在石油鉆井施工中，為方便現(xiàn)場人員觀察套管壓力，在節(jié)流管匯上通常安裝2個(gè)套管壓力表，一個(gè)是量程較小的壓力表，在環(huán)空壓力較低時(shí)使用，便于讀數(shù)精確;另一個(gè)是量程與節(jié)流管匯配套的壓力表，在環(huán)空壓力較高時(shí)使用。現(xiàn)場施工時(shí)，套管壓力的變化沒有規(guī)律，變化幅度也不是定數(shù)，當(dāng)壓力接近量程較小壓力表的額定值時(shí)，轉(zhuǎn)換不及時(shí)易造成表盤爆裂，從而導(dǎo)致事故。為了改善這一情況，研究人員研制出一種節(jié)流管匯用雙指針套管壓力表，它不僅十分理想地集成了原有套管壓力表組的全部功能，且在規(guī)避安全隱患上也表現(xiàn)出眾、使用方便。
誤差和爆表是傳統(tǒng)裝置心病
隨著石油鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步，鉆探的深度在不斷的增加，鉆遇的地層壓力也越來越高，所使用的井控裝置壓力級(jí)別也越來越高。目前常用的井控裝置壓力級(jí)別有 35MPa、70MPa、105MPa。節(jié)流-壓井管匯是井控裝置中的核心設(shè)備，其配套用于讀取關(guān)井壓力的套壓表量程要高于管匯的額定壓力級(jí)別，相應(yīng)壓力表級(jí)別為40MPa、100MPa、160MPa。這些配套的壓力表單刻度壓力分別是1MPa、2MPa和4MPa。而真正在實(shí)施節(jié)流壓井作業(yè)時(shí)，其控制最大壓力一般不超過25MPa，而且要求控制套管壓力變化在0.5～1MPa，故與管匯配套最小刻度在1MPa～4MPa的壓力表不能滿足節(jié)流壓井時(shí)精確讀取控制壓力變化的要求。
節(jié)流壓井時(shí)精確讀數(shù)的要求和大量程表單刻度讀數(shù)較大、精確度差成了一對(duì)矛盾體。
目前大多鉆井現(xiàn)場的施工作業(yè)選擇在節(jié)流管匯上安裝一只壓力表三通，三通上安裝一塊與管匯額定壓力配套的大量程壓力表和一塊16MPa的小量程壓力表。
為了防止壓力超出16MPa時(shí)小量程壓力表爆裂，在壓力表下部安裝了兩只與管匯壓力級(jí)別一致的高壓手動(dòng)截止閥，當(dāng)壓力超過10MPa時(shí)需要人工手動(dòng)關(guān)閉小量程壓力表截止閥。人工切換雖然能夠降低爆表的可能性，但如遇操作人員判斷失誤，或是由于氣體滑脫等作用壓力上升很快，導(dǎo)致當(dāng)壓力已經(jīng)超過16MPa時(shí)，操作人員未及時(shí)關(guān)閉截止閥，造成壓力表爆裂的情況依然不容忽視。
壓力表爆裂將導(dǎo)致油氣、甚至有毒的H2S等氣體噴溢到現(xiàn)場，造成惡性井控事故甚至重大井控災(zāi)難，危害生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，故該方案在含H2S較高的地區(qū)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)性大，很難推廣。
新表精度高 讀表易
“石油鉆井節(jié)流管匯用雙指針套壓表”成為提高讀表精度、提升作業(yè)安全性的新選擇，是基于它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。套壓壓力表中設(shè)計(jì)有兩個(gè)指針和內(nèi)外兩種刻度：一個(gè)指針為10MPa整數(shù)倍讀針，對(duì)應(yīng)的內(nèi)刻度是10MPa、20MPa……160MPa;另一個(gè)指針為MPa個(gè)位讀針，對(duì)應(yīng)外刻度的壓力值是1MPa、 2MPa……9MPa，其小格讀取的是0.1MPa、0.2MPa……0.9MPa。這樣兩個(gè)指針一個(gè)讀取十位壓力數(shù)值，一個(gè)讀取個(gè)位壓力數(shù)值和小數(shù)壓力數(shù)值，二者合并即是精度較高的“十位+個(gè)位+小數(shù)”壓力值。
例如，10MPa整數(shù)倍讀針位于內(nèi)刻度20MPa和30MPa之間，讀取數(shù)為20MPa;MPa個(gè)位讀針位于外刻度5和6之間的第8小格附近，此時(shí)，讀取的實(shí)際壓力值是20+5+0.8，即25.8MPa。
這樣設(shè)計(jì)的“石油鉆井節(jié)流管匯用雙指針套壓表”是一個(gè)彈簧波紋管、兩個(gè)齒輪+指針的結(jié)構(gòu)，其MPa個(gè)位讀針不是靠彈簧波紋管來驅(qū)動(dòng)，而是由10MPa整數(shù)倍齒輪來傳動(dòng)。其傳動(dòng)比是4:1或10:1或16:1，也就是說10MPa整數(shù)倍指針指示在10MPa，MPa個(gè)位數(shù)讀針就要轉(zhuǎn)動(dòng)一周， 40MPa、100MPa、160MPa壓力級(jí)別達(dá)到滿量程時(shí)，對(duì)應(yīng)的MPa個(gè)位讀針就要轉(zhuǎn)動(dòng)4周或10周或16周。
為了便于區(qū)分兩個(gè)指針和掌握其對(duì)應(yīng)的刻度，使現(xiàn)場操作者能夠很快理解和掌握其讀取方法，準(zhǔn)確讀取壓力數(shù)值，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品做了如下特殊標(biāo)示和制造要求：10MPa整數(shù)倍讀針要求為黃色粗短針，其對(duì)應(yīng)的內(nèi)刻度為較粗黑底白字。刻度數(shù)值標(biāo)示為：10MPa、20MPa……160MPa;MPa個(gè)位讀針為紅色細(xì)長指針，其對(duì)應(yīng)一周的外刻度壓力值是1MPa、2MPa……9MPa，其小格讀取的是0.1MPa、0.2MPa……0.9MPa;10MPa整數(shù)倍內(nèi)刻度盤標(biāo)注“黃針”字樣;MPa個(gè)位外刻度盤標(biāo)注“紅針”字樣;表盤標(biāo)注“石油鉆井套管壓力表”字樣;壓力表實(shí)際誤差的大小，不僅與精度有關(guān)，而且還與壓力表的量程大小有關(guān)。為了避免由于量程較16MPa壓力表大，而使讀取壓力誤差較16MPa壓力表大，設(shè)計(jì)的壓力表不采用常規(guī)的1.6精度等級(jí)，而采用精密壓力表的0.4精度等級(jí)。
性能穩(wěn)定 利于推廣
生產(chǎn)完成后，研究人員對(duì)樣表進(jìn)行了50次不同壓力值比對(duì)，其誤差均小于常規(guī)的16MPa壓力表誤差，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求和目的。經(jīng)具備相應(yīng)資質(zhì)的第三方壓力表檢定單位：中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心壓力表檢定室進(jìn)行了精度和抗震動(dòng)檢定，均達(dá)到指標(biāo)要求。
壓力表出廠后，先后在川東北元壩272井、元壩252井和新疆TP127井、玉北1-2X井的欠平衡和控壓鉆井中進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，壓力顯示均較常規(guī) 16MPa壓力表顯示精確。TP127井最大套壓曾達(dá)到23MPa，略去了裝雙壓力表關(guān)閉截止閥的人工手動(dòng)操作步驟，較好的規(guī)避了壓力表爆裂帶來的井控風(fēng)險(xiǎn)。
在川東北元壩272井欠平衡鉆進(jìn)過程中，井口控制回壓0.5MPa，壓力表顯示準(zhǔn)確，安全可靠(見圖2，表后為帶考克的小量程壓力表，校驗(yàn)用)。
綜上所述，“石油鉆井節(jié)流管匯用雙指針套壓表”在壓力采集精度要求高、控制精細(xì)且長時(shí)間承壓的欠平衡、控壓鉆井領(lǐng)域得到了成功推廣和應(yīng)用，其在常規(guī)鉆井中使用將更加安全可靠，推廣應(yīng)用后能夠規(guī)避安裝大小量程兩塊壓力表所帶來的井控風(fēng)險(xiǎn);在節(jié)流管匯上安裝雙指針套壓表，能節(jié)省一只三通和兩只考克的費(fèi)用，具有較好地經(jīng)濟(jì)性;由于使用經(jīng)濟(jì)、安全，節(jié)流管匯用雙指針套壓表在石油鉆井行業(yè)有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
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