可視化、集成化、遠程操縱高壓試壓裝置的研發及應用

摘 要：高壓試壓裝置是石油開采過程中必不可少的裝置，但目前國內所使用的高壓試壓裝置仍存在諸多不足亟待改進。隨著智能化技術以及電子信息技術的發展，各個領域都開始向著集成化、智能化方向發展。為了滿足現代化高效生產的需求，高壓試壓裝置的集成化、智能化成為了必然的發展趨勢。集成智能的高壓試壓裝置實現了可視化、遠程化操控，有效提升了檢測效率、降低勞動強度，并提升高壓區作業的安全性，保障作業人員的生命安全。

關鍵詞：可視化；集成化；遠程操縱；高壓試壓

1 研發背景

目前我國國內所使用的試壓設備主要由臨時管線、試壓泵以及壓力表組成，通過上述結構組成試壓管線，繼而進行試壓。因而在試壓過程中必須由操作人員現場操作，并且對于管線的質量要求相對較高，鉆井平臺高壓試壓管線材質一般使用4130材質，并且在焊接質量上有較高的要求。因此增加了施工人員以及檢測人員的工作量，且作業安全無法保障。目前所使用的高壓試壓泵雖然在一定程度上具有記錄功能，但相較于實際的生產需求，仍存在很大的差距。隨著技術的進步，智能化遠程操縱技術以及集成技術開始受到各界關注，并在某些領域中發揮了優越的特性。因此將遠程操縱技術應用到高壓試壓設備中，從而實現高壓試壓設備的實時監控成為了高壓試壓設備發展的必然趨勢。

2 新型高壓試壓裝置概述

對集成化、可視化、遠程操縱高壓試壓裝置，主要可以從以下方面進行分析。

2.1 對高壓、低壓泵的控制

在傳統的試壓檢驗中，對試壓泵的操作需要人工進行，由于臨近操作，因而安全系數低。而使用遠程操縱技術通過拉大操縱距離，為操作人員提供了可靠的保障。首先，通過遠程電力控制實現遠距離操控試壓泵。試壓檢驗中依照壓力傳感器反饋的水壓狀況，在有授權權限的前提下根據地面泵房監控畫面顯示狀況，通過控制按鈕啟動/停止水泵。系統運行正常的前提下，無論采用哪種工作方式，對泵房實際的運行參數以及設備運行狀態都可通過網絡輸出至監控中心。操作人員在安全區內便可以對泵的運行狀況進行實時觀測、控制。其次，若試壓檢測中系統出現異常，例如打壓接頭崩開、泄露等問題，那么可以操控換向閥進行泄壓。待系統恢復正常后關閉閥門。若通過監測系統發現試壓系統出現問題，那么首先應當停泵，繼而控制換向閥溢流泄壓，緩慢泄放管路高壓，完全泄壓后，維修施工人員才能進入現場，對故障區域進行維修。最后，眾所周知安全閥主要起到保護作用，通過對管路安全閥進行設置，能有效提高試壓檢測的安全性。一旦系統壓力超過設置壓力，則自動啟動泄壓裝置進行排出管道中部分氣體流涕，從而降低管線、設備壓力使之不超過允許值，從而避免系統因壓力過高出現事故。

2.2 并聯使用高壓泵、低壓泵

試壓檢驗過程中，接近高壓時應當逐步提高壓力。若系統僅使用高壓泵進行起壓，由于高壓泵流量低，會導致試壓時間過長，而高壓泵長時間運行會對設備及其附件造成損害。所以實際操作中并聯了高壓泵和低壓泵。首先由高流量低壓力的低壓泵進行灌水，此時起壓范圍為0～1MPa，繼而關閉泵體、閥門并啟動流量低壓力高的高壓泵進行起壓，直至達到管路壓力需求。如此不但能縮短試壓檢驗的實驗，并且有效保護了設備和附件，延長其使用壽命。

2.3 試壓時配套由壬的應用

由于鉆井平臺上高壓水泥、高壓泥漿部分所需壓力較高，管路系統所用材質（一般采用4130 材質）要求較高，焊接要求比較嚴格，因此試壓泵與實際管路間連接的臨時管路要求同樣嚴格，為保證施工人員安全及試壓過程的可靠性，必須經過焊接中的熱處理及RT探傷處理，如此一來，所需要的作業時間相對較長，且會浪費更多的材料。為了有效避免此類問題的發生，采用高壓試壓泵出口接經節流閥調節的多口徑由壬（石油機械標準由壬），連接相應軟管兩端配相應由壬接頭（壓力達平臺管路所需上限15000PSI）與工作管路系統連接的方式。這樣達到一勞永逸的效果，同時采用國際標準化由壬接頭，增加管路通用性，減少焊接、探傷的過程，減輕試壓過程中的工作量，同時節約試壓時間。

2.4 實時監控

在高壓試壓作業中，試驗壓力超高，傳統的試壓管線往往需要檢測人員臨近操控，因此安全系數相對較低，為了提高檢測作業的安全性，可以將試壓作業區域進行封閉，通過設置實時監控設備對封閉的試壓作業區域進行監測，實現可視化作業，全面了解試壓狀態。另外在軟管接頭、高壓泵以及實際試壓管路這三個區域設置攝像頭，實現實時監控，從而及時發現試壓異狀，若試壓過程中出現打壓接頭崩開、泄露等問題，可以及時發現并進行處理。除此之外，檢測人員還需要實時監控壓力表讀數，并進行拍照存檔。通過可視化系統，不但能對試壓階段進行全面監控，還能有效提高試壓、施工人員作業的安全性。

2.5 技術指標分析

（1）泵的選擇：高壓泵的選擇電動控制，自身帶記錄功能，可遠程操控的電力驅動，高壓泵最高壓力：300MPa，高壓泵最低流量：0.75 L/min，工作介質為水或油等非腐蝕性液體。低壓泵選擇：低壓泵最高壓力0.6MPa，低壓泵最大流量：10.2L/min，工作介質水或油等非腐蝕性液體。（2）控制閥的選擇：可遠程控制，電液控制都可，壓力要求高，至少工作壓力達70MPa。（3）高壓試壓分配站：采用節流閥控制流量，每一個支路采用單獨閥件控制，終端配備國際標準API 由壬接頭及盲堵，使用哪個支路打開哪個支路，其余關閉。（4）高壓軟管：高壓軟管采用適合試壓所需最高壓力軟管（例如：7500PSI，15000PSI 中選用15000PSI 的），軟管終端配由壬接頭（公頭）。（5）流程分析：所謂集成化，即將試壓管路組件視作一個集成模塊，即試壓分配站、試壓泵、水管同屬一個模塊中，將該模塊放入集裝箱。這樣只需要將高壓軟管連接到工作區便能實現試壓作業。另外專門設置操作室放置遠程操縱控制臺，工作時，兩操縱室之間僅通過線路便能連接在一起。除此之外，在不同的工作區域設置數量不同的無線攝像頭，如此一來，在操縱室中便可以完成試壓檢驗。

3 特點分析

該高壓試壓設備能夠遠程控制高壓泵的啟動和停止，并可以遠程設置安全閥、換向閥，從而有效提高了試壓檢驗的安全性。

（1）使用低壓泵灌水，使得灌水流量大但壓力低，使用高壓泵起壓，從而縮短了試壓時間，提高了工作效率。（2）系統由壬接頭使用了標準化國際通用接頭，并且通過使用高壓軟管使得臨時管路中探傷、焊接部位減少，提高了試壓效率以及試壓安全性。（3）通過攝像頭實現全面實時監控，同時對試壓過程的數據進行實時保存。

4 結束語

隨著智能化、可視化、遠程化技術的發展，各個領域開始逐步的探索將這些技術應用到生產中。石油開采過程中，將先進的遠程操縱技術應用到試壓檢驗中能有效提高檢驗效率，并保證操作人員的安全。在我國自升式鉆井平臺CP-300、DSJ300 自升式鉆井平臺的建造中，已經開始使用這種高壓試壓裝置，并逐步向著完全自主化方向發展，從而在高壓管線調試、使用以及后期養護中全面實現自主化，這是現代化生產的需要，具有廣闊的發展空間。

參考文獻

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