海上平臺采油樹輔助液壓系統(tǒng)研究

陳肇日 茍潮洋

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司）

為了及時準確了解油氣田開發(fā)動態(tài)并做好油氣藏管理工作，需要定期對生產(chǎn)井進行鋼絲作業(yè)以獲取有關資料。在鋼絲作業(yè)過程中，作業(yè)工具連接在鋼絲上，通過防噴器、清蠟閥和液控主閥下放到井底進行作業(yè)（圖1）。液控主閥屬于失效關閉型閥門，當失去液壓源或平臺緊急關停系統(tǒng)（ESD）發(fā)出關井信號時閥門會在彈簧力的作用下自動關閉［1］。在鋼絲作業(yè)過程中，如果液控主閥關閉，液控主閥閘板將會切斷鋼絲，導致作業(yè)工具墜入井底，造成損失。

圖1 鋼絲作業(yè)示意圖

圖2 戴帽后的液控主閥

為了防止鋼絲作業(yè)過程中液控主閥意外關閉而切斷鋼絲，目前作業(yè)人員采用的方法是通過給液控主閥戴帽防止主閥閥桿從閥套里面退出而導致閥門關閉切斷鋼絲（圖2），這種方法雖然可以防止閥門關閉切斷鋼絲，但是存在很大的安全隱患：當平臺發(fā)生井噴或者其它安全事故時，無法迅速關閉液控主閥，只能手動關閉防噴器，如果由于作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境變化導致人員無法關閉防噴器，將會出現(xiàn)井控失控，從而導致嚴重的事故。為了保證鋼絲作業(yè)的安全，筆者參考崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)專門液壓系統(tǒng)的設計理念1），設計了一套適合海上油氣田采油樹的輔助液壓系統(tǒng)，在鋼絲作業(yè)過程中，輔助液壓系統(tǒng)和井口控制盤原有液壓系統(tǒng)同時為液控主閥提供液壓，可確保液控主閥不會出現(xiàn)誤動作而關閉。在鋼絲作業(yè)過程中，此方法可以替代給液控主閥戴帽的方法，提高鋼絲作業(yè)的安全性。目前，該系統(tǒng)已應用于樂東22－1氣田。

1 輔助液壓系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)設計

輔助液壓系統(tǒng)由氣動液壓油泵、儲能罐、梭閥和儀表氣控制回路組成，其流程見圖3。海上平臺采油樹輔助液壓系統(tǒng)是在井口控制盤原有液壓系統(tǒng)基礎上再增加一套液壓系統(tǒng)，專門供鋼絲作業(yè)使用。

圖3 海上平臺采油樹輔助液壓系統(tǒng)流程圖

崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)專門液壓系統(tǒng)由液壓罐、電動徑向柱塞泵及其他輔助儀表組成，筆者針對其系統(tǒng)整體成橇、占用空間多、投資費用大等缺點，突破傳統(tǒng)設計，使輔助液壓系統(tǒng)與原有井口控制盤液壓系統(tǒng)共用液壓油罐，可大大節(jié)約成本投入。崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)選用電動徑向柱塞泵作為液壓油泵，平臺關停掉電時，鋼絲作業(yè)存在風險，其液壓系統(tǒng)用戶較多，包括液控主閥、液控翼閥和海管SDV關斷閥，存在壓力不穩(wěn)定的因素，為了降低平臺關停掉電產(chǎn)生的風險，輔助液壓系統(tǒng)選用獨立的氣動泵作為液壓油泵，新增儀表氣控制回路用來控制氣動泵，并在系統(tǒng)中增加儲能罐，用以穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。

海上平臺采油樹輔助液壓系統(tǒng)利用梭閥同時連接輔助液壓系統(tǒng)液壓油和來自井口控制盤的液壓油共同作用于液控主閥，增加了液控主閥的安全可靠性，梭閥結構如圖4所示。

圖4 海上平臺采油樹輔助液壓系統(tǒng)梭閥結構示意圖

當通過輔助液壓系統(tǒng)開井時，操作人員按下手動開井按鈕給輔助液壓系統(tǒng)進行充壓，壓力達到儀表氣的設定要求后，氣動控制三通閥常閉端和公用端導通，輔助系統(tǒng)液壓油通過氣動控制三通閥進入梭閥，通過梭閥打開采油樹液控主閥。當通過輔助液壓系統(tǒng)關井時，現(xiàn)場作業(yè)人員可以手動打開設置在手動關井站的閥門泄放掉控制回路儀表氣壓力，以泄放掉輔助液壓系統(tǒng)液壓油壓力，此時，在井口控制盤連接梭閥的一端，若來自井口控制盤的液壓源沒有壓力，采油樹液控主閥將關閉；若來自井口控制盤的液壓源有壓力，則梭閥柱塞將在壓差的作用下向輔助系統(tǒng)液壓源方向移動，切斷梭閥液壓腔室與輔助液壓系統(tǒng)的聯(lián)系，確保腔室壓力不被泄放，梭閥液壓腔室液壓將由來自井口控制盤的液壓回路提供，在此情況下液控主閥仍保持打開狀態(tài)，此時只有觸發(fā)關井信號泄放來自井口控制盤的液壓油才能關閉液控主閥。梭閥結構的利用，實現(xiàn)了雙液壓源控制液控主閥的目的，增加了鋼絲作業(yè)的安全性。

1.2 系統(tǒng)設計的可行性

輔助液壓系統(tǒng)是完全獨立于平臺中央控制系統(tǒng)之外的手動控制系統(tǒng)，選用氣動泵作為液壓油泵，使用獨立的儲能罐作為緩沖罐，在儀表氣壓力大于400 k Pa的情況下，輔助液壓系統(tǒng)就可以正常工作。平臺發(fā)生任何關停都不會影響到輔助液壓系統(tǒng)的工作，當平臺發(fā)生關停而產(chǎn)生關井信號時，只有來自井口控制盤的液壓油會泄放，輔助液壓系統(tǒng)的液壓油仍然會使液控主閥保持打開的狀態(tài)，不會出現(xiàn)因平臺關停而導致關井切斷鋼絲的事故；當人員誤操作導致輔助液壓系統(tǒng)產(chǎn)生關井操作時，井口控制盤的液壓油也會使主閥保持打開狀態(tài)，兩個系統(tǒng)同時產(chǎn)生關井信號的概率極小，因此，可以避免鋼絲作業(yè)過程中因誤關井而發(fā)生切斷鋼絲的事故。

2 實施技術要求與步驟

2.1 技術要求

由于鋼絲作業(yè)過程風險較高，發(fā)生緊急事故時作業(yè)人員無法在井口控制盤實施關井，需要通過輔助液壓系統(tǒng)手動關井站快速關井，因此，手動關井站安裝位置的選擇應考慮方便操作和安全這2個因素，具體安裝位置可以是頂層甲板鋼絲作業(yè)現(xiàn)場、救生艇旁和直升機甲板旁邊。

為了鋼絲作業(yè)時儀表管線連接方便，液壓油管線選用帶快速接頭的儀表管；液壓油管線長度要保證能夠延伸到每一口井，以便鋼絲作業(yè)過程中液壓油管線能夠到達每口井的液控主閥。為了安裝方便，可以先在車間預制好橇塊并安裝完儀表設備后再移到現(xiàn)場進行固定，同時，提前預制也可以減少現(xiàn)場熱工作業(yè)，降低施工風險；輔助液壓系統(tǒng)的安裝地點應該在井口控制盤旁邊，以減少管線使用量并方便連接。

2.2 實施步驟

利用平臺停產(chǎn)檢修期間，對鋼絲作業(yè)控制系統(tǒng)流程進行改造，改造實施步驟如下：

（1）準備好所需的材料工具，并預制好支架；

（2）在預制好的支架上將儀表設備進行安裝連接，儀表設備安裝完成后將預制好的支架安裝在井口控制盤旁邊；

（3）液壓油罐B出口管線連接到輔助系統(tǒng)液壓油泵入口，在輔助系統(tǒng)液壓油泵連接一根儀表管線作為啟動氣源；

（4）將輔助系統(tǒng)液壓油泵出口安全閥（PSV）下游管線連接到液壓油罐B回流管線上；

（5）從輔助液壓系統(tǒng)氣動控制三通閥連接一條液壓油管線到采油樹旁（圖3），液壓油管線長度要能夠到達任意一口井；

（6）從輔助液壓系統(tǒng)連接一根儀表氣管線，并用四通將此儀表氣管線分成3路，分別將3根管線延長到生活區(qū)救生艇旁邊、頂層甲板離鋼絲作業(yè)現(xiàn)場最近的欄桿處和輔助液壓系統(tǒng)控制面板上，并在管線末端安裝球閥，關井時可以通過打開這3個球閥中的任意一個進行關井；

（7）將梭閥安裝到采油樹液控主閥；

（8）所有安裝工作結束后對儀表參數(shù)進行調(diào)節(jié)測試，使各參數(shù)和系統(tǒng)滿足設計要求。

3 現(xiàn)場應用

2011年3月28日至3月31日，樂東22－1氣田利用停產(chǎn)檢修期間將采油樹輔助液壓系統(tǒng)接入井口控制盤，現(xiàn)場測試其功能，符合設計要求。

4 結束語

設計了海上平臺采油樹輔助液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠替代液控主閥戴帽的方法，使鋼絲作業(yè)過程更加安全可靠。該系統(tǒng)結構簡單，安裝方便，安全性高，實施費用少。

［1］ 張藝，洪毅.海上無人簡易平臺井口控制盤的動力源研究［J］.中國科技縱橫，2010，6（5）：82.