油田井控設(shè)備中高壓氣站系統(tǒng)研制

韓 霞，劉曉昔

（1.天津市正方科技發(fā)展有限公司，天津 300270；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065）

0 引言

近年，我國加大對(duì)頁巖氣、天然氣方面的開采力度，設(shè)備技術(shù)要求也隨著現(xiàn)場應(yīng)用不斷提高。目前，井控設(shè)備（采氣井口、防噴器、管匯、套管頭、平板閥等）壓力級(jí)別越來越高，通徑也越來越大，這對(duì)于生產(chǎn)制造商是非常大的考驗(yàn)。根據(jù)調(diào)研，采氣井口及其他井控設(shè)備在現(xiàn)場使用過程中，由于廠內(nèi)試驗(yàn)條件不完備，部分產(chǎn)品缺陷未檢出，造成現(xiàn)場泄漏問題時(shí)有發(fā)生，特別是主閥的氣密封失效是主要的泄漏安全隱患。西南油氣田分公司每年用于采（油）氣井口裝置帶壓換閥、堵漏等維護(hù)工程費(fèi)用多達(dá)千萬元。究其原因，主要是制造廠出廠時(shí)因缺乏條件沒有對(duì)產(chǎn)品配套件（如閥門、短接和四通等）及裝配總成進(jìn)行氣密封檢測，僅是常規(guī)的水壓密封檢驗(yàn)，致使許多不合格的采（油）氣井口裝置投入現(xiàn)場使用。設(shè)計(jì)一套智能控制高壓氣站試驗(yàn)系統(tǒng)，可以提高井控設(shè)備的出廠可靠性，減少和避免發(fā)生現(xiàn)場安全事故。它能對(duì)采氣井口、管匯、防噴器、套管頭、平板閥等進(jìn)行氣密封試驗(yàn)，為生產(chǎn)廠、用戶提供設(shè)計(jì)、生產(chǎn)使用方面的質(zhì)量改進(jìn)提供依據(jù)。

在整個(gè)高壓氣站系統(tǒng)中，PLC 控制系統(tǒng)作為核心，有效集成了供電系統(tǒng)、制氮機(jī)組、增壓系統(tǒng)和監(jiān)控等。系統(tǒng)利用惰性氣體氮?dú)庾鳛榻橘|(zhì)，確保試驗(yàn)過程安全，安裝泄漏監(jiān)測聲發(fā)射報(bào)警裝置。整個(gè)系統(tǒng)升壓、保壓和降壓過程由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，并記錄數(shù)據(jù)繪制壓力曲線，形成試壓報(bào)告。

1 執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定

（1）GB/T 22513《石油天然氣工業(yè) 鉆井和采油設(shè)備 井口裝置和采油樹》。

（2）GB/T 25430《石油天然氣鉆采設(shè)備旋轉(zhuǎn)防噴器》。

（3）API Spec 6A《井口裝置和采油樹》。

（4）API Spec16C《節(jié)流和壓井規(guī)范》。

（5）SY/T 5323《石油天然氣工業(yè) 鉆井和采油設(shè)備 節(jié)流和壓井設(shè)備》。

2 高壓氣站組成

高壓氣站系統(tǒng)是將高壓氣瓶組內(nèi)的高壓氮?dú)膺M(jìn)行二次增壓，達(dá)到試驗(yàn)所需壓力、流量，為井控設(shè)備（井口、管匯、防噴器、采油樹等）的高壓氣密性試驗(yàn)提供高壓介質(zhì)。高壓氣站包括氮?dú)鈿庠凑竞椭懈邏簹庹尽?/p>

2.1 氮?dú)鈿庠凑?/h3>

氮?dú)鈿庠凑局饕傻獨(dú)鈮嚎s機(jī)、過濾凈化裝置、高壓氣瓶組、高壓安全閥、壓力儀表及高壓管路閥門管件組成，流程如圖1 所示。主要功能是將制氮機(jī)產(chǎn)生的氮?dú)鈮嚎s到35 MPa，凈化后存儲(chǔ)到高壓氣瓶組內(nèi)，不僅可以直接用于35 MPa 以內(nèi)的氣密性試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)需要35 MPa 以上壓力的氮?dú)鈺r(shí)，可以通過增壓系統(tǒng)對(duì)高壓氣瓶組內(nèi)的高壓氮?dú)膺M(jìn)行二次增壓，達(dá)到試驗(yàn)壓力。

圖1 氮?dú)鈿庠凑玖鞒?/p>

2.2 中高壓氮?dú)庹?/h3>

105 MPa/210 MPa 氣站主要由氣動(dòng)增壓泵、驅(qū)動(dòng)氣路、預(yù)增氣路、高壓閥門管路、壓力儀表及機(jī)柜組成，如圖2 所示。

圖2 中高壓氣站流程

3 高壓氣站參數(shù)

3.1 氮?dú)鈮嚎s機(jī)技術(shù)參數(shù)

（1）高壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)。選擇輸出氮?dú)鈮毫?5 MPa，流量為0.45 Nm3/min。

（2）精密過濾器。過濾精度0.01 μm。（3）氮?dú)鈮嚎s機(jī)帶有自動(dòng)排污系統(tǒng)，每級(jí)安裝有油/水分離器。（4）配置2 套高壓氮?dú)馄拷M（35 MPa、2×50 L）及（15 MPa、10×40 L）。

（5）高壓壓力傳感器。額定工作壓力60 MPa，精度0.5%。

3.2 105 MPa/210 MPa 氣站的技術(shù)參數(shù)

（1）高壓氣動(dòng)增壓泵。最大驅(qū)動(dòng)氣壓1.034 25 MPa（150 Psi），最大處理氣量0.5 Nm3/min，最高輸出壓力不低于110 MPa/220 MPa。

（2）電氣比例閥。最大供給壓力1 MPa，設(shè)定壓力0.005～0.8 MPa，最大流量5000 L/min，供電電源為24 VDC±10%，輸入信號(hào)4～20 mA。

（3）壓力傳感器。測量范圍0～160 MPa，0～320 MPa，溫度漂移≤±0.05%FS/℃（溫度范圍-20～85 ℃，包括零點(diǎn)和量程的溫度影響）。

（4）氣站屬于超高壓設(shè)備，設(shè)備及零部件采用行業(yè)名優(yōu)品牌產(chǎn)品。

4 高壓氣站功能

4.1 氮?dú)鈮嚎s機(jī)的功能

（1）帶有自動(dòng)排污系統(tǒng)。

（2）控制方式。本地按鈕啟停、中央控制室按鈕啟停。

（3）每級(jí)后有油/水分離器，每級(jí)有安全閥。

4.2 105 MPa/210 MPa 氣站的功能

（1）手動(dòng)遠(yuǎn)程或自動(dòng)閥門兩種控制。自動(dòng)閥門可直接切斷增壓泵高壓氣體排氣管路、高壓氣體進(jìn)氣管路，更快速切斷增壓泵空氣驅(qū)動(dòng)氣管路，使增壓泵立刻停機(jī)；手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)更可靠的系統(tǒng)保護(hù)。

（2）設(shè)備具備本質(zhì)安全的加載能力，能夠滿足在任何情況下不會(huì)超過設(shè)定壓力。系統(tǒng)自身內(nèi)置安全閥，當(dāng)壓力開關(guān)失效，增壓機(jī)不停機(jī)時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟卸壓。

5 中高壓氣站特點(diǎn)

（1）采用進(jìn)口增壓泵對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行二次增壓。

（2）高壓出口配置有機(jī)械式安全閥，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到安全閥設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)開啟卸壓，確保系統(tǒng)不會(huì)超壓。

（3）系統(tǒng)高壓閥門可通過電氣按鈕實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制閥門的啟閉。

（4）采用電磁閥控制氣動(dòng)增壓泵的啟停，快速響應(yīng)，達(dá)到壓力后停泵的同時(shí)排放驅(qū)動(dòng)氣路中的壓縮空氣。

（5）箱式封閉結(jié)構(gòu)，靜音型，噪聲低。

（6）系統(tǒng)具備自動(dòng)和半自動(dòng)操作模式、集成計(jì)時(shí)器（工作小時(shí)數(shù)/負(fù)荷周期）、維護(hù)周期自動(dòng)顯示、需要維護(hù)部件自動(dòng)顯示、啟/閉壓力范圍完全可調(diào)、各種安全信息自動(dòng)顯示、可以檢查終端壓力安全閥、系統(tǒng)停機(jī)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

6 結(jié)束語

為確保試驗(yàn)介質(zhì)的安全性，通過對(duì)制氮系統(tǒng)精細(xì)配置，可使分離氮?dú)鉂舛雀哌_(dá)99%以上。該中高壓氣站系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制升壓→保壓→降壓過程，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控其運(yùn)轉(zhuǎn)情況及狀態(tài)。本套系統(tǒng)作為井控設(shè)備出廠最后一道安全質(zhì)量關(guān)，使用效果較好。幾年來，經(jīng)過油田和制造廠家的努力，井控設(shè)備做氣密封檢測時(shí)泄漏次數(shù)減少。氣密封試驗(yàn)系統(tǒng)的建立，提高了國內(nèi)制造企業(yè)產(chǎn)品API 標(biāo)準(zhǔn)符合性以及企業(yè)的國際市場競爭力。