提高內(nèi)防噴工具試壓工效方案設計

黃可文，王旭，李東林，王小林，張?zhí)烀?/p>

（渤海鉆探工程有限公司管具技術服務分公司，河北 滄州 062552）

內(nèi)防噴工具的試壓是井控車間的一項重要的試壓檢驗工作，隨著鉆井技術和井控技術的發(fā)展以及對外合作機會的增加，內(nèi)防噴工具在鉆井施工現(xiàn)場的應用也日益頻繁。據(jù)統(tǒng)計，目前華北油區(qū)平均每年送至井控車間檢測試壓的內(nèi)防噴工具達到一千余套，井控車間在正常工作日內(nèi)試壓每天約3 ～4套?，F(xiàn)有的試壓檢測方式是將內(nèi)防噴工具固定在試壓工裝后，采用試壓檢測控制系統(tǒng)逐個對其進行試壓，由于內(nèi)防噴工具的存放區(qū)與試壓區(qū)距離一般較遠，且在吊裝、安裝、拆卸過程中費時費力，每套試壓泵和試壓系統(tǒng)單次僅能試壓檢測一套內(nèi)防噴工具，導致正常試壓檢測一套內(nèi)防噴工具需要2 小時，工作效率較低，大大影響了工作進度，難以及時保證鉆井隊的正常使用。因此，通過分析和研究內(nèi)防噴工具試壓檢測過程中每道工序和環(huán)節(jié)，提出改進試壓檢測的設計方案，完善試壓程序和工裝，實現(xiàn)安全、高效試壓的目的。

1 影響因素分析

目前內(nèi)防噴工具試壓通常采用試壓檢測控制系統(tǒng)和試壓泵及其連接管線來連接和控制內(nèi)防噴工具進行試壓，整個試壓檢測控制流程通?？梢苑譃榭刂婆c監(jiān)控區(qū)、供壓泵區(qū)、穩(wěn)壓泄壓控制閥區(qū)、試壓工件區(qū)（見圖1）。試壓控制與監(jiān)控區(qū)基本已實現(xiàn)集數(shù)據(jù)采集、圖像監(jiān)控、自動控制和數(shù)據(jù)處理功能于一體,可以利用系統(tǒng)其內(nèi)置的工控機實現(xiàn)自動生成報表和監(jiān)控試壓的功能。供壓泵區(qū)和穩(wěn)壓泄壓控制區(qū)已采用市場上成熟的設備，壓力泵通常選用高于試壓工件壓力級別、排量較高的電泵；工件區(qū)目前大部分采用手動和液壓工裝連接內(nèi)防噴工具進行試壓。對影響傳統(tǒng)試壓控制流程的試壓效率的因素進行分析，主要有以下幾個原因：

（1）單臺試壓控制與監(jiān)控系統(tǒng)目前僅能控制一臺試壓泵和集成控制閥進行試壓，試壓控制對象單一，導致試壓效率過低，是主要原因。

圖1 傳統(tǒng)內(nèi)防噴工具試壓流程圖

（2）試壓工裝過于簡單，基本采用手動試壓帽進行連接，需要將內(nèi)防噴工具固定在試壓底座上，在戴緊試壓帽，用榔頭人工砸緊，接上試壓管線進行試壓，效率太低，費時費力?；虿糠植捎靡簤貉b置對內(nèi)防噴工具進行夾持，但基本采用立式連接，安裝拆卸不便，且試壓密封墊不耐用。

（3）試壓泵電機的運轉(zhuǎn)頻率固定，由于內(nèi)防噴工具的容積較小，打壓時容易超過其額定工作壓力，導致試壓時多次重復打壓。

（4）由于內(nèi)防噴工具本體容積較小，在穩(wěn)壓的過程中容易造成壓降過大，需要反復打壓很多次才能試壓合格，造成了試壓時間的增加。

（5）所用的試壓管線是普通膠管，在打壓和穩(wěn)壓的過程中容易導致變形，對試壓結(jié)果有很大的影響，特別是低壓穩(wěn)壓階段，也很容易刺漏，存在不安全的因素。

2 改進方案設計

針對影響內(nèi)防噴工具試壓工效的因素進行分析，以高效、安全為核心，對內(nèi)防噴工具試壓過程中各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化設計，確定改進方案，在確保符合井控安全標準要求前提下，使其更加符合現(xiàn)場使用技術要求，提高試壓綜合效率。

2.1 增加試壓工位

一是對試壓系統(tǒng)進行改進，該系統(tǒng)應分別設有試壓控制界面和監(jiān)控界面，實現(xiàn)試壓控制和試壓期間的安全和漏點監(jiān)控。該系統(tǒng)試壓控制界面應具有三個操作界面，每個界面均能控制一套工件試壓，能控制對應的集成閥組（見圖2）。二是增加相應的控制閥組及試壓連接管線，保障能同時對三個工位進行試壓。三是編制試壓控制的邏輯關系，保障試壓泵能同時試壓三個工位相互無干擾。

圖2 增加試壓工位后的流程圖

試壓控制邏輯關系：檢查試壓系統(tǒng)與變頻器、試壓泵及控制閥匯各連接部位，保持連接完好無異常；按順序依次連接各試壓工件、緩沖管及控制閥匯，使閥A 與緩沖管A、工件1，使閥B 與緩沖管B、工件2，使閥C 與緩沖管C、工件3，一一對應。各電路、氣路、水路連接良好，無異常，開始打壓。各試壓工件均獨立防護，相互不影響。

（1）當各試壓工件額定壓力等級相同時。

①啟動試壓操作控制系統(tǒng)，打開系統(tǒng)3 個試壓界面，分別設置試壓參數(shù)，隨后控制總啟動按鈕，使試壓泵開始運轉(zhuǎn)打壓，關閉集成閥泵端卸荷閥，高壓水介質(zhì)經(jīng)試壓泵、四通、集成閥單向閥、緩沖管、試壓管線進入各試壓工件容器。高低壓情況下，分別通過調(diào)節(jié)變頻器頻率控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)整注水效率。

②當各試壓工件均密封良好無泄漏情況下，各閥匯傳感器采集數(shù)據(jù)傳回試壓控制系統(tǒng)，各試壓工件壓力達到規(guī)定設定壓力值后，分別控制各集成閥先打開泵端卸荷閥卸除試壓泵壓力，然后關閉氣動截止閥（此時由單向閥保壓），實現(xiàn)工件保壓。當各工件低壓保壓均成功后（系統(tǒng)三個控制界面均顯示穩(wěn)壓成功后），試壓泵再次打壓，到額定工作壓力時，再次關閉集成閥氣動截止閥實現(xiàn)保壓，直至各工件穩(wěn)壓成功，各集成閥依次泄壓，數(shù)據(jù)保存。

③當三個工件中有一個或兩個工件在試壓初始階段不升壓時，停止運轉(zhuǎn)試壓泵，檢查泄漏點，調(diào)試好后再次打壓。如果在低壓穩(wěn)壓期間發(fā)現(xiàn)有一個或兩個穩(wěn)壓不成功時，則控制對應閥組泄壓，拆卸檢查泄漏點。待其他工件試壓完成后，再次接入按照步驟1 和2 試壓。

（2）當各試壓工件額定壓力等級不相同時（假設其中一個70MPa 工件、兩個35MPa 工件）。

①啟動試壓操作控制系統(tǒng)，打開系統(tǒng)3 個試壓界面，分別設置試壓參數(shù)，隨后控制總啟動按鈕，使試壓泵開始運轉(zhuǎn)打壓，關閉集成閥泵端卸荷閥，高壓水介質(zhì)經(jīng)試壓泵、四通、集成閥單向閥、緩沖管、試壓管線進入各試壓工件容器。高低壓情況下，分別通過調(diào)節(jié)變頻器頻率控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)整注水效率。

②當各試壓工件均密封良好無泄漏情況下，各閥匯傳感器采集數(shù)據(jù)傳回試壓控制系統(tǒng)，各試壓工件壓力達到規(guī)定設定的低壓壓力值后，分別控制各集成閥先打開泵端卸荷閥卸除試壓泵壓力，然后關閉氣動截止閥（此時由單向閥保壓），實現(xiàn)工件保壓。當各工件低壓保壓均成功后（系統(tǒng)三個控制界面均顯示穩(wěn)壓成功后），試壓泵再次打壓，當其中兩個35MPa 工件到額定工作壓力時，對應集成閥關閉氣動截止閥實現(xiàn)保壓（注意此時泵不能泄壓），另外一個70MPa 工件繼續(xù)升壓，直至達到額定壓力時，對應集成閥關閉氣動截止閥實現(xiàn)保壓，此時泵頭泄壓。各工件穩(wěn)壓成功，各集成閥依次泄壓，數(shù)據(jù)保存。

③當三個工件中有一個或兩個工件在試壓初始階段不升壓時，停止運轉(zhuǎn)試壓泵，檢查泄漏點，調(diào)試好后再次打壓。如果在低壓穩(wěn)壓期間發(fā)現(xiàn)有一個或兩個穩(wěn)壓不成功時，則控制對應閥組泄壓，拆卸檢查泄漏點。待其他工件試壓完成后，再次接入按照步驟1 和2 試壓。

2.2 改進試壓工裝

改進后的工裝作業(yè)臺能自動完成上料、卡緊、卸料等工作，試壓工作臺通過巧妙設計的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)自動中心對位功能，可覆蓋所有不同外徑、長短型號的內(nèi)防噴工具。（見圖3）。移動取件機械手由行走十字滑臺、升降機械臂、磁力吊具三部分構(gòu)成，十字滑臺架固定在框式結(jié)構(gòu)的主架上，電機通過齒型帶輪、齒型帶將動力傳輸給升降機械臂史其左右移動，氣缸帶動升降機械臂上下移動將內(nèi)防噴工具分別放入測試工位內(nèi)，電控磁力吊具吸附固定內(nèi)防噴工具。測試工位由框式結(jié)構(gòu)主架、V 型卡具、液壓頂缸，前、后試壓密封頭四部分構(gòu)成，氣缸帶動V 型卡具左右移動將內(nèi)防噴工具卡緊并自動對中，控制卡具左右移動的位置來適應不同型號直徑的內(nèi)防噴工具，液壓頂缸伸出將內(nèi)防噴工具壓緊并通過試壓密封頭密封，密封面為梯型圈溝槽密封方式，密封壓力為85MPa。

圖3 新型內(nèi)防噴工具試壓作業(yè)臺

2.3 增加試壓對象的緩沖容積

在內(nèi)防噴工具和集成控制閥之間增加一個大環(huán)空的緩沖管，增加試壓環(huán)空，這樣會幫助內(nèi)防噴工具的穩(wěn)壓過程，提高單獨內(nèi)防噴工具的試壓效率。

2.4 減少試壓管線膨脹率

可選用高壓力級別150MPa 以上壓力級別的高壓耐火膠管代替老的試壓管線，減小變形情況?；蛑苯硬捎?10MPa 剛性硬管作為試壓管線，保障打壓過程中管線減少膨脹。增加一個變頻器，調(diào)節(jié)試壓泵的電機運轉(zhuǎn)，在剛開始打壓時快速運轉(zhuǎn)，臨近試壓壓力值時轉(zhuǎn)速變慢，從而準確達到試壓壓力。

3 結(jié)語

內(nèi)防噴工具試壓效率直接影響整個井控車間生產(chǎn)工作安排，新的設計方案提高了內(nèi)防噴工具的試壓效率，通過改進原有系統(tǒng)其中是試壓工位、試壓工裝、環(huán)空體積、變頻頻率、管線等途徑，可使內(nèi)防噴工具的試壓效率得到了明顯提高，并具有以下幾個優(yōu)點取代了傳統(tǒng)的人工注水夾緊工裝和拆卸的過程。（1）試壓工位相對增加3 倍，可使試壓系統(tǒng)和試壓泵充分得到利用，試壓監(jiān)控人員僅需一人，提高工作效率，降低了人工成本。（2）改進后試壓工裝作業(yè)臺可以實現(xiàn)上料、卡緊、卸料等工作，可針對所有不同外徑、長短型號、壓力級別的內(nèi)防噴工具進行試壓。（3）增加變頻器、試壓緩沖容積、更換試壓管線等措施，可以有效提高試壓期間穩(wěn)壓的成功率，減少試壓保壓頻次，提高工作效率。