可视化、集成化、远程操纵高压试压装置的研发及应用

摘 要：高压试压装置是石油开采过程中必不可少的装置，但目前国内所使用的高压试压装置仍存在诸多不足亟待改进。随着智能化技术以及电子信息技术的发展，各个领域都开始向着集成化、智能化方向发展。为了满足现代化高效生产的需求，高压试压装置的集成化、智能化成为了必然的发展趋势。集成智能的高压试压装置实现了可视化、远程化操控，有效提升了检测效率、降低劳动强度，并提升高压区作业的安全性，保障作业人员的生命安全。

关键词：可视化；集成化；远程操纵；高压试压

1 研发背景

目前我国国内所使用的试压设备主要由临时管线、试压泵以及压力表组成，通过上述结构组成试压管线，继而进行试压。因而在试压过程中必须由操作人员现场操作，并且对于管线的质量要求相对较高，钻井平台高压试压管线材质一般使用4130材质，并且在焊接质量上有较高的要求。因此增加了施工人员以及检测人员的工作量，且作业安全无法保障。目前所使用的高压试压泵虽然在一定程度上具有记录功能，但相较于实际的生产需求，仍存在很大的差距。随着技术的进步，智能化远程操纵技术以及集成技术开始受到各界关注，并在某些领域中发挥了优越的特性。因此将远程操纵技术应用到高压试压设备中，从而实现高压试压设备的实时监控成为了高压试压设备发展的必然趋势。

2 新型高压试压装置概述

对集成化、可视化、远程操纵高压试压装置，主要可以从以下方面进行分析。

2.1 对高压、低压泵的控制

在传统的试压检验中，对试压泵的操作需要人工进行，由于临近操作，因而安全系数低。而使用远程操纵技术通过拉大操纵距离，为操作人员提供了可靠的保障。首先，通过远程电力控制实现远距离操控试压泵。试压检验中依照压力传感器反馈的水压状况，在有授权权限的前提下根据地面泵房监控画面显示状况，通过控制按钮启动/停止水泵。系统运行正常的前提下，无论采用哪种工作方式，对泵房实际的运行参数以及设备运行状态都可通过网络输出至监控中心。操作人员在安全区内便可以对泵的运行状况进行实时观测、控制。其次，若试压检测中系统出现异常，例如打压接头崩开、泄露等问题，那么可以操控换向阀进行泄压。待系统恢复正常后关闭阀门。若通过监测系统发现试压系统出现问题，那么首先应当停泵，继而控制换向阀溢流泄压，缓慢泄放管路高压，完全泄压后，维修施工人员才能进入现场，对故障区域进行维修。最后，众所周知安全阀主要起到保护作用，通过对管路安全阀进行设置，能有效提高试压检测的安全性。一旦系统压力超过设置压力，则自动启动泄压装置进行排出管道中部分气体流涕，从而降低管线、设备压力使之不超过允许值，从而避免系统因压力过高出现事故。

2.2 并联使用高压泵、低压泵

试压检验过程中，接近高压时应当逐步提高压力。若系统仅使用高压泵进行起压，由于高压泵流量低，会导致试压时间过长，而高压泵长时间运行会对设备及其附件造成损害。所以实际操作中并联了高压泵和低压泵。首先由高流量低压力的低压泵进行灌水，此时起压范围为0～1MPa，继而关闭泵体、阀门并启动流量低压力高的高压泵进行起压，直至达到管路压力需求。如此不但能缩短试压检验的实验，并且有效保护了设备和附件，延长其使用寿命。

2.3 试压时配套由壬的应用

由于钻井平台上高压水泥、高压泥浆部分所需压力较高，管路系统所用材质（一般采用4130 材质）要求较高，焊接要求比较严格，因此试压泵与实际管路间连接的临时管路要求同样严格，为保证施工人员安全及试压过程的可靠性，必须经过焊接中的热处理及RT探伤处理，如此一来，所需要的作业时间相对较长，且会浪费更多的材料。为了有效避免此类问题的发生，采用高压试压泵出口接经节流阀调节的多口径由壬（石油机械标准由壬），连接相应软管两端配相应由壬接头（压力达平台管路所需上限15000PSI）与工作管路系统连接的方式。这样达到一劳永逸的效果，同时采用国际标准化由壬接头，增加管路通用性，减少焊接、探伤的过程，减轻试压过程中的工作量，同时节约试压时间。

2.4 实时监控

在高压试压作业中，试验压力超高，传统的试压管线往往需要检测人员临近操控，因此安全系数相对较低，为了提高检测作业的安全性，可以将试压作业区域进行封闭，通过设置实时监控设备对封闭的试压作业区域进行监测，实现可视化作业，全面了解试压状态。另外在软管接头、高压泵以及实际试压管路这三个区域设置摄像头，实现实时监控，从而及时发现试压异状，若试压过程中出现打压接头崩开、泄露等问题，可以及时发现并进行处理。除此之外，检测人员还需要实时监控压力表读数，并进行拍照存档。通过可视化系统，不但能对试压阶段进行全面监控，还能有效提高试压、施工人员作业的安全性。

2.5 技术指标分析

（1）泵的选择：高压泵的选择电动控制，自身带记录功能，可远程操控的电力驱动，高压泵最高压力：300MPa，高压泵最低流量：0.75 L/min，工作介质为水或油等非腐蚀性液体。低压泵选择：低压泵最高压力0.6MPa，低压泵最大流量：10.2L/min，工作介质水或油等非腐蚀性液体。（2）控制阀的选择：可远程控制，电液控制都可，压力要求高，至少工作压力达70MPa。（3）高压试压分配站：采用节流阀控制流量，每一个支路采用单独阀件控制，终端配备国际标准API 由壬接头及盲堵，使用哪个支路打开哪个支路，其余关闭。（4）高压软管：高压软管采用适合试压所需最高压力软管（例如：7500PSI，15000PSI 中选用15000PSI 的），软管终端配由壬接头（）。（5）流程分析：所谓集成化，即将试压管路组件视作一个集成模块，即试压分配站、试压泵、水管同属一个模块中，将该模块放入集装箱。这样只需要将高压软管连接到工作区便能实现试压作业。另外专门设置操作室放置远程操纵控制台，工作时，两操纵室之间仅通过线路便能连接在一起。除此之外，在不同的工作区域设置数量不同的无线摄像头，如此一来，在操纵室中便可以完成试压检验。

3 特点分析

该高压试压设备能够远程控制高压泵的启动和停止，并可以远程设置安全阀、换向阀，从而有效提高了试压检验的安全性。

（1）使用低压泵灌水，使得灌水流量大但压力低，使用高压泵起压，从而缩短了试压时间，提高了工作效率。（2）系统由壬接头使用了标准化国际通用接头，并且通过使用高压软管使得临时管路中探伤、焊接部位减少，提高了试压效率以及试压安全性。（3）通过摄像头实现全面实时监控，同时对试压过程的数据进行实时保存。

4 结束语

随着智能化、可视化、远程化技术的发展，各个领域开始逐步的探索将这些技术应用到生产中。石油开采过程中，将先进的远程操纵技术应用到试压检验中能有效提高检验效率，并保证操作人员的安全。在我国自升式钻井平台CP-300、DSJ300 自升式钻井平台的建造中，已经开始使用这种高压试压装置，并逐步向着完全自主化方向发展，从而在高压管线调试、使用以及后期养护中全面实现自主化，这是现代化生产的需要，具有广阔的发展空间。

参考文献

[1]崔正平.超高压管线试压装置的液压与气压系统设计[J].机床与液压，2001，6.

[2]白军民，孙超.钻井水龙头高压由壬焊缝断裂的解决方法[J].中国石油和化工标准与质量，2012，13.

[3]赵健，熊建平.液压式成组试压装置的设计及应用[J].能源研究与管理，2013.