新型車載試壓工程車研制

王　建，秦宏生，李　念，吳彥鋒，張建業(yè)（中原特種車輛有限公司，河南　濮陽457001）

新型車載試壓工程車研制

王建，秦宏生，李念，吳彥鋒，張建業(yè)
（中原特種車輛有限公司，河南濮陽457001）

新型車載試壓工程車是一種在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各種封井器、壓井節(jié)流管匯等井口控制設(shè)備進(jìn)行靜水壓力測(cè)試的工程車。該車集氣動(dòng)試壓裝置和電動(dòng)試壓裝置為一體，能夠滿足清水、防凍液等試壓介質(zhì)在不同壓力、流量的試壓需要。試壓裝置具有手動(dòng)和自動(dòng)操作功能（加壓、保壓、卸壓、超壓保護(hù)等），并配有聲光報(bào)警系統(tǒng)。

工程車；試壓；結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)

在鉆井和修井作業(yè)中，為提高鉆井安全，在鉆井和修井作業(yè)前，需對(duì)井口設(shè)備進(jìn)行壓力試驗(yàn)，以確保封井器、壓井節(jié)流管匯等井口控制設(shè)備的安全性。隨著高速鉆井需要，同時(shí)為了降低鉆井工作強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，需要一種能夠在井場(chǎng)對(duì)井口控制設(shè)備進(jìn)行壓力試驗(yàn)的裝置，為此，研發(fā)了新型車載試壓工程車。

1　結(jié)構(gòu)組成

該車采用雙艙布局的整體布置結(jié)構(gòu)，前艙為駕駛室，駕駛室內(nèi)安裝沙發(fā)、工具箱、滅火器、遠(yuǎn)程操作控制臺(tái)等裝置；后艙為設(shè)備艙，安裝有水箱、電動(dòng)試壓裝置、氣動(dòng)試壓裝置、變頻器柜和空壓機(jī)等［1-3］。工程車的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1　工程車結(jié)構(gòu)

2　工作原理

2.1試壓原理

通過控制臺(tái)控制電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵對(duì)試件進(jìn)行試壓，電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵將低壓試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行增壓，產(chǎn)生的高壓介質(zhì)的壓力由輸入氣驅(qū)泵的驅(qū)動(dòng)氣壓力大小決定，驅(qū)動(dòng)氣壓力越高，泵輸出壓力也越高。輸出的高壓液體，一路進(jìn)入試件和壓力表，另一路通過氣控閥卸荷?？刂婆_(tái)可以自動(dòng)或者手動(dòng)控制電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵的開啟／關(guān)閉，根據(jù)設(shè)定壓力完成加壓和保壓過程，實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)并生成曲線圖和報(bào)表。

2.2試壓流程

試壓流程如圖2所示。

圖2　試壓流程

采用電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵獨(dú)立進(jìn)行試壓。電動(dòng)試壓泵可單獨(dú)對(duì)試件進(jìn)行110 MPa內(nèi)的試壓，氣動(dòng)試壓泵可單獨(dú)對(duì)試件進(jìn)行140 MPa內(nèi)的試壓。當(dāng)其中一臺(tái)試壓泵進(jìn)行試壓工作時(shí)，其余試壓泵處于停止?fàn)顟B(tài)。

1）采用電動(dòng)泵進(jìn)行試壓。啟動(dòng)電動(dòng)泵給試件加壓，當(dāng)壓力接近試驗(yàn)壓力值時(shí)，通過手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小電動(dòng)泵輸出流量，直至壓力達(dá)到設(shè)定值，停泵并關(guān)閉截止閥，進(jìn)行保壓。試驗(yàn)完畢后，打開截止閥和卸荷閥，進(jìn)行卸荷。

2）采用電動(dòng)試壓泵與氣動(dòng)試壓泵進(jìn)行分級(jí)加壓。首先啟動(dòng)電動(dòng)泵給試件灌注和預(yù)加壓，即加壓到110 MPa以內(nèi)任何設(shè)定值（低于額定試驗(yàn)壓力的設(shè)定值），通過自動(dòng)或手動(dòng)操作控制電動(dòng)泵停止加壓。同時(shí)氣動(dòng)泵開始工作，增壓到額定試驗(yàn)壓力值后（如要加壓到35 MPa，可以先設(shè)定用電動(dòng)泵加壓到低于35 MPa的任何值，然后使用氣動(dòng)泵增壓到35 MPa），關(guān)閉截止閥對(duì)試件進(jìn)行保壓。達(dá)到保壓時(shí)間后，開啟截止閥和卸壓閥進(jìn)行卸壓，試驗(yàn)完畢。

3　試壓裝置

3.1氣動(dòng)試壓裝置

氣動(dòng)試壓裝置主要由氣動(dòng)增壓泵、氣控高壓閥、高壓單流閥、高壓過濾器、匯流排、壓力表、壓力傳感器、比例減壓閥、手動(dòng)減壓閥、電磁換向閥、PLC控制器等組成。氣動(dòng)增壓泵的驅(qū)動(dòng)氣源由現(xiàn)場(chǎng)或小型空壓機(jī)提供，電源由現(xiàn)場(chǎng)提供。

氣動(dòng)試壓裝置采用60 MPa及230 MPa 2種氣動(dòng)泵來分別滿足不同壓力和流量的需求。壓力的輸出由獨(dú)立的氣控閥來控制，輸出的流量和壓力均由比例閥來控制。

3.2電動(dòng)試壓裝置

電動(dòng)試壓裝置主要包括變頻器、電機(jī)、泵和相關(guān)附件。泵采用大功率電動(dòng)泵，輸出壓力為110 MPa，流量為1 500 L／h。

電動(dòng)試壓裝置裝有安全閥，用于系統(tǒng)超壓保護(hù)。

變頻器用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制泵的輸出流量。電動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可通過人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可通過計(jì)算機(jī)設(shè)定加壓壓力，由計(jì)算機(jī)根據(jù)壓力和流量進(jìn)行自動(dòng)控制。

4　控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)構(gòu)成。上位機(jī)采用研祥工控機(jī)，軟件平臺(tái)采用Labview作為開發(fā)平臺(tái)，下位機(jī)采用西門子的控制器，下位機(jī)PLC負(fù)責(zé)完成所有控制閥門的開啟或關(guān)閉、試驗(yàn)傳感器信號(hào)的采集、試壓流程的切換、液密封測(cè)試壓力和信號(hào)的采集、異常判斷等功能［4-6］。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有緊急停泵裝置，能有效防止意外發(fā)生。控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)操作互相切換。試壓系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)及試壓監(jiān)控技術(shù)，可按程序指令自動(dòng)完成試壓過程控制。試壓控制可通過控制臺(tái)進(jìn)行操控，具備試壓過程參數(shù)自動(dòng)采集和記錄、試壓數(shù)據(jù)管理、試壓曲線繪制以及試壓結(jié)果報(bào)表的自動(dòng)生成、打印等功能；同時(shí)配有視頻監(jiān)視裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況。車載試壓裝置能實(shí)現(xiàn)試壓作業(yè)的智能化、數(shù)字化和自動(dòng)化管理。

5　主要技術(shù)參數(shù)

5.1氣動(dòng)試壓裝置

高壓泵額定工作壓力

140MPa（對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體壓力0.6 MPa）

高壓泵最高工作壓力

230MPa（對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體壓力1MPa）

低壓泵額定工作壓力

40MPa（對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體壓力0.6MPa）

低壓泵最高工作壓力

(1)建立健全保密工作領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，形成一級(jí)抓一級(jí)、層層落實(shí)的保密工作領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任體系；(2)建立健全安全保密管理相關(guān)制度，確定保密要害部門、部位，明確涉密人員的保密責(zé)任和義務(wù)；(3)與涉密人員簽訂網(wǎng)絡(luò)安全保密責(zé)任書，定期開展涉密人員宣傳教育和培訓(xùn)，增強(qiáng)涉密人員的保密觀念與保密意識(shí)；(4)各個(gè)管理部門和機(jī)構(gòu)應(yīng)明確職責(zé)并各司其職，發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間做出響應(yīng)，相互配合，開展聯(lián)合行動(dòng)，切實(shí)維護(hù)涉密計(jì)算機(jī)的安全；(5)設(shè)立專門的崗位，比如內(nèi)網(wǎng)安全員、系統(tǒng)管理員、內(nèi)網(wǎng)密鑰員等，明確各崗位的責(zé)任，并制定嚴(yán)格的分級(jí)管理制度；(6)改進(jìn)安全保密檢查機(jī)制，使檢查制度成為常態(tài)化，形成預(yù)防和管控相結(jié)合的管理機(jī)制。

60MPa（對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體壓力1MPa）

試驗(yàn)過程中根據(jù)試驗(yàn)壓力高低的需要，系統(tǒng)自動(dòng)選擇低、中和高3種量程的測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，以提高系統(tǒng)的測(cè)控精度。

低量程0～2.1MPa（10MPa壓力表）

中量程2.1～40MPa（60MPa壓力表）

高量程40～140MPa（200MPa壓力表）

5.2電動(dòng)試壓系統(tǒng)

額定工作壓力110MPa

額定壓力時(shí)排量1500L／h

電動(dòng)機(jī)功率55kW

6　技術(shù)特點(diǎn)

1）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，易操作與維護(hù)。

2）采用電動(dòng)試壓與氣動(dòng)試壓混合試壓工藝，可在滿負(fù)荷下頻繁啟動(dòng)，效率高，噪聲小。

3）可自動(dòng)控制或手動(dòng)控制完成壓力容器的試壓工作，手動(dòng)和自動(dòng)都可單獨(dú)使用，互不依賴。

4）可以完成符合API標(biāo)準(zhǔn)的液控壓力試驗(yàn)、壓力密封，壓力強(qiáng)度等試驗(yàn)。

5）在線采集試驗(yàn)水壓，并以曲線形式顯示、存儲(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果，采用標(biāo)準(zhǔn)API中英文雙語報(bào)表格式自動(dòng)輸出，使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可信。

6）軟件具備報(bào)警、控制、讀數(shù)、曲線及其顏色等各種設(shè)置。

7）數(shù)據(jù)庫管理，可以方便地查詢或調(diào)出以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行打印；打印預(yù)覽和實(shí)際打印效果相同。

8）自帶打印機(jī)，可實(shí)現(xiàn)各類報(bào)表、曲線進(jìn)行即時(shí)打印，可自定義打印格式，數(shù)據(jù)可以傳到Microsoft Word，用戶可以自己修改打印格式，方便實(shí)用。

7　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

車載試壓工程車在中原油田管具公司進(jìn)行了試驗(yàn)，表1為5次壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)。從表1可見，在保壓時(shí)間內(nèi)無可見滲漏。

表1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)

8　結(jié)論

車載試壓工程車集電動(dòng)試壓與氣動(dòng)試壓、自動(dòng)控制和手動(dòng)控制功能于一體，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、操作安全可靠?？瑟?dú)自完成鉆機(jī)井場(chǎng)井口控制設(shè)備的壓力試驗(yàn)工作，有效縮短鉆井周期、降低鉆井工作強(qiáng)度和節(jié)約生產(chǎn)成本。

［1］劉維信.汽車設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第4卷）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.

［3］林秉華.最新汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.哈爾濱：黑龍江人民出版社，2005.

［4］周三平.新型節(jié)流／密封閥的研制［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2006，35（10）：32-33.

［5］張玉英.節(jié)流壓井管匯在井控技術(shù)中的作用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36（6）：56-57.

［6］陶桂紅，劉鵬，王侃，等.注水泵診斷控制系統(tǒng)研制［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2015，44（6）：86-88.

Development of New-style Pressure Testing Engineering Vehicle

WANG Jian，QIN Hongsheng，LI Nian，WU Yanfeng，ZHANG Jianye
（ZYT Petroleum Equipment Co．，Ltd．，Puyang 457001，China）

A new-style pressure testing engineering vehicle is developed to carry out pressure test with all kinds of BOP，choke manifold and other well control equipment at oilfield.The device e-quipped with pneumatic pressure testing device and electric pressure test device can meet water，antifreeze and other pressure test medium pressure testing need under different pressure and flow.Testing with manual and automatic operation，equipped with sound and light alarm system，the de-vice can carry out pressure boost，pressure keeping，pressure relief，pressure protection and so on.

engineering vehicle；pressure test；structure；characteristics

TE929

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.12.020

1001-3482（2015）12-0077-03

2015-06-30

王建（1979-），男，山東東營人，工程師，現(xiàn)從事石油機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。