淺談石油油套管數字化檢測與質量管理系統的建立

呼延輝

（長慶油田物資管理部，陜西710018）

0 引言

目前，國內以塔里木油田、西南油氣田為代表的油氣井的工況條件異常苛刻，油氣井的完整性和可靠性面臨嚴峻挑戰，對油套管接頭螺紋的技術和質量水平，尤其是產品質量的可靠性提出了更高、更嚴格的要求。傳統API標準石油管檢測方法和體系暴露出了一些問題和局限性，已不能滿足高質量石油專用管生產、質量控制及工程應用的需求。現在的檢驗技術手段相對落后，檢驗數據的客觀性、可靠性差，檢驗效率低；質量控制方法落后，基于統計過程控制、基于風險的檢驗技術等先進質量分析控制技術的應用程度低，不能對石油管螺紋的加工、工藝水平的提高提供有效的信息反饋與技術支持；質量數據的利用率低，缺乏完整、有效的質量檢測數據質量分析方法與手段，統計分析、可靠性分析與設計及大數據分析等先進數據分析技術未得到應用；數字化、信息化程度低，難以實現和技術系統、制造系統、業務管理系統間的數據交換和過程對接，不能滿足石油管智能制造系統的建設要求要有效解決以上問題，有必要對石油油套管檢測及測量技術進行研究。

數字化檢測技術可以提供集產品檢測方案、過程質量控制一體化的數字化解決方案，實現檢驗結果實時采集、存儲、傳輸和處理，不但可提高檢驗的工作效率，而且可及時、有效地發現測量過程中的人為錯誤和異常檢測數據，提高測量數據的可靠性和準確性。數字化檢測技術還可建立動態檢測數據庫管理系統，實現檢測數據自動采集、檢測數據查詢測量過程監控預警、質量管理的過程統計等功能。

1 國外油套管測量數字化系統進展

石油油套管測量主要包括外徑、壁厚、錐度、螺距、螺紋直徑、密封直徑、螺紋長度、上扣損失等幾十項參數，同時每批次數量也較多，給質量檢驗工作、數據傳輸和存儲、數據利用和分析、質量管理、數據監督和監控帶來了困難。目前，國外主要油套管生產廠已經在油套管接頭螺紋數字化檢測與質量管理上進行了大量的嘗試，在一定程度上建立了石油專用管數字化檢測與質量管理系統。如V&M Service已建立了全球VM系統特殊螺紋檢測服務網絡，實現了檢測儀器網絡化管理和數據共享，顯著提高了產品質量。同時，近年來BP、殼牌等國外主要石油公司進一步加強了對石油專用管產品的質量控制，尤其是對特殊螺紋接頭的性能評價、生產過程的檢測控制與質量信息追蹤提出了更高的要求。傳統的檢測技術與方式已無法滿足用戶的要求，V&M、住友等國際知名油套管制造商已經著手開發石油專用管數字化檢測與控制信息系統，在石油螺紋檢測領域已嘗試采用基于CCD、激光測量原理的新型螺紋檢測技術，并取得了一定的效果。

2 石油油套管接頭螺紋測量數字化系統

以天津鋼管的石油油套管接頭大生產為例，石油油套管接頭螺紋測量數字化是將傳統的石油螺紋單項參數測量方法與數字式傳感器測量技術相結合，通過某種數據傳輸方式進行數據采集，完成測量評價，基于物聯網技術開發出檢測工藝規劃、測量過程和質量控制一體化的數字化解決方案，實現油套管螺紋檢測執行，結果評價和質量管理的數字化、網絡化。

2.1 系統組成

石油油套管螺紋測量數字化系統圖如圖1所示，測量系統由螺紋單項參數測量設備、測量軟件系統和應用軟件系統組成。系統由以下部分組成：數字式石油螺紋單項參數測量儀器、無線數據傳輸系統、測量軟件系統及質量管理應用系統。

2.2 工作原理

石油油套管螺紋測量數字化系統的基本原理是將API 5B或者公司檢驗標準中的單項參數測量與數字化檢驗技術相結合，采用基于光柵式、電感式等傳感器的測微機構實現點位測量，通過有線或者無線數據傳輸方式進行數據采集，從而完成螺紋錐度、螺距、齒高、中徑、密封徑等參數測量、數據評價和結果處理。數字化石油螺紋測量系統集產品檢測方案、檢測過程和質量控制等為一體，并通過物聯網技術實現檢驗結果的實時采集、存儲、傳輸及處理。

2.3 應用實例

根據總體設計思路，確定以API 5B標準推薦使用的石油螺紋單項參數測量儀為基礎，采用基于光柵測量原理的測微機構和RF射頻無線數據傳輸技術設計開發的一種數字式油套管單項參數測量儀，其測量原理如圖2所示。

3 油套管接頭螺紋數字化測量與管理系統擬架構

C++語言是一種高級程序語言，不僅擁有計算機高效運行的實用性特征，同時還致力于提高大規模程序的編程質量與程序設計語言的問題描述能力。通過C++語言開發油套管接頭螺紋數字化測量與管理系統，可以實現面向大數據的智能化、數字化新型石油管質量檢測與質量管理系統，提高質量數據的分析與應用水平，提高檢驗方法的科學性和有效性，實時動態的控制產品質量，實現穩態優化生產，控制異常風險，從而提高石油專用管的整體實物產品質量水平。實現集產品檢測工藝、檢測過程、質量控制的一體化系統。通過物聯網技術，將螺紋單項參數測量儀連接起來，實現油套管螺紋產品檢測規劃、檢測執行、檢測評價和質量管理的數字化、網絡化。

油套管接頭螺紋數字化測量與管理系統結構按照功能分為測量系統和質量管理系統兩部分。測量系統包括：檢測任務管理模塊、檢測工藝規劃模塊、螺紋參數模塊、量具管理模塊。質量管理系統包括：質量管理系統分析模塊、報告管理模塊、管號錄入模塊、查詢模塊。

測量系統主要實現數據的采集和存貯。產品工藝文件的輸入、存檔、修改、更新等，檢測產品所用的量具清單、使用方法、產品主要參數信息，同時工藝文件要與量具清單以及產品主要參數實現對照聯系。

測量系統數據采集方法采用相對測量法，步驟如下：

（1）按照工藝文件信息選擇合適的量具和量規；（2）對量具和量規進行調整適應測量；

（3）對產品進行測量，同時對測量數據采集和存貯；

（4）如發現數據不符合工藝要求或者是設置的警戒值，及時示警，提醒操作員對產品加工參數進行修改。

質量管理系統采用開放式的程序管理模式，用戶可以根據需要開發適用的分析模塊，主要實現對測量系統采集的數據及時進行分析，讓工藝人員能迅速地對工藝執行力以及工藝的合理性進行評估，給出需要修改的工藝參數以及推薦的工藝修改方案。

4 結論

擬建立的油套管接頭螺紋數字化測量與管理系統，顛覆了手工測量+人工記錄錄入檢測數據的傳統作業模式，能夠完成數據的實時傳輸和存儲，建立高效的油套管螺紋接頭數字化檢測與質量管理系統，實現了檢測數據自動采集、檢測數據查詢測量過程監控預警、質量管理的過程統計等功能。