1、修井作业防喷器试压监控系统重 庆 渝 华 矿 山 机 械 研 究 所2013 年 1 月11 系统构成1.1 系统基本构成原理修井作业防喷器试压监控系统是为完成防喷器试压过程的监视、数据采集和控制而专门研制的。该系统可完成常用不同尺寸和压力等级井控装备的连接、密封、试压控制和监视，以及试压过程中数据和图像信息的自动采集和记录等工作。本系统主要由数据采集系统、试压监控系统、电控系统和微机控制系统、液压站及液控执行系统、以及图像和数据管理系统等几大部分构成。系统控制采用了以微机和可编程逻辑控制器 PLC 为核心的总线结构，具有系统可靠性高、可扩展性强、操作应用方便、美观实用等特点，能同时满足对 1
2、40MPa 以内各种常用井控装备和压力容器的水压试压，以及监控和数据自动采集等工作。系统的总体构成及基本控制原理如图1-1 所示：图 1-1 系统的总体构成及基本控制原理21.2 系统主要构成及部件防喷器试压监控及数据采集系统的主要构成及各子系统间相互关系如图 1-2 所示。图 1-2 系统主要构成及关系1.2.1 主控台主控台主要由工控机、电控操作台、监视器和显示器、硬盘录像机、显示仪表、PLC 程序逻辑控制器、各种控制组件和控制软件等构成，如图 1-3、1-4 所示。井控装备试压的全套测控和监视工作均可直接在主控台上完成。图 1-3 系统主控台31.2.2 液压站及液控执行系统该系统主要为
3、试压系统中的试压装置（液动夹持器）和防喷器提供液压源，并根据要求完成对控制对象的动作控制和压力检测。液压站所能提供的最大系统油源压力为 21MPa。顶 缸增 压 缸双 向 油 缸S5防 喷 器S2S4S3S1试 压 装 置 工 作 油 压 0 14MPaP1F1 F2F3F8 F4 F5 F60 21MPa25L/min/25MPa溢 流 阀柱 塞 式 油 泵液 压 站 液 压 原 理 图DFY18-105试 压 卡 箍压 力 表0 25MPa防 喷 器 油 缸 输 入 油 压 0 21MPa210升 /31.5MPa11KW/1000rpmS6D减 压 阀减 压 阀J3J2J1程 序 控 制
4、 器P2F7压 力 表压 力 表图 1-4 系统基本控制原理图4D防 喷 器电 动 泵防 喷 器 试 压 进 水 、 泄 压 示 意 图泄 压 阀 1水 箱压 力 表2FZ2835P2S5水P1泄 压 阀 2压 力 表泄 压 阀 3图 1-6 液压站及液控系统原理图1.2.3 试压装置防喷器试压装置主要用于完成对各规格防喷器的自动卡紧和密封。其最大卡紧密封压力为 105MPa。1.2.4 高压进水及泄压设备试压泵技术参数表电 机型号 流量 L/h 排出压力 MPa泵速Min-1 型号 功率 Kw外形尺寸长宽高质量 KgCB125-5.5 84.7 125 150 Y123M2-6 5.5 16
5、906751000mm630液动平板阀技术参数表型号 公称通径 mm 公称压力 MPa 控制油压 MPa 外形尺寸长宽高 mm重量 KgYPF20-105 20 105 8.510.5 280255455 75高压进水及泄压设备主要由电动试压泵、液动平板阀、D8-140 高压单向阀及管线等构成。其中电动试压泵的最大工作压力为 125MPa。其中电动试压泵采用变频控制，泵速无级可调。51.2.5 摄像系统摄像系统主要由 4 套彩色一体化工业球形摄像机以及相关控制单元等构成。 1.3 系统主要特点1.3.1 技术特点1、该装置结构简单安全可靠，最大可试 2FZ18-105 防喷器。2、该装置配 2
6、 付弧卡，1 付可试 2FZ18-105；2FZ18-70；2FZ18-35 防喷器；另1 付可试非标 2SFZ18-35 防喷器（法兰尺寸：380*55，R45;颈部高度 50） 。3、主机配置试压底法兰规格为： 18-105/18-70；18-35(R46)，18-35（R45)规格试压底法兰 3 件，另配 18-35（7“-35）热采井口盲板 1 件（上螺栓用） ，尺寸为：400*80，钢圈 R46，总共 4 件。钢圈槽满足 API 规范 6B 和 6BX 规范，钢圈槽镶嵌优质不锈钢材质。1.3.2 主要工作原理1、DFY18-105 防喷器试压装置是为完成防喷器试压过程的控制而专门研制
7、的。该装置可最大完成 2FZ18-105 防喷器的连接、密封、试压控制等工作。本装置主要由液压站及防喷器试压装置、操作系统管压进水系统、摄像系统等构成。具有操作方便、美观实用等特点，能满足通径为 18cm, 压力为 105MPa 以内标准型液动防喷器及水压试压，以及 21MPa 以内的油压试压等工作。2、装置主要构成及部件主要由底座、双向油缸、卡箍（变换件） 、固定油缸、上顶活塞、活动盲板（变换件） ，导向销(件 12) 、增压缸、组合接头体、 Yx 型密封圈等主要零部件组成底座是承受本装置和试压工件质量的基础部件。双向油缸置于两卡箍底部，通过进出油压带动卡箍左右运行,从而打开或合拢卡箍。卡箍
8、安放在底座上面左右两端,是卡住试压工件法兰的主要受力件。上顶活塞及活动盲板为顶住试压工件法兰的施力件。固定油缸为一固定在底座上的承压件。增压缸是专为试验 2FZ23-35、2FZ18-105 等防喷器及四通时的专用增压装置。活动盲板上设有一条密封槽,以满足不同规格的试压工件密封试验。3、液压站或液压阀站主要为试压装置和防喷器油缸提供液压源，并根据要求完成对控制对象的动作控制和压力检测，液压站所提供的最大系统油源压力为21MPa。控制试压装置的控制阀远控操作可配电磁换向阀，近处操作可配手动换向阀。62 系统功能设置为实现试压作业控制过程，系统在主控台上设置了相应的功能及控制单元，如图 2-1 所
9、示。其中包括：系统启动单元、试压装置及管柱模拟装置控制单元、防喷器控制单元、试压泵组控制单元、控制指示及变频器控制单元、视频控制单元、以及系统微机控制单元等。2.1 系统启动单元该单元主要用于试压系统的启动。其中包括：“系统电源” 、 “监视电源” 、 “控制电源” 、 “液压站控制” 、以及试压装置对象的选择设置。操作者可根据实际所要进行的工作，启动和完成相应的设置。 2.2 防喷器控制单元（备用）该单元用于实现对防喷器试压过程中的动作控制，见下图。该单元设有三个或二个相互独立、且功能完全相同的控制通道，可满足对不同组合防喷器组的试压控制要求。该单元包括：试压防喷器控制通道选择开关、防喷器动
10、作控制开关、防喷器油腔泄压控制开关，以及各通道防喷器开/关闭腔的油压显示仪表。2.3 试压泵组控制单元该单元主要用于实现对试压泵组的控制，试压压力显示，以及紧急泄压及停泵安全按钮。并且通过变频控制器实现对电动试压泵泵速的无级控制。2.4 视频控制单元该单元用于对试压图像的远程监视控制。主要由硬盘录像机、摄像机镜头及云台、图像监视器等构成。2.5 系统微机控制单元该单元是试压系统的核心部分，具有除上述启动单元之外的所有系统控制和监视功能，并可完全独立于上述电控操作试压系统，直接用微机操作完成整个试压测控和监视工作，并可自动或控制完成试压参数、曲线和图像等信息的显示、采集和记录、以及试压信息管理和
11、打印输出等工作。该单元主要由工控机、PLC 程序逻辑控制器、系统控制和信息管理软件，以及试压曲线和图像显示控制屏、试压操作控制和参数显示屏等构成。2.6 热采井口试压单元7该单元是热采井口的单独配件，含 1 件带联接螺孔的盲板（1.3.1-3 已说明） 、10米高压硬管、1 个耐高温的 21MPa 安全阀。3 系统运行环境及要求3.1 系统电源系统采用电压为 220V 和 380V、50Hz 的交流电进行供电。其中主控系统的电压为 220V，总功率约为 2.0KW；试压泵组系统、以及液压站和管柱模拟装置的驱动电压为 380V，总功率约为 35KW。3.2 系统油压压力系统采用液压站提供液压油源
12、压力，液压站的最大工作压力为 21MPa。液压站根据控制对象的不同分别提供不同的油压压力。其中防喷器系统的控制压力调定在10.5MPa 左右；试压装置根据夹持对象的不同分别提供 10.5MPa（用于 105MPa 井控装置的卡紧密封）的油压压力，然后由夹持器自行完成相应的油压增压动作。3.3 水压试压压力在不使用试压装置情况下进行试压的最大试压能力为 105MPa；在需通过试压装置对防喷器进行试压时，其最大试压能力为 105MPa（否则可能造成试压装置（液动夹持器）的损坏） 。3.4 其 他 系统正常运行环境温度为 050； 严格按照电源电压规定使用，严禁电源电压超出要求范围； 液控油源压力不得超过 21MPa，否则可能导致传感器和电磁阀损坏； 需确保主控制台以及系统相关设备接地良好，以防止传感器等电子设备因电磁感应等原因而影响系统正常工作或造成损坏。
