淺析海上平臺電動一體式套管氣泄壓閥研制可行性

(中海油能源發展裝備技術有限公司 天津 300450)

引言

海上平臺現有的電潛泵井套管氣泄壓裝置即定壓放氣閥已經沿用多年，目前定壓放氣閥在現場使用時存在很多問題和不便之處，主要為：(1)需人工調節，精確度無法保證，有時需反復多次進行調節，人工強度大；(2)彈簧進行長期使用后失效，對套管氣泄放靈敏度產生影響，彈簧失效后，套管氣不能及時排出，對電潛泵產生氣鎖影響泵效，對電潛泵定子進行沖刷破壞；(3)長期以來現有結構不便于在線維修，維修人工及成本大。因此需要研究制作一種新型結構的電動一體式套管氣泄壓閥，用于電潛泵井套管壓力調節，將套管氣通過自動一體式套管氣泄壓閥精確靈活的排入輸油(氣)管匯，以控制合理的電泵吸入口沉沒度，防止潛油電泵發生因氣鎖現象的發生導致的欠載停泵，保證電泵的正常運行，以提高泵效及產量，同時減少氣流對電潛泵定子橡膠的沖蝕，提高電潛泵的使用壽命。

一、海上平臺套管氣泄壓閥概述

該裝置使用整體上裝式結構，便于現場維修維護，更換彈簧及閥芯閥座等重要核心件，減輕維修難度及成本；由于套管氣體由入口進入裝置的控壓區，控壓區由電機施加扭矩給調節套給彈簧載荷，當套管氣壓力超過彈簧載荷時頂開閥芯，進行排壓放氣，氣體進入回收管線當套管氣壓力低于彈簧載荷時，閥芯在彈簧的作用下自動關閉，防止氣體倒流。該裝置運用機電一體化的操作模式，根據現場要求設定套管定壓值，運用壓力探測儀將套管氣壓力轉換成數據傳輸給機電一體化操作儀，操作儀根據事先輸入的數據傳遞信號給無極電機，電機帶動旋轉套作旋轉運動，旋轉套通過螺紋帶動調節套作上下運動，通過施加彈簧載荷控制閥芯的開啟壓力，實現套管氣的恒壓、排氣、回收的一條龍生產工藝。做到了無需人工調試、自動化操作調試以及無人值守的工作模式，該結構避免了彈簧因長期使用失效帶來的定壓值模糊的缺陷，延長使用時間；

電動一體式套管氣泄壓閥示意圖

二、裝置的價值

該裝置的關鍵技術點：(1)使用交互儀及壓力傳感器對定壓壓力實現實時調控，確?？刂铺坠軞獾呐欧帕?，該裝置能夠根據套管實際壓力進行有效精確的調節；(2)使用交互儀與電動執行器實現無縫對接，確保在彈簧失效的情況下由電動執行器直接補償彈簧載荷，確保定壓值的穩定；(3)對裝置的調節機構的反應時間提出較高要求，需及時準確地將實時數據傳遞給執行機構；(4)對結構優化，以減少時間及人工成本的前提下，延長裝置的使用壽命；(5)使用手自動一體結構，適應各種不同狀況的要求。(6)開發電動一體式套管氣泄壓閥，可以降低現場操作人員操作閥門的頻率即減少工人勞動強度，實現無人值守工作模式。

由于其是電動式自動調節因此其優點海主要表現為以下幾個方面：(1)應用壓力傳感器與交互儀及電動執行機構對套管氣進行自動壓力排放，無需人工干預，準確及時；(2)由于采用壓力傳感器進行調節依據，彈簧作為防止倒流配件，因此，彈簧的載荷不作為調節依據，彈簧失效時的載荷差由電動執行器自動進行補償；(3)電動執行器帶手動裝置，形成手自動一體的組合模式；4、采用一體式上裝結構，便于現場在線維護及維修。

改裝置對于我公司產業發展的優點體現在：目前我公司已經具備海上維保設計以及總包的能力，擁有完善的維保設計和施工團隊。通過本對該閥門的改造，可以掌握電動一體式套管氣泄壓閥設計和制造技術能力，擴大公司在海上油氣田調整井專業的業務能力。渤海油田有兩千余口油井，大多數油井配備了定壓放氣閥。

三、研制方法

1.通過對現場電潛泵井套管調研，收集整理電潛泵井套管氣參數后，建立自動一體式套管氣泄壓結構模型和運用機電一體化的操作模式，運用壓力探測儀將套管氣壓力轉換成數據傳輸給機電一體化操作儀，操作儀根據事先輸入的數據傳遞信號給無極電機，電機帶動旋轉套帶動調節套作上下運動，通過施加彈簧載荷控制閥芯的開啟壓力，實現套管氣的恒壓、排氣、回收的一條龍生產工藝。做到了無需人工調試、自動化操作調試以及無人值守的工作模式。

2.試驗方法：(1)從進口端連接壓力泵，打開執行器電源，設置所需泄壓定壓值；(2)開啟壓力泵進壓，根據進口壓力傳感器傳輸的壓力值觀察裝置動作靈敏度及精確度，高于泄壓定壓值，裝置執行器應逆時針旋轉，開啟裝置進行泄壓，低于壓力泄壓值，裝置執行器順時針旋轉關閉。

3.該裝置的技術關鍵點分有以下幾點：(1)使用交互儀及壓力傳感器對定壓壓力實現實時調控，確保控制套管氣的排放量，該裝置能夠根據套管實際壓力進行有效精確的調節；(2)使用交互儀與電動執行器實現無縫對接，確保在彈簧失效的情況下由電動執行器直接補償彈簧載荷，確保定壓值的穩定；(3)對裝置的調節機構的反應時間提出較高要求，需及時準確地將實時數據傳遞給執行機構；(4)對結構優化，以減少時間及人工成本的前提下，延長裝置的使用壽命；(5)使用手自動一體結構，適應各種不同狀況的要求。

4.該裝置的創新點有以下幾點：(1)采用壓力傳感器及交互儀、電動執行器為一體的精確調壓排放功能；(2)采用機電一體化實現無人值守的套管氣泄壓裝置；(3)提高精確度和減少人工成本，優化結構，便于現場維修；(4)手自動一體結構，便于斷電情況下仍能手動調節。

結論

海上平臺電動一體式套管氣泄壓閥從產品價值、研制方法、未來市場前景等多方面來看具有較高的研制可行性。