宋　志　龍，王　立　敏（1．東營(yíng)市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東　東營(yíng)257000；2．國(guó)家石油裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心　，山東　東營(yíng)257000）

井控裝置自動(dòng)化試壓檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用分析

宋志龍1，2，王立敏1，2
（1．東營(yíng)市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東東營(yíng)257000；2．國(guó)家石油裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山東東營(yíng)257000）①

井控裝置自動(dòng)化壓力測(cè)試系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)控制，模擬井控裝置實(shí)際工況，對(duì)井控裝置在該環(huán)境下是否存在滲漏，以及滲漏的具體壓力值進(jìn)行試壓檢測(cè)?？蓪?shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)、升壓、卸壓、出具試壓報(bào)告等功能，同時(shí)利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使操作人員遠(yuǎn)離試壓區(qū)域，在實(shí)現(xiàn)井控裝置試壓檢測(cè)自動(dòng)控制的同時(shí)還提高了檢測(cè)作業(yè)時(shí)的安全性。

井控裝置；壓力測(cè)試；檢測(cè)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制；遠(yuǎn)程監(jiān)控

在石油開采過程中，井下的溫度、壓力等是必不可少的測(cè)量參數(shù)，準(zhǔn)確的井下參數(shù)測(cè)量對(duì)于油井監(jiān)測(cè)具有重要的作用。井控設(shè)備自動(dòng)化壓力測(cè)試系統(tǒng)是油田鉆修基地的重要設(shè)備之一，主要由機(jī)械部分和電控部分構(gòu)成［1 3］。系統(tǒng)控制采用微機(jī)和可編程邏輯控制器PL C為核心的總線技術(shù)，具有系統(tǒng)可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、操作應(yīng)用方便、美觀實(shí)用等特點(diǎn)［4 5］。滿足105 M Pa以內(nèi)各種常用井控裝備和壓力容器的水壓試壓，以及21 M Pa以內(nèi)的油壓試壓、監(jiān)控和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集等工作。

1 技術(shù)分析

1．1 系統(tǒng)構(gòu)成原理

系統(tǒng)的總體構(gòu)成及基本控制原理如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)主要構(gòu)成及部件

井控設(shè)備自動(dòng)化壓力測(cè)試系統(tǒng)的主要構(gòu)成及各子系統(tǒng)間相互關(guān)系如圖2所示。

該系統(tǒng)主要由1臺(tái)D F Y35 70型試壓卡箍、1 臺(tái)D F Y18 70型試壓卡箍、1套數(shù)據(jù)采集圖像監(jiān)控系統(tǒng)、1臺(tái)電動(dòng)試壓泵、1臺(tái)液壓站、1套高低壓進(jìn)水卸荷系統(tǒng)及附加選配模擬鉆桿裝置、遙控裝置、有壓報(bào)警裝置等組成?？蓪?duì)防噴器及四通進(jìn)行試壓檢測(cè)、監(jiān)控作業(yè)。

圖1 系統(tǒng)的總體構(gòu)成及控制原理

1．2．1 液壓站

液壓站主要為試壓卡箍和防噴器提供液壓源，并根據(jù)要求完成對(duì)控制對(duì)象的動(dòng)作控制和壓力檢測(cè)［6 7］，液壓站提供的最大壓力為21 M Pa。

1．2．2 試壓卡箍

該裝置是各種井控裝備（防噴器及四通）的自動(dòng)卡緊和密封專用設(shè)備，最大卡緊密封壓力為105 M Pa，與液壓站和電動(dòng)試壓泵結(jié)合，共同完成防噴器的水壓密封性能試驗(yàn)。液壓卡箍作為底盲板對(duì)各種規(guī)格的環(huán)形防噴器、單閘板防噴器、雙閘板防噴器及四通進(jìn)行試壓連接。其主要優(yōu)點(diǎn)是：

1） 試壓時(shí)不用螺栓緊固法蘭，從而大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

2） 避免人工緊固螺栓偏載而造成防噴器鋼圈槽的損壞，延長(zhǎng)使用壽命。

3） 縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高試驗(yàn)效率。

4） 一機(jī)多用，最大限度地滿足試壓要求。

1．2．3 電動(dòng)變量試壓泵

試壓泵主要由電動(dòng)試壓泵、變頻器等構(gòu)成，電動(dòng)試壓泵最大工作壓力為125 M Pa。電動(dòng)試壓泵采用變頻控制，泵速無級(jí)可調(diào)。1） 試壓泵。試壓泵技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 試壓泵技術(shù)參數(shù)

2） 變頻器。變頻器是專門用于控制電動(dòng)試壓泵轉(zhuǎn)速的設(shè)備，每1臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)1臺(tái)電動(dòng)試壓泵。在控制軟件中設(shè)置了試壓目標(biāo)值以后，變頻器就會(huì)根據(jù)當(dāng)前壓力值和目標(biāo)值的差距進(jìn)行電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速調(diào)整，從而使加壓速度呈現(xiàn)一種由快到慢逐漸接近目標(biāo)數(shù)值的機(jī)制，這樣就在很大程度上防止在進(jìn)行某些設(shè)備的試壓過程中，由于容器容積小、電動(dòng)泵排量大而造成升壓過快，超過了設(shè)備承受范圍，使設(shè)備受到損壞。由于變頻器是高度集成的自動(dòng)控制設(shè)備，其參數(shù)都是自動(dòng)設(shè)置好的，在使用過程中不可隨意變動(dòng)調(diào)整，否則將可能造成嚴(yán)重的安全事故。

1．2．4 高低壓進(jìn)水卸荷系統(tǒng)

高低壓進(jìn)水卸荷系統(tǒng)是由2組Y PF2105型液動(dòng)平板閥及油路控制系統(tǒng)所組成，對(duì)整個(gè)試壓系統(tǒng)高低壓水路實(shí)現(xiàn)分配、卸荷。

1．2．5 模擬鉆桿裝置

模擬鉆桿裝置采用立柱單遙臂形式，自動(dòng)將防噴器試壓堵頭下放到防噴器內(nèi)，關(guān)閉閘板。同時(shí)還安裝有1臺(tái)頂置攝像機(jī)，以觀察閘板密封效果。

模擬鉆桿吊是由立柱、橫梁、配重、360°全方位球形攝像機(jī)、橫梁旋轉(zhuǎn)電機(jī)、試壓堵頭升降電機(jī)、各型試壓堵頭等組成。

1．2．6 遙控裝置

遙控裝置主要由無線發(fā)射裝置和遙控板組成，其功用是操作人員可在試壓準(zhǔn)備階段在現(xiàn)場(chǎng)用遙控板遙控控制試壓卡箍的動(dòng)作，方便操作與觀察。

1．2．7 有壓報(bào)警裝置

報(bào)警裝置主要由L E D發(fā)光電子顯示屏游走（正在試壓，請(qǐng)勿靠近）字幕組成，在試壓過程中對(duì)試壓現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有壓警示。

1．2．8 數(shù)據(jù)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由操作臺(tái)、1臺(tái)計(jì)算機(jī)、2個(gè)顯示器、1臺(tái)激光打印機(jī)組成。其中計(jì)算機(jī)主要針對(duì)液壓卡箍、水壓系統(tǒng)及防噴器、液壓站試壓場(chǎng)所區(qū)域內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控。其主要功能是：控制電動(dòng)泵的啟停及卸壓，全面控制液壓卡箍和系統(tǒng)自動(dòng)卸壓；采集水壓系統(tǒng)、液壓卡箍、防噴器控制系統(tǒng)的壓力信號(hào)；對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地及試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行圖像監(jiān)控并實(shí)時(shí)錄像。

試壓數(shù)據(jù)采集圖像監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能如下［8］：

1） 計(jì)算機(jī)控制和按鈕控制可以切換自如、互不干擾。

2） 定制的試壓向?qū)б龑?dǎo)操作人員正確完成試壓過程。

3） 軟件界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，設(shè)置方便，集成多種試驗(yàn)功能于一體，功能強(qiáng)大，可在Windows7／2000／X P系統(tǒng)下穩(wěn)定運(yùn)行。

4） 對(duì)所有試驗(yàn)壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，模擬L E D顯示數(shù)據(jù)。

5） 試壓曲線可以實(shí)時(shí)顯示試壓過程，曲線美觀，可以方便地縮放，鼠標(biāo)指在曲線上即可得試壓數(shù)據(jù)。

6） 自動(dòng)計(jì)算試壓壓力、穩(wěn)壓時(shí)間和壓降并標(biāo)注在曲線上。

7） 系統(tǒng)具備超壓報(bào)警、控制、讀數(shù)、曲線及顏色等各種功能設(shè)置。

8） 由數(shù)據(jù)庫保存試壓數(shù)據(jù)，方便查詢和重復(fù)打印及顯示試壓過程。

9） 數(shù)碼監(jiān)控試壓過程，可將試壓過程圖像記錄在硬盤上，通過實(shí)時(shí)壓縮在硬盤上可以存放大量視頻信息，還可轉(zhuǎn)存到光盤上，在通用計(jì)算機(jī)上回放。

10） 打印報(bào)告和合格證利用W ord的強(qiáng)大功能，將數(shù)據(jù)傳送到W ord進(jìn)行打印，報(bào)告模版可定制并可方便地修改。

11） 曲線抓圖方便制作電子文檔及宣傳資料。

數(shù)據(jù)采集圖像監(jiān)控系統(tǒng)控制原理如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集圖像監(jiān)控系統(tǒng)控制原理

2 設(shè)備安裝布局

設(shè)備的安裝布局及試壓坑平面布置如圖4～5所示。

圖4 設(shè)備的安裝布置

圖5 試壓坑平面布置示意

3 結(jié)語

隨著工業(yè)自動(dòng)化快速發(fā)展與應(yīng)用的提高，在追求生產(chǎn)效率的同時(shí)，對(duì)壓力測(cè)試的自動(dòng)化程度、測(cè)試參數(shù)精確性、安全性等指標(biāo)提出了更高的要求。井控裝置自動(dòng)化壓力測(cè)試系統(tǒng)具有高精度、高可靠性，全自動(dòng)等特點(diǎn)，具有壓力參數(shù)設(shè)置、壓力測(cè)試過程實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)記錄、打印、儲(chǔ)存、查詢等功能，同時(shí)利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使操作人員遠(yuǎn)離試壓區(qū)域，在實(shí)現(xiàn)井控裝置試壓檢測(cè)自動(dòng)控制的同時(shí)還提高了檢測(cè)作業(yè)時(shí)的安全性。

［1］ 孫振純，王守謙，徐明輝．井控設(shè)備［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1997．

［2］ 姜久興，劉文禮，趙波．可視化井控設(shè)備壓力測(cè)試自動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)［J］．石油機(jī)械，2009（9）：92 94．

［3］ 伍志強(qiáng)，姜慶巍，韓亮．基于ST M 32F107的石油井下壓力測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］．價(jià)值工程，2014（32）：246 247．

［4］ 霍修冀，滕照峰，張顯華，等．微機(jī)測(cè)試技術(shù)在壓力容器水壓試驗(yàn)中的應(yīng)用［J］．石油化工設(shè)備，2012（2）：80 84．

［5］ 楊文顯．現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2006．

［6］ 朱新才．液壓傳動(dòng)技術(shù)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2009．

［7］ 張平格．液壓傳動(dòng)與控制［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2004．

［8］ 許麗林．防噴器試壓數(shù)據(jù)采集及控制裝置：中國(guó)，C N200959083 U［P］．2007 10 10．

Appiication Anaiysis of Weii Controi Equip ment Automatic Pressure Test System

S O N G Zhilong1，2，W A N G Limin1，2
（1．Donguing Product Qualitu Supervision Research Institute，Donguing257000，China；2．N ational Qualitu Supervision Research Center of Petroleu m Equip ment（Shandong），Donguing257000，China）

The auto matic testing pressure system realizes startup and shutdow n，performs pressure boost and relief，and presents pressure test reports，through co m puter control．M ean w hile，it also keeps the operators away fro m the pressure test area by rem ote m onitoring system．T he system could not only realize the auto matic control of pressure testing，but also im prove the security of the well control equip ment testing operations．

well control equip ment；pressure testing；detection system；co m puter control；rem ote m onitoring

TE921．5

B

10．3969／j．issn．1001 3842．2015．06．021

1001 3482（2015）06 0089 04

①2015 01 10

宋志龍（1968 ），男，山東安丘人，高級(jí)工程師，主要從事石油機(jī)械檢測(cè)、質(zhì)量管理工作。