浅谈石油油套管数字化检测与质量管理系统的建立 呼延辉

0 引言

目前，国内以塔里木油田、西南油气田为代表的油气井的工况条件异常苛刻，油气井的完整性和可靠性面临严峻挑战，对油套管接头螺纹的技术和质量水平，尤其是产品质量的可靠性提出了更高、更严格的要求。传统API标准石油管检测方法和体系暴露出了一些问题和局限性，已不能满足高质量石油专用管生产、质量控制及工程应用的需求。现在的检验技术手段相对落后，检验数据的客观性、可靠性差，检验效率低；质量控制方法落后，基于统计过程控制、基于风险的检验技术等先进质量分析控制技术的应用程度低，不能对石油管螺纹的加工、工艺水平的提高提供有效的信息反馈与技术支持；质量数据的利用率低，缺乏完整、有效的质量检测数据质量分析方法与手段，统计分析、可靠性分析与设计及大数据分析等先进数据分析技术未得到应用；数字化、信息化程度低，难以实现和技术系统、制造系统、业务管理系统间的数据交换和过程对接，不能满足石油管智能制造系统的建设要求要有效解决以上问题，有必要对石油油套管检测及测量技术进行研究。

数字化检测技术可以提供集产品检测方案、过程质量控制一体化的数字化解决方案，实现检验结果实时采集、存储、传输和处理，不但可提高检验的工作效率，而且可及时、有效地发现测量过程中的人为错误和异常检测数据，提高测量数据的可靠性和准确性。数字化检测技术还可建立动态检测数据库管理系统，实现检测数据自动采集、检测数据查询测量过程监控预警、质量管理的过程统计等功能。

1 国外油套管测量数字化系统进展

石油油套管测量主要包括外径、壁厚、锥度、螺距、螺纹直径、密封直径、螺纹长度、上扣损失等几十项参数，同时每批次数量也较多，给质量检验工作、数据传输和存储、数据利用和分析、质量管理、数据监督和监控带来了困难。目前，国外主要油套管生产厂已经在油套管接头螺纹数字化检测与质量管理上进行了大量的尝试，在一定程度上建立了石油专用管数字化检测与质量管理系统。如V&M Service已建立了全球VM系统特殊螺纹检测服务网络，实现了检测仪器网络化管理和数据共享，显著提高了产品质量。同时，近年来BP、壳牌等国外主要石油公司进一步加强了对石油专用管产品的质量控制，尤其是对特殊螺纹接头的性能评价、生产过程的检测控制与质量信息追踪提出了更高的要求。传统的检测技术与方式已无法满足用户的要求，V&M、住友等国际知名油套管制造商已经着手开发石油专用管数字化检测与控制信息系统，在石油螺纹检测领域已尝试采用基于CCD、激光测量原理的新型螺纹检测技术，并取得了一定的效果。

2 石油油套管接头螺纹测量数字化系统

以天津钢管的石油油套管接头大生产为例，石油油套管接头螺纹测量数字化是将传统的石油螺纹单项参数测量方法与数字式传感器测量技术相结合，通过某种数据传输方式进行数据采集，完成测量评价，基于物联网技术开发出检测工艺规划、测量过程和质量控制一体化的数字化解决方案，实现油套管螺纹检测执行，结果评价和质量管理的数字化、网络化。

2.1 系统组成

石油油套管螺纹测量数字化系统图如图1所示，测量系统由螺纹单项参数测量设备、测量软件系统和应用软件系统组成。系统由以下部分组成：数字式石油螺纹单项参数测量仪器、无线数据传输系统、测量软件系统及质量管理应用系统。

2.2 工作原理

石油油套管螺纹测量数字化系统的基本原理是将API 5B或者公司检验标准中的单项参数测量与数字化检验技术相结合，采用基于光栅式、电感式等传感器的测微机构实现点位测量，通过有线或者无线数据传输方式进行数据采集，从而完成螺纹锥度、螺距、齿高、中径、密封径等参数测量、数据评价和结果处理。数字化石油螺纹测量系统集产品检测方案、检测过程和质量控制等为一体，并通过物联网技术实现检验结果的实时采集、存储、传输及处理。

2.3 应用实例

根据总体设计思路，确定以API 5B标准推荐使用的石油螺纹单项参数测量仪为基础，采用基于光栅测量原理的测微机构和RF射频无线数据传输技术设计开发的一种数字式油套管单项参数测量仪，其测量原理如图2所示。

3 油套管接头螺纹数字化测量与管理系统拟架构

C++语言是一种高级程序语言，不仅拥有计算机高效运行的实用性特征，同时还致力于提高大规模程序的编程质量与程序设计语言的问题描述能力。通过C++语言开发油套管接头螺纹数字化测量与管理系统，可以实现面向大数据的智能化、数字化新型石油管质量检测与质量管理系统，提高质量数据的分析与应用水平，提高检验方法的科学性和有效性，实时动态的控制产品质量，实现稳态优化生产，控制异常风险，从而提高石油专用管的整体实物产品质量水平。实现集产品检测工艺、检测过程、质量控制的一体化系统。通过物联网技术，将螺纹单项参数测量仪连接起来，实现油套管螺纹产品检测规划、检测执行、检测评价和质量管理的数字化、网络化。

油套管接头螺纹数字化测量与管理系统结构按照功能分为测量系统和质量管理系统两部分。测量系统包括：检测任务管理模块、检测工艺规划模块、螺纹参数模块、量具管理模块。质量管理系统包括：质量管理系统分析模块、报告管理模块、管号录入模块、查询模块。

测量系统主要实现数据的采集和存贮。产品工艺文件的输入、存档、修改、更新等，检测产品所用的量具清单、使用方法、产品主要参数信息，同时工艺文件要与量具清单以及产品主要参数实现对照联系。

测量系统数据采集方法采用相对测量法，步骤如下：

（1）按照工艺文件信息选择合适的量具和量规；（2）对量具和量规进行调整适应测量；

（3）对产品进行测量，同时对测量数据采集和存贮；

（4）如发现数据不符合工艺要求或者是设置的警戒值，及时示警，提醒操作员对产品加工参数进行修改。

质量管理系统采用开放式的程序管理模式，用户可以根据需要开发适用的分析模块，主要实现对测量系统采集的数据及时进行分析，让工艺人员能迅速地对工艺执行力以及工艺的合理性进行评估，给出需要修改的工艺参数以及推荐的工艺修改方案。

4 结论

拟建立的油套管接头螺纹数字化测量与管理系统，颠覆了手工测量+人工记录录入检测数据的传统作业模式，能够完成数据的实时传输和存储，建立高效的油套管螺纹接头数字化检测与质量管理系统，实现了检测数据自动采集、检测数据查询测量过程监控预警、质量管理的过程统计等功能。