高壓膠管試壓裝置的研制與應(yīng)用

【摘要】高壓膠管試壓裝置依據(jù)靜水壓實(shí)驗(yàn)原理，通過(guò)遠(yuǎn)程微機(jī)系統(tǒng)控制，對(duì)管線進(jìn)行注水升壓，讓管內(nèi)壓力達(dá)到高壓膠管最低額定工作壓力，穩(wěn)壓10min，觀察壓力值的變化，通過(guò)觀察壓力值變化來(lái)確定該管線是否滿足固井施工壓力要求。

【關(guān)鍵詞】高壓膠管；研制；試壓裝置

1.前言

高壓膠管是我公司在固井施工過(guò)程中所使用的重要工具，在使用過(guò)程中，因沒(méi)有檢查手段，對(duì)高壓膠管是否還處于安全期沒(méi)有一個(gè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；在管線在使用過(guò)程中，是否還能滿足施工要求無(wú)法進(jìn)行驗(yàn)證；在管線購(gòu)置入庫(kù)前和管線庫(kù)存超過(guò)一年的情況下，是否還能使用；對(duì)于生產(chǎn)廠家提供的合格證、檢驗(yàn)報(bào)告沒(méi)有衡量標(biāo)準(zhǔn)。

基于上述原因，我們選擇制作高壓膠管檢查裝置，以填補(bǔ)無(wú)檢查手段的空白，同時(shí)滿足高壓膠管在購(gòu)置、庫(kù)存、使用過(guò)程中的安全檢查。

2.設(shè)計(jì)的基本原則及要求

2.1設(shè)計(jì)的基本原則

依據(jù)《集團(tuán)公司固井技術(shù)規(guī)范（試行）》（中油工程〔2009〕247號(hào)）中“按不小于預(yù)計(jì)最高施工壓力的1.2倍對(duì)注水泥管線試壓”、“高壓鉆探膠管入庫(kù)前必須進(jìn)行100%最高工作壓力試壓檢查，合格之后才能辦理入庫(kù)手續(xù)”、“每使用半年進(jìn)行一次集中檢查。工作壓力試壓檢驗(yàn)：按最高工作壓力試壓，5分鐘壓降為0即為合格”的規(guī)定要求。

2.2設(shè)計(jì)要求

2.2.1對(duì)制作出的高壓膠管檢測(cè)裝置必須滿足以下幾點(diǎn)：

（1）能夠?qū)﹂L(zhǎng)度分別為：6米；9米；12米；14米；18米的高壓膠管進(jìn)行檢查并采取有效的防范措施；（2）檢測(cè)壓力必須滿足高壓膠管的額定工作壓力即壓力不小于35MPa；（3）該裝置需滿足使用清水作為介質(zhì)進(jìn)行檢查；（4）該裝置需滿足長(zhǎng)期使用要求。

2.2.2站在安全的角度上，該裝置同時(shí)要滿足以下要求：

（1）該裝置在升壓過(guò)程中必須是緩慢升壓，避免瞬間高壓現(xiàn)象發(fā)生；（2）該裝置在施壓過(guò)程中或施壓完成后需卸壓的情況下必須是遠(yuǎn)程操作卸壓；（3）該裝置在出現(xiàn)設(shè)備故障或操作失靈時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護(hù)，并停止工作；（4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中該裝置要輕便不影響工作效率，同時(shí)不產(chǎn)生其他不安全因素。

3.總體設(shè)計(jì)方案

3.1基本工作原理

微機(jī)系統(tǒng)控制電動(dòng)試壓泵自動(dòng)啟動(dòng)，高壓泵往容器內(nèi)注水并升壓，當(dāng)升壓至試件工作壓力時(shí)，微機(jī)系統(tǒng)控制高壓泵停機(jī)（高壓泵不停機(jī)，泵端卸荷閥卸荷），系統(tǒng)自動(dòng)保壓，到達(dá)設(shè)置好的保壓時(shí)間時(shí)，容器卸荷閥打開(kāi)，容器卸荷，然后自動(dòng)打印檢測(cè)壓力的數(shù)據(jù)條。（見(jiàn)圖1）

3.2高壓膠管裝置的基本構(gòu)成

高壓膠管裝置分為WYC70-7.5試壓裝置、試件固定、連接裝置兩大部分組成。

3.2.1WYC70-7.5試壓裝置

根據(jù)對(duì)高壓膠管試壓檢測(cè)的要求以及需滿足的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，經(jīng)調(diào)研采用型號(hào)WYC70-7.5試壓裝置。該設(shè)備的長(zhǎng)度、寬度：2m×1m

該集成裝置由三部分組成，壓力測(cè)試（電子）集成閥實(shí)現(xiàn)壓力控制執(zhí)行元件的高度集成、DY750電動(dòng)試壓泵實(shí)現(xiàn)注水和升壓過(guò)程的執(zhí)行、WYC微機(jī)高壓測(cè)試系統(tǒng)將泵體和閥組采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬量轉(zhuǎn)換，并通過(guò)高精度壓力變送器將指令傳送至執(zhí)行元件。

（1）壓力測(cè)試（電子）集成閥

壓力集成閥是將各種壓力控制執(zhí)行原件高度集成在一起，在使用中，只需將進(jìn)口同高壓泵連接，出口同試壓容器連接即可試壓。

工作過(guò)程中的作用：集成閥初始狀態(tài)為泵端卸荷閥開(kāi)啟，容器卸荷閥關(guān)閉，啟動(dòng)截止閥開(kāi)啟，手動(dòng)卸荷閥關(guān)閉。此時(shí)開(kāi)始試壓，試壓介質(zhì)經(jīng)泵端卸荷閥流回水箱，系統(tǒng)及泵均不帶壓。當(dāng)需要升壓時(shí)，關(guān)閉泵端卸荷閥，高壓介質(zhì)經(jīng)單向閥、氣動(dòng)截止閥、高壓過(guò)濾器進(jìn)入試壓容器。到達(dá)試壓目標(biāo)值，先打開(kāi)泵端卸荷閥卸除試壓泵壓力，此時(shí)由單向閥保壓，然后關(guān)閉氣動(dòng)截止閥，容器保壓效果由氣動(dòng)截止閥保證。泄壓時(shí)，先開(kāi)啟氣動(dòng)截止閥，再開(kāi)啟容器卸荷閥卸荷。（見(jiàn)圖2）

（2）DY750電動(dòng)試壓泵

電動(dòng)試壓泵主要由高壓往復(fù)泵、溢流閥、止回泄壓閥、高壓軟管等組成。

①高壓往復(fù)泵：此泵為臥式柱塞泵，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，分為動(dòng)力端和液力端。工作原理是連桿帶動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使缸體內(nèi)容積周期變化。當(dāng)柱塞為吸入行程時(shí)，出水閥關(guān)閉，工作介質(zhì)在大氣壓下頂開(kāi)進(jìn)水閥進(jìn)入缸體內(nèi)；在排出行程時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉，柱塞使工作介質(zhì)通過(guò)出水閥并經(jīng)泵頭排出。該過(guò)程周期性重復(fù)進(jìn)行，從而完成泵將工作介質(zhì)吸入并排出的功能。

②溢流閥：用于調(diào)節(jié)泵的輸出壓力及恒定系統(tǒng)壓力。

③止回泄壓閥：用于自動(dòng)截?cái)啾杭靶冻到y(tǒng)壓力。

該閥上裝有壓力表，在升壓過(guò)程及保壓過(guò)程中均顯示試壓管路壓力。

（3）WYC微機(jī)高壓測(cè)試系統(tǒng)

WYC微機(jī)高壓測(cè)試系統(tǒng)是由操作臺(tái)，測(cè)控系統(tǒng)，壓力傳感器與高壓泵組等組成。該系統(tǒng)采用高性能工控機(jī)、全中文控制軟件、高精度可編程序邏輯控制器及高精度模擬量轉(zhuǎn)換模塊、高精度壓力變送器，與高壓泵體和閥組等構(gòu)成一套完整的控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)有兩種控制方式：第一種是微機(jī)自動(dòng)控制方式，當(dāng)預(yù)設(shè)好參數(shù)后，微機(jī)自動(dòng)完成測(cè)試過(guò)程。第二種是操作臺(tái)手動(dòng)控制方式，指使用操作臺(tái)上按鈕進(jìn)行手動(dòng)試壓和設(shè)備單步調(diào)試。

該系統(tǒng)的控制界面（見(jiàn)圖3）：

通過(guò)該界面可以直接觀察到系統(tǒng)工作的狀態(tài)，包括注水過(guò)程，升壓、保壓過(guò)程等，也可在參數(shù)設(shè)定區(qū)觀察到工作階段和倒計(jì)時(shí)，同時(shí)我們可以直觀的看到壓力下降情況。當(dāng)完成檢測(cè)后，該系統(tǒng)自帶有USB輸出端口，可將壓力變化曲線直接進(jìn)行打印，同時(shí)系統(tǒng)自帶有儲(chǔ)存功能，可保存9組數(shù)據(jù)，便于查閱和對(duì)比。

3.2.2試件固定、連接裝置

（1）試件防刺裝置。根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)試件的壓力最高可達(dá)70MPa，為避免試件升壓或保壓過(guò)程中發(fā)生刺漏，采用51/2\"的套管作為防護(hù)管，各防護(hù)管采用對(duì)接的方式避免刺漏的水從連接處噴出。選擇不同長(zhǎng)度的6根套管組合均能滿足9m、12m、14m、18m試件的防護(hù)問(wèn)題。

（2）試件固定裝置。為避免試件因憋壓產(chǎn)生跳動(dòng)，采用地錨固定防護(hù)管的方式間接固定試件。具體是將地錨放置在平坦地勢(shì)處，在地錨上焊接T型槽，將試件穿在防護(hù)管內(nèi)，防護(hù)管擱置在T型槽上，用壓板和固定螺栓將防護(hù)管和地錨連接。防護(hù)管外露部分的試件無(wú)法進(jìn)行直接固定，選用DN50高壓硬管線連接，采用固定高壓硬管線的方式解決外露試件跳動(dòng)的問(wèn)題。

（3）試件連接裝置?；具B接：施壓泵出口——補(bǔ)心——高壓直角彎頭——雙頭短接——高壓油壬——試件（高壓膠管）——高壓油壬——盲堵。

試件連接采用51/2\"油壬連接，滿足密封和抗拉強(qiáng)度。

為滿足壓力測(cè)試系統(tǒng)管線與現(xiàn)場(chǎng)管線相匹配，采用了51/2\"直角彎頭和補(bǔ)心進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

排空泄壓部分采用旋塞閥來(lái)控制，在旋塞閥的尾端采用了直角管線，可以避免排空時(shí)水壓過(guò)大和放壓時(shí)面對(duì)操作人員。

4.工作要求

4.1操作人員要求

根據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油鉆采高壓管匯件的使用與維護(hù)》中3.4條規(guī)定：高壓管匯件在檢查維修后或使用前，都應(yīng)進(jìn)行靜水壓實(shí)驗(yàn)。試壓人員應(yīng)經(jīng)過(guò)主管部門(mén)組織的正規(guī)培訓(xùn)，并持有高壓管匯試壓資格合格證方可上崗。試壓人員經(jīng)培訓(xùn)取得井控檢驗(yàn)員資格證后，安排從事試壓檢測(cè)工作。

4.2使用設(shè)備的要求

為了正確使用和維護(hù)壓力測(cè)試系統(tǒng)，專門(mén)編制了《高壓膠管試壓裝置操作規(guī)程》并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

4.3現(xiàn)場(chǎng)安全的要求

為滿足現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的安全要求，出臺(tái)了《高壓膠管試壓規(guī)范》以及《高壓膠管試壓制度》。明確規(guī)定了試壓現(xiàn)場(chǎng)的安全警戒要求，施壓的操作要求以及對(duì)高壓膠管施壓后的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。

4.4現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求

根據(jù)靜水實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所附近有三相動(dòng)力電源、水源、地勢(shì)平坦、空曠無(wú)人員出入。

配套設(shè)施要求有隨車吊，移動(dòng)接線車，電控箱。

4.5操作步驟要求

（1）啟動(dòng)

啟動(dòng)電腦，安裝系統(tǒng)認(rèn)證軟件，輸入管理者名稱，密碼進(jìn)行高級(jí)設(shè)置。

操作者進(jìn)行登陸，并輸入相應(yīng)信息。

將電控柜開(kāi)啟開(kāi)關(guān)置于閉合狀態(tài)。從電控柜各表盤(pán)讀取初始數(shù)值。

將自動(dòng)/手動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)急停開(kāi)關(guān)。

開(kāi)啟打氣泵開(kāi)關(guān)打氣，氣瓶壓力設(shè)定值為0.6Mpa，出氣口壓力設(shè)定為0.4Mpa（所試壓壓力≤70MPa時(shí)）。

將卸壓端排空閥門(mén)開(kāi)啟。

（2）排空、注水

遠(yuǎn)程控制設(shè)定試壓參數(shù)及各試壓階段保壓時(shí)間。

設(shè)定注水壓力值，開(kāi)始注水。

觀察物件泄壓端排水程度，當(dāng)泄壓端無(wú)氣泡溢出時(shí)，停止注水，關(guān)閉泄壓端，并鎖緊。再次開(kāi)啟注水，當(dāng)注水壓力達(dá)到1MPa時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉注水程序。完成注水后人員檢查管線連接部位，各部位連接可靠無(wú)介質(zhì)滲漏，方可進(jìn)行下一步操作，若發(fā)現(xiàn)存在滲漏現(xiàn)象，需卸除壓力，重新進(jìn)行緊固，并再次重復(fù)注水過(guò)程。

注水開(kāi)始后人員撤離至安全區(qū)域。系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)控制模式。

（3）升壓、保壓

當(dāng)氣路壓力達(dá)到要求時(shí)，遠(yuǎn)程控制選擇運(yùn)行按鈕，泵端升壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，電動(dòng)試壓泵開(kāi)始工作，高壓往復(fù)閥開(kāi)啟并進(jìn)行升壓；當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力值后，電動(dòng)試壓泵止回泄壓閥自動(dòng)將試壓管路與泵截?cái)嗖⑦M(jìn)行保壓。

（4）泄壓

根據(jù)操作人員設(shè)定，泄壓可分為2種。手動(dòng)泄壓是當(dāng)保壓結(jié)束后，打開(kāi)泄壓閥手輪，即可卸除系統(tǒng)壓力。自動(dòng)泄壓需在前期的設(shè)置過(guò)程中設(shè)置，當(dāng)保壓結(jié)束后，泄壓閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，卸除系統(tǒng)壓力（一般泄壓至0.7MPa時(shí)便會(huì)停止，若需全部卸掉，可轉(zhuǎn)動(dòng)泄壓閥手輪進(jìn)一步泄壓）。

（5）作業(yè)關(guān)閉

完成作業(yè)后，填寫(xiě)相應(yīng)的檢測(cè)合格證，并打印檢測(cè)報(bào)告；作業(yè)完成后，打開(kāi)泄壓端，試壓介質(zhì)流出；更換試件或拆除試壓裝置。

5.現(xiàn)場(chǎng)情況應(yīng)用

該裝置在2010年9月10日完成了制作，截止2013年9月1日，共檢查1300根，不合格件逐年減少，有效預(yù)防高壓膠管施工過(guò)程中刺傷、破裂等安全隱患。

6.經(jīng)濟(jì)對(duì)比及效益分析

該裝置對(duì)我公司高壓膠管進(jìn)行檢查與送往成都安檢院相比每根可節(jié)省費(fèi)用0.165萬(wàn)元，按2010年檢查情況計(jì)算，一次檢查共計(jì)節(jié)約費(fèi)用32萬(wàn)元，依據(jù)公司關(guān)于印發(fā)《固井水泥頭、高壓管匯使用管理規(guī)定（試行）》的通知，每半年對(duì)高壓膠管進(jìn)行檢查，全年可節(jié)約費(fèi)用64萬(wàn)元。

其次，該裝置還可以對(duì)固井工具如：浮箍浮鞋、水泥頭、高壓直管線、彎頭、旋塞閥等元件可以進(jìn)行安全性能驗(yàn)證。

7.結(jié)論與建議

該裝置的研制填補(bǔ)了公司高壓膠管無(wú)檢查手段的空白，為固井施工過(guò)程中高壓膠管的使用提供了安全保障，同時(shí)保證了高壓膠管在入庫(kù)前的檢驗(yàn)，從源頭上杜絕了不合格產(chǎn)品的流入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

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[5]《集團(tuán)公司固井技術(shù)規(guī)范（試行）》（中油工程〔2009〕247號(hào)）

[6]Q/SYCQZ044-2008《川慶鉆探公司固井施工作業(yè)規(guī)程》

作者簡(jiǎn)介

李志剛（1971—）男，漢族，甘肅慶陽(yáng)人，機(jī)械助理工程師，主要從事汽車維修、機(jī)械工作。