油田井控设备水压测试系统

雷国锋，曹道坤，柳明义，宗 磊

（1.中国石化国际事业公司，北京 100728；2.渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280；3.机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司，上海 201518）

0 引言

随着我国新疆、西南油田区块的深入开发，单井深度越来越深，部分区块80%的井深超过6000 m，地层压力越来越大。配套设备技术要求也随着现场的应用不断提高，就目前来看井控设备（采气井口、防喷器、管汇、套管头、平板阀等）压力级别越来越高，井位设计时井控设备均要求105～140 MPa 设备，通径也越来越大，对生产制造商来说也是挑战。据调研采油（气）井口等其他井控设备在现场使用的泄漏问题还时有发生，特别是主阀密封失效成为主要的泄漏安全隐患。例如，中国石油新疆油气田公司每年用于采（油）气井口装置带压换阀、堵漏等维护工程费用多达千万元，究其原因主要是制造厂在出厂时因缺乏条件没有进行系统的强度密封试验，致使部分存在隐患的采（油）气井口装置投入现场使用[5]。

结合GB/T 22513—2013 和API Spec 6A 对采油采气用井控设备出厂试验要求，设计了中高压井控设备水压测试系统——智能控制高压水压测试系统。它可以按照出厂标准要求对设备进行系统测试，提高井控设备出厂可靠性，减少和避免现场安全事故的发生。它能对采油（气）井口、管汇、防喷器、套管头、平板阀等进行强度及密封试验，为生产制造、产品设计、生产使用等方面的质量改进提供依据[5]。

1 中高压井控设备水压测试系统

该系统自动化控制程度较高，PLC 控制系统作为核心，有效地集成了供电系统、气源、增压系统和监控等。整个系统升压、保压和降压过程由计算机进行控制，并记录数据绘制压力曲线，形成试压报告[6]。

1.1 执行的相关标准及规定

GB/T 22513—2013《石油天然气工业 钻井和采油设备 井口装置和采油树》

GB/T 25430—2019《石油天然气钻采设备旋转防喷器》

API Spec 6A—2018《井口装置和采油树》

API Spec16C—2015《节流和压井规范》

SY/T 5323—2016《石油天然气工业 钻井和采油设备 节流和压井设备》

1.2 设备配置组成及流程

高压水压测试系统主要由气源、水箱、增压泵、电气比例阀、高压阀门管件、PLC 控制系统、安全报警装置、驱动管路部件、视频监控、压力仪表及机柜组成（图1）。

图1 水压测试系统流程

1.3 参数设置

（1）电气比例阀。采用日本SMC 的压力式比例阀，它采用PID 自反馈的控制方式，阀内比例电磁铁输入电流信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例压力、流量输出元件，达到用电气信号对空气压力和流量进行无极调节（表1）。选择的电气比例阀供给压力最大为1 MPa，设定压力0.005～0.9 MPa；最大流量5000 L/min（供给压力为0.7 MPa 时），供电电源DC 24 V±10%，输入信号4～20 mA。

（2）压力传感器（表1）。

表1 压力传感器工作参数

（3）140 MPa/210 MPa 水压增压装置。水压增压装置的输送介质为介质，提供140 MPa/210 MPa 的高压水源，主要用于井控设备水压密封强度试验及水密封试验（表2）。

表2 140 MPa/210 MPa 水压增压装置参数

1.4 试压测试系统特点

（1）采用多台进口气动增压泵进行增压，低压泵用来进行快速注水，提高试验效率。

（2）低压泵出口安装机械式安全溢流阀及高压单向阀，双重防护，防止高压倒窜，确保低压泵的安全。

（3）设备具备本质安全的加载能力，能够满足在任何情况下不会超过设定压力。

（4）系统可实现独立3 路同时输出，压力、流量互不影响。

（5）具备在冬季或停用状态下更换试验液体的功能。能够方便、快速从备用状态投入到工作状态。

（6）通过后端压力传感器信号反馈压力值进行压力调整。

（7）高压出口配置有机械式安全阀，当系统压力达到安全阀设定压力时自动开启卸压，确保系统不会超压。

（8）系统高压阀门可通过电气按钮实现远程控制阀门的启闭。

（9）采用电磁阀来控制气动增压泵的启停，快速响应，达到压力后停泵的同时排放驱动气路中的压缩空气。

（10）箱式封闭结构，静音型，噪声低。

（11）系统具备自动和半自动操作模式、集成计时器（工作小时数/负荷周期）、维护周期自动显示、需要维护部件自动显示、启/闭压力范围完全可调、各种安全信息自动显示、可以检查终端压力安全阀、系统停机时自动关闭。

2 结束语

本中高压水压测试系统通过计算机远程控制“升压→保压→降压”过程，利用视频监控系统对其运转情况及状态实时监控。作为井控设备出厂的最后一道安全质量关，其使用效果一直都是企业关注的焦点。几年来，经过油田和制造厂家的努力，井控设备在做强度及密封检测时泄漏的次数在减少。水压测试系统的建立大大促进了国内产品API 标准符合性的提高，提高了企业的国际市场竞争力。