液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)臺(tái)的研究與應(yīng)用

李強(qiáng)，趙晗，趙磊

（渤海鉆探管具與井控技術(shù)服務(wù)分公司，河北 任丘 062552）

液氣分離器點(diǎn)火裝置是處理鉆井液中可燃性有害氣體的安全環(huán)保設(shè)備，用它可將鉆井液中放空的可燃有害氣體點(diǎn)燃焚燒以消除其對(duì)環(huán)境和安全帶危害，該裝置與鉆井液液氣分離器配套，現(xiàn)已在石油鉆井工程中廣泛使用。因此液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)臺(tái)是保證液氣分離器點(diǎn)火裝置質(zhì)量的重要設(shè)備。液氣分離器點(diǎn)火裝置的使用有效性只能在其幾個(gè)組件全部連接后進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)出現(xiàn)連接后不點(diǎn)火的情況時(shí)，無法判斷是組件中哪一件出現(xiàn)問題，針對(duì)這種情況，我們決定設(shè)計(jì)制造在廠內(nèi)使用的液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)臺(tái)，用于對(duì)點(diǎn)火裝置電氣部分進(jìn)行校驗(yàn)，通過校驗(yàn)臺(tái)能方便的檢測(cè)電氣有效性，并能對(duì)電氣部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的故障排除，提高裝置的有效性與可靠性。

1 設(shè)定目標(biāo)

（1）研制一種小巧輕便的多功能液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)儀，要求重量不超過10kg，并且一個(gè)人就可以攜帶外出，能方便的檢測(cè)液氣分離器點(diǎn)火裝置電氣有效性，并能對(duì)電氣部分進(jìn)行故障排除達(dá)到液氣分離器點(diǎn)火裝置質(zhì)量合格率100%。（2）大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)長(zhǎng)，降低人工成本，避免有效資源的浪費(fèi)。預(yù)計(jì)提高工作效率50%，節(jié)約人工成本50%。

2 提出方案并確定最佳方案

隨著近年來鉆井工作量的擴(kuò)大，同時(shí)專業(yè)電工人員在減少，電氣設(shè)備的維修量增加，我們研制液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)臺(tái)，用于對(duì)點(diǎn)火裝置電氣部分進(jìn)行校驗(yàn)。

經(jīng)研究小組成員討論后，提出需要對(duì)四方面進(jìn)行研究：（1）測(cè)繪點(diǎn)火裝置的電氣性能，明確各部件電氣參數(shù)。（2）研制出了采用內(nèi)部供電方式，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)沒有電源的情況下進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。（3）研制出了高效連接方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和線纜快速拆裝。（4）研制出了7種功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)火裝置各個(gè)部位的有效檢測(cè)。

2.1 測(cè)繪點(diǎn)火裝置的電氣性能，明確各部件電氣參數(shù)

（1）電壓選擇。到底需要交流還是直流，抑或交直流均可，通過分析只能用交流，因?yàn)樵诟邏簝?chǔ)能器盒子內(nèi)部有一個(gè)變壓器，只有交流才能儲(chǔ)存、發(fā)出、傳輸能量。

（2）供電方式選擇。供電分為外部供電型和內(nèi)部供電型，為了方便在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)沒有電源的情況下依舊可以作業(yè)，選擇內(nèi)部供電型，由12V12AH電瓶提供測(cè)試用電源。

（3）標(biāo)準(zhǔn)源參數(shù)確定。經(jīng)過測(cè)量試驗(yàn)計(jì)算分析，DHQ系列和YDP系列傳輸電壓分別為220VAC和12VAC，電壓能量由校驗(yàn)儀內(nèi)部電瓶提供。電壓由12V直流在內(nèi)部進(jìn)行逆變?yōu)榻涣鳟a(chǎn)生。

（4）計(jì)算負(fù)載。YDP系列傳輸電壓為12VAC，校驗(yàn)儀設(shè)計(jì)電流為1.2A，則虛擬負(fù)載電阻R=V/I=12/1.2=10歐姆，虛擬負(fù)載功率為P=UI=12×1.2=14.4W，則選用電阻為10歐姆，承受功率大于14.4W的電阻。

（5）DHQ系列傳輸電壓為220VAC，校驗(yàn)儀設(shè)計(jì)電流為1.5A，則虛擬負(fù)載電阻R=V/I=220/1.5=147Ω，虛擬負(fù)載功率為P=UI=220×1.5=330W，則選用電阻為150Ω，承受功率大于330W的電阻。

2.2 采用內(nèi)部供電方式，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)沒有電源的情況下進(jìn)行測(cè)試作業(yè)

研制出了采用外部供電和內(nèi)部雙供電方式，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)沒有電源的情況下進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。

2.3 實(shí)現(xiàn)設(shè)備和線纜快速拆裝

選擇與點(diǎn)火裝置通用的航空插頭，具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）連接方便快速。（2）連接可靠。（3）不受振動(dòng)影響可靠性好。（4）可根據(jù)電流大小選擇不同規(guī)格，最大的優(yōu)點(diǎn)就是，有止口對(duì)位不會(huì)插錯(cuò)。

2.4 研制出了7種功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)火裝置各個(gè)部位的有效檢測(cè)，如圖1所示。

圖1 液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中包括：YDP系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電流表1，YDP系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊連接端子2，YDP系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電壓表3，YDP系列電纜通斷測(cè)試顯示燈4，YDP系列電纜通斷測(cè)試連接端子5，YDP系列電纜通斷測(cè)試開關(guān)6，YDP系列高壓包測(cè)試連接端子7，YDP系列高壓包測(cè)試指示燈8，YDP系列高壓包測(cè)試測(cè)試開關(guān)9，DHQ系列電纜通斷測(cè)試顯示燈10，DHQ系列電纜通斷測(cè)試開關(guān)11，DHQ系列電纜通斷測(cè)試連接端子12，DHQ系列高壓包測(cè)試測(cè)試開關(guān)13，DHQ系列高壓包測(cè)試指示燈14，DHQ系列高壓包測(cè)試連接端子15，電池容量測(cè)量連接端子16，電池容量測(cè)量17，大功率放電電阻18，DHQ系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊連接端子19，DHQ系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電壓表20，DHQ系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電流表21，急停開關(guān)22，整機(jī)開關(guān)23，本機(jī)電流表24，本機(jī)電壓表25，本機(jī)工作指示燈26，使用/充電轉(zhuǎn)換開關(guān)27。

①YDP型高能點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊包括：YDP系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電流表1，YDP系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊連接端子2，YDP系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電壓表3。

②YDP型高溫高壓線纜測(cè)試模塊包括：YDP系列電纜通斷測(cè)試顯示燈4，YDP系列電纜通斷測(cè)試連接端子5，YDP系列電纜通斷測(cè)試開關(guān)6。

③YDP型高能點(diǎn)火高壓包包括：YDP系列高壓包測(cè)試連接端子7，YDP系列高壓包測(cè)試指示燈8，YDP系列高壓包測(cè)試測(cè)試開關(guān)9。

④DHQ型高能點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊包括：DHQ系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電壓表20，DHQ系列點(diǎn)火控制箱測(cè)試模塊電流表21。

⑤DHQ高溫高壓線纜測(cè)試模塊包括：DHQ系列電纜通斷測(cè)試顯示燈10，DHQ系列電纜通斷測(cè)試開關(guān)11，DHQ系列電纜通斷測(cè)試連接端子12。

⑥D(zhuǎn)HQ高能點(diǎn)火高壓包包括：DHQ系列高壓包測(cè)試測(cè)試開關(guān)13，DHQ系列高壓包測(cè)試指示燈14，DHQ系列高壓包測(cè)試連接端子15。

⑦電池測(cè)試模塊包括：電池容量測(cè)量連接端子16，電池容量測(cè)量17。

3 多功能便攜式儀表檢驗(yàn)臺(tái)研制過程

3.1 模塊邏輯設(shè)計(jì)

根據(jù)方案中的功能模塊的設(shè)計(jì)，確定操作邏輯（圖2）。

圖2 液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)操作邏輯示意圖

3.2 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)操作邏輯設(shè)計(jì)電路（見圖3）。

圖3 電路圖

3.3 制作

根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行外觀和電路加工（見圖4）。

圖4 加工過程圖

3.4 試驗(yàn)測(cè)試

作為可以提供仿真實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，該校驗(yàn)臺(tái)在制作完畢后，須用萬(wàn)用表對(duì)連接完成的線路進(jìn)行性能檢測(cè)，查看通斷測(cè)試是否正常，輸出電能是否標(biāo)準(zhǔn)，顯示燈是否正常工作如圖5所示。

圖5 電路設(shè)計(jì)一致性測(cè)試

4 效果確認(rèn)

試驗(yàn)效果如下。

（1）我們將鉆井隊(duì)回收的GDX高能點(diǎn)火控制箱連接至校驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn)，工作時(shí)點(diǎn)火控制箱儀表顯示讀數(shù)為電壓12V、電流0.6A，校驗(yàn)儀顯示讀數(shù)為電壓12V，電流1.2A。

（2）通過校驗(yàn)我們得出數(shù)據(jù)，如表1所示。

電壓 電流GDX高能點(diǎn)火控制箱 12V 0.6A校驗(yàn)儀 12V 1.2A結(jié)論 一致，正常 不一致，異常

經(jīng)過檢驗(yàn)儀判斷，此GDX高能點(diǎn)火控制箱電流顯示失效，通過進(jìn)一步對(duì)控制箱檢修，發(fā)現(xiàn)電流表頭損壞。

（3）為了使該應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化，我們將液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)資料、圖紙的整理歸檔；制定液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)臺(tái)操作規(guī)程，同時(shí)申請(qǐng)了知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

（4）為了更好的液氣分離器點(diǎn)火裝置校驗(yàn)臺(tái)的實(shí)用性和長(zhǎng)效性，進(jìn)行了跟蹤調(diào)查。

（5）該校檢儀的研制，有效縮短點(diǎn)火裝置維修時(shí)間，平均修理時(shí)間減少1.5小時(shí)/次。并且達(dá)到點(diǎn)火裝置檢測(cè)準(zhǔn)確率100%的要求。以華北地區(qū)年開發(fā)380口井，約120井次需配備液氣分離器，需維修點(diǎn)火裝置40臺(tái)，每臺(tái)節(jié)約更換配件的費(fèi)用5000元/臺(tái)，合計(jì)20萬(wàn)元/年。

（6）該項(xiàng)成果的成功應(yīng)用，大大提高了液氣分離器點(diǎn)火裝置的可靠性，降低了井控風(fēng)險(xiǎn)，為進(jìn)一步拓展管具井控技術(shù)服務(wù)提供了強(qiáng)有力的保障，具有良好的社會(huì)效益。