浅析海上平台电动一体式套管气泄压阀研制可行性

(中海油能源发展装备技术有限公司 天津 300450)

引言

海上平台现有的电潜泵井套管气泄压装置即定压放气阀已经沿用多年，目前定压放气阀在现场使用时存在很多问题和不便之处，主要为：(1)需人工调节，精确度无法保证，有时需反复多次进行调节，人工强度大；(2)弹簧进行长期使用后失效，对套管气泄放灵敏度产生影响，弹簧失效后，套管气不能及时排出，对电潜泵产生气锁影响泵效，对电潜泵定子进行冲刷破坏；(3)长期以来现有结构不便于在线维修，维修人工及成本大。因此需要研究制作一种新型结构的电动一体式套管气泄压阀，用于电潜泵井套管压力调节，将套管气通过自动一体式套管气泄压阀精确灵活的排入输油(气)管汇，以控制合理的电泵吸入口沉没度，防止潜油电泵发生因气锁现象的发生导致的欠载停泵，保证电泵的正常运行，以提高泵效及产量，同时减少气流对电潜泵定子橡胶的冲蚀，提高电潜泵的使用寿命。

一、海上平台套管气泄压阀概述

该装置使用整体上装式结构，便于现场维修维护，更换弹簧及阀芯阀座等重要核心件，减轻维修难度及成本；由于套管气体由入口进入装置的控压区，控压区由电机施加扭矩给调节套给弹簧载荷，当套管气压力超过弹簧载荷时顶开阀芯，进行排压放气，气体进入回收管线当套管气压力低于弹簧载荷时，阀芯在弹簧的作用下自动关闭，防止气体倒流。该装置运用机电一体化的操作模式，根据现场要求设定套管定压值，运用压力探测仪将套管气压力转换成数据传输给机电一体化操作仪，操作仪根据事先输入的数据传递信号给无极电机，电机带动旋转套作旋转运动，旋转套通过螺纹带动调节套作上下运动，通过施加弹簧载荷控制阀芯的开启压力，实现套管气的恒压、排气、回收的一条龙生产工艺。做到了无需人工调试、自动化操作调试以及无人值守的工作模式，该结构避免了弹簧因长期使用失效带来的定压值模糊的缺陷，延长使用时间；

电动一体式套管气泄压阀示意图

二、装置的价值

该装置的关键技术点：(1)使用交互仪及压力传感器对定压压力实现实时调控，确保控制套管气的排放量，该装置能够根据套管实际压力进行有效精确的调节；(2)使用交互仪与电动执行器实现无缝对接，确保在弹簧失效的情况下由电动执行器直接补偿弹簧载荷，确保定压值的稳定；(3)对装置的调节机构的反应时间提出较高要求，需及时准确地将实时数据传递给执行机构；(4)对结构优化，以减少时间及人工成本的前提下，延长装置的使用寿命；(5)使用手自动一体结构，适应各种不同状况的要求。(6)开发电动一体式套管气泄压阀，可以降低现场操作人员操作阀门的频率即减少工人劳动强度，实现无人值守工作模式。

由于其是电动式自动调节因此其优点海主要表现为以下几个方面：(1)应用压力传感器与交互仪及电动执行机构对套管气进行自动压力排放，无需人工干预，准确及时；(2)由于采用压力传感器进行调节依据，弹簧作为防止倒流配件，因此，弹簧的载荷不作为调节依据，弹簧失效时的载荷差由电动执行器自动进行补偿；(3)电动执行器带手动装置，形成手自动一体的组合模式；4、采用一体式上装结构，便于现场在线维护及维修。

改装置对于我公司产业发展的优点体现在：目前我公司已经具备海上维保设计以及总包的能力，拥有完善的维保设计和施工团队。通过本对该阀门的改造，可以掌握电动一体式套管气泄压阀设计和制造技术能力，扩大公司在海上油气田调整井专业的业务能力。渤海油田有两千余口油井，大多数油井配备了定压放气阀。

三、研制方法

1.通过对现场电潜泵井套管调研，收集整理电潜泵井套管气参数后，建立自动一体式套管气泄压结构模型和运用机电一体化的操作模式，运用压力探测仪将套管气压力转换成数据传输给机电一体化操作仪，操作仪根据事先输入的数据传递信号给无极电机，电机带动旋转套带动调节套作上下运动，通过施加弹簧载荷控制阀芯的开启压力，实现套管气的恒压、排气、回收的一条龙生产工艺。做到了无需人工调试、自动化操作调试以及无人值守的工作模式。

2.试验方法：(1)从进口端连接压力泵，打开执行器电源，设置所需泄压定压值；(2)开启压力泵进压，根据进口压力传感器传输的压力值观察装置动作灵敏度及精确度，高于泄压定压值，装置执行器应逆时针旋转，开启装置进行泄压，低于压力泄压值，装置执行器顺时针旋转关闭。

3.该装置的技术关键点分有以下几点：(1)使用交互仪及压力传感器对定压压力实现实时调控，确保控制套管气的排放量，该装置能够根据套管实际压力进行有效精确的调节；(2)使用交互仪与电动执行器实现无缝对接，确保在弹簧失效的情况下由电动执行器直接补偿弹簧载荷，确保定压值的稳定；(3)对装置的调节机构的反应时间提出较高要求，需及时准确地将实时数据传递给执行机构；(4)对结构优化，以减少时间及人工成本的前提下，延长装置的使用寿命；(5)使用手自动一体结构，适应各种不同状况的要求。

4.该装置的创新点有以下几点：(1)采用压力传感器及交互仪、电动执行器为一体的精确调压排放功能；(2)采用机电一体化实现无人值守的套管气泄压装置；(3)提高精确度和减少人工成本，优化结构，便于现场维修；(4)手自动一体结构，便于断电情况下仍能手动调节。

结论

海上平台电动一体式套管气泄压阀从产品价值、研制方法、未来市场前景等多方面来看具有较高的研制可行性。