油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，包括水壓試驗(yàn)裝置及其控制裝置，所述水壓試驗(yàn)裝置包括：試壓泵組，用于將試驗(yàn)用水通過管道泵入受試井控裝置；試壓法蘭堵板，與受試井控裝置的下口法蘭對接，用于圈閉受試井控裝置，使其內(nèi)部形成封閉空間；泄壓閥，用于卸除受試井控裝置的水壓；其特征在于，還包括試壓法蘭堵板夾持機(jī)構(gòu)，用于將試壓法蘭堵板與受試井控裝置下口法蘭夾緊，把兩法蘭的對接面密封；所述控制裝置包括充水泵過程控制模塊、試壓法蘭堵板夾持機(jī)構(gòu)過程控制模塊、儲(chǔ)水箱液位控制模塊、液壓油壓力控制模塊、泄壓閥過程控制模塊。該系統(tǒng)的自動(dòng)化水平高，試驗(yàn)效率高，功能齊全，可滿足各種井口裝置的試驗(yàn)要求，并符合SY/5053-2000試壓標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)試驗(yàn)過程遠(yuǎn)程操作、監(jiān)視，試驗(yàn)人員無需在現(xiàn)場。
【專利說明】油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，屬于測試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣鉆探過程中，井控裝置是控制井內(nèi)高壓油氣流的重要設(shè)施，是確保鉆探和 開發(fā)作業(yè)過程得以安全進(jìn)行和順利實(shí)施的重要保障。井控裝置是指實(shí)施油氣井壓力控制技 術(shù)所需的專用設(shè)備、工具的統(tǒng)稱，以防噴器為主。規(guī)范規(guī)定，任何井控裝置在投入使用之前， 必須進(jìn)行嚴(yán)格的承壓試驗(yàn)和水/氣壓密封測試，以確保井控裝置在實(shí)際使用中能夠可靠和 有效地控制井內(nèi)高壓油氣流，防止井噴事故發(fā)生。
[0003]目前，我國油氣田井控裝置的試壓系統(tǒng)還很簡陋，存在在如下問題:
[0004]1、井控裝置本身不具有自密封功能，因此，對井控裝置進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，先要用試 壓法蘭堵板將井控裝置的通徑封閉，為圈閉壓力提供條件。在本發(fā)明之前，試壓法蘭堵板與 井控裝置都是用螺栓連接，手工裝、拆試壓法蘭，不僅操作繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還會(huì)因螺栓受力 不均而達(dá)不到應(yīng)有的封閉效果，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。
[0005]2、測量儀表采用機(jī)械表，精度等級(jí)低，需人工現(xiàn)場讀取測量數(shù)據(jù)，有讀數(shù)誤差，測 量值的精度低；且只能記錄讀數(shù)時(shí)刻的測量值，無法獲得連續(xù)的測量參數(shù)，因而不能反映測 量參數(shù)的變化過程，給試壓過程控制帶來困難。
[0006]3、試壓水泵包括灌水泵、電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵，先由灌水泵向受試井控裝置 灌水，再由電動(dòng)試壓泵向受試井控裝置補(bǔ)充水壓，當(dāng)水壓接近試驗(yàn)壓力值時(shí)，改由氣動(dòng)試壓 泵補(bǔ)充水壓，直至達(dá)到試驗(yàn)壓力值；由于電動(dòng)試壓泵是大排量高壓水泵，對水壓逐漸逼近試 驗(yàn)壓力值的轉(zhuǎn)速控制非常困難，容易出現(xiàn)超壓情況，存在極大的安全隱患。
[0007]4、根據(jù)SY/5053-2000試壓標(biāo)準(zhǔn)，對試驗(yàn)對象應(yīng)分成幾個(gè)壓力段進(jìn)行恒壓試驗(yàn)，即 階梯恒壓力試壓法，現(xiàn)有的試壓系統(tǒng)不能滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0008]5、一些試驗(yàn)對象有液壓裝置，例如液壓防噴器，進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，需要啟動(dòng)這些液 壓裝置，對于不同的試驗(yàn)對象，其液壓裝置的油壓可能不同，而現(xiàn)有的試壓系統(tǒng)的液壓源只 能提供一個(gè)壓力等級(jí)的油壓，不能滿足試驗(yàn)需要。
[0009]6、現(xiàn)有的試壓系統(tǒng)功能單一，只能對一種具體的井控裝置進(jìn)行試驗(yàn)，沒有通用性， 而井控裝置的種類很多，如防噴器、管匯等，且同類裝置又有多種結(jié)構(gòu)或規(guī)格。
[0010]7、檢測電路、控制電路用普通的模擬電路，自動(dòng)化水平低，試驗(yàn)效率低，無法獲得 連續(xù)的實(shí)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，也不便顯示、記錄和保存。
[0011]8、試驗(yàn)人員需在現(xiàn)場操作及觀察試壓情況，身處高壓區(qū)，危險(xiǎn)性極大，不符合安全 要求。
[0012]二十世紀(jì)80年代美國研制開發(fā)了防噴器試壓監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用液/氣控夾持 器來實(shí)現(xiàn)防噴器與盲板的自動(dòng)密封，從而極大減輕了試壓勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。試壓 系統(tǒng)采用一次儀表和函數(shù)記錄儀來顯示和記錄試壓結(jié)果，采用攝像機(jī)對試壓過程進(jìn)行遠(yuǎn)程 監(jiān)視。我國新疆油田于上世紀(jì)90年代中期引進(jìn)了該試壓裝置和監(jiān)控系統(tǒng)，但由于種種原因?qū)嶋H使用效果一直不太理想。其存在的主要問題為:
[0013]1.液壓夾持器只能用于一種尺寸的防噴器試壓，適用范圍狹窄；
[0014]2.由于該試壓系統(tǒng)直接采用單路的一次儀表顯示防噴器試壓壓力，采用圓盤式有 紙記錄儀記錄試壓壓力，故需將高壓源引入控制臺(tái)操作區(qū)，存在著一定的安全隱患，并且試 壓信息采集量少、壓力顯示和記錄精度低，難以滿足使用要求；
[0015]3.試壓系統(tǒng)和試壓過程仍采用手動(dòng)控制方式，自動(dòng)化程度低；
[0016]4.試壓監(jiān)視系統(tǒng)采用固定焦距黑白攝像機(jī)和小屏幕監(jiān)視器進(jìn)行試壓過程監(jiān)視，監(jiān) 視效果差，難以滿足監(jiān)控要求；
[0017]5.試壓系統(tǒng)無法完成試壓信息的存儲(chǔ)、管理和試壓結(jié)果報(bào)表的生成和打印輸出等 功能。
[0018]此外由于該試壓系統(tǒng)的購置費(fèi)用昂貴，備件缺乏，導(dǎo)致維護(hù)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的目的，是克服上述試驗(yàn)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提供一種油氣田井控裝置水壓試驗(yàn) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)的自動(dòng)化水平高，試驗(yàn)效率高，功能齊全，可滿足各種井口裝置的試驗(yàn)要求，并 符合SY/5053-2000試壓標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)試驗(yàn)過程遠(yuǎn)程操作、監(jiān)視，試驗(yàn)人員無需在現(xiàn)場。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0021]一種油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，包括水壓試驗(yàn)裝置及其控制裝置，所述水壓 試驗(yàn)裝置包括:
[0022]試壓泵組，用于將試驗(yàn)用水通過管道泵入受試井控裝置，對其充壓；
[0023]法蘭堵板，對應(yīng)受試井控裝置的下口法蘭并與之對接；用于圈閉受試井控裝置，使 其內(nèi)部形成封閉空間；
[0024]泄壓閥，用于卸除受試井控裝置的水壓；
[0025]其特征在于，還包括法蘭堵板夾持器，用于將法蘭堵板與受試井控裝置下口法蘭 夾緊，把兩法蘭的對接面密封；該夾持器包括一對在水平方向上相向布置的液動(dòng)卡箍和一 個(gè)豎直布置的頂緊液壓缸，所述頂緊液壓缸位于試壓法蘭堵板下方，其活塞頭頂住試壓法 蘭堵板的底面，所述液動(dòng)卡箍由其液壓缸驅(qū)動(dòng)，可在水平方向上相向或反向移動(dòng)，當(dāng)卡箍相 向移動(dòng)到位后，所述受試井控裝置的下口法蘭、試壓法蘭堵板、頂緊液壓缸均位于卡箍的卡 槽內(nèi)，被卡箍箍住，頂緊液壓缸的活塞頭上頂，把受試井控裝置下口法蘭與法蘭堵板的對接 面頂緊密封。
[0026]該系統(tǒng)還包括模擬管柱裝置，當(dāng)受試井控裝置是防噴器時(shí)，用該模擬管柱裝置封 閉防噴器的上口，所述模擬管柱裝置包括堵塞、堵塞牽引卷揚(yáng)機(jī)、可回轉(zhuǎn)的管柱，所述管柱 上有一懸臂，懸臂的自由端有滑輪，所述堵塞通過牽引繩懸掛在滑輪上，由牽引卷揚(yáng)機(jī)將堵 塞放進(jìn)或移出防噴器的上口。
[0027]所述試壓泵組包括灌水泵、電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵。
[0028]所述控制裝置包括電氣控制裝置和液壓控制裝置，所述電氣控制裝置包括試壓泵 組過程控制模塊、試壓法蘭堵板夾持器過程控制模塊、儲(chǔ)水箱液位控制模塊、液壓油壓力控 制模塊、泄壓閥過程控制模塊；所述試壓泵組過程控制模塊包括灌水泵、電動(dòng)試壓泵、氣動(dòng) 試壓泵工作順序過程子模塊、電動(dòng)試壓泵轉(zhuǎn)速控制子模塊。[0029]所述電動(dòng)試壓泵轉(zhuǎn)速控制子模塊采用恒轉(zhuǎn)矩變頻器控制轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)階梯恒壓力 試壓。
[0030]所述液壓控制裝置具有兩只油壓控制器，該油壓控制器是由多只電液閥與插裝電 液比例閥組合的閥島，一個(gè)閥島用于控制法蘭堵板夾持器油缸的油壓，其中，頂緊油缸的控 制閥為插裝電液比例閥，可根據(jù)受試裝置的壓力等級(jí)提供不同壓力等級(jí)的油壓；另一只閥 島用于控制防噴器油缸、管匯液壓閘板閥油缸、泄壓閥油缸的油壓，其中，防噴器油缸的控 制閥為插裝電液比例閥，可根據(jù)防噴器油缸的壓力等級(jí)提供不同壓力等級(jí)的油壓。
[0031]該系統(tǒng)還配有數(shù)字式信號(hào)檢測、處理、顯示、記錄裝置，對試壓過程進(jìn)行全自動(dòng)控 制、顯示及記錄。
[0032]該系統(tǒng)還配有視頻監(jiān)視裝置，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，該視頻監(jiān)視裝置包括多臺(tái)攝像 機(jī)和顯示器，攝像機(jī)環(huán)繞受試進(jìn)口裝置，從多角度采集其狀態(tài)信號(hào)，供顯示器顯示。
[0033]本系統(tǒng)的有益效果:
[0034]本系統(tǒng)開發(fā)的試壓法蘭堵板夾持機(jī)構(gòu)，適用于各種尺寸的防噴器，為試驗(yàn)自動(dòng)化 奠定了基礎(chǔ)，率先實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)階梯試壓方法滿足SY/5053-2000標(biāo)準(zhǔn)試壓方法要求，同時(shí)實(shí) 現(xiàn)了恒水壓和恒液壓的防噴器形式實(shí)驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0035]開發(fā)的液壓控制器(閥島)，能夠自由調(diào)制油源壓力，解決了遠(yuǎn)程臺(tái)實(shí)施控制困難 的難題，滿足了不同壓力等級(jí)的液壓裝置試驗(yàn)要求。利用插裝電液比例閥，實(shí)現(xiàn)液控油壓 遠(yuǎn)程快速無級(jí)調(diào)制，滿足不同試壓工藝和設(shè)備要求，可以做不同恒油壓控制下試壓對象的 耐水壓性能，或試驗(yàn)恒水壓時(shí)所需最低控制油壓的液壓控制能力。
[0036]首次將變頻技術(shù)應(yīng)用到防噴器試壓中電動(dòng)試壓泵的高壓狀態(tài)下減速控制上，有效 解決了電動(dòng)泵高壓控制難的難題，運(yùn)用現(xiàn)代最流行的變頻控制方法，解決了高水壓在恒轉(zhuǎn) 矩寬幅調(diào)速，避免了超壓危險(xiǎn)現(xiàn)象，保證試壓過程安全。
[0037]實(shí)現(xiàn)了試壓數(shù)據(jù)即時(shí)遠(yuǎn)程傳輸。運(yùn)用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)試壓監(jiān)控圖象和試 壓數(shù)據(jù)、曲線的實(shí)時(shí)傳輸功能，讓監(jiān)督方能夠適時(shí)監(jiān)視作業(yè)過程。理論上可以傳送到聯(lián)在互 聯(lián)網(wǎng)上的所有計(jì)算機(jī)。
[0038]實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作、監(jiān)視，試驗(yàn)人員遠(yuǎn)離高壓區(qū)，符合安全作業(yè)要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是試壓監(jiān)控系統(tǒng)基本控制原理圖
[0040]圖2是試壓系統(tǒng)基本構(gòu)成及關(guān)系圖 [0041 ] 圖3是液壓夾持器工作狀態(tài)示意圖
[0042]圖4是變頻器多臺(tái)階運(yùn)行圖
[0043]圖5是攝像機(jī)在試壓坑內(nèi)布置示意圖
[0044]圖6是液/氣控制單元基本原理圖
[0045]圖7是數(shù)據(jù)及信息采集系統(tǒng)基本構(gòu)成原理圖
[0046]圖8是監(jiān)視系統(tǒng)基本構(gòu)成原理圖
[0047]圖9是液控執(zhí)行單元控制原理圖
【具體實(shí)施方式】[0048]本發(fā)明的主要研究內(nèi)容
[0049]a.井控裝備試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)總體技術(shù)的指標(biāo)制定及總體方案設(shè)計(jì)。 針對目前國際國內(nèi)類似系統(tǒng)存在的不足和缺陷，以及井控裝置試壓檢測目的和內(nèi)容，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的總體方案。
[0050]b. 試壓監(jiān)視及監(jiān)視控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。試壓過程的安全是至關(guān)重要的，由于試壓過程的超高壓不允許作業(yè)人員接近，本項(xiàng)目研究目的之一是設(shè)計(jì)全方位、全過程遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，使試壓過程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化監(jiān)視和關(guān)鍵圖象的記錄。確保試壓過程的人員安全。
[0051]c.試壓及試壓對象控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(包括微機(jī)、電控和無線遙控控制方式)。根據(jù)試壓工況和流程對試壓過程的控制以及對試壓對象的控制實(shí)現(xiàn)智能化一站式操控，應(yīng)用現(xiàn)代工控技術(shù)進(jìn)行微機(jī)管理和控制?？刂仆緩讲捎枚喾椒ǖ臒o縫切換，避免試壓過程中斷，確保試壓過程的連續(xù)性和可靠性。對于不同工況和控制對象，可以任意采用計(jì)算機(jī)控制(自動(dòng)、 手動(dòng))、電控及遙控。
[0052]d.試壓監(jiān)視圖像及試壓參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集、傳輸和控制設(shè)計(jì)。試壓檢測的目的是取得各種試壓數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)試壓數(shù)據(jù)采集方法和采集部位的關(guān)鍵是能滿足采集到我們所需要的數(shù)據(jù)，并且能適時(shí)處理和記錄，滿足動(dòng)態(tài)自動(dòng)采集和傳輸，滿足所有試壓控制方法下的連續(xù)采集和無丟失的記錄。
[0053]e.電/液控執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。試壓目的是將高壓流體介質(zhì)有控制的注入被試對象的封閉容腔中并保持規(guī)定時(shí)間,檢查被試對象的耐壓能力。
[0054]f.各子系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。各子系統(tǒng)組合成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，要使各子系統(tǒng)能夠互相協(xié)調(diào)統(tǒng)一自動(dòng)鎖定，需要進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，集成設(shè)計(jì)主要是接口、總線控制模塊設(shè)計(jì)及中控臺(tái)設(shè)計(jì)。
[0055]g.系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理和管理軟件開發(fā)。為使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制，必須進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)?？刂栖浖钦麄€(gè)系統(tǒng)的靈魂。軟件既能實(shí)現(xiàn)無人工干預(yù)自動(dòng)控制，又能有人工干預(yù)的人工計(jì)算機(jī)控制；滿足不同操作方法的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸功能。
[0056]主要技術(shù)指標(biāo)
[0057]根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外在有關(guān)井控裝備試壓監(jiān)控系統(tǒng)研制和應(yīng)用現(xiàn)況，針對試壓系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和具體要求，以達(dá)到當(dāng)前國際先進(jìn)水平為目標(biāo)，制定了以下的井控裝備試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的研制開發(fā)技術(shù)指標(biāo)。
[0058]?試壓系統(tǒng)可對防噴器夾持裝置(液壓卡盤)、防噴器系統(tǒng)、電/氣動(dòng)試壓泵、液/ 氣控執(zhí)行機(jī)構(gòu)、攝像機(jī)云鏡等控制對象和試壓過程進(jìn)行有效遠(yuǎn)程控制，能滿足各種井控裝備和其他壓力容器的壓力檢測作業(yè)，試壓系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)控制自動(dòng)化程度高，操作方便；
[0059]?試壓系統(tǒng)可有效地完成各種相關(guān)試壓信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集、顯示、記錄和存儲(chǔ)， 其中壓力數(shù)據(jù)的采集與處理精度不低于3.0%0 ；
[0060]?試壓系統(tǒng)最大水/氣壓試壓壓力為150MPa，最大液控油源壓力為30MPa，最大氣控氣源壓力為1.6MPa。試壓系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)壓力具有0-150MPa的無級(jí)控制能力，試壓系統(tǒng)的液控油壓具有0-30MPa的無級(jí)控制能力；
[0061]?試壓系統(tǒng)可對試壓過程進(jìn)行有效的全方位遠(yuǎn)程監(jiān)視和監(jiān)視控制，監(jiān)視圖像清晰，操作方便；
[0062]?試壓系統(tǒng)主控軟件設(shè)計(jì)合理，功能完善，界面友好、符合軟件工程規(guī)范。能有效的實(shí)現(xiàn)和完成系統(tǒng)的控制、參數(shù)采集、顯示、存儲(chǔ)和處理，以及對試壓信息、資料和歷史的管理和查詢訪問、試壓檢測報(bào)表自動(dòng)生成和打印輸出等功能；
[0063]?試壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試壓信息的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸功能；
[0064]?試壓系統(tǒng)可靠性高、可擴(kuò)展性好；
[0065]?試壓系統(tǒng)過程控制符合行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)和國家壓力容器檢測標(biāo)準(zhǔn)，總體性能達(dá)到先進(jìn)水平。
[0066]主要成果及應(yīng)用轉(zhuǎn)化效果
[0067]本發(fā)明主要成果是研制成功一套目前國內(nèi)功能最多，自動(dòng)化程度最高的智能化防噴器試壓監(jiān)視和控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目研究過程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和合同要求開展研究工作，圓滿完成了設(shè)計(jì)和合同規(guī)定的任務(wù)，取得了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新和成果，通過現(xiàn)場應(yīng)用保證了試壓過程的人員安全。
[0068]系統(tǒng)中采用了現(xiàn)代液壓技術(shù)和控制技術(shù)開發(fā)液壓控制系統(tǒng)(閥島)，應(yīng)用嵌入式工業(yè)控制技術(shù)研制遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，應(yīng)用變頻技術(shù)研制電動(dòng)泵恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖象、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。
[0069]液壓控制系統(tǒng)(閥島)
[0070]由于不同的試壓目的，其試壓過程對輸出壓力油參數(shù)要求的復(fù)雜和嚴(yán)格程度也不同。液壓控制要求是為滿足試壓目的實(shí)施，而對輸出液壓油的可靠提供和有效調(diào)制，使輸出的液壓油滿足試壓工藝要求。目前的大多數(shù)類似系統(tǒng)采取單獨(dú)使用遠(yuǎn)程臺(tái)或液壓站，或使用液壓站加閥組控制等。這些液壓控制系統(tǒng)難以滿足液壓控制要求，尤其是不能按需要及時(shí)調(diào)制，不能滿足按標(biāo)準(zhǔn)提供與現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)相同的供油量；單獨(dú)使用遠(yuǎn)程臺(tái)實(shí)施遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和調(diào)制十分困難，很難及時(shí)滿足試壓工藝要求的壓力能。本發(fā)明研制的兩只液壓控制器(閥島)，采用了多只大口徑電液閥、插裝電液比例閥集成在閥分配器上，所有控制和調(diào)制均在該液壓控制器上完成。該液壓控制器輸入液壓油可由有足夠儲(chǔ)能器的遠(yuǎn)程臺(tái)或有排量足夠大的30MPa以內(nèi)壓力的液壓站提供，輸出多路可進(jìn)行任意調(diào)制后的工作壓力油。兩只液壓控制器(閥島)分別用于液壓防噴器液缸和液壓卡箍的油壓控制。
[0071]多控制遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
[0072]本發(fā)明研制的多控制遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用了以IPC、PLC和局部總線為核心的工業(yè)控制技術(shù)，能夠通過手動(dòng)電控、手動(dòng)計(jì)算機(jī)控制、自動(dòng)計(jì)算機(jī)控制、遙控進(jìn)行試壓作業(yè)控制； 在不同的操作方法狀態(tài)下，都可以自動(dòng)數(shù)據(jù)采集記錄和處理；能對試壓過程視頻和試壓數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行及時(shí)遠(yuǎn)程傳輸。
[0073]電動(dòng)泵恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)
[0074]電動(dòng)試壓泵是在井控裝置試壓過程中，提供超高壓水壓的主要設(shè)備，電動(dòng)泵不會(huì)提供輸出壓力和流量的控制裝置，高壓狀態(tài)下尤其是接近試壓高限時(shí)十分危險(xiǎn)，若不減低流量可能會(huì)由于壓力超限而發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，本項(xiàng)目針對這種情況，將近年來十分流行的科技含量高的變頻技術(shù)引入電動(dòng)泵控制中，采用國際著名品牌EMERSON的恒轉(zhuǎn)矩變 頻器， 實(shí)施從零到額定排量的調(diào)制，尤其是接近試壓高限時(shí)的恒轉(zhuǎn)矩減速，保證安全作用十分明顯。[0075]研制過程
[0076]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0077]在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，選用臺(tái)灣研華工控系列，選擇多擴(kuò) 展底版、INTER P III CPU模塊和其他I/O、視頻采集等功能卡，滿足數(shù)據(jù)處理需要。
[0078]物理量數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0079]根據(jù)總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)要求確定數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集方式設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)了 3 種數(shù)據(jù)量13個(gè)采集點(diǎn)，滿足了試壓目的數(shù)據(jù)要求和系統(tǒng)過程測控要求的需要。
[0080]現(xiàn)場控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0081 ] 現(xiàn)場試驗(yàn)介質(zhì)控制子系統(tǒng)包括液壓油控制閥島(油壓控制器)、高壓試壓泵泵速變 頻控制裝置、無線遙控防噴器夾持器控制裝置、灌水控制裝置、堵頭放置控制裝置(擺桿)等 22路控制設(shè)計(jì)。
[0082]視頻數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0083]6路視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和視頻數(shù)據(jù)采集和記錄實(shí)現(xiàn)方法設(shè)計(jì)、器材選定，控制 方法等，共計(jì)設(shè)計(jì)了 30路控制、6路視頻數(shù)據(jù)采集、2路記錄。
[0084]中央控制室設(shè)計(jì)
[0085]中央控制室遠(yuǎn)離現(xiàn)場40米，控制操作臺(tái)采用流行中控形式設(shè)計(jì)，美觀大方，操作 方便。面板上分區(qū)設(shè)置全部控制按鈕、指示燈、顯示儀表和監(jiān)視器。
[0086]線纜安裝設(shè)計(jì)
[0087]總體設(shè)計(jì)中的控制線纜要求采用現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，由于現(xiàn)場目前為露天，現(xiàn)場模塊 防潮困難，本設(shè)計(jì)采用控制器-操作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)，PLC控制器、繼電器組等邏輯控制單元全 部集中在控制臺(tái)內(nèi)，加長了工作線纜，縮短了總線。計(jì)算機(jī)與PLC之間采用RS232串口連接， 這樣保護(hù)了現(xiàn)場模塊，但工作線纜加長，增加了安裝和檢測的復(fù)雜性。
[0088]程序設(shè)計(jì)
[0089]程序設(shè)計(jì)根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求采取模塊化結(jié)構(gòu)，滿足了設(shè)想的全部功能，程序采用 VB6.0和C++編寫，界面直觀友好、可對系統(tǒng)進(jìn)行自檢。
[0090]系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研制
[0091]基本設(shè)計(jì)原則
[0092]以自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合井控裝 備試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的研制開發(fā)要求，本著高起點(diǎn)、高可靠性、先進(jìn)性和實(shí)用性 相結(jié)合的基本設(shè)計(jì)原則，使研制開發(fā)的井控裝備試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)達(dá)到當(dāng)前一 流水平。
[0093]系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
[0094]根據(jù)井控裝備試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)所要完成功能和達(dá)到的目的，整個(gè)試 壓系統(tǒng)應(yīng)主要由以下幾部分構(gòu)成:試壓控制系統(tǒng)、試壓數(shù)據(jù)及信息采集系統(tǒng)、試壓監(jiān)視及監(jiān) 視控制系統(tǒng)、液控執(zhí)行系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件等幾大子系統(tǒng)。在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，綜合應(yīng)用了自 動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和液控技術(shù)等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，并使各個(gè) 子系統(tǒng)和各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合為一體，較好地實(shí)現(xiàn)了試壓系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。
[0095]本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思想
[0096]本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)是試壓過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視、試壓過程的試壓數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理、試壓過程根據(jù)試壓目的進(jìn)行測控。根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；實(shí)現(xiàn) 多種操作方法，滿足系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和系統(tǒng)的安全性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性。
[0097]系統(tǒng)要達(dá)到的目的
[0098]本系統(tǒng)試壓目的不僅僅是完成井控裝置一般的檢修后和使用前的工作壓力試壓 檢測，而是要達(dá)到如下4個(gè)目的:一是常規(guī)方法試壓，二是要能進(jìn)行防噴器密封性能、開關(guān) 性能、井壓控制性能、液缸液壓控制性能的試驗(yàn)和壽命檢測等，三是要實(shí)現(xiàn)其他壓力容器的 耐壓性檢測，四是能夠進(jìn)行圖象和數(shù)據(jù)曲線遠(yuǎn)程傳輸。
[0099]基本結(jié)構(gòu)和關(guān)系
[0100]系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
[0101]本系統(tǒng)基本要達(dá)到擬定目的，滿足設(shè)計(jì)思想，其結(jié)構(gòu)由試壓控制系統(tǒng)、試壓數(shù)據(jù)及 信息采集系統(tǒng)、試壓監(jiān)視及監(jiān)視控制系統(tǒng)、液控執(zhí)行系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件組成。
[0102]a.試壓控制系統(tǒng)由中控臺(tái)、工控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、液壓控制器(閥島)、PLC、變頻器、總 線等組成；
[0103]b.試壓數(shù)據(jù)及信息采集系統(tǒng)由壓力傳感器、計(jì)算機(jī)、PLC、數(shù)據(jù)庫等組成；
[0104]c.試壓監(jiān)視及監(jiān)視控制系統(tǒng)由工業(yè)攝象機(jī)、采集卡、云臺(tái)、云臺(tái)控制器、四分屏控 制器等組成；
[0105]d.液控執(zhí)行系統(tǒng)由液壓控制器(閥島)、電磁換向液壓閥、插裝電液比例閥、高壓管 路、控制執(zhí)行器件等組成；
[0106]f.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程傳輸服務(wù)器軟件、客戶端軟件組成。
[0107]基本關(guān)系及工作原理
[0108]系統(tǒng)主要分主控制單元、液壓控制單元、水壓控制單元、執(zhí)行控制單元、數(shù)據(jù)采集 單元、視頻監(jiān)視及控制單元。各單元由主控制單元緊密聯(lián)接在一起，按流程協(xié)調(diào)工作。各單 元中的工作狀態(tài)由各種傳感器反映到主控臺(tái)上，由主控臺(tái)發(fā)出控制指令通過繼電器使執(zhí)行 器件改變工作狀態(tài)完成各種操作。試壓系統(tǒng)工作原理見圖1。
[0109]試壓系統(tǒng)基本構(gòu)成見圖2，在圖2中，受試裝置是液壓防噴器1，防噴器I與管匯連 接管上有液壓閘板閥11，防噴器I下部法蘭管口用法蘭堵板2封閉，法蘭堵板2由液壓夾持 器3固定，防噴器I的上口用模擬管柱裝置4封閉，由試壓泵組5向防噴器I內(nèi)部充水進(jìn)行 試壓，試壓泵組5包括灌水泵5.1、電動(dòng)試壓泵5.2、氣動(dòng)試壓泵5.3，氣動(dòng)試壓泵配有空壓 機(jī)5.4 ;灌水泵的出水管路配有單流閥7，防噴器的供水管路配有液壓泄壓閥6 ;液壓夾持器 的油壓由油壓控制器(閥島)12控制，防噴器I油缸、閘板閥11油缸、泄壓閥6油缸的油壓 由油壓控制器(閥島)13控制。遠(yuǎn)程控制臺(tái)8、系統(tǒng)主控臺(tái)9對試壓過程進(jìn)行控制，監(jiān)控系統(tǒng) 10對試驗(yàn)現(xiàn)場情況進(jìn)行監(jiān)控。
[0110]本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)是對液壓夾持器3的改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)見圖3，圖3中， 受試裝置是液壓防噴器1，具有四通1.2和閘板驅(qū)動(dòng)油缸1.1，四通1.2的下法蘭管口用法 蘭堵板2封堵，法蘭堵板2是由液壓夾持器3固定。
[0111]液壓夾持器3由頂緊油缸3.2和卡箍3.1組成，現(xiàn)有的卡箍的箍卡半徑是固定不 變的，只能適用一種規(guī)格的井口裝置，且操作時(shí)需須人工手動(dòng)裝卡，本發(fā)明用液壓控制卡箍 自動(dòng)箍卡，一對卡箍相向或反向移動(dòng)，箍卡半徑可自由調(diào)整，適用于各種類型、規(guī)格的井口
>J-U裝直。[0112]防噴器的上口用模擬管柱裝置4封堵。該模擬管柱裝置4包括堵塞4.5、堵塞牽引 卷揚(yáng)機(jī)(圖中未示出)、可回轉(zhuǎn)的管柱4.1(其回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器未示出)，所述管柱上有一懸臂4.2， 懸臂的自由端有滑輪4.4，所述堵塞4.5通過牽引繩4.3懸掛在滑輪4.4上，由牽引卷揚(yáng)機(jī) 將堵塞4.5放進(jìn)或移出防噴器的上口。
[0113]本發(fā)明的另一發(fā)明點(diǎn)是油壓控制器(閥島)12、13的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由多只電液閥與插 裝電液比例閥組合的閥島，閥島12用于控制法蘭堵板夾持器油缸的油壓，其中，頂緊油缸 的控制閥為插裝電液比例閥，可根據(jù)受試裝置的壓力等級(jí)提供不同壓力等級(jí)的油壓；閥島 13用于控制防噴器油缸、管匯液壓閘板閥油缸、泄壓閥油缸的油壓，其中，防噴器油缸的控 制閥為插裝電液比例閥，可根據(jù)防噴器油缸的壓力等級(jí)提供不同壓力等級(jí)的油壓。
[0114]本發(fā)明的再一發(fā)明點(diǎn)是電動(dòng)試壓泵5.2的轉(zhuǎn)速控制子模塊采用恒轉(zhuǎn)矩變頻器控 制轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)階梯恒壓力試壓。
[0115]本發(fā)明的第四個(gè)發(fā)明點(diǎn)是配有數(shù)字式信號(hào)檢測、處理、顯示、記錄裝置，對試壓過 程進(jìn)行全自動(dòng)控制、顯示及記錄。
[0116]本發(fā)明的第五個(gè)發(fā)明點(diǎn)是配有視頻監(jiān)視裝置，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，該視頻監(jiān)視裝 置包括多臺(tái)攝像機(jī)和顯示器，攝像機(jī)環(huán)繞受試進(jìn)口裝置，從多角度采集其狀態(tài)信號(hào)，供顯示 器顯示。
[0117]防噴器水壓試壓作業(yè)過程有三個(gè)階段。
[0118]a.試壓作業(yè)準(zhǔn)備階段。試壓作業(yè)準(zhǔn)備階段為被試設(shè)備安裝、固定、液壓卡箍卡緊密 封，模擬管柱下入預(yù)定深度、注水，同時(shí)遠(yuǎn)程臺(tái)電動(dòng)三缸泵啟動(dòng)為儲(chǔ)能器沖壓；此階段各過 程可通過遙控操作。當(dāng)被試設(shè)備吊至試壓坑中，人工扶正坐在液壓卡箍上，液壓油進(jìn)入卡箍 液壓控制器(卡箍閥島)上，遙控或中控臺(tái)控制卡箍液壓控制器卡緊電磁閥動(dòng)作，液壓油進(jìn) 入卡箍的卡緊油缸從而卡緊防噴器法蘭?？ü靠ňo到位傳感器發(fā)出到位信號(hào)使頂缸電磁閥 工作，液壓油進(jìn)入上頂油缸活塞上頂盲法蘭與防噴器法蘭密封。如果設(shè)定70MPa以上試驗(yàn) 壓力，則油壓進(jìn)入增壓缸，增加頂缸上頂壓力，滿足試壓要求。防噴器卡緊密封后，管柱模擬 裝置旋轉(zhuǎn)到防噴器上部，模擬管柱下降到所需位置(試半封，該過程位移傳感器確定位置狀 態(tài))。啟動(dòng)灌注泵往試壓腔注水，水位傳感器感知水位到位后，停止注水結(jié)束準(zhǔn)備階段。
[0119]b.試壓作業(yè)階段。遠(yuǎn)程臺(tái)儲(chǔ)能器21MPa壓力油進(jìn)入防噴器液壓控制器后，啟動(dòng)電 液比例閥調(diào)制到所需壓力，啟動(dòng)液缸關(guān)閉閥，控制壓力油進(jìn)入防噴器關(guān)閉油缸，推動(dòng)油缸活 塞關(guān)閉防噴器閘板，閘板到位后啟動(dòng)試壓泵(電動(dòng)泵或氣動(dòng)泵)開始升壓，當(dāng)升壓到試壓設(shè) 計(jì)階梯值時(shí)試壓泵停止工作進(jìn)入穩(wěn)壓階段，壓力數(shù)據(jù)由壓力傳感器經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡送到計(jì) 算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，繪制壓力-時(shí)間曲線；當(dāng)穩(wěn)壓時(shí)間到后，如果壓力降在允許范圍內(nèi)重 新啟動(dòng)試壓泵升壓，如果壓力降大于允許范圍時(shí)，啟動(dòng)泄壓閥泄壓結(jié)束試驗(yàn)，當(dāng)?shù)搅嗽O(shè)定最 后一個(gè)升壓階段時(shí)變頻器調(diào)整頻率降低排量，逐漸逼近最高試壓值，到達(dá)最高試壓值停泵 穩(wěn)壓。整個(gè)過程可人工干預(yù)自動(dòng)試壓或完全自動(dòng)試壓，也可人工電動(dòng)操作。
[0120]c.試壓結(jié)束階段。正常試壓到最高壓力并穩(wěn)壓后，啟動(dòng)泄壓閥泄掉水壓，打開防噴 器閘板，排控管路油壓，起出模擬管柱，管柱模擬裝置歸位，頂缸下降，打開卡箍，吊開防噴 器結(jié)束試壓全部過程。同時(shí)計(jì)算機(jī)對試壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，打印試驗(yàn)報(bào)告和試壓記錄。
[0121]控制裝置研制
[0122]控制裝置是用于執(zhí)行和完成試壓工作的核心部分，直接影響到試壓系統(tǒng)的總體性能。根據(jù)試壓系統(tǒng)所要完成的工作，按控制對象的類型可分為如下四大部分，共計(jì)52路動(dòng) 作控制。
[0123]防噴器夾持裝置(液壓卡盤)控制
[0124]為實(shí)現(xiàn)防噴器試壓過程機(jī)械化、自動(dòng)化，減輕工作強(qiáng)度，關(guān)鍵是解決試壓過程對防 噴器的主通道的封堵，與閘板配合，使之成為封閉腔室，使用防噴器夾持裝置(液壓卡盤)能 夠完成防噴器總成與盲板法蘭間的自動(dòng)卡緊和密封，同時(shí)與之配套的管柱模擬裝置能夠?qū)?模擬管柱自動(dòng)送入預(yù)定位置。防噴器夾持裝置(液壓卡盤)為液壓驅(qū)動(dòng)，對選擇防噴器夾持 裝置(液壓卡盤)和配套的管柱模擬裝置實(shí)施控制是實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化的關(guān)鍵，其動(dòng)作分為頂 缸的上/下移動(dòng)控制、卡箍卡緊/松開控制、卡箍到位控制、頂缸增壓控制、以及管柱模擬裝 置的轉(zhuǎn)動(dòng)和堵塞上下移動(dòng)控制。同時(shí)為了更好適應(yīng)今后發(fā)展的需要，在本系統(tǒng)中分別預(yù)設(shè) 置了兩套獨(dú)立的防噴器夾持裝置(液壓卡盤)控制系統(tǒng)，可共計(jì)完成10路動(dòng)作控制其中9路 液缸一路液馬達(dá)?？梢赃M(jìn)行可視操作和現(xiàn)場手持遙控操作。該部分設(shè)計(jì)了獨(dú)立的液壓控制 器，實(shí)施對防噴器夾持裝置(液壓卡盤)的卡緊和放松、頂缸上下移動(dòng)和增壓控制，采用2只 位移傳感器檢測卡箍運(yùn)動(dòng)情況，I只數(shù)碼編碼盤檢測模擬管柱的下放位置。
[0125]防噴器系統(tǒng)控制
[0126]通常井控裝置試壓有四種目的；一是檢測被試對象控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的耐油壓能力、 二是檢測被試對象的主容腔耐水壓能力；三是評(píng)價(jià)被試對象對壓力的控制能力，如防噴器 在不同恒油壓控制下閘板最高滲漏水壓或在不同恒水壓下需要的最低控制油壓以及被試 對象的使用耐久性。四是對被試對象進(jìn)行高壓爆裂試驗(yàn)，檢測防噴器抗暴能力。一般防噴 器檢修單位不進(jìn)行第四種實(shí)驗(yàn)。對被試對象的耐水壓檢測通常采用電動(dòng)試壓泵或氣動(dòng)試壓 泵，要使高壓流體介質(zhì)可控，實(shí)際上就是對高壓試壓泵的控制，主要是對泵的開關(guān)控制和排 量控制。對被試對象的油壓檢測主要是檢測密封性和液壓動(dòng)力能力、動(dòng)作時(shí)間、耐壓性等。 檢測時(shí)需要對油源進(jìn)行調(diào)制和控制，對油壓的調(diào)制和控制比較復(fù)雜，一是要對油壓根據(jù)需 要進(jìn)行調(diào)制，二是對輸出液壓油的切換和排空控制。由于整個(gè)試壓過程(包括水壓和油壓) 需要對被試對象(防噴器)進(jìn)行封閉控制和夾持控制，控制對象多，單位時(shí)間流量要求嚴(yán)格， 因此需要對油源進(jìn)行調(diào)制和分配，一般液壓站不能滿足，現(xiàn)有遠(yuǎn)程控制臺(tái)實(shí)施控制困難，因 此需要研制一種能夠方便控制和調(diào)制的裝置來滿足試壓過程操控要求。
[0127]試壓時(shí)，對防噴器裝置的控制目的是在試壓過程中對防噴器進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作和狀態(tài) 的控制。在本試壓系統(tǒng)中，設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的防噴器液壓控制通道用于控制防噴器的動(dòng)作。其 中包括各通道防噴器的開/關(guān)控制、防噴器液壓管匯的油腔卸壓控制、以及四通液動(dòng)閥的 控制，共計(jì)6路動(dòng)作控制。這部分設(shè)計(jì)了一個(gè)液壓控制器，該控制器設(shè)計(jì)了一只插裝液電調(diào) 壓比例閥對進(jìn)入防噴器液缸的液壓油進(jìn)行無級(jí)調(diào)制，滿足不同的試壓目的。同時(shí)這部分設(shè) 計(jì)了一路油控水壓卸載裝置，可在試壓完成后對被試對象的高壓腔室實(shí)施安全自動(dòng)卸壓， 并當(dāng)試壓過程中發(fā)生緊急情況時(shí)強(qiáng)制卸壓確保安全。
[0128]以上描述的15路控制都在兩只液壓控制器(閥島)控制。
[0129]試壓設(shè)備及輔助裝置控制
[0130]試壓設(shè)備主要是電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵，對試壓設(shè)備和裝置的控制，目的是在 試壓過程中根據(jù)試壓目的和要求、試壓對象的不同而需要不同試壓壓力、流速、過程臺(tái)階等 進(jìn)行控制，該部分對電動(dòng)試壓泵控制采用近年流行的變頻控制，選用國際著名品牌EMERSON的EV2000-4T0075G恒轉(zhuǎn)矩變頻器，確保高壓低流速泵功率不變，在低流速下逐漸逼近最高 試驗(yàn)壓力，避免超壓造成過壓損壞被試設(shè)備和傳感器，同時(shí)設(shè)計(jì)采用了串聯(lián)電接點(diǎn)壓力表 再次進(jìn)行過載保護(hù)。該變頻器通過設(shè)置可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速多臺(tái)階運(yùn)行，如圖4所示。
[0131 ] 對于氣動(dòng)試壓泵的控制采用電磁氣閥，通過程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制滿足臺(tái)階試壓?？?制相關(guān)的試壓輔助設(shè)備和裝置的動(dòng)作，其中包括低壓灌水泵的控制、灌水水位控制。
[0132]在試壓準(zhǔn)備階段對被試設(shè)備腔內(nèi)灌注試壓介質(zhì)，目的是排空被試腔體中的氣體， 啟動(dòng)灌水泵后通過水位傳感器控制灌注量，保證在排盡空氣的前提下不會(huì)溢出。
[0133]灌注泵與試壓管線通過高壓單流閥隔離并聯(lián)，簡化機(jī)構(gòu)滿足要求。這部分共有電 動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵控制、低壓灌水泵的控制、灌水水位控制、以及變頻器和比例調(diào)壓閥 的控制，共計(jì)6路動(dòng)作控制。
[0134]該部分控制中液動(dòng)卸壓閥的控制是在液壓控制器控制，其他控制是電磁閥、啟動(dòng) 器和變頻器控制。
[0135]監(jiān)視系統(tǒng)控制
[0136]監(jiān)視系統(tǒng)控制包括視頻監(jiān)視控制、狀態(tài)監(jiān)視控制等，設(shè)計(jì)試壓過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視是 根據(jù)試壓過程的安全要求和工作流暢控制要求。
[0137]視頻監(jiān)視設(shè)計(jì)主要考慮試壓過程試壓主體是在試壓坑中進(jìn)行，防噴器組合高度 (含防噴器夾持器)2.5m-4.6m，試壓過程需要監(jiān)視整個(gè)試壓組合的縱向和360度周向的任意 部位，因此周向設(shè)計(jì)使用4只工業(yè)攝象機(jī)全方位監(jiān)視被試設(shè)備的漏失情況(見圖5)，縱向在 頂部設(shè)計(jì)使用一臺(tái)頂置球形工業(yè)攝象機(jī)監(jiān)視頂部漏失情況和水位、模擬管柱等情況；在試 壓泵、遠(yuǎn)程臺(tái)近處設(shè)計(jì)一臺(tái)監(jiān)視試壓泵、遠(yuǎn)程臺(tái)工作情況和監(jiān)視試壓區(qū)域狀態(tài)。本試壓系統(tǒng) 中設(shè)置的6臺(tái)23倍變焦彩色工業(yè)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了試壓過程的全方位監(jiān)視。為達(dá)到全方位監(jiān) 視的目的，各臺(tái)攝像機(jī)均設(shè)有獨(dú)立的云鏡控制單元。其中包括攝像機(jī)變焦、光圈和參數(shù)設(shè)置 控制、云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)和俯仰控制，共計(jì)30路動(dòng)作控制。
[0138]狀態(tài)監(jiān)視控制目的是監(jiān)視試壓過程中對各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)變化等進(jìn)行監(jiān) 視，保證整個(gè)系統(tǒng)安全協(xié)調(diào)運(yùn)行。狀態(tài)監(jiān)視是通過各種傳感器、儀表、指示燈、監(jiān)視器等檢 測、顯示狀態(tài)，通過開關(guān)、計(jì)算機(jī)、PLC和執(zhí)行器件來控制受控對象。
[0139]控制技術(shù)特點(diǎn)
[0140]整個(gè)控制系統(tǒng)為了保證試壓檢測質(zhì)量，提高試壓系統(tǒng)整體技術(shù)水平，在試壓控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制過程中，所采用的控制方式和技術(shù)特點(diǎn)如下:
[0141]采用了以工控微機(jī)和PLC邏輯程序控制器為核心的主控單元，以及局部總線結(jié)構(gòu) 控制方式。從而極大提高了系統(tǒng)工作的可靠性，具有系統(tǒng)兼容性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0142]設(shè)置了兩套可分別獨(dú)立運(yùn)行的控制系統(tǒng)，即微機(jī)試壓控制系統(tǒng)和電控試壓控制系 統(tǒng)，兩套系統(tǒng)均帶有全套控制組件和顯示參數(shù)儀表，采用并行互鎖運(yùn)行方式進(jìn)行工作，操作 者可根據(jù)自己的喜好選擇相應(yīng)的操作系統(tǒng)和控制方式。同時(shí)當(dāng)其中任一套控制系統(tǒng)因某種 原因出現(xiàn)故障時(shí)，可切換到另一套控制系統(tǒng)繼續(xù)完成整個(gè)試壓工作。此外為了方便防噴器 的吊裝作業(yè)，還單獨(dú)設(shè)置了一套無線遙控系統(tǒng)用于操作人員對液壓夾持器和管柱模擬裝置 的現(xiàn)場操作控制。從而使試壓控制系統(tǒng)的可靠性、適應(yīng)性和操作性得到了極大的提高。
[0143]應(yīng)用了變頻器和比例調(diào)壓閥來實(shí)現(xiàn)試壓過程中對電動(dòng)試壓泵泵速的無級(jí)調(diào)節(jié)控 制，和對液控油源壓力的無級(jí)調(diào)節(jié)控制。從而使試壓系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和試壓能力得到了極大增強(qiáng)。
[0144]試壓系統(tǒng)主控微機(jī)采用了主、副屏雙屏顯示和控制方式。其中，主屏用于試壓參數(shù) 的設(shè)置和試壓過程的操作控制；副屏用于試壓監(jiān)視圖像信息的顯示和記錄控制，以及試壓 曲線的顯示和記錄控制。主、副屏間采用無縫連接，可相互進(jìn)行切換控制，從而使試壓過程 控制功能和試壓信息顯示容量得到極大提高。
[0145]微機(jī)控制系統(tǒng)分別設(shè)置了 “自動(dòng)”和“手動(dòng)”試壓控制方式，從而使試壓控制的適 應(yīng)性和靈活性得到了提高。同時(shí)系統(tǒng)控制還采用了邏輯控制、動(dòng)作互鎖和自鎖、試壓過程中 斷電安全防護(hù)、以及觸電安全防護(hù)等功能，增強(qiáng)了試壓安全性。
[0146]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研制
[0147]試壓數(shù)據(jù)和信息采集系統(tǒng)是井控裝備試壓系統(tǒng)的重要組成部分，是試壓系統(tǒng)的神 經(jīng)中樞。試壓過程中相關(guān)試壓數(shù)據(jù)和信息的采集、顯示和反饋，是實(shí)施系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的主要 依據(jù)，也是借以判斷和評(píng)判試壓對象檢測結(jié)果的重要依據(jù)。高可靠性和高精度是對該系統(tǒng) 的基本要求。根據(jù)試壓系統(tǒng)的檢測要求和所要完成的工作，需采集的信號(hào)包括壓力信號(hào)、位 移信號(hào)、位置信號(hào)和視頻信號(hào)。按信號(hào)源的類型又可分為模擬信號(hào)、數(shù)值信號(hào)和開關(guān)量信號(hào) 等。為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，該部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種傳感器、數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)顯 示和存儲(chǔ)單元等。該單元是用于執(zhí)行和完成試壓工作的核心部分，設(shè)計(jì)制作的好壞直接影 響到試壓系統(tǒng)的總體性能。整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)的采集總共設(shè)計(jì)了 18路，其中包括:
[0148]壓力信號(hào)采集及處理
[0149]試壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)共計(jì)9路，其中包括:各防噴器開/關(guān)閉腔壓力共5路(油 壓)、液控系統(tǒng)油源壓力和工作壓力各I路(油壓)、氣源系統(tǒng)壓力(氣壓)、水/氣試壓壓力 (氣、水壓)、液壓夾持器頂缸油壓(油壓)。系統(tǒng)采用了 9支0.25級(jí)的高精度壓力傳感器采集 壓力信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后送到相應(yīng)的顯示和主控單元，輔助完成系統(tǒng)自動(dòng)控制。本系統(tǒng)采用 了 PLC程序邏輯控制器來完成壓力信號(hào)的自動(dòng)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換和處理等功能，具有精度高、 可靠性高的特點(diǎn)。9路壓力信號(hào)傳感器中7只油壓傳感器安裝在油壓控制器(閥島)上，一只 水壓傳感器安裝在試壓泵組上，一只氣壓傳感器安裝在試壓泵組的氣泵氣源入口，見圖6。
[0150]位移信號(hào)采集及處理
[0151]為準(zhǔn)確控制試壓管柱模擬裝置中模擬管柱的位置，設(shè)計(jì)采用了高精度的數(shù)碼編碼 盤來測量提升機(jī)的角位移，通過單片機(jī)和數(shù)碼管來完成角位移與線位移信號(hào)的轉(zhuǎn)換和顯示 模擬管柱升降位置，其測量和顯示精度達(dá)到毫米級(jí)。原設(shè)計(jì)將數(shù)碼編碼盤安裝到懸臂前端 滑輪軸上，考慮到鋼繩與滑輪可能有滑移影響測量精度，決定將安裝到提升機(jī)主軸上。
[0152]位置信號(hào)采集及處理
[0153]液壓防噴器夾持器卡盤的卡緊位置十分重要，只有卡緊到位才能進(jìn)行頂缸動(dòng)作， 否則將造成防噴器滑脫的嚴(yán)重事故，因此在卡緊油缸上采用了 2支防水感應(yīng)式位置傳感器 測量防噴器夾持器的位置并給出到位信號(hào)，以適應(yīng)檢測不同尺寸防噴器的到位卡緊要求。 同時(shí)采用水位傳感器來測量和控制試壓過程中準(zhǔn)備階段防噴器內(nèi)的注水液位。
[0154]視頻信號(hào)采集及處理
[0155]采用視頻處理卡和主控微機(jī)來完成對6路來自于攝像機(jī)的視頻信號(hào)的采集、圖像 顯示、處理和壓縮存儲(chǔ)等。
[0156]試壓數(shù)據(jù)和信息采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成和原理見圖7所示。[0157]監(jiān)控系統(tǒng)
[0158]為了全面監(jiān)視試壓作業(yè)過程現(xiàn)場情況，采用了六臺(tái)23倍光學(xué)變焦的高清晰度彩 色工業(yè)攝像機(jī)、兩臺(tái)21”彩色監(jiān)視器、以及攝像機(jī)和云臺(tái)控制器、圖像分割器等來實(shí)現(xiàn)對試 壓現(xiàn)場和過程的全方位遠(yuǎn)程監(jiān)控，各彩色工業(yè)攝像機(jī)及其云臺(tái)的控制，由云鏡控制器和分 頻器來實(shí)現(xiàn)。云鏡控制器和分頻器安裝在主控臺(tái)上，六臺(tái)攝像機(jī)中的四臺(tái)布置在試壓坑四 周，一臺(tái)頂置安裝在管柱模擬裝置上，一臺(tái)安裝在遠(yuǎn)程控制臺(tái)處。兩臺(tái)監(jiān)視器中的一臺(tái)用于 監(jiān)視圖像的多畫面顯示，另一臺(tái)用于畫面切換放大顯示。試壓監(jiān)控圖像可通過視頻采集卡 和微機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮存儲(chǔ)和回放。通過分頻器和監(jiān)視器配合，可在主監(jiān)視器上以四畫面的 形式顯示四個(gè)通道的攝像機(jī)信號(hào)，并可在輔助監(jiān)視器上顯示其中一個(gè)通道的信號(hào)。通過分 頻器信號(hào)通道選擇，可在輔助監(jiān)視器上分別顯示I?4個(gè)通道的信號(hào)或以四畫面的形式顯 示四個(gè)通道的攝像機(jī)信號(hào)，其他兩路視頻信號(hào)利用分頻器兩個(gè)鈕子開關(guān)來進(jìn)行信號(hào)切換實(shí) 現(xiàn)6路信號(hào)的交替顯示。本系統(tǒng)云臺(tái)控制可以設(shè)定自動(dòng)搖轉(zhuǎn)，可以監(jiān)視地面現(xiàn)場和試壓泵 等場面以及可以監(jiān)視整個(gè)試壓區(qū)有無人員進(jìn)入，保證安全作業(yè)，監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成原理 見圖8所示。
[0159]液控執(zhí)行系統(tǒng)
[0160]由于防噴器和防噴器夾持器均采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，一般液壓控制系統(tǒng)難以滿足液 壓控制要求，尤其是不能按需要及時(shí)調(diào)制，不能滿足按標(biāo)準(zhǔn)提供與現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)的供油量； 單獨(dú)使用遠(yuǎn)程臺(tái)實(shí)施遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和調(diào)制十分困難很難進(jìn)行及時(shí)滿足試壓工藝要求的壓 力能。故在試壓系統(tǒng)中需配置相應(yīng)的液控執(zhí)行單元來控制防噴器和防噴器夾持器的動(dòng)作， 本項(xiàng)目研制了兩只液壓控制器(閥島)，采用多只大口徑電液閥、插裝電液比例閥集成在閥 分配器上，所有控制和調(diào)制均在該液壓控制器上完成。該液壓控制器由日本油研山西榆次 廠加工，其輸入液壓油可由有足夠儲(chǔ)能器的遠(yuǎn)程臺(tái)或有排量足夠大的30MPa以內(nèi)壓力的液 壓站提供，輸出多路可進(jìn)行任意調(diào)制后的工作壓力油，。液控執(zhí)行單元主要由電/液控制閥 組組成，其基本構(gòu)成和控制原理如圖9所示。
[0161]系統(tǒng)控制及管理軟件
[0162]系統(tǒng)控制和管理軟件是保證整個(gè)井控裝備試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得以順利運(yùn) 行的關(guān)鍵所在。設(shè)計(jì)制作了標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制操作臺(tái)全部控件設(shè)計(jì)在中央控制臺(tái)上，控制操作 可在中央控制臺(tái)上全部完成。基本控制分為電控和機(jī)控，輔助控制可以進(jìn)行無線遙控，為滿 足任何一種控制都可以通過計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)采集、保存和處理。設(shè)計(jì)采用電控方式和計(jì)算機(jī) 控制集成面板，在操作面板上設(shè)計(jì)了各種參數(shù)儀表、指示燈顯示工作狀態(tài)，顯示試壓工作狀 態(tài)，在面板上設(shè)計(jì)了各種開關(guān)按扭用以控制所有控制對象。為保證安全，在各路控制開關(guān)設(shè) 置互鎖電路，使動(dòng)作開關(guān)能夠有效地互鎖或自鎖，避免錯(cuò)誤操作。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，實(shí)施計(jì) 算機(jī)控制，設(shè)計(jì)了兩種控制模式，即模擬手控和無干預(yù)自動(dòng)控制。這樣，在計(jì)算機(jī)控制界面 上操作時(shí)，可以選擇手動(dòng)控制或自動(dòng)控制模式，手動(dòng)模式由操作人員根據(jù)試壓設(shè)計(jì)要求即 時(shí)點(diǎn)擊界面上的模擬按扭進(jìn)行，自動(dòng)模式由操作人員設(shè)定參數(shù)后，交由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成不 需人工干預(yù)。由于電動(dòng)泵是通過變頻器控制，變頻器控制要求不能過多地運(yùn)行開?？刂?，因 此自動(dòng)模式只適合油壓試驗(yàn)或氣動(dòng)試壓泵試壓。
[0163]計(jì)算機(jī)控制需要軟件支持，本系統(tǒng)中開發(fā)的控制應(yīng)用軟件運(yùn)行環(huán)境為Windows平 臺(tái)，采用VB和C語言進(jìn)行系統(tǒng)主控程序開發(fā)，采用Access進(jìn)行系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫開發(fā)。系統(tǒng)軟件的開發(fā)使井控裝備試壓監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)了從系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)及信息采 集、參數(shù)顯示、試壓信息處理和管理到試壓報(bào)表生成及打印輸出等功能齊全。系統(tǒng)軟件采用 結(jié)構(gòu)化編程方式，功能齊全、界面友好、可操作性強(qiáng)，符合軟件工程規(guī)范。
[0164]軟件結(jié)構(gòu)為主程序加試壓控制操作模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)庫維護(hù)模 塊、工具模塊和系統(tǒng)自檢模塊5個(gè)主要功能模塊和其他功能模塊。有良好的程序接口，可以 掛接其他應(yīng)用程序。軟件采用流行的Windows風(fēng)格的界面，主界面上方工具欄設(shè)置了 6個(gè) 下拉菜單以及二級(jí)菜單。通過選擇菜單進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和操作選擇。
[0165]對采集到的試壓過數(shù)據(jù)，分為過程數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)是試壓過程中系統(tǒng) 要求的、用于系統(tǒng)控制的狀態(tài)數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)不保存。目標(biāo)數(shù)據(jù)則是試壓的結(jié)果數(shù)據(jù)和相關(guān) 數(shù)據(jù)必須連續(xù)保存。軟件設(shè)計(jì)充分考慮使數(shù)據(jù)更具真實(shí)性，采取數(shù)據(jù)采集和記錄間隔為0.5 秒，確保了試壓數(shù)據(jù)的真實(shí)性和連續(xù)性，不丟失重要突變數(shù)據(jù)，為判斷被試設(shè)備的性能打下 了基礎(chǔ)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)還考慮了數(shù)據(jù)的應(yīng)用和共享、便于對歷史數(shù)據(jù)的調(diào)用和分析，設(shè)計(jì)有 數(shù)據(jù)查詢模塊、傳輸模塊和打印模塊，可供用戶查閱、打印和傳輸，同時(shí)對試壓結(jié)果可打印 中英文試壓報(bào)告。
【權(quán)利要求】
1.一種油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，包括水壓試驗(yàn)裝置及其控制裝置，所述水壓試驗(yàn)裝置包括: 試壓泵組，用于將試驗(yàn)用水通過管道泵入受試井控裝置，對其充壓； 法蘭堵板，對應(yīng)受試井控裝置的下口法蘭并與之對接；用于圈閉受試井控裝置，使其內(nèi)部形成封閉空間； 泄壓閥，用于卸除受試井控裝置的水壓； 其特征在于，還包括法蘭堵板夾持器，用于將法蘭堵板與受試井控裝置下口法蘭夾緊，把兩法蘭的對接面密封；該夾持器包括一對在水平方向上相向布置的液動(dòng)卡箍和一個(gè)豎直布置的頂緊液壓缸，所述頂緊液壓缸位于試壓法蘭堵板下方，其活塞頭頂住試壓法蘭堵板的底面，所述液動(dòng)卡箍由其液壓缸驅(qū)動(dòng)，可在水平方向上相向或反向移動(dòng)，當(dāng)卡箍相向移動(dòng)到位后，所述受試井控裝置的下口法蘭、試壓法蘭堵板、頂緊液壓缸均位于卡箍的卡槽內(nèi)，被卡箍箍住，頂緊液壓缸的活塞頭上頂，把受試井控裝置下口法蘭與法蘭堵板的對接面頂緊密封。
2.如權(quán)利要求1所述的油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括模擬管柱裝置，當(dāng)受試井控裝置是防噴器時(shí)，用該模擬管柱裝置封閉防噴器的上口，所述模擬管柱裝置包括堵塞、堵塞牽引卷揚(yáng)機(jī)、可回轉(zhuǎn)的管柱，所述管柱上有一懸臂，懸臂的自由端有滑輪，所述堵塞通過牽引繩懸掛在滑輪上，由牽引卷揚(yáng)機(jī)將堵塞放進(jìn)或移出防噴器的上□。
3.如權(quán)利要求1所述的油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述試壓泵組包括灌水泵、電動(dòng)試壓泵和氣動(dòng)試壓泵。
4.如權(quán)利要求1所述的油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置包括電氣控制裝置和液壓控制裝置，所述電氣控制裝置包括試壓泵組過程控制模塊、試壓法蘭堵板夾持器過程控制模塊、儲(chǔ)水箱液位控制模塊、液壓油壓力控制模塊、泄壓閥過程控制模塊；所述試壓泵組過程控制模塊包括灌水泵、電動(dòng)試壓泵、氣動(dòng)試壓泵工作順序過程子模塊、電動(dòng)試壓泵轉(zhuǎn)速控制子模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述電動(dòng)試壓泵轉(zhuǎn)速控制子模塊采用恒轉(zhuǎn)矩變頻器控制轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)階梯恒壓力試壓。
6.如權(quán)利要求4所述的油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓控制裝置具有兩只油壓控制器，該油壓控制器是由多只電液閥與插裝電液比例閥組合的閥島，一個(gè)閥島用于控制法蘭堵板夾持器油缸的油壓，其中，頂緊油缸的控制閥為插裝電液比例閥，可根據(jù)受試裝置的壓力等級(jí)提供不同壓力等級(jí)的油壓；另一只閥島用于控制防噴器油缸、管匯液壓閘板閥油缸、泄壓閥油缸的油壓，其中，防噴器油缸的控制閥為插裝電液比例閥，可根據(jù)防噴器油缸的壓力等級(jí)提供不同壓力等級(jí)的油壓。
7.如權(quán)利要求1所述的油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還配有數(shù)字式信號(hào)檢測、處理、顯示、記錄裝置，對試壓過程進(jìn)行全自動(dòng)控制、顯示及記錄。
8.如權(quán)利要求8所述的油氣田井控裝置水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還配有視頻監(jiān)視裝置，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，該視頻監(jiān)視裝置包括多臺(tái)攝像機(jī)和顯示器，攝像機(jī)環(huán)繞受試進(jìn)口裝置，從多角度采集其狀態(tài)信號(hào)，供顯示器顯示。
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK103556987SQ201310577360
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】楊勇, 呂玉勝, 王勛, 彭兵, 粟建輝, 楊軍, 方曉慶, 鐘成千 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團(tuán)西南石油局