油田井控設(shè)備水壓測(cè)試系統(tǒng)

雷國(guó)鋒，曹道坤，柳明義，宗 磊

（1.中國(guó)石化國(guó)際事業(yè)公司，北京 100728；2.渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280；3.機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測(cè)所有限公司，上海 201518）

0 引言

隨著我國(guó)新疆、西南油田區(qū)塊的深入開(kāi)發(fā)，單井深度越來(lái)越深，部分區(qū)塊80%的井深超過(guò)6000 m，地層壓力越來(lái)越大。配套設(shè)備技術(shù)要求也隨著現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用不斷提高，就目前來(lái)看井控設(shè)備（采氣井口、防噴器、管匯、套管頭、平板閥等）壓力級(jí)別越來(lái)越高，井位設(shè)計(jì)時(shí)井控設(shè)備均要求105～140 MPa 設(shè)備，通徑也越來(lái)越大，對(duì)生產(chǎn)制造商來(lái)說(shuō)也是挑戰(zhàn)。據(jù)調(diào)研采油（氣）井口等其他井控設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用的泄漏問(wèn)題還時(shí)有發(fā)生，特別是主閥密封失效成為主要的泄漏安全隱患。例如，中國(guó)石油新疆油氣田公司每年用于采（油）氣井口裝置帶壓換閥、堵漏等維護(hù)工程費(fèi)用多達(dá)千萬(wàn)元，究其原因主要是制造廠在出廠時(shí)因缺乏條件沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的強(qiáng)度密封試驗(yàn)，致使部分存在隱患的采（油）氣井口裝置投入現(xiàn)場(chǎng)使用[5]。

結(jié)合GB/T 22513—2013 和API Spec 6A 對(duì)采油采氣用井控設(shè)備出廠試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了中高壓井控設(shè)備水壓測(cè)試系統(tǒng)——智能控制高壓水壓測(cè)試系統(tǒng)。它可以按照出廠標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，提高井控設(shè)備出廠可靠性，減少和避免現(xiàn)場(chǎng)安全事故的發(fā)生。它能對(duì)采油（氣）井口、管匯、防噴器、套管頭、平板閥等進(jìn)行強(qiáng)度及密封試驗(yàn)，為生產(chǎn)制造、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)使用等方面的質(zhì)量改進(jìn)提供依據(jù)[5]。

1 中高壓井控設(shè)備水壓測(cè)試系統(tǒng)

該系統(tǒng)自動(dòng)化控制程度較高，PLC 控制系統(tǒng)作為核心，有效地集成了供電系統(tǒng)、氣源、增壓系統(tǒng)和監(jiān)控等。整個(gè)系統(tǒng)升壓、保壓和降壓過(guò)程由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，并記錄數(shù)據(jù)繪制壓力曲線，形成試壓報(bào)告[6]。

1.1 執(zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定

GB/T 22513—2013《石油天然氣工業(yè) 鉆井和采油設(shè)備 井口裝置和采油樹(shù)》

GB/T 25430—2019《石油天然氣鉆采設(shè)備旋轉(zhuǎn)防噴器》

API Spec 6A—2018《井口裝置和采油樹(shù)》

API Spec16C—2015《節(jié)流和壓井規(guī)范》

SY/T 5323—2016《石油天然氣工業(yè) 鉆井和采油設(shè)備 節(jié)流和壓井設(shè)備》

1.2 設(shè)備配置組成及流程

高壓水壓測(cè)試系統(tǒng)主要由氣源、水箱、增壓泵、電氣比例閥、高壓閥門管件、PLC 控制系統(tǒng)、安全報(bào)警裝置、驅(qū)動(dòng)管路部件、視頻監(jiān)控、壓力儀表及機(jī)柜組成（圖1）。

圖1 水壓測(cè)試系統(tǒng)流程

1.3 參數(shù)設(shè)置

（1）電氣比例閥。采用日本SMC 的壓力式比例閥，它采用PID 自反饋的控制方式，閥內(nèi)比例電磁鐵輸入電流信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例壓力、流量輸出元件，達(dá)到用電氣信號(hào)對(duì)空氣壓力和流量進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)（表1）。選擇的電氣比例閥供給壓力最大為1 MPa，設(shè)定壓力0.005～0.9 MPa；最大流量5000 L/min（供給壓力為0.7 MPa 時(shí)），供電電源DC 24 V±10%，輸入信號(hào)4～20 mA。

（2）壓力傳感器（表1）。

表1 壓力傳感器工作參數(shù)

（3）140 MPa/210 MPa 水壓增壓裝置。水壓增壓裝置的輸送介質(zhì)為介質(zhì)，提供140 MPa/210 MPa 的高壓水源，主要用于井控設(shè)備水壓密封強(qiáng)度試驗(yàn)及水密封試驗(yàn)（表2）。

表2 140 MPa/210 MPa 水壓增壓裝置參數(shù)

1.4 試壓測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）采用多臺(tái)進(jìn)口氣動(dòng)增壓泵進(jìn)行增壓，低壓泵用來(lái)進(jìn)行快速注水，提高試驗(yàn)效率。

（2）低壓泵出口安裝機(jī)械式安全溢流閥及高壓?jiǎn)蜗蜷y，雙重防護(hù)，防止高壓倒竄，確保低壓泵的安全。

（3）設(shè)備具備本質(zhì)安全的加載能力，能夠滿足在任何情況下不會(huì)超過(guò)設(shè)定壓力。

（4）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立3 路同時(shí)輸出，壓力、流量互不影響。

（5）具備在冬季或停用狀態(tài)下更換試驗(yàn)液體的功能。能夠方便、快速?gòu)膫溆脿顟B(tài)投入到工作狀態(tài)。

（6）通過(guò)后端壓力傳感器信號(hào)反饋壓力值進(jìn)行壓力調(diào)整。

（7）高壓出口配置有機(jī)械式安全閥，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到安全閥設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟卸壓，確保系統(tǒng)不會(huì)超壓。

（8）系統(tǒng)高壓閥門可通過(guò)電氣按鈕實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制閥門的啟閉。

（9）采用電磁閥來(lái)控制氣動(dòng)增壓泵的啟停，快速響應(yīng)，達(dá)到壓力后停泵的同時(shí)排放驅(qū)動(dòng)氣路中的壓縮空氣。

（10）箱式封閉結(jié)構(gòu)，靜音型，噪聲低。

（11）系統(tǒng)具備自動(dòng)和半自動(dòng)操作模式、集成計(jì)時(shí)器（工作小時(shí)數(shù)/負(fù)荷周期）、維護(hù)周期自動(dòng)顯示、需要維護(hù)部件自動(dòng)顯示、啟/閉壓力范圍完全可調(diào)、各種安全信息自動(dòng)顯示、可以檢查終端壓力安全閥、系統(tǒng)停機(jī)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

2 結(jié)束語(yǔ)

本中高壓水壓測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制“升壓→保壓→降壓”過(guò)程，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)情況及狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。作為井控設(shè)備出廠的最后一道安全質(zhì)量關(guān)，其使用效果一直都是企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。幾年來(lái)，經(jīng)過(guò)油田和制造廠家的努力，井控設(shè)備在做強(qiáng)度及密封檢測(cè)時(shí)泄漏的次數(shù)在減少。水壓測(cè)試系統(tǒng)的建立大大促進(jìn)了國(guó)內(nèi)產(chǎn)品API 標(biāo)準(zhǔn)符合性的提高，提高了企業(yè)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。