施细则中各个工况的关井程序来实施关井。然
而，由于各个对象由多套独立的控制设备控制，如果遇到突发险情，一旦司钻工受到心理
素质或其他因素影响，可能会导致无法按照关井程序实施关井作业的情况，存在造成经济
损失和人员伤亡的风险，无法保证系统的安全性和可靠性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种能快速实施钻进紧急关井，提高系统的安全性和可
靠性的井口的控制系统。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种井口的控制系统，包括：用于控制井口开/
闭的执行机构，所述执行机构包括泥浆泵、钻盘/顶驱和防喷器；检测装置，用于检测所述
执行机构的运行状态参数；控制器，所述控制器分别与所述执行机构和所述检测装置相连，
所述控制器用于根据操作指令对所述执行机构进行控制，以完成所述井口的开/闭；以及控
制中心，所述控制中心与所述控制器相连，所述控制中心用于根据所述控制器转发的所述
执行机构的运行状态参数监测所述井口的状态，并在所述井口状态异常时，向所述控制器
发送对应的操作指令。
根据本发明实施例提出的井口的控制系统，根据执行机构的运行状态参数监测井口的
状态，并在井口状态异常时，根据操作指令对执行机构进行控制，以完成井口的开/闭，在
钻井中工况下，可快速实施钻井紧急关井，简单快捷，减少认为因素对关井作业的影响，
更好地保证系统的安全性和可靠性。
另外，根据本发明上述实施例的井口的控制系统还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述检测装置包括：压力变送器，用于检测所
述防喷器的压力；泥浆泵运行状态传感器，用于检测所述泥浆泵的运行状态；和钻盘/顶驱
运行状态传感器，用于检测所述钻盘/顶驱的运行状态。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器包括：模数转换模块ADC，用于接
收和转换所述检测装置检测到的所述运行状态参数；数字量输入模块DI，所述数字量输入
模块DI与所述模数转换模块ADC相连，用于将所述运行状态参数送入所述控制器；数字
量输出模块DO，所述数字量输出模块DO与所述执行机构相连，用于向所述执行机构发送
驱动信号，使所述执行机构完成所述井口的开/闭。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器通过控制开关与所述执行机构相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制开关包括电磁阀和继电器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器可以为单片机。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制中心通过interbus总线与所述控制器
相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制中心包括有限司钻台平板电脑和按钮
式司钻控制台。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述防喷器可以为环形防喷器。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明
显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显
和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的井口的控制系统的结构示意图；
图2为根据本发明一个具体实施例的井口的控制系统的结构示意图；以及
图3为根据本发明另一个具体实施例的井口的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同
或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描
述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或
者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术
语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是
机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两
个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在
本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以
包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之
间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在
第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二
特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特
征水平高度小于第二特征。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的井口的控制系统。参照图1所示，该
控制系统10包括：执行机构100、检测装置200、控制器300和控制中心400。
其中，执行机构100用于控制井口开/闭，执行机构100包括泥浆泵、钻盘/顶驱和
防喷器。检测装置200用于检测执行机构100的运行状态参数。控制器300分别与执
行机构100和检测装置200相连，控制器300用于根据操作指令对执行机构100进行
控制，以完成井口的开/闭。控制中心400与控制器300相连，控制中心400用于根据
控制器300转发的执行机构100的运行状态参数监测井口的状态，并在井口状态异常
时，向控制器300发送对应的操作指令。本发明实施例的控制系统在钻进中工况下遇
到险情时，且无法按照常规关井程序实施关井时，相关操作人员如司钻工可以双手操
作，快速实施钻进紧急关井，从而自动按步骤实现泥浆泵、转盘/顶驱、防喷器的关闭。
进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器300通过控制开关与执行机构100
相连。优选地，在本发明的一个实施例中，控制开关包括电磁阀和继电器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器300可以为单片机。其中，单片机
(Single chip microcomputer)是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把
具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O
口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模
拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计
算机系统，在工业控制领域广泛应用。
进一步地，在本发明的一个实施例中，控制中心400通过interbus总线与控制器
300相连。
其中，在本发明的一个实施例中，控制中心400包括有线司钻台平板电脑和按钮
式司钻控制台。也就是说，工作人员只要在控制中心400的面板/屏幕上就可以看到被
控对象的状态，相当于根据控制器300转发的执行机构100的运行状态参数监测井口
的状态，一旦井口状态异常时，向控制器300发送对应的操作指令，从而在钻进中工
况下遇到险情时且无法按照常规关井程序实施关井时，司钻工可以双手操作，快速实
施钻进紧急关井。自动按步骤实现泥浆泵停止→钻盘/顶驱停止→防喷器关闭。
进一步地，在本发明的一个实施例中，防喷器可以为环形防喷器。其中，环形防
喷器通常装有闸板式防喷器的大型闸门，运作时会在管柱和井筒之间形成一个密封的
环形空间，在井内没有管柱的情况下，也能单独完成封井。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图2所示，控制器300包括：模数转
换模块ADC、数字量输入模块DI和数字量输出模块DO。
其中，模数转换模块ADC用于接收和转换检测装置200检测到的运行状态参数。
数字量输入模块DI与模数转换模块ADC相连，数字量输入模块DI用于将运行状态参
数送入控制器300。数字量输出模块DO与执行机构100相连，数字量输出模块DO向
执行机构100发送驱动信号，使执行机构100完成井口的开/闭。
在本发明的一个具体实施例中，本发明实施例的控制系统10用于实现泥浆泵停止、
钻盘/顶驱停止和防喷器关闭的控制。其中，本发明实施例可以采用PAC控制系统，相
当于控制器300为PAC控制器，其包括：集成环形控制压力采集的模数转换模块ADC
(作用相当于接收和转换检测装置200检测到的运行状态参数)、到位指示输入的数
字量输入DI(作用相当于将运行状态参送入控制器300，其数含接近开关与安全栅)
和用于控制输出的数字量输出模块DO(作用相当于向执行机构100发送驱动信号)。
另外，防喷器优选为环形防喷器，环形防喷器控制通过地面防喷器实现控制目的，由
电磁阀驱动转阀动作。泥浆泵的停止与转盘/顶驱停止由继电器(常闭)实现控制。
其中，在本发明的实施例中，PAC控制器结合了PLC固有的可靠性、坚固性和分
布特性，以及PC的处理器、内存和软件的优势，PAC随着现代化计算机软硬件技术、
通讯技术、控制技术的发展而不断发展，PAC平台是现代信息技术“3c”(computer、
communication、control)的优秀结合体。
进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图2所示，检测装置200包括：压力
变送器201、泥浆泵运行状态传感器202和转盘/顶驱运行状态传感器203。
其中，压力变送器201用于检测防喷器的压力。泥浆泵运行状态传感器202用于
检测泥浆泵的运行状态。钻盘/顶驱运行状态传感器203用于检测钻盘/顶驱的运行状态。
具体地，在本发明的一个实施例中，参照图2所示，本发明实施例的控制系统10
包括安装在环形控制管汇上的压力变送器201(作用相当于检测防喷器的压力)、顶驱
/转盘运行状态传感器203(作用相当于检测转盘/顶驱运行状态传感器的运行状态)、
泥浆泵运行状态传感器202(作用相当于检测泥浆泵的运行状态)，通过电缆连接安全
栅接入PAC控制器的模数转换模块ADC和数字量输入模块DI，通过interbus总线传
输给控制台即控制器300，控制器300通过控制中心400采集操作者的控制命令即操作
指令，通过数字量输出模块DO实现对电磁阀、继电器控制，最终达到实现泥浆泵停
止、钻盘/顶驱停止和环形防喷器关闭的控制目的。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的所有控制均设有控制执行
反馈装置，如阀门到位指示、泥浆泵运行状态指示和转盘/顶驱运行状态指示，以构成
闭环反馈调节。
在本发明的一个具体实施例中，参照图3所示，本发明实施例的控制系统10包括：
防爆主电源控制箱1、防爆电动机2、防爆磁力启动器3、电子压力控制器4、按钮式
司钻控制台5、有线司钻台平板电脑6、电控箱7、防爆声光报警器8、电磁阀箱9和
防爆接线盒11。
其中，、防爆主电源控制箱1主要用于电源接入和电源分配。防爆电动机2主要
用于驱动三缸柱塞泵，为系统提供动力液。防爆磁力启动器3用于控制电动机的运行
和停止。电子压力控制器4主要用于控制磁力启动器内的交流接触器接通/断开，如保
证系统压力在18.9MPa时起动电动机，在压力为21MPa时停止电动机。电控箱7用于
安装控制器、继电器、安全栅等元件。防爆声光报警器8主要用于系统报警提醒。电
磁阀箱9用于安装电磁阀、压力变送器等。防爆接线盒11主要用于压力信号、位置信
号的接入。
根据本发明实施例提出的井口的控制系统，根据执行机构的运行状态参数监测井
口的状态，并在井口状态异常时，根据操作指令对执行机构进行控制，以完成井口的
开/闭，在钻井中工况下，可快速实施钻井紧急关井，简单快捷，减少认为因素对关井
作业的影响，更好地保证系统的安全性和可靠性。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实
施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或
固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下
列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路
的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现
场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可
以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，
该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各
个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既
可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以
软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读
取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、
或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包
含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定
指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，
不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况
下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。