石油钻采阀门（精选三篇）
石油钻采阀门 篇1
1 石油钻采阀门堆焊的要求
在石油开采过程中由于一些深层油气田富含大量腐蚀介质, 例如高氯化物、CO2、H2S等, 对钻采设备造成了腐蚀, 进而对开采工作效率和工作质量有一定程度的不利影响。因此, 为了增加设备的使用寿命, 并使其耐腐蚀性得到增强且符合低制造成本要求, 常见的制造方法就是堆焊一层镍基合金在低合金阀盖和阀体的表面, 一些典型的需要堆焊基体母材是2.25Cr1Mo、8630MODIFIEL、AISI3140等。阀门制造要满足NORSOK、NACE MRO175、API6A/IS010423、ASME IX的认证, 比如API6A/IS010423的标准下堆焊金属铁的含量要控制在5%至10%, 焊缝稀释率要控制在5%至10%, 此外机加工后的堆焊厚度也要确保大于3.17mm等。不过这类阀件往往重达数十吨, 而且需要堆焊的孔径深度可达2m, 最小可达40mm, 难度的增加无疑需要满足全位置焊接。
2 国外石油钻采阀门堆焊的发展现状
美国的石油业在国外来说最为发达, 且作为一个标准为世界各国阀门制造所用, 例如美国机械工程师协会ASME、美国腐蚀工程师协会标准NACE、美国石油协会标准API等。以IHC、Weirpump、Flowcontroltech、AkerKvaener、FMC、CooperComeron、ABB Vetco Gray为代表的海陆油气钻探服务和产品供应商闻名世界, 它们在世界市场上占有相当大的份额, 令人惊叹。从二十世纪七十年代开始, 发达国家就开始使用表面堆焊技术, 至今已经有了近30多年的历史, 且不断发展技术改革创新, 实现了从手工电焊发展到现在的自动热丝TIG堆焊技术。
3 国内石油钻采阀门堆焊的发展现状
相较于国外发达国家而言, 我国堆焊业起步较晚, 堆焊技术也尚未成熟。和国外的自动化热丝TIG堆焊相比, 国内绝大部分阀门制造商仍旧在使用相对落后的手工电焊, 存在着无法堆焊内孔孔径小而深的阀门、制造成本较高但焊接质量却较差、焊缝稀释率较高等缺陷。国内的阀门制造业要想取得实质性的发展, 就得把堆焊技术更新换代, 缩短与国外发达国家的技术差距。
4 内壁热丝TIG堆焊
4.1 热丝TIG堆焊的工艺原理
热丝TIG堆焊通过以传统普通的TIG堆焊为基础, 改革创新使用了热焊丝进行焊接, 主要内容包括系统控制器、焊枪、热丝电源、TIG焊电源。热丝TIG堆焊接法是工件是接正极, 而焊丝和TIG焊枪加热端是接负极。另外, 热丝TIG堆焊采用的是脉冲电弧和脉冲协同送丝并对送丝和焊枪倾角有着非常严格的要求且填充焊丝需要始终伸入熔池之内。过高的电压会产生新电弧并干扰焊接电弧稳定性, 所以热丝电源工作电压要保持在1.5V至5V, 热丝电流要保持在75A至150A, 而焊丝加热长度则是10mm至25mm。热丝TIG堆焊可以通过送丝速度、热丝电流、焊接电流协同控制, 以此来提高焊接速度和熔敷效率, 在一定程度上将焊缝稀释率尽可能地减少。在焊接参数保持稳定的情况下, 通过提高送丝速度和热丝电流, 可以有效降低熔池的温度。举例说来, 若是熔敷效率为2kg至3.5kg/h, 可以将焊接速度提高一倍并将焊缝稀释率减少50%左右。
4.2 Fronius ETR-S热丝TIG内壁堆焊系统
4.2.1 ETR-System堆焊系统
ETR-System堆焊系统的部件有FPA9000 D堆焊系统控制器、FPA9000-RC遥控编程器、TT450直流氩弧焊电源、TP1500HD热丝电源、立柱和横梁操作架、十字滑架、ETS焊枪旋转装置、特殊的堆焊焊枪。
如图2所示整个的阀门堆焊工作过程都是由CNC数控的系统控制器FPA9000进行预先的CAD/CAM编制, 然后集中控制ETR-S焊枪旋转机构的转动、十字滑架的运动以及各种焊接参数。在焊接前夕, 焊枪会自动在接触工件后便回抽到预设距离并高频引弧开始着手焊接活动。而ETR-S焊枪旋转机构会通过带动焊枪的旋转来按照预先编定的焊接轨迹, 对阀门内壁进行焊接可以一次完成整个的阀门堆焊。在焊接过程中也采用了弧长控制技术, 确保了钨针和工作高度始终保持一致, 这在对于容忍工件不规则上有着一定的良好作用。此外, 焊接过程和焊接参数都可以在FPA9000上的PC机上进行打印、存储、显示, 还可以通过对焊接限值进行设置, 确保自动质量监控的实现。
4.2.2 ETS-System系统的优点
ETR-System系统最大的优点就是阀门直接放在叉板、地面、平面上, 在焊接过程中无需转台转动而是焊枪转动;此外ETR-System系统还有自动定中心的功能, 在焊接之前只需要将焊枪进行移动至需要进行堆焊的孔径内, 就可以自动寻找中心并进行定位功能;应用“bore-to-bore”软件系统就会自动设定和计算焊接的起和停, 如果到达了空孔边缘焊接就会自动停止收弧, 再运行到对面的空孔边缘重新起弧焊接十分便利;其最小的堆焊内径可以达到45mm, 且深度可以达到2m;自动化程度极高, 只需编程无需焊工, 焊接技术要求且焊缝重复精度高、焊接质量也高。
4.3 热丝TIG堆焊和普通TIG堆焊相比较
热丝TIG堆焊和普通的TIG堆焊进行比较在一些方面都存在着不容忽视的优势, 具体分为以下几个方面:
(1) 熔敷率。和普通TIG堆焊相比, 热丝TIG堆焊的熔敷率可以到达3kg至3.5kg/h, 而普通TIG堆焊的熔敷率由于受到技术限制, 其极限值往往只能到达1.5kg至2kg/h。
(2) 焊缝稀释率。和普通TIG堆焊相比, 热丝TIG堆焊的焊缝稀释率能降低到60%左右, 这在一定程度上将耐腐蚀性能做了高效提升。
(3) 焊接速度。和普通TIG堆焊相比, 热丝TIG堆焊的焊接速度是普通TIG堆焊的焊接速度的两倍以上, 这在一定程度上对效率的提高起着保障作用。
(4) 堆焊面积。和普通TIG堆焊相比, 热丝TIG堆焊在同等的焊接速度和同等的电流下, 堆焊的厚度或者面积能提高至少30%~50%之多, 足见其优越性。
具备以上优势的热丝TIG堆焊技术在实际运用过程中, 能够在阀门生产过程中提高效率并保证质量, 具体表现在提高石油钻采阀门的耐腐蚀性、耐磨损、适应温度的能力, 为其开采工作提供帮助。
5 结语
石油钻采阀门堆焊是为了满足相关的工作要求, 也因此要严格要求焊接的质量。Fronius ETR-S热丝TIG焊系统结合了先进的专机制造技术和热丝TIG焊工艺, 具有完成任务速度快、可以连续高效焊接、运行成本较低、堆焊质量较高等特点, 能够为阀门堆焊的高质量起到保证的作用, 并为石油开采提供保障。
摘要：无论是在陆地还是海上的石油钻采和生产过程中, 石油钻采专用阀门都是相当重要的部件之一。对石油钻采专用阀门而言, 耐强腐蚀性是对它的一项重要要求, 但因为它具有焊接质量要求高、可达性差、形状特殊、重量大等特点存在, 就如何才能有效进行堆焊高质量化而言, 一直是石油阀门制造行业所关注的问题。
关键词：石油钻采阀门,热丝TIG堆焊,Fronius ETR-S
参考文献
[1]李国荣.我国深水石油钻采装备现状及发展建议[J].石油机械, 2009, 37 (8) :87-91.
[2]李玉龙, 禹业晓.TIG堆焊技术研究进展[J].电焊机, 2012, 42 (12) :70-76.
石油的钻采设备及工艺 篇2
石油钻采设备系指专用于陆地和海洋石油、天然气开采的装备。
它主要包括陆上石油钻采设备，海洋和沙漠石油钻采专用设备、钻具(井下钻采工室外具)等。
在整个石油钻采装备中，石油钻机占70%，采油设备占20%，其余装备占10%。
当今，全世界有一百多个国家和地区从事石油和天然气的勘探和开采，但只有二十多个国家能够制造石油钻采设备，其中美国实力最强，水平最高。
我国钻机制造水平已经领先于俄罗斯，与欧美先进厂家水平大体相当，但成本低20%-25%。
我国现已基本掌握国际先进的石油钻采设备制造技术，先后开发了适用于陆地、石油钻采设沙漠及海洋作业的石油钻机，传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机电复合传动并举。
二、石油钻采设备发展目标
1、钻井设备及工艺。
开发全电驱动和复合电驱动(SCR滞留电驱动钻机和VFD交流变频电驱动钻机)钻机，提高钻机自动化和智能化水平。
建造钻机机、电、液、气.信息和钻井仪表、自动送钻一体化网络平台。
①为缩短钻机移动过程的拆卸、运输、安装时间，大力发展车装钻机和拖挂钻机，4000m以上钻机采用大拖挂方式，3000以下钻机发展车装交流变频驱动和车装全液压驱动。
②在顶驱钻机制造方面，进一步提高SCR顶驱液压系统、电控系统的可靠性，发展系列变频顶驱。
③提高常规型泥浆泵( 52MPa)的可靠性，开发研制智能化软泵系统、自动检测等单元技术，开发液缸起立环形布置泥浆泵和液压泥浆泵。
2、采油设备及工艺。
机械采油设备研制方面。
机械采油设备的研究和开发，可满足开采难度大的油井和稠油、结蜡、结盐等油井的需要，提高经济效益和节能降耗效果，提高整机效率和可靠性，提高自动化和智能化控制技术水平。
①开发三次采油设备和稠油采油装备，加大在用量较大的游梁式抽油机等的节能降耗改造力度。
②修井机研制方面，努力提高产品的安全可靠性、自动化水平、集装化程度和移运能力。
大力研制适适用于深井、边远地带的修井设备，以及沼泽、严寒.沙漠地区使用的特殊修井机。
③固井压裂设备研制方面。
大力发展大功率、多功能、自动化系列压裂车，发展大排量、高砂比、多功能和自动化混砂车。
3、油气输送管道设备。
大力.发展油气输送钢管和输送设备，包括敷管钻机、天然气长输管道增压机、大口径高压油气集输管道阀门和油气管道钢管和器材。
中型管道非开挖敷设定向钻机市场需求量较大，中型钻机技术上优于小型管道钻机，而难度远低于大型管道钻机，因此应大力发展。
三、我国石油钻采设备工艺
1、我国首台1米深井钻机。
这是继9000米钻机研制成功后，又开发成功的我国首台陆用12000米交流变频电驱动钻机，也是目前全球技术最先进的特深井陆地石油钻机。
该钻机采用国际最先进的全数字化交流变频控制技术，作业全部实现了智能化控制，能保证在-40℃环境条件下进行正常钻井作业。
钻机的核心部件基本实现了国产化，12000米钻机的快速成功问世，将把我国陆地深层和海洋深水油气田、大位移井及其他复杂超深油气藏的勘探开发技术提高到一个新的层次。
2、首台人工岛环轨移动钻机。
人工岛7000米环轨移功摸块钻机，其环形轨道移动设计为全球首创技术。
填补了国内空白。
该钻机主模块把地面上搬家的设备全部集中到一个平台上，缩短了搬运安装时间，大大提高厂钻井时效，是加快我国近海地区石油气开发、实现海陆采的战略性精良钻井装备。
该钻机主模块开创了海洋钻机陆用化的先河，其弯道滑移技术属全球首创。
3、我国首套多功能海洋3000米钻修井机。
这种钻修井机集钻井，完井、修井三项功能于一体，适用于自升自航式海洋多功能钻井船作业。
在结构设计上，全部实现模块化和高移运性。
大大减少设备的现场吊装工作量，可满足海上作业现场频繁拆卸、移运和安装的需要，能大大地提高海洋油气勘探开发的工作效率。
该设备在国内第一条海洋多功能船上为多个油气作业平台提供服务，标志着我国海洋石油钻采设备研制实现新的突破。
4、万米以上石油开采钻机交流变频控制系统。
12000米超深钻机交流变频控制系统自主研发成功，标志着我国在超深井石油开采设备研制方面取得重大突破，也代表目前我国钻机电控系统的`最高水平。
该系统可以根据钻机在钻探过程中的实际工作状态，通过自动送钻、冗余控制、多电机负荷分配、一体化控制等技术，对深入地下的钻机发出不同指令，使钻机达列最佳工作状态。
5、万米测井绞车。
采用国内先进的电比例控制和液压控制双模式控制系统，液压泵、液压马达、低速阀三级变量控制，实现了大范围速度，超低速测井，速度范围达到20-10000m/h，测井深度可达1.15万米，比国际同类产品深1500米。
四、发展石油钻采设备意见
1、技术政策方面。
一是参照美国API标准，完善我国钻采设备标准体系，并认真组织贯彻执行。
对不符合标准的产品，主管部门要采取强制措施，使用部门有权拒绝使用。
二是加强浅滩、海洋和沙漠油田用的成套设备研制和技术攻关。
我国的近海和沙漠蕴藏着丰富的石油资源，特别是西部广大沙漠地区，将是我国近期最重要的石油后备资源。
目前海洋石油开发设备还仍然主要依靠国外，国产设备所占比例极少，而开发浅滩和沙漠油田的设备基本上尚属空白。
因此，我们必须加快研制海洋、浅滩和沙漠油田设备的步伐，尽快摆脱依赖国外的被动局面。
三是加强基础技术和关键零部件的攻关，开展产品的可靠性研究。
四是把发展成套钻采设备所需配套产品提到重要议事日程上来。
我们在抓主机的同时，一定要把配套产品抓好。
五是发展变型产品、“积木式”产品，提高石油钻采设备的多变性和适应能力。
2、组织措施方面。
一是要适当增加对石油钻采设备关键技术攻关的投入。
二是应设立风险基金和奖励基金。
应该设立风险基金，支持发展我国海洋、浅滩、沙漠的石油钻采机械企业而承担风险，并对支持发展国产设备有成绩的使用部门、基层，要给予表彰和奖励。
石油钻采水力模拟实验系统设计 篇3
1 水力模拟实验系统组成
石油钻采水力模拟系统由模拟井组、高压管路系统、低压管路系统、管路控制流程和数据采集与控制系统组成, 如图1所示。
模拟井组包括抽油机井、电潜泵井、井下作业井、井控井。每个模拟井的井身结构根据试验工艺设计组装, 井口安装采油树及控制阀门组。采油树通过大四通、小四通分别与低压管路和高压管路连接, 通过控制阀门进行切换工作, 以适应不同的工况要求。
高压管路系统包括高压柱塞泵组, 蓄能器组, 流量计, 压力传感器, 高压控制阀等主要设备元件, 能为实验模拟井提供所需的高压流体。高压系统额定工作压力为15MPa, 最高工作压力可达40MPa;额定工作流量为4.2m3/h, 最大瞬时流量可达12m3/h。
低压管路系统包括离心泵组, 流量计, 压力传感器, 控制阀等主要设备元件, 能为实验模拟井提供所需的低压大流量流体。低压系统工作流量为15~40m3/h, 工作压力为0.2~0.3MPa。
2 水力模拟实验系统流程
水力模拟实验系统流程如图2所示。管路实验控制流程主要包括开关控制阀、调节阀、流量计、压力传感器、计量罐、管道泵等, 能根据设计工艺进行回路的流量和压力调节, 满足实验工况要求。
抽油泵实验工艺流程:将需要实验的抽油泵放入抽油机井内, 封闭井口, 启动小流量离心泵向井中注水, 启动抽油机, 调节实验流程中的电动调节阀, 调到需要的压力和流量, 进行实验过程的数据采集和特性研究。
电潜泵实验工艺流程:使用大流量离心泵向电潜泵模拟井注水, 启动潜油电泵, 根据实验要求, 调节输出口的电动调节阀, 控制实验过程所需的压力和流量, 并通过流量计和压力传感器测量泵的流量和压力, 评价其水力特性。
井下工具实验工艺流程:首先将井下工具按要求下入作业井中, 启动高压柱塞泵, 观察系统压力, 当达到设定压力值时停止高压泵, 5~20分钟后, 观察压力变化情况, 评定其是否满足性能要求。
井控设备实验工艺流程:首先将井控系统的防喷器控制为关闭状态, 启动高压柱塞泵向井筒和蓄能器组供液, 达到设定压力上限后, 关闭高压泵, 由蓄能器进行稳压和供液。实验过程中, 防喷器系统的工作过程由PLC根据设定程序进行控制, 当系统压力降低到设定压力上限后, 高压柱塞泵自动启动向井筒供液, 从而保持井控系统在设定压力范围内完成试验和检测。
3 数据采集与控制系统
数据采集与控制系统如图3所示, 主要包括工控机、PLC及其扩展模块、传感器、数据采集传输卡、显示仪表、监控软件等, 可以实现自动采集、存储实验中的数据, 并对实验过程进行检测和控制。
系统采集的信号主要有高压管路的压力、流量;低压管路的压力、流量;模拟井出口压力、流量;水箱温度、液位;计量罐液位等。系统控制的对象主要包括柱塞泵、离心泵和管道泵电机的启停, 电动球阀、气动球阀等阀门的开关。
设计采用西门子S7-200系列的CPU 226和EM231模块作为下位机, 进行数据采集和控制。
采用工控机作为上位机, 实现实验过程的数据监测、数据存储和处理。石油钻采水力模拟实验系统监控界面应力求直观、操作简单。设计选用MCGS 6.2软件作为监控软件开发平台。要求监控界面能实时显示测试数据, 能提供表格、曲线图等多种显示方式, 可以实时监测设备的运行状态, 支持报表打印等功能, 而且有报警机制。
4 结论
石油钻采水力模拟实验系统是进行石油钻采设备和工具研发试验的重要平台, 设计的系统能够实现钻井、采油、修井和井下作业工具的工艺性能检测和功能试验, 将会为新型石油钻采工具的研发提供有益的帮助, 也会在石油高校工程教育改革的实践教学中发挥积极的作用。
摘要：设计了一套用于石油钻采工艺与设备性能检测和功能试验的水力模拟实验系统, 包括模拟井组、高压管路系统、低压管路系统和数据采集与控制系统。设计流程可以满足抽油机-抽油泵装置、电动潜油离心泵、井下作业循环系统、钻修井控作业系统及工具的水力特性实验、工作参数检测与控制性能实验, 为石油钻采设备与工具的研发和实验教学提供一个良好的平台。
关键词：水力模拟,实验系统,流程,数据采集与控制
参考文献