深海防噴器自動(dòng)剪切液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王俊洲　張曉娟

摘 要：在海上強(qiáng)風(fēng)暴來(lái)臨之際，為了確保平臺(tái)上人員和設(shè)備安全，避免海洋環(huán)境污染，深海鉆井平臺(tái)應(yīng)合理配置深海防噴器自動(dòng)剪切液壓系統(tǒng)。文章針對(duì)當(dāng)前我國(guó)在海洋開(kāi)發(fā)中，缺少環(huán)保和安全方面的控制系統(tǒng)，提出了一套深海防噴器自動(dòng)剪切液壓系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)在危險(xiǎn)情況下，自動(dòng)完成封井動(dòng)作，保證人員和設(shè)備安全。是深海鉆探開(kāi)發(fā)必不可少的安全系統(tǒng)之一。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)剪切；剪切閘板；剪切系統(tǒng)；BOP

引言

深海鉆井遠(yuǎn)離岸邊、作業(yè)區(qū)海況非常復(fù)雜，搶險(xiǎn)、逃生及救援極為困難。因此，鉆井作業(yè)過(guò)程中一旦發(fā)生井噴或在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等緊急情況下需要臨時(shí)撤離，要求水下防噴器組及其控制系統(tǒng)能安全可靠的控制住井口及井內(nèi)流體，確保鉆井平臺(tái)工作人員及設(shè)備安全[1]。目前，水下防噴器組及其控制系統(tǒng)的核心技術(shù)由國(guó)外幾家知名防噴器生產(chǎn)廠家掌握。API標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)水下防噴器組及其控制系統(tǒng)的主控制系統(tǒng)提出了要求，而有關(guān)環(huán)保和安全方面的控制系統(tǒng)，像自動(dòng)脫開(kāi)系統(tǒng)、自動(dòng)剪切系統(tǒng)、deadman控制系統(tǒng)沒(méi)有具體要求[2]。我國(guó)目前水下防噴器組及其控制技術(shù)還處于研發(fā)階段，對(duì)自動(dòng)剪切等特殊控制系統(tǒng)還沒(méi)有涉及，為此，文章結(jié)合國(guó)外技術(shù)提出一種深海防噴器自動(dòng)剪切液壓控制系統(tǒng)方案。

1 防噴器自動(dòng)剪切液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

水下防噴器組一般由若干環(huán)形防噴器、變徑閘板防噴器、剪切閘板防噴器組成，根據(jù)水深不同，可以配置不同形式的水下防噴器組。水下防噴器組是以安全、可靠為首要目標(biāo)，能夠在各種情況下迅速有效的關(guān)閉井口。深海防噴器自動(dòng)剪切液壓系統(tǒng)就是控制全封剪切閘板防噴器，在突發(fā)意外或故意斷開(kāi)下部海底采油管封隔器總成（LMRP）時(shí)才能啟動(dòng)自動(dòng)剪切系統(tǒng)，如果在鉆井過(guò)程中，自動(dòng)剪切系統(tǒng)絕對(duì)不能啟動(dòng)。對(duì)于水下全封剪切閘板防噴器，打開(kāi)剪切閘板防噴器由水上總控制系統(tǒng)-MUX控制系統(tǒng)完成，MUX控制系統(tǒng)發(fā)出“打開(kāi)”指令，經(jīng)傳輸通道傳送給水下的兩個(gè)控制箱（藍(lán)色控制箱B和黃色控制箱Y，兩個(gè)控制箱形成備份控制系統(tǒng)，確保安全、可靠），然后再啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，執(zhí)行剪切閘板防噴器“打開(kāi)”動(dòng)作。在關(guān)閉剪切閘板防噴器時(shí)，可以由兩種方式進(jìn)行控制，一種方式由MUX控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，MUX控制系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)閉”指令，傳送給水下的兩個(gè)控制箱，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，執(zhí)行剪切閘板防噴器“關(guān)閉”動(dòng)作；另一種方式由深海防噴器自動(dòng)剪切系統(tǒng)控制，當(dāng)出現(xiàn)了突發(fā)危險(xiǎn)或?qū)е翷MRP脫開(kāi)的時(shí)候，自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)剪切液壓系統(tǒng)，執(zhí)行剪切閘板防噴器“關(guān)閉”動(dòng)作[3]。見(jiàn)圖1。

2 深海防噴器自動(dòng)剪切液壓回路設(shè)計(jì)

水下剪切閘板防噴器在正常情況下由平臺(tái)上的MUX控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行“關(guān)閉”和“打開(kāi)”動(dòng)作，但海上區(qū)域情況復(fù)雜，情況多變，如遇到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的時(shí)候，鉆井平臺(tái)有一個(gè)較大的“漂移”，導(dǎo)致?lián)闲越宇^偏移角度增加，偏移角度過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致隔水管損壞或井口失控。如果出現(xiàn)了上述情況，平臺(tái)上的MUX控制系統(tǒng)就無(wú)法完成對(duì)水下剪切閘板防噴器的控制，可能會(huì)無(wú)法密封井口，可能導(dǎo)致泄漏或井噴事故發(fā)生，造成嚴(yán)重的海洋環(huán)境污染，后果不堪設(shè)想。所以，在水下必須有一套自動(dòng)啟動(dòng)剪切的觸發(fā)裝置，能夠在危險(xiǎn)的情況下自動(dòng)執(zhí)行剪切、封井動(dòng)作。如圖2所示，當(dāng)自動(dòng)剪切處于待命狀態(tài)時(shí)，如果突發(fā)危險(xiǎn)發(fā)生，LMRP平臺(tái)與防噴器組脫開(kāi)，自動(dòng)剪切觸發(fā)裝置在彈簧作用下自動(dòng)觸發(fā)，從B口流入高壓液體，流經(jīng)A口進(jìn)入水下剪切閘板防噴器，執(zhí)行剪切動(dòng)作。當(dāng)沒(méi)有危險(xiǎn)或正常鉆井作業(yè)時(shí)，一定要確保自動(dòng)剪切處于“禁止”狀態(tài)，以免發(fā)生誤動(dòng)作，造成不必要的損失。

對(duì)于自動(dòng)剪切系統(tǒng)，還可以配備一套備用啟動(dòng)系統(tǒng)-水下機(jī)器人（ROV），當(dāng)所有的控制系統(tǒng)都失靈的時(shí)候，可以采用ROV下潛到海底，用ROV啟動(dòng)自動(dòng)剪切系統(tǒng)，完成封井動(dòng)作。

3 水下蓄能器組

深海自動(dòng)剪切系統(tǒng)是一套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，在水下有一套獨(dú)立的高壓蓄能器組，相對(duì)于高壓油從平臺(tái)上傳送下來(lái)推動(dòng)水下剪切閘板防噴器動(dòng)作來(lái)說(shuō)，水下蓄能器組具有作用時(shí)間短、壓力高、動(dòng)作快、不受危險(xiǎn)情況影響等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)水下蓄能器組壓力低時(shí)，由MUX控制系統(tǒng)發(fā)出“充壓”指令給水下的兩個(gè)控制箱，然后啟動(dòng)液壓先導(dǎo)回路打開(kāi)充壓閥，為水下蓄能器組充壓。當(dāng)不再使用自動(dòng)剪切系統(tǒng)時(shí)，可以通過(guò)MUX控制系統(tǒng)向水下發(fā)出“排空泄壓”指令，為水下蓄能器組泄壓。水下蓄能器組通過(guò)B口和深海自動(dòng)剪切回路連接。見(jiàn)圖3。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)正在加緊開(kāi)發(fā)海洋資源，但同時(shí)也提出了海洋環(huán)境保護(hù)的難題，這就要求深海防噴器控制系統(tǒng)應(yīng)配備完整的三級(jí)控制系統(tǒng)（主控系統(tǒng)、備用控制系統(tǒng)、特殊控制系統(tǒng)），以應(yīng)對(duì)鉆井作業(yè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜情況。

深海自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)作為一種特殊控制系統(tǒng)，在海洋勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著重要作用，在危險(xiǎn)來(lái)臨前或臨時(shí)撤離作業(yè)地點(diǎn)的時(shí)候，能夠安全、可靠的封閉井口，保證人員和設(shè)備安全，可顯著提升深海鉆井作業(yè)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]Evaluation of Secondary Intervention Methods in Well Control for U.S. Minerals Management Service[Z]. March 2003.

[2]Hydril BOP Control Systems Products Booklet[S]. 2004.

[3]Specification for Control Systems for Drilling Well Control Equipment and Control Systems for Diverter Equipment[S]. API SPECIFICATION 16D （SPEC 16D）， SECOND EDITION， JULY 2004， EFFICTIVE DATE， JANUARY 2005.

作者簡(jiǎn)介：王俊洲（1979-），男，工程師，講師，碩士學(xué)位，2007年碩士畢業(yè)，進(jìn)入華北油田榮盛公司，主要研制深水防噴器的控制系統(tǒng)。