節(jié)流壓井管匯功能分析及在鉆井船的應用

孫美鳳，王紅波

（1.上海振華重工（集團）股份有限公司 海上重工設計研究院，上海 200125；2.中交海洋工程船舶技術研究中心有限公司，上海 200125；3.上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

節(jié)流壓井管匯功能分析及在鉆井船的應用

孫美鳳1，2，王紅波3

（1.上海振華重工（集團）股份有限公司 海上重工設計研究院，上海 200125；2.中交海洋工程船舶技術研究中心有限公司，上海 200125；3.上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

節(jié)流壓井管匯是海洋石油鉆井工程中的重要安全設備之一。以鉆井船項目為例，簡要介紹其基于規(guī)范和船東要求的設計方法，以流體接口為切入點，細化該管匯在井控、壓井方面的功能，拋磚引玉，提出對于建造多功能應急井控救援船的可行性思考。

節(jié)流壓井；管匯；井控；鉆井船；救援船

井涌、井噴是海上油氣開采遇到的最嚴重事故之一，而調查發(fā)現大部分井噴的直接原因是發(fā)現溢流后采取的井控措施不當。節(jié)流壓井管匯作為井控裝備之一，是防噴的重要部分。使用中對其功能和遙控有嚴格要求，要滿足 API 6A、API 16C要求。

鉆井船作為浮船式移動鉆井平臺，能靈活移動具有自航能力，特別適應深水或超深水作業(yè)，但這對壓井、井控以及應急救援要求更高。本文將結合規(guī)范和實際項目，從管路接口方面介紹節(jié)流壓井管匯的設計方法，為其他項目作出借鑒，并提出節(jié)流壓井管匯未來在井控應急救援項目中的應用思考。

1 節(jié)流壓井管匯

事實上節(jié)流壓井管匯分為節(jié)流和壓井兩個管匯。發(fā)生井涌，防噴器關閉，通過鉆井液在節(jié)流管匯循環(huán)來平衡井下壓力。壓井管匯連接泥漿泵與鉆井四通。一般節(jié)流壓井管匯是以一個模塊形式出現，由（水下）防噴器組和節(jié)流壓井管匯等共同組成井控系統(tǒng)（圖1）。

設計時除了要遵守船級社要求外，至少還要遵循以下標準之一：

1）美國石油協會標準（API）API 6A/16C/16F/RP53/ RP59；

2）兩個 ABS CDS 規(guī)范，即美國船級社鉆井系統(tǒng)分類和美國船級社鉆井系統(tǒng)認證；

3）挪威國家石油標準（Norsok）D-001/007；

4）中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準：SY/T5323—2004，SY/T5127—2002等。

需要強調的是，管匯控制系統(tǒng)應能控制節(jié)流閥在≤30s時間內從全開達到全關。

2 節(jié)流壓井管匯在鉆井船項目中的應用

上海中遠船務作為詳細設計方的鉆井船（N498項目），入級 ABS 船級社，鉆井系統(tǒng)遵循 ABS CDS 2011、API（6A/16C），船東為巴西石油。

下面介紹其節(jié)流壓井管匯及其控制系統(tǒng)配置。

2.1 設計標準

船東要求的參數如下，表1

2.2 節(jié)流壓井管匯配置

此管匯主要由24手動手輪操作閘閥（3 1/16"，15 000psi）、13 個手動手輪操作閘閥（4 1/16"，10 000psi）、6 個雙驅動超越控制閘閥（3 1/16"，15 000psi）、2個手動手輪操作閘閥（2 1/16"，15 000psi）、2個手動手輪操作閘閥（2 1/16"，10 000psi）、2個液動節(jié)流閥（3 1/16"，15 000psi）、2個手動節(jié)流閥（3 1/16"，15 000psi）和一系列節(jié)流和壓井管線、溫度傳感器、活接頭和旋轉活接頭、三通、四通、五通等高壓附件組成，詳見圖2。

圖1 典型水下防噴器組節(jié)流壓井系統(tǒng)配置圖

表1 參數表

可見，各類閥門是管匯主要組成部分。閘閥只阻斷流體不調流量，在工作中不能處于半開半閉狀態(tài)。節(jié)流閥是井控工作的核心閥門，司鉆通過調節(jié)節(jié)流閥使系統(tǒng)保持定值。所有閥門都要攜帶銘牌，標示其主要參數并懸掛示意，管匯在不使用時，閥門要保持關閉狀態(tài)。

圖2 節(jié)流壓井管匯配置圖

下面按照接口具體介紹該管匯的功能：

（1）連接防噴器和節(jié)流閥。

連接防噴器組下鉆井四通，目的一是通過正循環(huán)壓井，一是處理井噴井涌的回流泥漿。

（2）連接高壓泥漿立管用來壓井。

單 向閥前壓力 為 7 500psi，閥后 壓 力為 15 000psi， 管線上安裝一段可移動的管段，用來提醒操作人員確定此項連接的目的，或者只有經過授權才可以連接高壓泥漿管匯和節(jié)流壓井管匯，通過單向閥和可移動管段來實現充分隔離。

（3）連接水泥單元。

用于壓力高于 7 500psi到 15 000psi時應急壓井循環(huán)。

（4）連接防噴器下部壓井閥與壓井管匯。

根據井口壓力控制鉆井液排量，壓井最高泵壓不能超過系統(tǒng)額定工作壓力的60%。

（5）/11連接泥氣分離器。

從井底返回的含有高氣體濃度的鉆井液從泥氣分離器上側面切向進入，液氣分離，液體去往泥漿回收處理系統(tǒng)進一步處理；氣體從分離器頂部透氣管排出，排出點高于井架頂部4米；清洗泥氣分離器的泥漿將會從底部虹吸部分最低處泄放到廢泥漿艙，再通過混合/駁運泵輸送往供應船。

要通過控制節(jié)流閥開關來防止底部U型虹吸部分泥漿液封被吹通使泥漿進入排氣管。

（6）/（7）連接左/右舷排舷外管線。

按照規(guī)范要求設置管線，作為泥氣分離器超負荷下的應急排放，防止井噴。該管線要求盡可能順直布置。

（8）連接沉砂箱。

與分流器流量出口管線一起合并進入沉砂箱，開始進行各級分離處理。

（9）連接精確計量罐。

發(fā)生井涌，BOP關閉，強行下鉆至井底，上涌的泥漿通過節(jié)流壓井管匯進入精確計量罐，用于檢測是否存在井漏等情況。

（10）連接燃燒臂。

通過燃燒臂燃燒井涌循環(huán)的碳氫化合物，是測井系統(tǒng)功能組成的一部分。為防止人員、設備和船體結構等受到熱輻射傷害，要調整燃燒臂使之位于下風向，并輔以水簾保護。

12/13連接乙二醇注入單元。

位防止流體因壓力降低而結冰，在節(jié)流閥上游注入乙二醇。

工作時，管匯中任何一個節(jié)流閥都能被隔離和替換，節(jié)流和壓井管匯一備一用。

2.3 節(jié)流壓井控制系統(tǒng)配置

圖2中 CKS是節(jié)流壓井系統(tǒng)的儀表控制代碼，DCDA 是鉆井控制和數據采集系統(tǒng)的儀控代碼。管該控制系統(tǒng)是用來遠程/就地操作和監(jiān)控高壓管匯的系統(tǒng)，主要由一個節(jié)流控制面板（CCP）、一個可編程本地控制器（PLC）和一個本地控制面板（LCP）組成。節(jié)流壓井管匯的信號通過 PLC 收集。司鉆通過CCP來控制液壓閘閥和節(jié)流閥。當 CCP失電，通過LCP操作閥門、讀取管匯壓力。

3 在井控救援方面的未來趨勢

節(jié)流壓井管匯是活動裝置，可移動，與制造商和用戶溝通明確設計要求后，可以按需設計、生產多功能井控船。這方面歐美等發(fā)達國家具有先進性，如果未來國內也要發(fā)展多功能應急井控救援船，可以考慮通過共用設備機座，依工況攜帶節(jié)流壓井管匯、高壓泥漿管匯和其他高壓或者高低壓控制轉換裝置，與失事井建立連接，來重建井口重建循環(huán)、控制油氣泄漏，完成壓井、固井、完井。

4 結束語

本文依據規(guī)范標準，依托鉆井船項目實際配置，詳細介紹節(jié)流壓井管匯各功能。在未來，可移動的模塊化節(jié)流壓井管匯可以與井口防噴器組、液壓控制系統(tǒng)、配置壓井液裝置等共同組成井控裝備，建成多功能井控船或者與 PSV 等合作，在更多的復雜井控救援工作中發(fā)揮作用。

[1] ABS Guide for the Classification of Drilling Systems[S].

[2] API Specification 16C for Choke and Kill Systems[S].

[3] ABS Rules for Building and Classing Steel Vessels[S].

[4] SY/T 5323，節(jié)流壓井系統(tǒng)[S].

[5] SY/T 5127，井口裝置和采油樹規(guī)范（部分閥門）[S].

[6] SY/T 5964，鉆井井控裝置組合配套安裝調試與維護[S].

Functional Analysis of Choke and Kill Manifold and Apply to Drill Ship Project

Sun Mei-feng，Wang Hong-bo

Choke & Kill manifold is one of the important safety equipments in offshore oil drilling engineering.Taking an drill ship project as example，this paper briefly introduces the design method of C&K manifold based on the specifications and owner’s requirements；Taking the fluid interface as the breakthrough point，detail the description of the function of the manifold in well controlling and well killing；serve as a modest spur to come forward with the construction of multi-functional emergency well controlrescue ship.

choke &kill；manifold；well control；drill ship；rescue ship

U674.381

A

1003-6490（2017）06-0237-02

2017-05-05

孫美鳳（1984—），女，山東煙臺人，助理工程師，主要研究方向海洋工程裝備制造。