自動化井控系統執行傳統上由司鉆執行的所有任務，旨在發現地層流體是否進入井筒，如果確認是，那么就控制鉆井進程和BOP（防噴器）設備安全關井。事實證明，自動化可為各行各業帶來效率、可靠性、可重復性、質量控制和安全方面的優勢。通過提前仔細考慮所有可能的情況，確定所要監控的關鍵參數，考慮在每種情況下要采取的適當步驟，然后對機械設備控制進行編程，以便每次都能提供這些結果，自動化可以減輕設備操作員在危機最嚴重的時刻做出正確決定的壓力。將這些原則運用于潛在的、生死攸關處境時的井控險情能使司鉆集中精力管控鉆井作業，而不必集中精力控制各種機械部件來逐步執行一系列關鍵的操作。
 
    諸多行業已經證明，采用正確的傳感器和設備控制器，相比最好的設備操作員，能更快、更可靠地識別危急情況。此外，編程良好的機械控制系統要比人類操作員能更快、更高效地完成一系列的關鍵操作。因此，采用自動化的井控方法能最大限度地減少地層流體進入井筒，把井帶回安全狀態的潛力就會大大增加。
 
    使用與OEM（原始設備制造商) 工具集成的自動化井控系統，其邏輯推理方法的好處是顯而易見的。此外，從人為因素的角度來看，將邏輯推理集成到OEM控制系統中無需額外的屏幕、報警系統和設備，這對司鉆的操作環境有切實的好處。
 
    Safe Influx（一家獨立的、為石油天然氣行業提供自動化井控解決方案的公司；Safe Influx直譯：地層流體安全進入井筒）和NOV（國民油井Varco）最近開發的這一流程，然后就執行并成功測試了這一集成的效果，見圖1。
 
圖1
 
集成過程
 
    采取一種漸進式的風險承擔和風險管控方法。確保了這些技術的集成是在對流程或人員造成最小或零風險的情況下實現的。在關鍵過程中修改軟件時，尤其是在現實世界中控制重工業設備時，始終是一個必要的關注點。它解決了系統間自動相互通信所帶來的潛在的額外風險，以及由此產生了額外的自動化和人機交互的風險。
 
    Safe Influx和NOV兩家公司任命了一個具有相應的多技能的綜合項目團隊。項目管理系統用于執行項目，包括：明確的項目范圍、項目經理和團隊成員、每周的項目會議以及為捕獲決策的項目會議紀要、行動計劃和信息請求。不同國家間的會議采用視頻會議的方式進行。
 
    該項目計劃的制定是通過使用公認的工程方法和模擬器測試技術來管理集成的成功程度，旨在建立安全性和功能性，以及識別任何錯誤或沖突。一旦模擬器測試被證明是成功的，就可通過在鉆機測試設備上安裝該系統，屆時就可以將其遷移到實際的鉆機系統中加以運用，實現人們想要達到的自動化井控的目標。
 
    集成過程的一個關鍵要素是開發一個健全的輸入/輸出寄存器，為三個計算機系統提供相互有效通信的適當的接口地址。圖1展示了所開發的模擬器系統的拓撲架構。模擬器測試用來建立安全性和功能性，識別集成過程中的任何錯誤或沖突。
 
模擬器集成與結果
    開發了一個混合模擬器試驗的鉆機平臺。鉆機模擬器和井下模擬器由OEM提供?？稍诰€訪問和控制模擬器，無需將設備和人員調派到一個物理位置或實際的現場。遠程操控的成本和時間優勢非常明顯。
 
    自動化井控系統通過物理信號模擬而非軟件模擬的方式進行驗證。該裝置被放置在一個有多個屏幕的測試室中，提供進行完整模擬器測試所需的所有信息。
 
開發了一個結構化的程序來驗證系統的檢測、通電、通信、集成、場景和測試程序。采用變量設置、設備組合和場景的多種組合來嘗試識別任何潛在的沖突或不協調，同時還能監控自動化井控系統的功能。所有測試均進行視頻錄制，以及記錄主要操作和觀察結果的書面日志。
 
測試的目標是建立和測試接口布局，以確保：Safe Influx自動化井控系統能與鉆機的操控系統集成于一體；該集成系統成功運行并在檢測到地層流體涌入井筒時完成自動關井的順序；模擬器集成的所有目標均已實現。
 
經過管理評審后，項目團隊進入了下一階段的集成，包括使用集成的系統來控制位于德克薩斯州的一部設備齊全的測試鉆機。
 
測試鉆機的集成和結果
 
    成立了一個經過調整的項目團隊，其中包括測試鉆機的適當的技能組合。然后利用類似的項目管理工具將測試從模擬器環境轉移到現實環境。由于與鉆機和BOP控制系統直接連接，需要一些替代的、更有效的通信協議。遵循了在成功的模擬測試中建立的拓撲原則。創建了多個記錄和管理測試鉆機集成的項目文檔。其中包括鉆機測試步驟、觀察日志、行動記錄、集成系統單線圖、輸入/輸出寄存器、自動化井控邏輯圖、鉆機安裝計劃、培訓材料和鉆機安全會議紀要。
 
鉆機數據日志用于方便所有測試的文檔記錄。測試的目標是建立和測試接口的約定和布局，以確保實現以下操作：Safe Influx自動化井控系統能與實際的鉆機操控系統集成于一體，包括驅動BOP自動動作；集成系統成功運行，在檢測到地層流體涌入井筒時完成自動關井系列動作；測試鉆機集成的所有目標均已實現。
 
    在成功進行了測試鉆機的集成、管理評審和后續的批準之后，該項目繼續向潛在的客戶進行了擴展的鉆機測試和演示。
 
圖2
 
Safe Influx自動化井控系統
    自動化井控系統采用的是Finesse Control Systems，一個西門子的PLC（可編程邏輯控制器）系統為Safe Influx開發的。它具有一個雙冗余的CPU（中央處理器)，提供了一個高效的可用性平臺，其中每個CPU都能持續地監控另一個CPU，并且在發生故障時，好的CPU 會繼續處理正在執行的進程。這樣就能最大限度地降低風險，確保該系統能在需要時正常運行。
 
    此外，Safe Infux選擇使用了一種安全等級高的PLC，該PLC已獲得了獨立驗證，因為它能使用西門子標準編程模塊對其進行編程，以最大限度地降低不安全條件下的失敗風險。這就提供了與OEM類似的高融合性設備集成的可能性，這些設備可用于實現經過認證的（安全整合性級別）SIL2或SIL3的安全工藝。
 
    由于沒有可用的經過認證的OEM設備，該系統的完整性等級尚未得到開發。然而，選擇使用此類處理器構建該系統可確保Safe Influx自動化井控PLC編程不會成為安全關井的薄弱環節。
 
    當與一個網絡化鉆機控制系統集成時，自動化井控系統從網絡化鉆機接收信息，通過數據鏈路將指令發送回網絡鉆機控制的CPU，通過類似的數據鏈路指示控制BOP的CPU發出指令，使BOP遵照指令執行動作。
 
    自動化井控的CPU包含了監控現有鉆機控制系統提供的數據邏輯，檢測地層流體是否涌入井筒，驗證正在發生的井下工況。然后，根據各個設備的位置和運行狀態，其邏輯從預定義的選項中選擇適當的行動方案。
 
    通過數據鏈路，將一系列操作指令發送給鉆機的控制系統。這些指令與司鉆控制動作的現有信號并行起作用，因此所有其他的自動化保障措施在鉆井系統中仍保持完好無損。    實際上，該自動化井控系統充當了司鉆的助手，做了司鉆以往會做的事情。
 
    這消除了司鉆需要記住操作步驟和順序的壓力，也消除了司鉆在一時激動下所有的操作干擾，使司鉆能夠繼續執行正確的操作步驟。
 
    機器不會分心或措手不及；機器始終會按照程序執行操作：停止鉆進、上提鉆具讓鉆桿接頭避開預選的BOP關井器件、停止頂驅運轉、停止泥漿泵送以及關閉預選的BOP，實現安全關井。