油田井控設備水壓測試系統(tǒng)

雷國鋒，曹道坤，柳明義，宗 磊

（1.中國石化國際事業(yè)公司，北京 100728；2.渤海石油裝備（天津）中成機械制造有限公司，天津 300280；3.機械工業(yè)上海藍亞石化設備檢測所有限公司，上海 201518）

0 引言

隨著我國新疆、西南油田區(qū)塊的深入開發(fā)，單井深度越來越深，部分區(qū)塊80%的井深超過6000 m，地層壓力越來越大。配套設備技術要求也隨著現(xiàn)場的應用不斷提高，就目前來看井控設備（采氣井口、防噴器、管匯、套管頭、平板閥等）壓力級別越來越高，井位設計時井控設備均要求105～140 MPa 設備，通徑也越來越大，對生產制造商來說也是挑戰(zhàn)。據調研采油（氣）井口等其他井控設備在現(xiàn)場使用的泄漏問題還時有發(fā)生，特別是主閥密封失效成為主要的泄漏安全隱患。例如，中國石油新疆油氣田公司每年用于采（油）氣井口裝置帶壓換閥、堵漏等維護工程費用多達千萬元，究其原因主要是制造廠在出廠時因缺乏條件沒有進行系統(tǒng)的強度密封試驗，致使部分存在隱患的采（油）氣井口裝置投入現(xiàn)場使用[5]。

結合GB/T 22513—2013 和API Spec 6A 對采油采氣用井控設備出廠試驗要求，設計了中高壓井控設備水壓測試系統(tǒng)——智能控制高壓水壓測試系統(tǒng)。它可以按照出廠標準要求對設備進行系統(tǒng)測試，提高井控設備出廠可靠性，減少和避免現(xiàn)場安全事故的發(fā)生。它能對采油（氣）井口、管匯、防噴器、套管頭、平板閥等進行強度及密封試驗，為生產制造、產品設計、生產使用等方面的質量改進提供依據[5]。

1 中高壓井控設備水壓測試系統(tǒng)

該系統(tǒng)自動化控制程度較高，PLC 控制系統(tǒng)作為核心，有效地集成了供電系統(tǒng)、氣源、增壓系統(tǒng)和監(jiān)控等。整個系統(tǒng)升壓、保壓和降壓過程由計算機進行控制，并記錄數(shù)據繪制壓力曲線，形成試壓報告[6]。

1.1 執(zhí)行的相關標準及規(guī)定

GB/T 22513—2013《石油天然氣工業(yè) 鉆井和采油設備 井口裝置和采油樹》

GB/T 25430—2019《石油天然氣鉆采設備旋轉防噴器》

API Spec 6A—2018《井口裝置和采油樹》

API Spec16C—2015《節(jié)流和壓井規(guī)范》

SY/T 5323—2016《石油天然氣工業(yè) 鉆井和采油設備 節(jié)流和壓井設備》

1.2 設備配置組成及流程

高壓水壓測試系統(tǒng)主要由氣源、水箱、增壓泵、電氣比例閥、高壓閥門管件、PLC 控制系統(tǒng)、安全報警裝置、驅動管路部件、視頻監(jiān)控、壓力儀表及機柜組成（圖1）。

圖1 水壓測試系統(tǒng)流程

1.3 參數(shù)設置

（1）電氣比例閥。采用日本SMC 的壓力式比例閥，它采用PID 自反饋的控制方式，閥內比例電磁鐵輸入電流信號產生相應動作，使工作閥閥芯產生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例壓力、流量輸出元件，達到用電氣信號對空氣壓力和流量進行無極調節(jié)（表1）。選擇的電氣比例閥供給壓力最大為1 MPa，設定壓力0.005～0.9 MPa；最大流量5000 L/min（供給壓力為0.7 MPa 時），供電電源DC 24 V±10%，輸入信號4～20 mA。

（2）壓力傳感器（表1）。

表1 壓力傳感器工作參數(shù)

（3）140 MPa/210 MPa 水壓增壓裝置。水壓增壓裝置的輸送介質為介質，提供140 MPa/210 MPa 的高壓水源，主要用于井控設備水壓密封強度試驗及水密封試驗（表2）。

表2 140 MPa/210 MPa 水壓增壓裝置參數(shù)

1.4 試壓測試系統(tǒng)特點

（1）采用多臺進口氣動增壓泵進行增壓，低壓泵用來進行快速注水，提高試驗效率。

（2）低壓泵出口安裝機械式安全溢流閥及高壓單向閥，雙重防護，防止高壓倒竄，確保低壓泵的安全。

（3）設備具備本質安全的加載能力，能夠滿足在任何情況下不會超過設定壓力。

（4）系統(tǒng)可實現(xiàn)獨立3 路同時輸出，壓力、流量互不影響。

（5）具備在冬季或停用狀態(tài)下更換試驗液體的功能。能夠方便、快速從備用狀態(tài)投入到工作狀態(tài)。

（6）通過后端壓力傳感器信號反饋壓力值進行壓力調整。

（7）高壓出口配置有機械式安全閥，當系統(tǒng)壓力達到安全閥設定壓力時自動開啟卸壓，確保系統(tǒng)不會超壓。

（8）系統(tǒng)高壓閥門可通過電氣按鈕實現(xiàn)遠程控制閥門的啟閉。

（9）采用電磁閥來控制氣動增壓泵的啟停，快速響應，達到壓力后停泵的同時排放驅動氣路中的壓縮空氣。

（10）箱式封閉結構，靜音型，噪聲低。

（11）系統(tǒng)具備自動和半自動操作模式、集成計時器（工作小時數(shù)/負荷周期）、維護周期自動顯示、需要維護部件自動顯示、啟/閉壓力范圍完全可調、各種安全信息自動顯示、可以檢查終端壓力安全閥、系統(tǒng)停機時自動關閉。

2 結束語

本中高壓水壓測試系統(tǒng)通過計算機遠程控制“升壓→保壓→降壓”過程，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對其運轉情況及狀態(tài)實時監(jiān)控。作為井控設備出廠的最后一道安全質量關，其使用效果一直都是企業(yè)關注的焦點。幾年來，經過油田和制造廠家的努力，井控設備在做強度及密封檢測時泄漏的次數(shù)在減少。水壓測試系統(tǒng)的建立大大促進了國內產品API 標準符合性的提高，提高了企業(yè)的國際市場競爭力。