油管高效清洁修复成套技术研究与应用

李勇，范新冉，张晓璇，张智强

(中国石化胜利油田分公司设备管理部，山东 东营 257000)

1 现状分析

胜利油田15家开发单位平均每年油管杆修复工作量3300万米以上，现有油管厂11个，有清洗、探伤、试压、车床、锯床、拧扣机等各类设备182台（套），平均服役10年以上，整体处于信息化自动化水平低、生产工艺技术落后、安全环保压力大的落后现状。

1.1 信息化自动化水平低，人工占用量多，劳动强度大

目前，清洗上料、油管质量分级、油管润滑、油管分级排放等均需要人工操作，一条油管修复线至少需要操作工16人,用工形势比较紧张。

1.2 工艺落后，修复质量差

油管清洗工艺中，部分油管厂仍采用老式热辐射清洗方式、敞口池式抽油杆清洗方式，加热不足、清洗效果较差，会有大量原油附着在油管杆，难以见到金属本色。采用人工分级排放，由于长时间目视操作，存在误操作现象。平均每天分级误操作率1%，对作业施工质量造成一定影响。

1.3 安全环保问题突出

一是油管杆清洗过程中VOC气体挥发严重，因油管清洗设备大量挥发性气体无组织排放，部分油管厂被环保部门要求停产整顿。二是油管杆传输过程中噪音较大。油管厂车间内油管碰撞噪声，汽缸排气噪声以及设备运转等综合噪声达到了86dB以上，最大碰撞噪声达到110dB，已经超出国家标准（85dB）。

提升油管厂自动化、信息化及安全环保水平，对油田“四提一降”及安全环保生产有着积极意义。

2 技术研究

2.1 总体思路

针对存在问题，重点要围绕提升油管杆修复线自动化信息化水平、工艺先进性、安全环保水平，编制改进提升方案，以达到安全环保、先进可靠、优质高效、经济适用的目的。

一是围绕清洗上料、质量分级标识、丝扣润滑、分级摆放、丝扣检测、上卸接箍等人员占用量多、劳动强度大的岗位，开展自动化技术研究，同时将清洗、试压、探伤等各工序设备进行集成控制，实现全自动化操作。

二是找准安全环保突出问题，完善工艺及配套环保技术。研究密闭式油管杆清洗技术，并配套适合低浓度、高湿度、高温度的复杂性混合VOC气体处理技术；通过隔离防碰等措施，降低噪音；同时研发原油分离回收技术，增收创效。

2.2 技术方案

2.2.1 信息化、自动化技术

共包含9项自动化、信息化技术。

（1）清洗自动上料技术

主要由管震荡机构总成、固定支架总成、导轨总成、前后移动滑车总成、升降机构总成、电气控制系统等组成，解决待清洗存料管架上成堆油管杆进行自动排放问题，替代了传统的人工操作方式，可用遥控器远距离操作，避免了人员直接与油管接触，实现自动上料，降低了工人的劳动强度，减少了噪音污染，提高生产效率，可减少操作人员2名。

图1 自动上料装置

（2）自动探伤及分级标识技术

设计颜色涂抹装置，由定位机构、托举机构、工作平台、漆盒安装平台、涂漆气缸、涂漆元件总成、气动控制系统、电动控制系统等组成。与探伤机输出信号串联，识别油管A/B/C/D 4个等级，分别用不同的颜色进行区分，避免了操作人员受到油漆气味的危害。可减少操作人员1名。

（3）丝扣质量自动检测技术

运用激光在线三维检测视觉系统，对螺纹进行3D测量，通过算法计算出螺纹的几何参数最终将其与不同工况标准螺纹参数相比较，判断螺纹是否合格。替代了传统的人工检测螺纹的方式，避免了人员直接与油管接触，解决了影响人员安全和健康的隐患，可减少操作人员2名。

图2 丝扣自动检测

（4）自动更换节箍技术

设计全自动液压拧扣机，主要由箱体、支撑辊、背钳、主钳、液压站、操作台等组成，具有自动上卸扣、接箍摆放、输送功能及扭矩检测及控制等功能，实现全自动运行。可减少操作人员2名。

图3 自动拧扣机

（5）丝扣自动加工技术

完善管螺纹车床加工程序及配套自动控制，自动进料、自动定位、丝扣自动加工、车屑自动处理、自动出料，实现全自动运行。

（6）自动试压技术

完善试压机程序，全自动运行。同时在试压机上设计专用工位，将油脂涂到丝扣上，在旋合的过程中，油脂被均匀涂抹到丝扣表面。可减少操作人员3名。

（7）自动通径技术

依靠气动通径机，优化控制程序，自动运行和标记。可减少操作人员1名。

（8）自动分级摆放技术

选用高清摄像头拍摄，对油管色环实现自动识别并将序号传输给控制系统，将油管摆放到相应的存料架上。完全替代了人工用肉眼观察色环，然后操作按扭来控制的方式，避免人工疏忽产生的分选错误发生，可以实现远程操控，减少操作人员1名。

（9）信息集成控制技术

研发集成控制系统，将各设备进行集成控制，将设备运行数据、生产数据等进行集成，实现自动监测和运行。VOC处理技术与清洗控制系统整合，实现VOC气体、H2S等有毒有害气体以及清洗装置负压的自动监测和运行，实现旋流除砂、油水分离、油泥砂排污自动运行。

图4 集中控制系统现场图

2.2.2 安全环保技术

共包含4项安全环保技术。

（1）密闭式油管热水清洗技术

推广全自动封闭式油管热水清洗工艺，具有能耗低、效率高、运行稳定、安全环保等优点，在为后期过程气、液、固体废物处理创造密闭空间基础上，提高油管清洗质量和效率。逐步淘汰热辐射、中频加热、敞口式水煮等地安全环保影响较大的工艺。

（2）油管清洗复杂性挥发气体VOC处理技术

通过喷淋降温、冷凝提干、吸附工艺去除油管清洗过程中产生含高温、高湿度、低浓度水蒸气的VOC气体。

（3）油管清洗后油水分离技术

通过漂浮物回收系统，实现油管清洗装置清洗池中清洗液中油水高效分离，清洗后原油自动回收。

（4）油管传输线降噪及集中排气技术

通过优化链式传动降噪、螺旋式传动降噪装置，降低油管撞击噪声，亦起到油管丝扣防碰伤作用。

气缸电磁阀排气采用多级隔音消音装置，实现集中室外排气；空压机进气口过滤改造，降低动力系统气缸漏气、排气噪音。

3 技术应用

2019～2020 年，项目研究成果在全油田推广应用16套，其中新建油管修复线7条、局部改造7条，新建抽油杆、隔热管修复线各1条，2020年完成油管杆修复1903万米，取得相关专利7项，形成胜利油田《油管修复生产线设备技术条件》《抽油杆检测线设备技术条件》《隔热管修复生产线设备技术条件》3项企业标准。

（1）清洗效率指标

每小时清洗油管数量≥100根/台、试压效率≥50根/台，整体修复效率提升20%以上。

（2）减员增效指标

油管修复线标准配备人员减少40%以上，劳动强度降低70%以上。

（3）安全环保指标

VOC气体去除效率≥95%、油水分离效率90%以上（原来无分离）、沉淀物100%回收、车间内噪音值低于75dB、年回收原油400吨/台。

4 结语

全面推进设备自动化、信息化技术应用，实现现场设备全面感知、全面受控，促进设备数字化转型，支撑无人化设备管理、场站管理，是打造智能化油田的基本条件。同时，油田绿色发展及生态文明建设要求企业实现绿色转型发展，排放控制、噪音控制、废料生成控制等一系列环保措施对设备生产的要求越来越严格。本项目的实施，既是信息化、自动化的提升，同时也是安全环保的提升，完全符合当前形势下设备价值创造、数字化转型及绿色发展需要，可在全国油管杆修复行业及制造行业推广应用。