井下工具自动试压系统实施方案.doc

井下工具自动试压系统实施方案编制单位：川庆钻探长庆井下技术作业公司实施单位：川庆钻探长庆井下技术作业公司 北京矿冶研究总院编制时间：2009年5月一、生产需求和需要解决的关键技术问题川庆钻探长庆井下技术作业公司石油压裂每年消耗井下钻具5000套以上，其中需要进行水力试压检测的工件在4500套左右。目前井下工具都采用人工试压检测方式，不仅工作效率低，劳动强度大，试压过程中不安全因素多，而且很难保证工具试压的效果。首先是试水的压力不能准确显示，无法确定试压压力是否达到要求；其次是试压时间不能准确保证，完全由工人自行操作；此外工具耐压状态也是依靠工人经验判断是否合格，很难保证工具耐压实验的准确性。这种生产方式比较落后，无法适应石油生产的快速发展，操作人员劳动强度高，生产效率低，并且操作人员和试压件近距离接触，存在较大的安全隐患。近年来常有由于井下工具引发的事故，由此带来巨大的经济损失和不良的社会效应。因此如何保证井下工具的质量成为各大油田面临的一个日益紧迫的问题。试压工序的技术改造首当其冲。如何提高试压工序的效率和劳动安全，以及降低工人的劳动强度，尤其是如何保证试压测试的准确性，保证工具的质量等问题是研制新型试压机的关键。因此有必要开发一种针对性强、测试范围广、自动化程度高、作业环境更安全的井下工具自动试压系统，以提高生产效率，保证试压检测工序的安全及准确性，确保井下工具检修过程优质、高效进行。根据文献检索，和广泛调研，国内目前仅大庆油田有一套井下工具全自动试压系统，但该系统受现场条件限制，没有安装在专门的防护地坑中，存在安全隐患，而且安装时间较早，有些软硬件设施与当前的生产已不能很好地匹配，存在改进的必要。本项目需要解决的关键技术问题是试压工具两端封头的装配、井下工具进出试压防护地坑的自动传输、试压密封头对试压工件的自动夹持、试压过程的远程自动控制和有效监控、试压后工具两端封头的拆卸等。二、研究目标、主要研究内容1研究目标开发一套井下工具自动试压系统，以实现对井下工具试压检测工序的自动化操作。2主要研究内容（1）整个自动化试压系统生产流程和工位、工步合理联动的优化设计；（2）装夹机构的开发研制；（3）工件进出防护地坑的自动传输（4）工件进行高压测试时高压自动密封装置的开发研制；（5）工件进行起压、稳压和泄压的自动化控制系统的配套使用。三、关键技术和技术研究路线1关键技术：（1）试压工件在进入防护地坑前需完成两端封头的装配，采用气动扳手，需要考虑工具的有效装卡；同样，在试压完成后，工件两端封头采用气动扳手拆下，也需有效装卡；（2）试压工件进出防护地坑时的全自动传输系统设计，需要考虑到准确有效的传动机构及其控制组件来完成；（3）定位机构的设计，需要考虑适用于不同的试压工具；（4）高压系统设计，重点解决高压密封装置及其材料的选择和设置，以及压力的可调，适应不同测试范围；（5）系统自动化控制设计，主要涉及到特殊应用软件的编制和调试。井下工具自动试压系统要求能够实现长庆井下技术作业公司全部批量（4500套/年）井下工具的试压工作，最大程度实现全程自动化。合理确定工具试压的工艺流程，并根据工艺流程设计安装各工位的设备及工具。2技术研究路线（方案）（1）设计试压工具的储料和分料机构，储料仓的底板有一定的倾角，便于工具滚动，储料量在1520根。为适应不同长度的工具，储料机构两侧的挡板设计为可移动的。出料口处设一挡板，保证工具逐个出料仓。与料仓衔接的是倾斜滚道，宽度适应于多种工具。在倾斜滚道的前端设有分料机构，保证工具逐个进入装配夹具内。分料机构由两组油缸实现。（2）设计专用夹具，实现试压工具两端封头的自动装配。封头拧紧由气动扳手完成，两侧各设一气动扳手，气动扳手固定在可移动支架上，可沿轴线移动，并可调整中心高，以保证工具和气动扳手同轴。工具进、出夹具由人工辅助。（3）设计试压工具的承接机构，使装配好封头的工具3件一组，按设定中心距排列，为套装防护套管做准备。承接机构的承接台通过丝杠丝母传动可沿轨道移动，使3个工位依次承接工具。承接机构宽度适用于多种工具。在导轨的终端设有定位装置，使承接台上的工具与防护套管同轴。（4）设计防护套管自动套装机构。采用油缸和可调推板，可实现不同长度工具防护套管的套装。（5）设计试压专用托盘和水平输送机构，完成试压工具在水平方向上的传送。专用托盘设有3个工位，中心距与承接台一致，并可限制防护套管和工具的轴向串动。试压专用托盘可由吊车吊起放置在可沿导轨移动的水平输送装置上，托盘可在移动机构上定位。在导轨的一侧有与承接台对应的定位装置，使工具和套筒同轴。水平输送装置采用丝杠丝母传动，带动专用托盘水平移动。（6）设计转接结构，实现试压专用托盘从水平运动到垂直运动的转接。当丝杠丝母传动到极限位置后，由转接机构的油缸推动专用托盘继续向前运动，直至到可沿垂直轨道运行的提升机构上。（7）设计垂直提升机构，实现试压托盘从地面高度到防护地坑试压工位的运输。垂直提升采用丝杠丝母传动。专用托盘在提升机构上可定位。试压工具在达到防护地坑底部时可在试压工位定位。（8）设计工具试压系统，适用于多种工具试压。采用端面密封形式，通过液压系统实现密封和保压。两侧密封头向内的移动通过丝杠丝母机构实现，两侧密封头呈对称形式向内移动。密封头之间距离的微调和加压由油缸实现。（9）高压水系统的设计，实现向工具内腔注水和定时保压。3件工具同时试压，能够及时鉴别出工具是否满足试压要求。（10）设计水收集系统，净化环境。（11）设计试压后工具的输送机构，完成试压后工具由防护地坑到地面上下一工位的传输。载有试压工具的专用托盘从与入料方向成90的方向输出。（12）设计防护套管退出的机构，完成试压工具与防护套管的分离。特殊设计推杆，同时完成3件工具的套筒退出。整套机构适用于不同长度的工具。（13）设计两端封头卸扣机构。人工辅助完成封头的拆卸，最大限度降低劳动强度。（14）设计高压水系统接口，试压压力可实时显示，高压电动阀控制水的接通和切断。（15）设计液压系统，实现液压驱动。（16）设计自动化控制系统，开发专用控制软件。从套装防护套管工序开始至退出防护套管工序为止全部由电脑控制。整个过程设有可视实时监控，故障及异常报警等装置。四、预期成果和性能指标1预期成果形成一套井下工具自动试压机组样机，型号为SY60-I。用于完成常见井下工具的压力检测工作，试压范围0-35MPa，一次加压可同时测试3件工具，单次测试时间小于20 min(计时从试压工具套装防护套管开始到试压工具从防护地坑提升至地面退出防护套管结束，其中保压时间3min),转接准备时间约10min，即每小时的处理量为6件，可满足工具车间的日处理量的要求，整体设计适用于长庆油田试压工具的特点及现有厂房的布局。2设备的主要技术指标试压工具长度： 350-920mm 试压工具直径：外径110-146；试压介质：水试压范围：0-35MPa单次试压件数：3件保压形式：封闭保压保压时间：可按工具要求设置密封形式：端面密封3设备的组成及其功能SY60-I型试压机组主要包括上（卸）扣系统、防护套管装配（退出）系统、输送系统、试压系统、高压水泵系统、液压系统、电气自动化系统等组成。上（卸）扣系统：完成试压工具两端封头的装配和拆卸。操作人员利用现有吊车将装配好的待试压工具移至试压机组的储料装置上，由自动分送机构将待试压工具依次送入装配夹具内，夹具卡紧工件，两侧的气动扳手旋紧封头，将装配好的试压工具放入承接机构的定位槽内，3件为一组。同样，试压后的工具由人工逐个放入拆卸夹具内，由两侧的气动扳手旋下封头。防护套管装配（退出）系统：完成防护套管的套装和退出。试压前需完成防护套管的套装，试压后需完成防护套管的退出，均采用油缸推动工具移动的方式完成。装配时，由中心定位装置保证工具与套管同轴。输送系统：包括试压工具在试压前的水平、垂直输送和试压后的垂直、水平输送以及其间的转接结构。装有待试压工具的专用托盘通过输送系统从地面高度送入位于-2.5m的试压空间，试压结束后再将工具输送至地面；试压前水平方向的输送采用丝杠丝母传动方式，丝母带动移动小车在水平导轨上移动，载有试压工具的专用托盘放置在移动小车上，并可定位；当小车带动专用托盘到达水平移动的终点，由转接结构的油缸将专用托盘推至可垂直运动的小车上。试压后水平方向的输送采用同理的机构。垂直方向的输送采用丝杠丝母传动方式，运行速度满足要求，并有上、下的定位功能。试压系统：是试压机组的主体，可完成多种工具的试压，其主要功能是实现试压时工具两端的密封。当承载待试压工具的专用托盘位置固定后，试压机构的定位系统启动，将工具两头分别认进试压头内，实现预紧，试压头为特殊结构设计，可有效实现工具两端的端面密封。试压头预紧后启动保压油缸，活塞杆推出顶紧工具并一直维持压力，试压头加压，实现密封，试压头内压力通过压力传感器将压力值传送至控制台并显示出来；试压机架为落地式、水平拉力杆对称布置，钢板焊接。耐高压注水阀固定在机架一端。工作时由丝杠丝母机构（大行程）和油缸（小行程）驱动试压头前进和后退。试压结束后，保压油缸卸荷，两端试压头分别退回，释放工具，完成一组工具的测试；高压水泵系统：用于试压工具内腔升压，可同时完成3件工具的试压。由注水管向工具内腔注水加压至工艺要求的水压并稳压一定时间，工具内腔的水压通过水压传感器可在控制台上直接显示。可根据水压值的突然降低判定工具可能发生泄露，或是由实时监控图象，在控制台上观测试压工具的情况，辅助判断工件是否满足试压工艺的要求。高压水泵系统由高压泵、高压控制阀、高压管线等组成，保证试压压力满足要求，系统运行安全可靠，同时试压压力可根据要求的试压范围进行调整。液压系统：为所有液压驱动机构提供动力。电气自动化系统：包括自动控制及实时监测系统。从上料至试压结束的全过程实现自动控制，各部分动作协调，衔接顺畅，定位准确，工件输送过程中无需人工干涉。试压工位全过程监控，画面显示，操作人员在控制台上可即时观察试压工况。五、项目进度要求2009年5月确定试压机组整体设计方案和工艺流程2009年6月-9月各组成系统的设计开发，确保各系统工作协调2