淺談石油油套管數(shù)字化檢測(cè)與質(zhì)量管理系統(tǒng)的建立

呼延輝

（長(zhǎng)慶油田物資管理部，陜西710018）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)以塔里木油田、西南油氣田為代表的油氣井的工況條件異常苛刻，油氣井的完整性和可靠性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)油套管接頭螺紋的技術(shù)和質(zhì)量水平，尤其是產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性提出了更高、更嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)API標(biāo)準(zhǔn)石油管檢測(cè)方法和體系暴露出了一些問題和局限性，已不能滿足高質(zhì)量石油專用管生產(chǎn)、質(zhì)量控制及工程應(yīng)用的需求?，F(xiàn)在的檢驗(yàn)技術(shù)手段相對(duì)落后，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的客觀性、可靠性差，檢驗(yàn)效率低；質(zhì)量控制方法落后，基于統(tǒng)計(jì)過程控制、基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)等先進(jìn)質(zhì)量分析控制技術(shù)的應(yīng)用程度低，不能對(duì)石油管螺紋的加工、工藝水平的提高提供有效的信息反饋與技術(shù)支持；質(zhì)量數(shù)據(jù)的利用率低，缺乏完整、有效的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析方法與手段，統(tǒng)計(jì)分析、可靠性分析與設(shè)計(jì)及大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)未得到應(yīng)用；數(shù)字化、信息化程度低，難以實(shí)現(xiàn)和技術(shù)系統(tǒng)、制造系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和過程對(duì)接，不能滿足石油管智能制造系統(tǒng)的建設(shè)要求要有效解決以上問題，有必要對(duì)石油油套管檢測(cè)及測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究。

數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)可以提供集產(chǎn)品檢測(cè)方案、過程質(zhì)量控制一體化的數(shù)字化解決方案，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸和處理，不但可提高檢驗(yàn)的工作效率，而且可及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)測(cè)量過程中的人為錯(cuò)誤和異常檢測(cè)數(shù)據(jù)，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)還可建立動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢測(cè)量過程監(jiān)控預(yù)警、質(zhì)量管理的過程統(tǒng)計(jì)等功能。

1 國(guó)外油套管測(cè)量數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)展

石油油套管測(cè)量主要包括外徑、壁厚、錐度、螺距、螺紋直徑、密封直徑、螺紋長(zhǎng)度、上扣損失等幾十項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)每批次數(shù)量也較多，給質(zhì)量檢驗(yàn)工作、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)利用和分析、質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)監(jiān)督和監(jiān)控帶來了困難。目前，國(guó)外主要油套管生產(chǎn)廠已經(jīng)在油套管接頭螺紋數(shù)字化檢測(cè)與質(zhì)量管理上進(jìn)行了大量的嘗試，在一定程度上建立了石油專用管數(shù)字化檢測(cè)與質(zhì)量管理系統(tǒng)。如V&M Service已建立了全球VM系統(tǒng)特殊螺紋檢測(cè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)儀器網(wǎng)絡(luò)化管理和數(shù)據(jù)共享，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，近年來BP、殼牌等國(guó)外主要石油公司進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)石油專用管產(chǎn)品的質(zhì)量控制，尤其是對(duì)特殊螺紋接頭的性能評(píng)價(jià)、生產(chǎn)過程的檢測(cè)控制與質(zhì)量信息追蹤提出了更高的要求。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)與方式已無法滿足用戶的要求，V&M、住友等國(guó)際知名油套管制造商已經(jīng)著手開發(fā)石油專用管數(shù)字化檢測(cè)與控制信息系統(tǒng)，在石油螺紋檢測(cè)領(lǐng)域已嘗試采用基于CCD、激光測(cè)量原理的新型螺紋檢測(cè)技術(shù)，并取得了一定的效果。

2 石油油套管接頭螺紋測(cè)量數(shù)字化系統(tǒng)

以天津鋼管的石油油套管接頭大生產(chǎn)為例，石油油套管接頭螺紋測(cè)量數(shù)字化是將傳統(tǒng)的石油螺紋單項(xiàng)參數(shù)測(cè)量方法與數(shù)字式傳感器測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，通過某種數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，完成測(cè)量評(píng)價(jià)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)出檢測(cè)工藝規(guī)劃、測(cè)量過程和質(zhì)量控制一體化的數(shù)字化解決方案，實(shí)現(xiàn)油套管螺紋檢測(cè)執(zhí)行，結(jié)果評(píng)價(jià)和質(zhì)量管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

2.1 系統(tǒng)組成

石油油套管螺紋測(cè)量數(shù)字化系統(tǒng)圖如圖1所示，測(cè)量系統(tǒng)由螺紋單項(xiàng)參數(shù)測(cè)量設(shè)備、測(cè)量軟件系統(tǒng)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)由以下部分組成：數(shù)字式石油螺紋單項(xiàng)參數(shù)測(cè)量?jī)x器、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、測(cè)量軟件系統(tǒng)及質(zhì)量管理應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2 工作原理

石油油套管螺紋測(cè)量數(shù)字化系統(tǒng)的基本原理是將API 5B或者公司檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的單項(xiàng)參數(shù)測(cè)量與數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，采用基于光柵式、電感式等傳感器的測(cè)微機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位測(cè)量，通過有線或者無線數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而完成螺紋錐度、螺距、齒高、中徑、密封徑等參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和結(jié)果處理。數(shù)字化石油螺紋測(cè)量系統(tǒng)集產(chǎn)品檢測(cè)方案、檢測(cè)過程和質(zhì)量控制等為一體，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸及處理。

2.3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)總體設(shè)計(jì)思路，確定以API 5B標(biāo)準(zhǔn)推薦使用的石油螺紋單項(xiàng)參數(shù)測(cè)量?jī)x為基礎(chǔ)，采用基于光柵測(cè)量原理的測(cè)微機(jī)構(gòu)和RF射頻無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)的一種數(shù)字式油套管單項(xiàng)參數(shù)測(cè)量?jī)x，其測(cè)量原理如圖2所示。

3 油套管接頭螺紋數(shù)字化測(cè)量與管理系統(tǒng)擬架構(gòu)

C++語言是一種高級(jí)程序語言，不僅擁有計(jì)算機(jī)高效運(yùn)行的實(shí)用性特征，同時(shí)還致力于提高大規(guī)模程序的編程質(zhì)量與程序設(shè)計(jì)語言的問題描述能力。通過C++語言開發(fā)油套管接頭螺紋數(shù)字化測(cè)量與管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)面向大數(shù)據(jù)的智能化、數(shù)字化新型石油管質(zhì)量檢測(cè)與質(zhì)量管理系統(tǒng)，提高質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用水平，提高檢驗(yàn)方法的科學(xué)性和有效性，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的控制產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化生產(chǎn)，控制異常風(fēng)險(xiǎn)，從而提高石油專用管的整體實(shí)物產(chǎn)品質(zhì)量水平。實(shí)現(xiàn)集產(chǎn)品檢測(cè)工藝、檢測(cè)過程、質(zhì)量控制的一體化系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將螺紋單項(xiàng)參數(shù)測(cè)量?jī)x連接起來，實(shí)現(xiàn)油套管螺紋產(chǎn)品檢測(cè)規(guī)劃、檢測(cè)執(zhí)行、檢測(cè)評(píng)價(jià)和質(zhì)量管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

油套管接頭螺紋數(shù)字化測(cè)量與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照功能分為測(cè)量系統(tǒng)和質(zhì)量管理系統(tǒng)兩部分。測(cè)量系統(tǒng)包括：檢測(cè)任務(wù)管理模塊、檢測(cè)工藝規(guī)劃模塊、螺紋參數(shù)模塊、量具管理模塊。質(zhì)量管理系統(tǒng)包括：質(zhì)量管理系統(tǒng)分析模塊、報(bào)告管理模塊、管號(hào)錄入模塊、查詢模塊。

測(cè)量系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和存貯。產(chǎn)品工藝文件的輸入、存檔、修改、更新等，檢測(cè)產(chǎn)品所用的量具清單、使用方法、產(chǎn)品主要參數(shù)信息，同時(shí)工藝文件要與量具清單以及產(chǎn)品主要參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)照聯(lián)系。

測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法采用相對(duì)測(cè)量法，步驟如下：

（1）按照工藝文件信息選擇合適的量具和量規(guī)；（2）對(duì)量具和量規(guī)進(jìn)行調(diào)整適應(yīng)測(cè)量；

（3）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)采集和存貯；

（4）如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不符合工藝要求或者是設(shè)置的警戒值，及時(shí)示警，提醒操作員對(duì)產(chǎn)品加工參數(shù)進(jìn)行修改。

質(zhì)量管理系統(tǒng)采用開放式的程序管理模式，用戶可以根據(jù)需要開發(fā)適用的分析模塊，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行分析，讓工藝人員能迅速地對(duì)工藝執(zhí)行力以及工藝的合理性進(jìn)行評(píng)估，給出需要修改的工藝參數(shù)以及推薦的工藝修改方案。

4 結(jié)論

擬建立的油套管接頭螺紋數(shù)字化測(cè)量與管理系統(tǒng)，顛覆了手工測(cè)量+人工記錄錄入檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)作業(yè)模式，能夠完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)，建立高效的油套管螺紋接頭數(shù)字化檢測(cè)與質(zhì)量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢測(cè)量過程監(jiān)控預(yù)警、質(zhì)量管理的過程統(tǒng)計(jì)等功能。