深海鉆探自動脫開系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

王俊洲+張曉娟

摘 要：在海上強風(fēng)暴來臨之際，為了確保平臺上人員和設(shè)備安全，避免海洋環(huán)境污染，深海鉆井平臺應(yīng)合理配置深海鉆探自動脫開系統(tǒng)。文章介紹了深海自動脫開系統(tǒng)的設(shè)計方案和設(shè)計原則，設(shè)計并實現(xiàn)了深海自動脫開系統(tǒng)主液壓系統(tǒng)和水下機器人輔助脫開液壓系統(tǒng)，全面分析了自動脫開系統(tǒng)的作業(yè)過程。該系統(tǒng)是深海鉆探開發(fā)必不可少的安全系統(tǒng)之一。

關(guān)鍵詞：自動脫開；LMRP；水下機器人；緊急脫開

引言

深海鉆探開發(fā)多采用半潛式鉆井平臺，半潛式鉆井平臺僅少數(shù)立柱暴露在波浪環(huán)境中，抗風(fēng)暴能力較強，穩(wěn)定性等安全性能良好。但由于海上鉆井作業(yè)的特殊性，給海上鉆井設(shè)備的設(shè)計和使用帶來了一系列陸上鉆井遇不到的難題。在保證高效生產(chǎn)的同時，遇到突發(fā)的、惡劣的、無法作業(yè)而必須拖走半潛式鉆井平臺的時候，一定要確保平臺操作人員、設(shè)備的安全以及海洋環(huán)境的保護，由此，需要具備一套深海鉆探自動脫開系統(tǒng)，它在平臺安全作業(yè)、保障人員和設(shè)備安全方面起著非常重要的作用。

1 自動脫開系統(tǒng)方案

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)是一個新系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在預(yù)知風(fēng)險到來之前操作，也可以在風(fēng)險已經(jīng)來臨，但工作人員不知的情況下自動執(zhí)行脫開。主要功能是脫開下部海底采油管封隔器總成（LMRP）與水下井口裝置之間的連接，是針對一次風(fēng)險分析而設(shè)計，它是一套液壓先導(dǎo)控制系統(tǒng)，由深海鉆井總控制系統(tǒng)MUX控制。如果水上和水下的通訊或液壓傳輸出現(xiàn)了問題而造成MUX控制系統(tǒng)無法控制水下的設(shè)備的時候，我們還可以采用水下機器人（ROV）下潛到水底，與ROV接口對接，控制LMRP與水下井口裝置的鎖住或解鎖，解鎖成功就能實現(xiàn)LMRP的脫開。見圖1。

2 LMRP脫開主液壓系統(tǒng)

這套液壓控制系統(tǒng)由鉆井平臺上的主控制系統(tǒng)MUX控制，主要由以下幾部分組成：1.止回閥，2和5.止回閥，先導(dǎo)控制時處于開啟狀態(tài)，3和6.梭閥，4.兩位三通換向閥，15和16.水上蓄能器組，19.LMRP鎖住/解鎖裝置，整個LMRP脫開主液壓系統(tǒng)見圖2。

3 水下機器人輔助脫開系統(tǒng)液壓系統(tǒng)

當(dāng)海上風(fēng)浪太大，或鉆井平臺漂移距離太大以至于超過了安全的警戒區(qū)，最終導(dǎo)致了MUX控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信息無法控制LMRP脫開主液壓系統(tǒng)，半潛式鉆井平臺無法與海底井口脫開，這將嚴(yán)重危及平臺上的工作人員和設(shè)備安全，如果發(fā)生了井噴或溢油事故，對海洋環(huán)境污染將十分嚴(yán)重。所以，在LMRP脫開主液壓系統(tǒng)之外還必須要有一套備用系統(tǒng)，目前最可靠的備用系統(tǒng)就是水下機器人輔助脫開系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的核心是水下機器人，其主要組成部分還有：7.止回閥，保證為LMRP提供高壓液體，但要防止高壓液體回流，8.過濾裝置，保證高壓液體干凈，9.主安全開啟閥，作為液壓回路的閥門使用，10.水下機器人觸發(fā)裝置，11.撓性接頭觸發(fā)裝置，14.水下先導(dǎo)液壓蓄能器組，16.水下LMRP脫開備用蓄能器組，18.ROV使能閥，當(dāng)水下機器人與水下機器人接口對接后，此閥就會被觸發(fā)。

圖3 水下機器人輔助脫開系統(tǒng)液壓系統(tǒng)圖

4 作業(yè)過程分析

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)經(jīng)過檢驗是能夠滿足設(shè)計要求的，其作業(yè)過程如下。

當(dāng)鉆井平臺上的工作人員獲知危險信息后，可以人為操作LMRP的脫開：由MUX控制向水下的兩個控制箱（Y控制箱和B控制箱）發(fā)出解鎖指令，此時，LMRP系統(tǒng)就執(zhí)行一次解鎖，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經(jīng)過梭閥（3）和止回閥（5）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸動作，等液壓缸推出動作完成后，解鎖成功。如果一次解鎖不成功，則進行二次解鎖。

當(dāng)海上風(fēng)暴使鉆井平臺漂出了警戒區(qū)，而鉆井平臺上的工作人員沒有發(fā)現(xiàn)或報警裝置沒有正常工作時，撓性接頭達到了一個預(yù)先設(shè)置角度的時候，撓性接頭觸發(fā)裝置被觸發(fā)?；蛘咚聶C器人下潛到海底與ROV接口對接后，就會激活撓性接頭觸發(fā)裝置，并且使能水下機器人觸發(fā)裝置。此時，液壓先導(dǎo)液從水下先導(dǎo)蓄能器（14）流出，并會激活主安全開啟閥（9），高壓液體從水下LMRP脫開備用蓄能器組（16）流出，流經(jīng)三重過濾器（8）并流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到開啟位置。解鎖成功，順利完成LMRP的自動脫開。

當(dāng)海上風(fēng)險過后，半潛式鉆井平臺回到作業(yè)區(qū)域繼續(xù)工作，此時需要LMRP與海底井口裝置進行連接。首先需要把LMRP與海底井口裝置進行對正連接，然后把兩者鎖住，此時，需要由MUX控制向水下控制箱發(fā)出鎖住指令，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經(jīng)過梭閥（3）和止回閥（2）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到鎖住位置，LMRP與井口裝置鎖住成功，鉆井作業(yè)可以正常進行。

5 結(jié)束語

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)作為海洋石油開發(fā)重要控制系統(tǒng)，能夠在危險來臨時，及時、安全的封閉井口，把LMRP與水下井口裝置脫開，保護了平臺工作人員和設(shè)備安全，防止環(huán)境污染，將損失降低到最小。隨著我國對南海石油資源的開發(fā)，深海鉆井平臺將會越來越多，同時，對鉆井的安全也會越來越重視，對環(huán)境的保護越來越重視，深海鉆探自動脫開系統(tǒng)將是深海鉆井平臺必不可少的安全系統(tǒng)之一。

參考文獻

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余國核.水下執(zhí)行機構(gòu)的液壓控制研究[J].中國海洋平臺，2009，24（3）：31-34.

作者簡介：王俊洲（1979-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士學(xué)位，先入華北油田榮盛公司，后進重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院任教，工程師，2007年至2011年主要研制深水防噴器的控制系統(tǒng)。

摘 要：在海上強風(fēng)暴來臨之際，為了確保平臺上人員和設(shè)備安全，避免海洋環(huán)境污染，深海鉆井平臺應(yīng)合理配置深海鉆探自動脫開系統(tǒng)。文章介紹了深海自動脫開系統(tǒng)的設(shè)計方案和設(shè)計原則，設(shè)計并實現(xiàn)了深海自動脫開系統(tǒng)主液壓系統(tǒng)和水下機器人輔助脫開液壓系統(tǒng)，全面分析了自動脫開系統(tǒng)的作業(yè)過程。該系統(tǒng)是深海鉆探開發(fā)必不可少的安全系統(tǒng)之一。

關(guān)鍵詞：自動脫開；LMRP；水下機器人；緊急脫開

引言

深海鉆探開發(fā)多采用半潛式鉆井平臺，半潛式鉆井平臺僅少數(shù)立柱暴露在波浪環(huán)境中，抗風(fēng)暴能力較強，穩(wěn)定性等安全性能良好。但由于海上鉆井作業(yè)的特殊性，給海上鉆井設(shè)備的設(shè)計和使用帶來了一系列陸上鉆井遇不到的難題。在保證高效生產(chǎn)的同時，遇到突發(fā)的、惡劣的、無法作業(yè)而必須拖走半潛式鉆井平臺的時候，一定要確保平臺操作人員、設(shè)備的安全以及海洋環(huán)境的保護，由此，需要具備一套深海鉆探自動脫開系統(tǒng)，它在平臺安全作業(yè)、保障人員和設(shè)備安全方面起著非常重要的作用。

1 自動脫開系統(tǒng)方案

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)是一個新系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在預(yù)知風(fēng)險到來之前操作，也可以在風(fēng)險已經(jīng)來臨，但工作人員不知的情況下自動執(zhí)行脫開。主要功能是脫開下部海底采油管封隔器總成（LMRP）與水下井口裝置之間的連接，是針對一次風(fēng)險分析而設(shè)計，它是一套液壓先導(dǎo)控制系統(tǒng)，由深海鉆井總控制系統(tǒng)MUX控制。如果水上和水下的通訊或液壓傳輸出現(xiàn)了問題而造成MUX控制系統(tǒng)無法控制水下的設(shè)備的時候，我們還可以采用水下機器人（ROV）下潛到水底，與ROV接口對接，控制LMRP與水下井口裝置的鎖住或解鎖，解鎖成功就能實現(xiàn)LMRP的脫開。見圖1。

2 LMRP脫開主液壓系統(tǒng)

這套液壓控制系統(tǒng)由鉆井平臺上的主控制系統(tǒng)MUX控制，主要由以下幾部分組成：1.止回閥，2和5.止回閥，先導(dǎo)控制時處于開啟狀態(tài)，3和6.梭閥，4.兩位三通換向閥，15和16.水上蓄能器組，19.LMRP鎖住/解鎖裝置，整個LMRP脫開主液壓系統(tǒng)見圖2。

3 水下機器人輔助脫開系統(tǒng)液壓系統(tǒng)

當(dāng)海上風(fēng)浪太大，或鉆井平臺漂移距離太大以至于超過了安全的警戒區(qū)，最終導(dǎo)致了MUX控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信息無法控制LMRP脫開主液壓系統(tǒng)，半潛式鉆井平臺無法與海底井口脫開，這將嚴(yán)重危及平臺上的工作人員和設(shè)備安全，如果發(fā)生了井噴或溢油事故，對海洋環(huán)境污染將十分嚴(yán)重。所以，在LMRP脫開主液壓系統(tǒng)之外還必須要有一套備用系統(tǒng)，目前最可靠的備用系統(tǒng)就是水下機器人輔助脫開系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的核心是水下機器人，其主要組成部分還有：7.止回閥，保證為LMRP提供高壓液體，但要防止高壓液體回流，8.過濾裝置，保證高壓液體干凈，9.主安全開啟閥，作為液壓回路的閥門使用，10.水下機器人觸發(fā)裝置，11.撓性接頭觸發(fā)裝置，14.水下先導(dǎo)液壓蓄能器組，16.水下LMRP脫開備用蓄能器組，18.ROV使能閥，當(dāng)水下機器人與水下機器人接口對接后，此閥就會被觸發(fā)。

圖3 水下機器人輔助脫開系統(tǒng)液壓系統(tǒng)圖

4 作業(yè)過程分析

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)經(jīng)過檢驗是能夠滿足設(shè)計要求的，其作業(yè)過程如下。

當(dāng)鉆井平臺上的工作人員獲知危險信息后，可以人為操作LMRP的脫開：由MUX控制向水下的兩個控制箱（Y控制箱和B控制箱）發(fā)出解鎖指令，此時，LMRP系統(tǒng)就執(zhí)行一次解鎖，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經(jīng)過梭閥（3）和止回閥（5）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸動作，等液壓缸推出動作完成后，解鎖成功。如果一次解鎖不成功，則進行二次解鎖。

當(dāng)海上風(fēng)暴使鉆井平臺漂出了警戒區(qū)，而鉆井平臺上的工作人員沒有發(fā)現(xiàn)或報警裝置沒有正常工作時，撓性接頭達到了一個預(yù)先設(shè)置角度的時候，撓性接頭觸發(fā)裝置被觸發(fā)?；蛘咚聶C器人下潛到海底與ROV接口對接后，就會激活撓性接頭觸發(fā)裝置，并且使能水下機器人觸發(fā)裝置。此時，液壓先導(dǎo)液從水下先導(dǎo)蓄能器（14）流出，并會激活主安全開啟閥（9），高壓液體從水下LMRP脫開備用蓄能器組（16）流出，流經(jīng)三重過濾器（8）并流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到開啟位置。解鎖成功，順利完成LMRP的自動脫開。

當(dāng)海上風(fēng)險過后，半潛式鉆井平臺回到作業(yè)區(qū)域繼續(xù)工作，此時需要LMRP與海底井口裝置進行連接。首先需要把LMRP與海底井口裝置進行對正連接，然后把兩者鎖住，此時，需要由MUX控制向水下控制箱發(fā)出鎖住指令，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經(jīng)過梭閥（3）和止回閥（2）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到鎖住位置，LMRP與井口裝置鎖住成功，鉆井作業(yè)可以正常進行。

5 結(jié)束語

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)作為海洋石油開發(fā)重要控制系統(tǒng)，能夠在危險來臨時，及時、安全的封閉井口，把LMRP與水下井口裝置脫開，保護了平臺工作人員和設(shè)備安全，防止環(huán)境污染，將損失降低到最小。隨著我國對南海石油資源的開發(fā)，深海鉆井平臺將會越來越多，同時，對鉆井的安全也會越來越重視，對環(huán)境的保護越來越重視，深海鉆探自動脫開系統(tǒng)將是深海鉆井平臺必不可少的安全系統(tǒng)之一。

參考文獻

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余國核.水下執(zhí)行機構(gòu)的液壓控制研究[J].中國海洋平臺，2009，24（3）：31-34.

作者簡介：王俊洲（1979-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士學(xué)位，先入華北油田榮盛公司，后進重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院任教，工程師，2007年至2011年主要研制深水防噴器的控制系統(tǒng)。

摘 要：在海上強風(fēng)暴來臨之際，為了確保平臺上人員和設(shè)備安全，避免海洋環(huán)境污染，深海鉆井平臺應(yīng)合理配置深海鉆探自動脫開系統(tǒng)。文章介紹了深海自動脫開系統(tǒng)的設(shè)計方案和設(shè)計原則，設(shè)計并實現(xiàn)了深海自動脫開系統(tǒng)主液壓系統(tǒng)和水下機器人輔助脫開液壓系統(tǒng)，全面分析了自動脫開系統(tǒng)的作業(yè)過程。該系統(tǒng)是深海鉆探開發(fā)必不可少的安全系統(tǒng)之一。

關(guān)鍵詞：自動脫開；LMRP；水下機器人；緊急脫開

引言

深海鉆探開發(fā)多采用半潛式鉆井平臺，半潛式鉆井平臺僅少數(shù)立柱暴露在波浪環(huán)境中，抗風(fēng)暴能力較強，穩(wěn)定性等安全性能良好。但由于海上鉆井作業(yè)的特殊性，給海上鉆井設(shè)備的設(shè)計和使用帶來了一系列陸上鉆井遇不到的難題。在保證高效生產(chǎn)的同時，遇到突發(fā)的、惡劣的、無法作業(yè)而必須拖走半潛式鉆井平臺的時候，一定要確保平臺操作人員、設(shè)備的安全以及海洋環(huán)境的保護，由此，需要具備一套深海鉆探自動脫開系統(tǒng)，它在平臺安全作業(yè)、保障人員和設(shè)備安全方面起著非常重要的作用。

1 自動脫開系統(tǒng)方案

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)是一個新系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在預(yù)知風(fēng)險到來之前操作，也可以在風(fēng)險已經(jīng)來臨，但工作人員不知的情況下自動執(zhí)行脫開。主要功能是脫開下部海底采油管封隔器總成（LMRP）與水下井口裝置之間的連接，是針對一次風(fēng)險分析而設(shè)計，它是一套液壓先導(dǎo)控制系統(tǒng)，由深海鉆井總控制系統(tǒng)MUX控制。如果水上和水下的通訊或液壓傳輸出現(xiàn)了問題而造成MUX控制系統(tǒng)無法控制水下的設(shè)備的時候，我們還可以采用水下機器人（ROV）下潛到水底，與ROV接口對接，控制LMRP與水下井口裝置的鎖住或解鎖，解鎖成功就能實現(xiàn)LMRP的脫開。見圖1。

2 LMRP脫開主液壓系統(tǒng)

這套液壓控制系統(tǒng)由鉆井平臺上的主控制系統(tǒng)MUX控制，主要由以下幾部分組成：1.止回閥，2和5.止回閥，先導(dǎo)控制時處于開啟狀態(tài)，3和6.梭閥，4.兩位三通換向閥，15和16.水上蓄能器組，19.LMRP鎖住/解鎖裝置，整個LMRP脫開主液壓系統(tǒng)見圖2。

3 水下機器人輔助脫開系統(tǒng)液壓系統(tǒng)

當(dāng)海上風(fēng)浪太大，或鉆井平臺漂移距離太大以至于超過了安全的警戒區(qū)，最終導(dǎo)致了MUX控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信息無法控制LMRP脫開主液壓系統(tǒng)，半潛式鉆井平臺無法與海底井口脫開，這將嚴(yán)重危及平臺上的工作人員和設(shè)備安全，如果發(fā)生了井噴或溢油事故，對海洋環(huán)境污染將十分嚴(yán)重。所以，在LMRP脫開主液壓系統(tǒng)之外還必須要有一套備用系統(tǒng)，目前最可靠的備用系統(tǒng)就是水下機器人輔助脫開系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的核心是水下機器人，其主要組成部分還有：7.止回閥，保證為LMRP提供高壓液體，但要防止高壓液體回流，8.過濾裝置，保證高壓液體干凈，9.主安全開啟閥，作為液壓回路的閥門使用，10.水下機器人觸發(fā)裝置，11.撓性接頭觸發(fā)裝置，14.水下先導(dǎo)液壓蓄能器組，16.水下LMRP脫開備用蓄能器組，18.ROV使能閥，當(dāng)水下機器人與水下機器人接口對接后，此閥就會被觸發(fā)。

圖3 水下機器人輔助脫開系統(tǒng)液壓系統(tǒng)圖

4 作業(yè)過程分析

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)經(jīng)過檢驗是能夠滿足設(shè)計要求的，其作業(yè)過程如下。

當(dāng)鉆井平臺上的工作人員獲知危險信息后，可以人為操作LMRP的脫開：由MUX控制向水下的兩個控制箱（Y控制箱和B控制箱）發(fā)出解鎖指令，此時，LMRP系統(tǒng)就執(zhí)行一次解鎖，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經(jīng)過梭閥（3）和止回閥（5）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸動作，等液壓缸推出動作完成后，解鎖成功。如果一次解鎖不成功，則進行二次解鎖。

當(dāng)海上風(fēng)暴使鉆井平臺漂出了警戒區(qū)，而鉆井平臺上的工作人員沒有發(fā)現(xiàn)或報警裝置沒有正常工作時，撓性接頭達到了一個預(yù)先設(shè)置角度的時候，撓性接頭觸發(fā)裝置被觸發(fā)?；蛘咚聶C器人下潛到海底與ROV接口對接后，就會激活撓性接頭觸發(fā)裝置，并且使能水下機器人觸發(fā)裝置。此時，液壓先導(dǎo)液從水下先導(dǎo)蓄能器（14）流出，并會激活主安全開啟閥（9），高壓液體從水下LMRP脫開備用蓄能器組（16）流出，流經(jīng)三重過濾器（8）并流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到開啟位置。解鎖成功，順利完成LMRP的自動脫開。

當(dāng)海上風(fēng)險過后，半潛式鉆井平臺回到作業(yè)區(qū)域繼續(xù)工作，此時需要LMRP與海底井口裝置進行連接。首先需要把LMRP與海底井口裝置進行對正連接，然后把兩者鎖住，此時，需要由MUX控制向水下控制箱發(fā)出鎖住指令，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經(jīng)過梭閥（3）和止回閥（2）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到鎖住位置，LMRP與井口裝置鎖住成功，鉆井作業(yè)可以正常進行。

5 結(jié)束語

深海鉆探自動脫開系統(tǒng)作為海洋石油開發(fā)重要控制系統(tǒng)，能夠在危險來臨時，及時、安全的封閉井口，把LMRP與水下井口裝置脫開，保護了平臺工作人員和設(shè)備安全，防止環(huán)境污染，將損失降低到最小。隨著我國對南海石油資源的開發(fā)，深海鉆井平臺將會越來越多，同時，對鉆井的安全也會越來越重視，對環(huán)境的保護越來越重視，深海鉆探自動脫開系統(tǒng)將是深海鉆井平臺必不可少的安全系統(tǒng)之一。

參考文獻

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余國核.水下執(zhí)行機構(gòu)的液壓控制研究[J].中國海洋平臺，2009，24（3）：31-34.

作者簡介：王俊洲（1979-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士學(xué)位，先入華北油田榮盛公司，后進重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院任教，工程師，2007年至2011年主要研制深水防噴器的控制系統(tǒng)。