电气自动化在井下工具实验室的应用策略_路明.pdf

2023年05月|31经用自动化运行代替了人工操作，因此其实验过程中的很多环节对自动化的操作水平要求很高。提高冀东油田井下工具实验室的电气自动化水平，可以大大提高各种硬件设备的工作效率，并且有利于减少故障的几率和破坏性，能够整体提高井下工具研发的效率，通过深入挖掘电气自动化技术的应用，提高实验过程中的智能性，以此提高效率，保证安全性，为油田实现增储创效奠定基础。2 电气自动化在井下工具实验室的主要应用冀东油田钻采院井下工具实验室主要有配电室、动力泵房、辅助动力房、防砂试验室、中控室以及试验工房等组成。包括实尺寸模拟井系统、封隔器检测系统、防砂管评价系统、数据采集系统、智能控制系统和视频监控系统等，并拥有 45 台(套)井下工具拆卸、装配、检测等辅助设备。井下工具实验室按照 API Spec 11D1(ISO14310)V3 级别进行建造，可以开展油浸高温高压试验、水浸高压试验、模拟井下工具试验、拉压扭试验、防砂管评价试验、抽油杆管防偏磨试验等，能够根据试验要求为每一个试验对象提供个性化试验环境，开展全尺寸、0 引言在冀东油田钻采院井下工具实验室运行中，其电气自动化系统可以提高运行效率，这是该研究院现代化科研生产的焦点。该院通过对井下工具实验室中所需环境、压力、温度等的研究，设计相匹配的电气自动化系统监控、操作、安全保护等，再利用独特的网络化、信息化和数字化这些优势，保证了中控室、现场设备和防护系统的协调和统一。这有利于集控管理，实现共享和自动化交换全局数据1-2，还能减少工作人员的劳动量、简化工作的复杂程度，在一定程度上提高井下工具实验室的信息化发展和自动化水平，从而保证电气控制生产可靠和安全的运行。所以，应该进一步的探讨电气自动化技术在冀东油田井下工具实验室的应用和发展。1 电气自动化概述电气自动化技术包括仪表测量、可编程逻辑控制等多种内容，具备较强的综合性和集成度，能够满足冀东油田现代化井下工具研发实验的多种需求。井下工具的研发对技术标准的要求较高，在很多环节都已电气自动化在井下工具实验室的应用策略路明*，吴双亮，张凯轩，陈雷(中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司钻采工艺研究院，河北 唐山 063200)摘要：随着冀东油田提质增效工作的开展，电气自动化被广泛应用在油田的各个领域，冀东油田分公司钻采工艺研究院井下工具实验室为了满足科研项目需求，不断提高自己的自动化水平，降低人员成本，将实验人员从繁琐复杂的体力劳动解放出来，使其掌握先进的现代科技，进一步优化实验方案，满足各类井下工具研发中对复杂环境的实验需求，同时又保证实验数据的可靠性和工作环境的安全性，为研发新的井下工具提供有力保障。目前，该院正积极研究探索更优的电气设计方案，使电气自动化技术更好的应用到井下工具研发当中。关键词：电气自动化；井下工具实验室；研究应用；安全管理中图分类号：TP29 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)14-0031-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.14.010Application Strategy of Electrical Automation in Downhole Tool LaboratoryLU Ming*,WU Shuang-liang,ZHANG Kai-xuan,CHEN Lei(Drilling and Production Technology Research Institute of Jidong Oilfield Branch of CNPC,Hebei,Tangshan 063200,China)Abstract:With the development of the work of improving quality and efficiency in Jidong Oilfield,electrical automation is widely used in various fields of the oilfield.In order to meet the needs of scientific research projects,the downhole tool laboratory of Drilling and Production Technology Research Institute continuously improves its automation level,reduces personnel costs,liberates the laboratory personnel from tedious and complex physical labor,enables them to master advanced modern technology,and further optimize the experimental scheme,To meet the experimental requirements for complex environments in the development of various downhole tools,and at the same time to ensure the reliability of experimental data and the safety of the working environment,providing a strong guarantee for the development of new downhole tools.We will also actively study and explore better electrical design schemes to better apply electrical automation technology to the development of downhole tools.Keywords:electrical automation;downhole tool laboratory;research and application;safety management质量与检测32|2023年05月输出压力控制技术，保证任何情况下，系统加压不会超过设定值。再次，中控室操作面板和现场超高压水加压站操作面板都具备紧急关断操作按钮，紧急情况下按“急停”按钮超高压水加压站迅速关断高压泵，同时对承受高压的管路和腔体进行泄压。同时高压水加压站设备具备操作“防呆”继电保护回路，防止设备的误操作发生意外。油浸试验装置一套大型加热打压设备，自动化程度也很高，适合石油天然气生产的井口装置、连接装置及附件、套管悬挂器和油管悬挂器、阀门和节流器以及其他异径连接装置和封隔器的承压完整性试验。以及封隔器的坐封、解封、耐压试验及强度试验，还有对胶筒、橡胶密封圈等井下用橡胶制品在高温高压条件下进行老化、疲劳性能及寿命评估试验。油浸试验井与水浸试验井最大区别在于对下入罐中的试件可以同时加温和打压，测试试件的耐温、承压和密封性能，以柴油为试验介质。包括高压油加压站一台、加热保温装置一套、三根立式油浸试验套管。油浸高温高压实验操作系统在操作、数据监视记录、安全防护等方面和水浸高压实验系统基本一样。但是油浸系统又利用电气自动化原理，设计了一套柴油的循环利用系统，将打压泄掉的柴油收集到回油箱沉淀，再远程启动滤油机进行精细过滤，放入储油箱备用，减少了柴油的浪费和污染，油浸和水浸实验系统结构原理图如图 1 所示。2.1.2 模拟试验井系统模拟试验井系统一套自动化程度高的打压设备，可模拟 7in、5.5in、4in(177.8 mm、139.7 mm、101.6 mm)等全尺寸工具的实验，可以满足绝大多数采油工具及工艺对工程实验条件的要求；可进行单级或多级管柱的原理试验，多级封隔器坐封、验封、解封可靠性实验和耐压差实验；以及井下工具水力试验、分层注水、分层测试、测试工艺技术模拟试验。能够进行井下压力计、流量计校正试验。该设备的主要特点：(1)流程元件部分：流程切换阀门全部采用气动控制阀。实现远程的试验流程的全过程的功能试验和工艺模拟试验，是冀东油田井下工具研发、试验、检测的智能化平台3。同时，还可以提供井下工具科研技术人员进行学习、培训和技术交流。2.1 井下工具主要实验操作系统2.1.1 水浸和油浸高压实验操作系统水浸试验装置一套大型打压试验设备，该设备性能稳定，自动化程度高，适合石油天然气生产的井口装置、连接装置及附件、套管悬挂器和油管悬挂器、阀门和节流器以及其他异径连接装置和封隔器的承压完整性试验，以及封隔器的坐封、解封、耐压试验及强度试验，还有对胶筒、橡胶密封圈等井下用橡胶制品在高压条件下进行老化、疲劳性能及寿命评估试验。本系统以清水为试验介质。包括高压水加压站一台和三根立式水浸试验套管。该实验操作系统能够在控制台的面板选择“远程控制”或者“现场手动”，非常便捷。操作界面，提供快速流程切换选项，能够进行“一键”流程切换。在中控室远程控制操作台装有嵌入式计算机，能够根据指令和设定参数，自动完成试验过程。计算机之间采用数据链进行信息交换，实时传递数据。上位计算机系统采用工艺流程化的信息界面，实时显示试验状态和各点的实验参数。上位计算机的强大绘图和数据处理功能，能够实时曲线化显示试验过程。远程采集压力数据，能够在控制室计算机屏幕和控制仪表上，观察现场的压力，试验完成后能够进行试验数据的曲线回放、数据查询及报表打印。也可以选择“现场手动”，控制、操作和观察非常方便，对发现的问题能及时快速处理。远程操作可以减少人员在高压区停留的时间，更安全，是常用操作措施。这台操作系统在加压时具有很高的安全性4。首先是三级过压保护措施：第一级继电过压保护：当打压超过系统设定压力时，控制室的压力处理系统发出报警，由压力显示仪表强制控制高压泵停泵。第二级计算机过压保护：当控制系统测量压力超过极限压力时，启动快速泄压通道快速泄压。第三级本质安全保护：采用本质安全型的高压加压泵和可靠的高压泵的井 下 工 具 检 测 系 统图1 油浸和水浸实验系统结构原理图2023年05月|33制元件，包括刀开关、熔断器、中间继电器、旋钮开关、控制按钮等。还包括远程压力和流量测试仪表，计算机程控模块，计算机及其测控系统软件。用多个远传压力传感器分别测量实验井筒输入和输出压力，并实时向测控系统发送测试数据。远传流量计测量试验回路液体实际流量，并实时向测控系统发送测试数据。计算机程控模块及计算机测控系统软件配合，收集和处理压力、流量等测试数据，并在计算机上实时显示试验情况，并能存储、显示和打印试验结果图表。该控制室具备紧急情况下的关断控制，防砂筛管评价实验系统结构原理图如图 3 所示。2.2 视频监控系统井下工具实验室采用的是数字化高清视频监控系统，主要有摄像机(镜头、云台、防护罩)、视频解码器、控制台切换装置、监视设备、硬盘录像机等设备组成5。摄像机拍摄到的信号经过解码器解码，再传到监视设备上供实时观察和监视。实验室配有 15 台高清数字摄像头，可以实现对水浸、油浸系统和模拟井等远程打压实验时，现场辅助监控，还可以实现对高风险设备的针对性监控，如高压柱塞泵、地坑内高温导热油泵和加热系统等巡检监控，减少实验人员在高温高压区停留的时间。同时录像设备将视频录像记录保存下来，供科研人员分析实验过程细节，优化实验方案，还可以在发生事故时调查取证使用。切换，为了安全起见每个阀门具备现场操作手柄。试验流程具备远程泄压控制阀，实现承压流程的远程泄压，减少操作人员在高压管汇区的停留。(2)操作控制部分：数据采集采用远程压力和流量测量，能够在控制室计算机屏幕和控制仪表上，观察现场的压力和流量。(3)计算机显示和控制部分：计算机强大的绘图和数据处理功能，能够实时曲线化显示试验过程。试验完成后能够进行试验数据的曲线回放、数据查询和报表打印。(4)安全防护控制部分：控制