可視化、集成化、遠(yuǎn)程操縱高壓試壓裝置的研發(fā)及應(yīng)用

摘 要：高壓試壓裝置是石油開采過程中必不可少的裝置，但目前國(guó)內(nèi)所使用的高壓試壓裝置仍存在諸多不足亟待改進(jìn)。隨著智能化技術(shù)以及電子信息技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域都開始向著集成化、智能化方向發(fā)展。為了滿足現(xiàn)代化高效生產(chǎn)的需求，高壓試壓裝置的集成化、智能化成為了必然的發(fā)展趨勢(shì)。集成智能的高壓試壓裝置實(shí)現(xiàn)了可視化、遠(yuǎn)程化操控，有效提升了檢測(cè)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，并提升高壓區(qū)作業(yè)的安全性，保障作業(yè)人員的生命安全。

關(guān)鍵詞：可視化；集成化；遠(yuǎn)程操縱；高壓試壓

1 研發(fā)背景

目前我國(guó)國(guó)內(nèi)所使用的試壓設(shè)備主要由臨時(shí)管線、試壓泵以及壓力表組成，通過上述結(jié)構(gòu)組成試壓管線，繼而進(jìn)行試壓。因而在試壓過程中必須由操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作，并且對(duì)于管線的質(zhì)量要求相對(duì)較高，鉆井平臺(tái)高壓試壓管線材質(zhì)一般使用4130材質(zhì)，并且在焊接質(zhì)量上有較高的要求。因此增加了施工人員以及檢測(cè)人員的工作量，且作業(yè)安全無法保障。目前所使用的高壓試壓泵雖然在一定程度上具有記錄功能，但相較于實(shí)際的生產(chǎn)需求，仍存在很大的差距。隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能化遠(yuǎn)程操縱技術(shù)以及集成技術(shù)開始受到各界關(guān)注，并在某些領(lǐng)域中發(fā)揮了優(yōu)越的特性。因此將遠(yuǎn)程操縱技術(shù)應(yīng)用到高壓試壓設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)高壓試壓設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控成為了高壓試壓設(shè)備發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 新型高壓試壓裝置概述

對(duì)集成化、可視化、遠(yuǎn)程操縱高壓試壓裝置，主要可以從以下方面進(jìn)行分析。

2.1 對(duì)高壓、低壓泵的控制

在傳統(tǒng)的試壓檢驗(yàn)中，對(duì)試壓泵的操作需要人工進(jìn)行，由于臨近操作，因而安全系數(shù)低。而使用遠(yuǎn)程操縱技術(shù)通過拉大操縱距離，為操作人員提供了可靠的保障。首先，通過遠(yuǎn)程電力控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操控試壓泵。試壓檢驗(yàn)中依照壓力傳感器反饋的水壓狀況，在有授權(quán)權(quán)限的前提下根據(jù)地面泵房監(jiān)控畫面顯示狀況，通過控制按鈕啟動(dòng)/停止水泵。系統(tǒng)運(yùn)行正常的前提下，無論采用哪種工作方式，對(duì)泵房實(shí)際的運(yùn)行參數(shù)以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)都可通過網(wǎng)絡(luò)輸出至監(jiān)控中心。操作人員在安全區(qū)內(nèi)便可以對(duì)泵的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)、控制。其次，若試壓檢測(cè)中系統(tǒng)出現(xiàn)異常，例如打壓接頭崩開、泄露等問題，那么可以操控?fù)Q向閥進(jìn)行泄壓。待系統(tǒng)恢復(fù)正常后關(guān)閉閥門。若通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)試壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么首先應(yīng)當(dāng)停泵，繼而控制換向閥溢流泄壓，緩慢泄放管路高壓，完全泄壓后，維修施工人員才能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行維修。最后，眾所周知安全閥主要起到保護(hù)作用，通過對(duì)管路安全閥進(jìn)行設(shè)置，能有效提高試壓檢測(cè)的安全性。一旦系統(tǒng)壓力超過設(shè)置壓力，則自動(dòng)啟動(dòng)泄壓裝置進(jìn)行排出管道中部分氣體流涕，從而降低管線、設(shè)備壓力使之不超過允許值，從而避免系統(tǒng)因壓力過高出現(xiàn)事故。

2.2 并聯(lián)使用高壓泵、低壓泵

試壓檢驗(yàn)過程中，接近高壓時(shí)應(yīng)當(dāng)逐步提高壓力。若系統(tǒng)僅使用高壓泵進(jìn)行起壓，由于高壓泵流量低，會(huì)導(dǎo)致試壓時(shí)間過長(zhǎng)，而高壓泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)對(duì)設(shè)備及其附件造成損害。所以實(shí)際操作中并聯(lián)了高壓泵和低壓泵。首先由高流量低壓力的低壓泵進(jìn)行灌水，此時(shí)起壓范圍為0～1MPa，繼而關(guān)閉泵體、閥門并啟動(dòng)流量低壓力高的高壓泵進(jìn)行起壓，直至達(dá)到管路壓力需求。如此不但能縮短試壓檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)，并且有效保護(hù)了設(shè)備和附件，延長(zhǎng)其使用壽命。

2.3 試壓時(shí)配套由壬的應(yīng)用

由于鉆井平臺(tái)上高壓水泥、高壓泥漿部分所需壓力較高，管路系統(tǒng)所用材質(zhì)（一般采用4130 材質(zhì)）要求較高，焊接要求比較嚴(yán)格，因此試壓泵與實(shí)際管路間連接的臨時(shí)管路要求同樣嚴(yán)格，為保證施工人員安全及試壓過程的可靠性，必須經(jīng)過焊接中的熱處理及RT探傷處理，如此一來，所需要的作業(yè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且會(huì)浪費(fèi)更多的材料。為了有效避免此類問題的發(fā)生，采用高壓試壓泵出口接經(jīng)節(jié)流閥調(diào)節(jié)的多口徑由壬（石油機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)由壬），連接相應(yīng)軟管兩端配相應(yīng)由壬接頭（壓力達(dá)平臺(tái)管路所需上限15000PSI）與工作管路系統(tǒng)連接的方式。這樣達(dá)到一勞永逸的效果，同時(shí)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化由壬接頭，增加管路通用性，減少焊接、探傷的過程，減輕試壓過程中的工作量，同時(shí)節(jié)約試壓時(shí)間。

2.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控

在高壓試壓作業(yè)中，試驗(yàn)壓力超高，傳統(tǒng)的試壓管線往往需要檢測(cè)人員臨近操控，因此安全系數(shù)相對(duì)較低，為了提高檢測(cè)作業(yè)的安全性，可以將試壓作業(yè)區(qū)域進(jìn)行封閉，通過設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備對(duì)封閉的試壓作業(yè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)可視化作業(yè)，全面了解試壓狀態(tài)。另外在軟管接頭、高壓泵以及實(shí)際試壓管路這三個(gè)區(qū)域設(shè)置攝像頭，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)試壓異狀，若試壓過程中出現(xiàn)打壓接頭崩開、泄露等問題，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理。除此之外，檢測(cè)人員還需要實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力表讀數(shù)，并進(jìn)行拍照存檔。通過可視化系統(tǒng)，不但能對(duì)試壓階段進(jìn)行全面監(jiān)控，還能有效提高試壓、施工人員作業(yè)的安全性。

2.5 技術(shù)指標(biāo)分析

（1）泵的選擇：高壓泵的選擇電動(dòng)控制，自身帶記錄功能，可遠(yuǎn)程操控的電力驅(qū)動(dòng)，高壓泵最高壓力：300MPa，高壓泵最低流量：0.75 L/min，工作介質(zhì)為水或油等非腐蝕性液體。低壓泵選擇：低壓泵最高壓力0.6MPa，低壓泵最大流量：10.2L/min，工作介質(zhì)水或油等非腐蝕性液體。（2）控制閥的選擇：可遠(yuǎn)程控制，電液控制都可，壓力要求高，至少工作壓力達(dá)70MPa。（3）高壓試壓分配站：采用節(jié)流閥控制流量，每一個(gè)支路采用單獨(dú)閥件控制，終端配備國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)API 由壬接頭及盲堵，使用哪個(gè)支路打開哪個(gè)支路，其余關(guān)閉。（4）高壓軟管：高壓軟管采用適合試壓所需最高壓力軟管（例如：7500PSI，15000PSI 中選用15000PSI 的），軟管終端配由壬接頭（公頭）。（5）流程分析：所謂集成化，即將試壓管路組件視作一個(gè)集成模塊，即試壓分配站、試壓泵、水管同屬一個(gè)模塊中，將該模塊放入集裝箱。這樣只需要將高壓軟管連接到工作區(qū)便能實(shí)現(xiàn)試壓作業(yè)。另外專門設(shè)置操作室放置遠(yuǎn)程操縱控制臺(tái)，工作時(shí)，兩操縱室之間僅通過線路便能連接在一起。除此之外，在不同的工作區(qū)域設(shè)置數(shù)量不同的無線攝像頭，如此一來，在操縱室中便可以完成試壓檢驗(yàn)。

3 特點(diǎn)分析

該高壓試壓設(shè)備能夠遠(yuǎn)程控制高壓泵的啟動(dòng)和停止，并可以遠(yuǎn)程設(shè)置安全閥、換向閥，從而有效提高了試壓檢驗(yàn)的安全性。

（1）使用低壓泵灌水，使得灌水流量大但壓力低，使用高壓泵起壓，從而縮短了試壓時(shí)間，提高了工作效率。（2）系統(tǒng)由壬接頭使用了標(biāo)準(zhǔn)化國(guó)際通用接頭，并且通過使用高壓軟管使得臨時(shí)管路中探傷、焊接部位減少，提高了試壓效率以及試壓安全性。（3）通過攝像頭實(shí)現(xiàn)全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對(duì)試壓過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存。

4 結(jié)束語

隨著智能化、可視化、遠(yuǎn)程化技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域開始逐步的探索將這些技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中。石油開采過程中，將先進(jìn)的遠(yuǎn)程操縱技術(shù)應(yīng)用到試壓檢驗(yàn)中能有效提高檢驗(yàn)效率，并保證操作人員的安全。在我國(guó)自升式鉆井平臺(tái)CP-300、DSJ300 自升式鉆井平臺(tái)的建造中，已經(jīng)開始使用這種高壓試壓裝置，并逐步向著完全自主化方向發(fā)展，從而在高壓管線調(diào)試、使用以及后期養(yǎng)護(hù)中全面實(shí)現(xiàn)自主化，這是現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，具有廣闊的發(fā)展空間。

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