ERCT地層測(cè)試器液壓系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

馮永仁，秦小飛

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)研究院，北京 101149）

0 引 言

地層測(cè)試器已發(fā)展到第三代水平，如斯倫貝謝公司的組裝式地層動(dòng)態(tài)測(cè)試器（MDT）、阿特拉斯公司的油藏特性測(cè)井儀（RCI）、哈里伯頓公司的儲(chǔ)層描述儀（RDT）[1]。受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，其液壓系統(tǒng)沒有采用集成化設(shè)計(jì)，眾多的單個(gè)電磁閥直接安裝到基體上，造成液壓管路復(fù)雜，占用空間大，導(dǎo)致儀器液壓系統(tǒng)的維護(hù)耗時(shí)長(zhǎng)，難度大。中海油田服務(wù)股份有限公司于2010年正式推出了增強(qiáng)型儲(chǔ)層特性測(cè)試儀（ERCT），其液壓系統(tǒng)采用了最新液壓集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)模塊化、集成化，提高了液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，簡(jiǎn)化了儀器維護(hù)保養(yǎng)程序，節(jié)省了維護(hù)時(shí)間和成本。

1 液壓集成技術(shù)發(fā)展

液壓集成化技術(shù)在連接方式上，板式連接被進(jìn)一步簡(jiǎn)化歸并，安裝孔式連接成為主流。標(biāo)準(zhǔn)化程度進(jìn)一步提高，標(biāo)準(zhǔn)化功能得到擴(kuò)大。集成化程度不斷提升，基于安裝孔的集成化成為主流，連接集成塊多樣化和定制化。在綜合現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，模塊化、組配功能化更強(qiáng)、更加開放的新一代元件和產(chǎn)品族、技術(shù)平臺(tái)已形成，多樣化和個(gè)性化統(tǒng)一、一對(duì)一配制和開發(fā)模式廣泛采用，開放程度更高，形成了新的技術(shù)格局。液阻理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué)等統(tǒng)一系統(tǒng)和回路組合實(shí)現(xiàn)全局合理化和整體優(yōu)化[2]。

地層測(cè)試器液壓系統(tǒng)集成化程度越來越高。液壓元件的耐高溫性能更強(qiáng)，小型化趨勢(shì)越來越明顯，便于集成設(shè)計(jì)。近年來儀器液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及元器件開發(fā)及集成化設(shè)計(jì)取得了很大進(jìn)展，現(xiàn)已成功應(yīng)用于地層測(cè)試器中，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 ERCT液壓系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

2.1 ERCT模塊化設(shè)計(jì)

地層測(cè)試器已發(fā)展到模塊化結(jié)構(gòu)，在儀器的機(jī)械性能、液壓功能、任意組合功能上都有重要改進(jìn)，為提高測(cè)試質(zhì)量和取樣質(zhì)量，在流體流動(dòng)環(huán)節(jié)及控制環(huán)節(jié)也都做了許多改進(jìn)[1]。ERCT按主要功能進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，主要由電子線路模塊、液壓動(dòng)力模塊、雙PACKER模塊、反向注入模塊、電阻電導(dǎo)率模塊、光譜分析模塊、數(shù)字泵抽模塊、出口控制模塊、PVT模塊及大取樣筒模塊組成[3]。ERCT的液壓系統(tǒng)、液壓元件及電控部件均實(shí)現(xiàn)模塊化、集成化設(shè)計(jì)，模塊之間由快接體連接，包括液壓油路、回油油路及樣品回路，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的模塊化連接，控制信號(hào)部分由電氣接插件連接，實(shí)現(xiàn)了模塊化總線控制。

2.2 ERCT液壓動(dòng)力單元集成設(shè)計(jì)

液壓動(dòng)力系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，ERCT地層測(cè)試器液壓系統(tǒng)需考慮到環(huán)境壓力及溫度升高對(duì)液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力平衡的影響。液壓系統(tǒng)電機(jī)的啟動(dòng)設(shè)計(jì)一個(gè)低壓負(fù)載啟動(dòng)，能有效保護(hù)電機(jī)，增加其可靠性和穩(wěn)定性[4]。

圖1 ERCT液壓動(dòng)力系統(tǒng)原理圖

圖2 ERCT液壓動(dòng)力單元集成閥座

地層測(cè)試器液壓動(dòng)力系統(tǒng)的典型組成見圖1。高壓溢流閥為液壓動(dòng)力系統(tǒng)的安全閥，設(shè)定為液壓系統(tǒng)工作壓力值。低壓溢流閥為電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)提供低壓負(fù)載。單向閥連接液壓系統(tǒng)的壓力油路與回油油路，平衡液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力。壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓動(dòng)力系統(tǒng)的壓力狀況，快速接頭提供液壓動(dòng)力系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)液壓動(dòng)力系統(tǒng)模塊化的功能。液壓動(dòng)力單元集成閥座見圖2，液壓泵輸出的壓力油從入口進(jìn)入，從出口輸出到液壓系統(tǒng)壓力油管路上。集成閥座將動(dòng)力單元的液壓元件集成為一體。

2.3 ERCT液壓控制單元集成設(shè)計(jì)

ERCT雙PACKER模塊液壓原理見圖3。坐封探頭和支撐臂組成推靠裝置，打開電磁閥SOL1、SOL2和SOL3，推靠裝置在液壓力驅(qū)動(dòng)下張開，接觸井壁形成坐封。打開電磁閥SOL5，推靠裝置收回，并給蓄能器沖壓，打開電磁閥SOL4，蓄能器泄壓。兩位兩通常開液控閥1和2控制探頭樣品管路通斷。打開電磁閥SOL6，液控閥關(guān)閉，切斷樣品管路，打開電磁閥SOL7，液控閥處于常開位置，樣品分管路和樣品總管路連通，同理控制另一樣品分管路和樣品總管路的通斷。

該模塊液壓系統(tǒng)共包含了9個(gè)電磁閥，以及與電磁閥配合使用的4個(gè)單向閥和4個(gè)溢流閥。將液壓元件按圖3中4個(gè)虛線圓圈所示進(jìn)行劃分，集成到相應(yīng)集成閥座中，從左到右依次為PACKER張開收回集成閥座、PACKER蓄能集成閥座及2個(gè)液控鎖緊集成閥座，集成設(shè)計(jì)后的簡(jiǎn)化液壓原理見圖4。

圖3 ERCT推靠坐封模塊液壓原理圖

圖4 ERCT推靠坐封模塊簡(jiǎn)化液壓原理圖

以液控鎖緊集成閥座為例介紹液壓控制單元集成技術(shù)。集成閥座如圖5所示，集成了電磁閥1、電磁閥2、溢流閥和單向閥。集成閥座基體為圓柱狀，壓力油輸入口和壓力油輸出口由連接管構(gòu)成，控制信號(hào)由插針座連接，整體結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)潔，并采用封裝式設(shè)計(jì)，盡可能減少液壓元件與外部直接接觸[5]。

圖5 ERCT液壓集成閥座液壓原理及模型

地層測(cè)試器圓柱狀基體在徑向開設(shè)集成閥座孔（見圖6），圓柱狀的集成閥座孔有利于高壓密封設(shè)計(jì)，集成閥座與基體之間通過2個(gè)液壓口和控制插座連接，并通過密封壓蓋壓緊，將集成閥坐封裝到儀器基體上（見圖7），實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的液壓控制功能。

2.4 ERCT液壓集成技術(shù)主要特點(diǎn)

（1）簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)。將復(fù)雜的液壓系統(tǒng)從液壓功能上簡(jiǎn)化為數(shù)個(gè)集成閥座，使儀器操作員和維修保養(yǎng)人員更容易理解液壓系統(tǒng)，最大限度地減輕相關(guān)人員的工作量。

（2）液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。將液壓系統(tǒng)中具有相似功能的局部液壓元件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的集成設(shè)計(jì)，有利于零部件的儲(chǔ)備、供應(yīng)和調(diào)劑，使產(chǎn)品維修更為簡(jiǎn)便，有利于實(shí)現(xiàn)部件的互換與通用，提高更換維修效率。

（3）液壓系統(tǒng)更穩(wěn)定、可靠。集成化設(shè)計(jì)使得液壓元件的污染可控，在集成閥座的入口設(shè)置過濾裝置，減少了液壓元件受污染的概率，提高了液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)減小了液壓系統(tǒng)維護(hù)的工作量，降低了維護(hù)工作對(duì)液壓系統(tǒng)的二次污染。

（4）故障診斷、檢測(cè)變得容易。液壓系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)后，將大量的液壓元件封裝到集成閥座中，減少工作節(jié)點(diǎn)，液壓系統(tǒng)故障的診斷、檢測(cè)變得簡(jiǎn)明。同時(shí)液壓集成閥座制定專門的檢測(cè)程序，由專業(yè)人員進(jìn)行檢測(cè)，提高了液壓系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（5）儀器升級(jí)、換代更方便、高效。儀器改進(jìn)和增加新功能時(shí)，涉及到液壓系統(tǒng)功能擴(kuò)充。集成化設(shè)計(jì)可以運(yùn)用已有的相似功能模塊，共享現(xiàn)有資源，使新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造更高效，大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)、制造周期。

3 結(jié)束語

液壓集成技術(shù)在增強(qiáng)型儲(chǔ)層特性測(cè)試儀（ERCT）上獲得成功應(yīng)用，目前該儀器已成功產(chǎn)業(yè)化，作業(yè)穩(wěn)定可靠。實(shí)際應(yīng)用效果證明了液壓集成技術(shù)的先進(jìn)性，對(duì)其他井下儀器的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。

[1]高翔，白曉捷，賈麗，等.電纜地層測(cè)試器的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].西部探礦工程，2010，22（10）：109-111.

[2]黃人豪.集成液壓控制技術(shù)的創(chuàng)新[J].機(jī)電技術(shù)，2003，20（5）：4－8.

[3]周明高，劉書民，馮永仁，等.鉆井中途油氣層測(cè)試儀（FCT）研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2008，32（1）：72－75.

[4]馮永仁，秦小飛，徐鳳陽.測(cè)井儀器液壓動(dòng)力系統(tǒng)高溫高壓試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)[J].液壓氣動(dòng)與密封，2008，28（1）：19－21.

[5]馮永仁.一種插裝式電液集成裝置：中國，101251007[P].2008－08－27.