随着我国石油勘探作业水深的增加,深水钻井隔水管系统在海洋油气勘探开发过程中得到了越来越广泛的应用。由于海洋作业环境恶劣,当钻井作业过程发生故障时,为防止隔水管断裂,必须紧急断开与井口防喷器的连接,隔水管在紧急脱离后会向上反冲,若反冲得不到有效控制,将会严重损坏井口装置及平台设备。本文结合国家科技重大专项“深水钻完井工程技术”子课题(2011ZX05026-001-05)“深水钻井隔水管作业管理及安全评价技术”,进行隔水管反冲控制系统的研究,为我国深水钻井作业过程中隔水管系统的安全保障提供参考。本文所研究的隔水管反冲控制系统主要由隔水管张紧系统、反冲阀、隔离阀和PLC自动控制系统组成。在对深水钻井隔水管反冲机理及防反冲控制基础进行分析的基础上,针对直接作用式隔水管张紧系统工作过程中反冲控制系统各组件的特性建立反冲控制系统的数学模型,基于MATLAB建立反冲控制系统的仿真模型,分别采用PID和模糊PID控制算法进行仿真研究,仿真结果表明基于模糊PID控制算法的仿真模型控制精度更高。基于S7-300系列PLC制定深水钻井隔水管反冲控制系统的整体控制方案。根据反冲控制系统的控制要求及特点,进行PLC等设备的选型及硬件电路设计,完成隔水管反冲控制系统的软件设计,软件系统包括信号采集处理、隔水管紧急脱离判断、控制液压油流速、控制系统气体体积及系统故障报警等模块,设计基于PLC的模糊PID控制算法,以实现深水钻井隔水管紧急情况下的成功脱离、反冲发生时的有效控制、故障发生时的准确实时报警等功能,并模拟实现了钻井隔水管紧急脱离时的反冲控制功能。设计基于WinCC的反冲控制系统的监控界面,通过WinCC与PLC之间的通讯,实现对反冲控制系统的实时监控及故障检测报警等功能。