高压胶管试压装置的研制与应用

来源:用户上传      作者: 李志刚

　　【摘要】高压胶管试压装置依据静水压实验原理，通过远程微机系统控制，对管线进行注水升压，让管内压力达到高压胶管最低额定工作压力，稳压10min，观察压力值的变化，通过观察压力值变化来确定该管线是否满足固井施工压力要求。
　　【关键词】高压胶管；研制；试压装置
　　1.前言
　　高压胶管是我公司在固井施工过程中所使用的重要工具，在使用过程中，因没有检查手段，对高压胶管是否还处于安全期没有一个检验标准；在管线在使用过程中，是否还能满足施工要求无法进行验证；在管线购置入库前和管线库存超过一年的情况下，是否还能使用；对于生产厂家提供的合格证、检验报告没有衡量标准。
　　基于上述原因，我们选择制作高压胶管检查装置，以填补无检查手段的空白，同时满足高压胶管在购置、库存、使用过程中的安全检查。
　　2.设计的基本原则及要求
　　2.1设计的基本原则
　　依据《集团公司固井技术规范（试行）》（中油工程〔2009〕247号）中“按不小于预计最高施工压力的1.2倍对注水泥管线试压”、“高压钻探胶管入库前必须进行100%最高工作压力试压检查，合格之后才能办理入库手续”、“每使用半年进行一次集中检查。工作压力试压检验：按最高工作压力试压，5分钟压降为0即为合格”的规定要求。
　　2.2设计要求
　　2.2.1对制作出的高压胶管检测装置必须满足以下几点：
　　（1）能够对长度分别为：6米；9米；12米；14米；18米的高压胶管进行检查并采取有效的防范措施；（2）检测压力必须满足高压胶管的额定工作压力即压力不小于35MPa；（3）该装置需满足使用清水作为介质进行检查；（4）该装置需满足长期使用要求。
　　2.2.2站在安全的角度上，该装置同时要满足以下要求：
　　（1）该装置在升压过程中必须是缓慢升压，避免瞬间高压现象发生；（2）该装置在施压过程中或施压完成后需卸压的情况下必须是远程操作卸压；（3）该装置在出现设备故障或操作失灵时能够实现自我保护，并停止工作；（4）现场应用中该装置要轻便不影响工作效率，同时不产生其他不安全因素。
　　3.总体设计方案
　　3.1基本工作原理
　　微机系统控制电动试压泵自动启动，高压泵往容器内注水并升压，当升压至试件工作压力时，微机系统控制高压泵停机（高压泵不停机，泵端卸荷阀卸荷），系统自动保压，到达设置好的保压时间时，容器卸荷阀打开，容器卸荷，然后自动打印检测压力的数据条。（见图1）
　　3.2高压胶管装置的基本构成
　　高压胶管装置分为WYC70-7.5试压装置、试件固定、连接装置两大部分组成。
　　3.2.1WYC70-7.5试压装置
　　根据对高压胶管试压检测的要求以及需满足的现场环境，经调研采用型号WYC70-7.5试压装置。该设备的长度、宽度：2m×1m
　　该集成装置由三部分组成，压力测试（电子）集成阀实现压力控制执行元件的高度集成、DY750电动试压泵实现注水和升压过程的执行、WYC微机高压测试系统将泵体和阀组采集的数据进行拟量转换，并通过高精度压力变送器将指令传送至执行元件。
　　（1）压力测试（电子）集成阀
　　压力集成阀是将各种压力控制执行原件高度集成在一起，在使用中，只需将进口同高压泵连接，出口同试压容器连接即可试压。
　　工作过程中的作用：集成阀初始状态为泵端卸荷阀开启，容器卸荷阀关闭，启动截止阀开启，手动卸荷阀关闭。此时开始试压，试压介质经泵端卸荷阀流回水箱，系统及泵均不带压。当需要升压时，关闭泵端卸荷阀，高压介质经单向阀、气动截止阀、高压过滤器进入试压容器。到达试压目标值，先打开泵端卸荷阀卸除试压泵压力，此时由单向阀保压，然后关闭气动截止阀，容器保压效果由气动截止阀保证。泄压时，先开启气动截止阀，再开启容器卸荷阀卸荷。（见图2）
　　（2）DY750电动试压泵
　　电动试压泵主要由高压往复泵、溢流阀、止回泄压阀、高压软管等组成。
　　①高压往复泵：此泵为卧式柱塞泵，由电动机驱动，分为动力端和液力端。工作原理是连杆带动柱塞往复运动，使缸体内容积周期变化。当柱塞为吸入行程时，出水阀关闭，工作介质在大气压下顶开进水阀进入缸体内；在排出行程时，进水阀关闭，柱塞使工作介质通过出水阀并经泵头排出。该过程周期性重复进行，从而完成泵将工作介质吸入并排出的功能。
　　②溢流阀：用于调节泵的输出压力及恒定系统压力。
　　③止回泄压阀：用于自动截断保压及卸除系统压力。
　　该阀上装有压力表，在升压过程及保压过程中均显示试压管路压力。
　　（3）WYC微机高压测试系统
　　WYC微机高压测试系统是由操作台，测控系统，压力传感器与高压泵组等组成。该系统采用高性能工控机、全中文控制软件、高精度可编程序逻辑控制器及高精度模拟量转换模块、高精度压力变送器，与高压泵体和阀组等构成一套完整的控制系统。
　　本系统有两种控制方式：第一种是微机自动控制方式，当预设好参数后，微机自动完成测试过程。第二种是操作台手动控制方式，指使用操作台上按钮进行手动试压和设备单步调试。
　　该系统的控制界面（见图3）：
　　通过该界面可以直接观察到系统工作的状态，包括注水过程，升压、保压过程等，也可在参数设定区观察到工作阶段和倒计时，同时我们可以直观的看到压力下降情况。当完成检测后，该系统自带有USB输出端口，可将压力变化曲线直接进行打印，同时系统自带有储存功能，可保存9组数据，便于查阅和对比。
　　3.2.2试件固定、连接装置
　　（1）试件防刺装置。根据实际需要，对试件的压力最高可达70MPa，为避免试件升压或保压过程中发生刺漏，采用51/2"的套管作为防护管，各防护管采用对接的方式避免刺漏的水从连接处喷出。选择不同长度的6根套管组合均能满足9m、12m、14m、18m试件的防护问题。 　　（2）试件固定装置。为避免试件因憋压产生跳动，采用地锚固定防护管的方式间接固定试件。具体是将地锚放置在平坦地势处，在地锚上焊接T型槽，将试件穿在防护管内，防护管搁置在T型槽上，用压板和固定螺栓将防护管和地锚连接。防护管外露部分的试件无法进行直接固定，选用DN50高压硬管线连接，采用固定高压硬管线的方式解决外露试件跳动的问题。
　　（3）试件连接装置。基本连接：施压泵出口——补心——高压直角弯头——双头短接——高压油壬——试件（高压胶管）——高压油壬——盲堵。
　　试件连接采用51/2"油壬连接，满足密封和抗拉强度。
　　为满足压力测试系统管线与现场管线相匹配，采用了51/2"直角弯头和补心进行转换。
　　排空泄压部分采用旋塞阀来控制，在旋塞阀的尾端采用了直角管线，可以避免排空时水压过大和放压时面对操作人员。
　　4.工作要求
　　4.1操作人员要求
　　根据中华人民共和国石油天然气行业标准《石油钻采高压管汇件的使用与维护》中3.4条规定：高压管汇件在检查维修后或使用前，都应进行静水压实验。试压人员应经过主管部门组织的正规培训，并持有高压管汇试压资格合格证方可上岗。试压人员经培训取得井控检验员资格证后，安排从事试压检测工作。
　　4.2使用设备的要求
　　为了正确使用和维护压力测试系统，专门编制了《高压胶管试压装置操作规程》并进行现场验证。
　　4.3现场安全的要求
　　为满足现场使用时的安全要求，出台了《高压胶管试压规范》以及《高压胶管试压制度》。明确规定了试压现场的安全警戒要求，施压的操作要求以及对高压胶管施压后的报废标准。
　　4.4现场环境要求
　　根据静水实验要求，实验场所附近有三相动力电源、水源、地势平坦、空旷无人员出入。
　　配套设施要求有随车吊，移动接线车，电控箱。
　　4.5操作步骤要求
　　（1）启动
　　启动电脑，安装系统认证软件，输入管理者名称，密码进行高级设置。
　　操作者进行登陆，并输入相应信息。
　　将电控柜开启开关置于闭合状态。从电控柜各表盘读取初始数值。
　　将自动/手动开关进行转换，打开实验急停开关。
　　开启打气泵开关打气，气瓶压力设定值为0.6Mpa，出气口压力设定为0.4Mpa（所试压压力≤70MPa时）。
　　将卸压端排空阀门开启。
　　（2）排空、注水
　　远程控制设定试压参数及各试压阶段保压时间。
　　设定注水压力值，开始注水。
　　观察物件泄压端排水程度，当泄压端无气泡溢出时，停止注水，关闭泄压端，并锁紧。再次开启注水，当注水压力达到1MPa时，系统自动关闭注水程序。完成注水后人员检查管线连接部位，各部位连接可靠无介质渗漏，方可进行下一步操作，若发现存在渗漏现象，需卸除压力，重新进行紧固，并再次重复注水过程。
　　注水开始后人员撤离至安全区域。系统进入自动控制模式。
　　（3）升压、保压
　　当气路压力达到要求时，远程控制选择运行按钮，泵端升压阀处于关闭状态，电动试压泵开始工作，高压往复阀开启并进行升压；当系统压力达到设定压力值后，电动试压泵止回泄压阀自动将试压管路与泵截断并进行保压。
　　（4）泄压
　　根据操作人员设定，泄压可分为2种。手动泄压是当保压结束后，打开泄压阀手轮，即可卸除系统压力。自动泄压需在前期的设置过程中设置，当保压结束后，泄压阀会自动打开，卸除系统压力（一般泄压至0.7MPa时便会停止，若需全部卸掉，可转动泄压阀手轮进一步泄压）。
　　（5）作业关闭
　　完成作业后，填写相应的检测合格证，并打印检测报告；作业完成后，打开泄压端，试压介质流出；更换试件或拆除试压装置。
　　5.现场情况应用
　　该装置在2010年9月10日完成了制作，截止2013年9月1日，共检查1300根，不合格件逐年减少，有效预防高压胶管施工过程中刺伤、破裂等安全隐患。
　　6.经济对比及效益分析
　　该装置对我公司高压胶管进行检查与送往成都安检院相比每根可节省费用0.165万元，按2010年检查情况计算，一次检查共计节约费用32万元，依据公司关于印发《固井水泥头、高压管汇使用管理规定（试行）》的通知，每半年对高压胶管进行检查，全年可节约费用64万元。
　　其次，该装置还可以对固井工具如：浮箍浮鞋、水泥头、高压直管线、弯头、旋塞阀等元件可以进行安全性能验证。
　　7.结论与建议
　　该装置的研制填补了公司高压胶管无检查手段的空白，为固井施工过程中高压胶管的使用提供了安全保障，同时保证了高压胶管在入库前的检验，从源头上杜绝了不合格产品的流入生产环节。
　　参考文献
　　[1]公司关于印发《固井水泥头、高压管汇使用管理规定（试行）》的 通 知
　　[2]SY/T5394-2004《石油天然气固井水泥头及常规固井胶塞》
　　[3]SY/T6270-1997《石油钻采高压管汇件的使用与维护》
　　[4]SY/T5244-2006《钻井液循环管汇》
　　[5]《集团公司固井技术规范（试行）》（中油工程〔2009〕247号）
　　[6]Q/SYCQZ044-2008《川庆钻探公司固井施工作业规程》
　　作者简介
　　李志刚（1971—）男，汉族，甘肃庆阳人，机械助理工程师，主要从事汽车维修、机械工作。
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