油田井控设备中高压气站系统研制

2021-08-27 09:15刘晓昔
设备管理与维修 2021年11期
关键词:增压泵安全阀氮气

韩 霞,刘晓昔

(1.天津市正方科技发展有限公司,天津 300270;2.西安石油大学石油工程学院,陕西西安 710065)

0 引言

近年,我国加大对页岩气、天然气方面的开采力度,设备技术要求也随着现场应用不断提高。目前,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,通径也越来越大,这对于生产制造商是非常大的考验。根据调研,采气井口及其他井控设备在现场使用过程中,由于厂内试验条件不完备,部分产品缺陷未检出,造成现场泄漏问题时有发生,特别是主阀的气密封失效是主要的泄漏安全隐患。西南油气田分公司每年用于采(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,主要是制造厂出厂时因缺乏条件没有对产品配套件(如阀门、短接和四通等)及装配总成进行气密封检测,仅是常规的水压密封检验,致使许多不合格的采(油)气井口装置投入现场使用。设计一套智能控制高压气站试验系统,可以提高井控设备的出厂可靠性,减少和避免发生现场安全事故。它能对采气井口、管汇、防喷器、套管头、平板阀等进行气密封试验,为生产厂、用户提供设计、生产使用方面的质量改进提供依据。

在整个高压气站系统中,PLC 控制系统作为核心,有效集成了供电系统、制氮机组、增压系统和监控等。系统利用惰性气体氮气作为介质,确保试验过程安全,安装泄漏监测声发射报警装置。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。

1 执行相关标准及规定

(1)GB/T 22513《石油天然气工业 钻井和采油设备 井口装置和采油树》。

(2)GB/T 25430《石油天然气钻采设备旋转防喷器》。

(3)API Spec 6A《井口装置和采油树》。

(4)API Spec16C《节流和压井规范》。

(5)SY/T 5323《石油天然气工业 钻井和采油设备 节流和压井设备》。

2 高压气站组成

高压气站系统是将高压气瓶组内的高压氮气进行二次增压,达到试验所需压力、流量,为井控设备(井口、管汇、防喷器、采油树等)的高压气密性试验提供高压介质。高压气站包括氮气气源站和中高压气站。

2.1 氮气气源站

氮气气源站主要由氮气压缩机、过滤净化装置、高压气瓶组、高压安全阀、压力仪表及高压管路阀门管件组成,流程如图1 所示。主要功能是将制氮机产生的氮气压缩到35 MPa,净化后存储到高压气瓶组内,不仅可以直接用于35 MPa 以内的气密性试验,当试验需要35 MPa 以上压力的氮气时,可以通过增压系统对高压气瓶组内的高压氮气进行二次增压,达到试验压力。

图1 氮气气源站流程

2.2 中高压氮气站

105 MPa/210 MPa 气站主要由气动增压泵、驱动气路、预增气路、高压阀门管路、压力仪表及机柜组成,如图2 所示。

图2 中高压气站流程

3 高压气站参数

3.1 氮气压缩机技术参数

(1)高压氮气压缩机。选择输出氮气压力为35 MPa,流量为0.45 Nm3/min。

(2)精密过滤器。过滤精度0.01 μm。(3)氮气压缩机带有自动排污系统,每级安装有油/水分离器。(4)配置2 套高压氮气瓶组(35 MPa、2×50 L)及(15 MPa、10×40 L)。

(5)高压压力传感器。额定工作压力60 MPa,精度0.5%。

3.2 105 MPa/210 MPa 气站的技术参数

(1)高压气动增压泵。最大驱动气压1.034 25 MPa(150 Psi),最大处理气量0.5 Nm3/min,最高输出压力不低于110 MPa/220 MPa。

(2)电气比例阀。最大供给压力1 MPa,设定压力0.005~0.8 MPa,最大流量5000 L/min,供电电源为24 VDC±10%,输入信号4~20 mA。

(3)压力传感器。测量范围0~160 MPa,0~320 MPa,温度漂移≤±0.05%FS/℃(温度范围-20~85 ℃,包括零点和量程的温度影响)。

(4)气站属于超高压设备,设备及零部件采用行业名优品牌产品。

4 高压气站功能

4.1 氮气压缩机的功能

(1)带有自动排污系统。

(2)控制方式。本地按钮启停、中央控制室按钮启停。

(3)每级后有油/水分离器,每级有安全阀。

4.2 105 MPa/210 MPa 气站的功能

(1)手动远程或自动阀门两种控制。自动阀门可直接切断增压泵高压气体排气管路、高压气体进气管路,更快速切断增压泵空气驱动气管路,使增压泵立刻停机;手动控制实现更可靠的系统保护。

(2)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。系统自身内置安全阀,当压力开关失效,增压机不停机时,安全阀自动开启卸压。

5 中高压气站特点

(1)采用进口增压泵对氮气进行二次增压。

(2)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。

(3)系统高压阀门可通过电气按钮实现远程控制阀门的启闭。

(4)采用电磁阀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。

(5)箱式封闭结构,静音型,噪声低。

(6)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。

6 结束语

为确保试验介质的安全性,通过对制氮系统精细配置,可使分离氮气浓度高达99%以上。该中高压气站系统通过计算机远程控制升压→保压→降压过程,利用视频监控系统实时监控其运转情况及状态。本套系统作为井控设备出厂最后一道安全质量关,使用效果较好。几年来,经过油田和制造厂家的努力,井控设备做气密封检测时泄漏次数减少。气密封试验系统的建立,提高了国内制造企业产品API 标准符合性以及企业的国际市场竞争力。

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