海上無人簡易平臺井口控制盤控制方案研究

摘 要：常規(guī)井口控制盤以儀表氣為動力源，通過氣動液壓泵給液壓油增壓，提供給井上安全閥和井下安全閥。但是在海洋石油開采的特殊環(huán)境中，有時根據(jù)開發(fā)需要建造無人簡易平臺，在簡易平臺上一般沒有儀表氣。針對此問題，本文提出井口控制盤三種控制方案并進(jìn)行比較分析，為海上無人簡易平臺井口控制盤控制方案選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：無人簡易平臺；井口控制盤；控制方案；經(jīng)濟(jì)性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.051

井口控制盤是控制油井開關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備，井口控制盤的控制對象是地面安全閥、井下安全閥。常規(guī)井口控制盤以儀表氣為動力源，通過氣動液壓泵給液壓油增壓，提供給井上安全閥和井下安全閥。在沒有儀表氣的無人簡易平臺上，井口控制盤控制方式的設(shè)計與選擇是一個需要解決的問題。

1 井口控制盤控制方式

井口控制盤采用失效安全型（當(dāng)失去動力時，裝置能夠自動切換到安全狀態(tài)）設(shè)計，所有三通換向閥和電磁閥應(yīng)保證在失去驅(qū)動力的情況下執(zhí)行關(guān)井操作，保障安全[1]。常規(guī)井口控制盤一般分為氣源部分、氣動控制部分和液壓驅(qū)動部分。氣源部分主要是過濾和調(diào)壓。氣動控制部分包括易熔塞回路、緊急關(guān)斷站回路和控制邏輯回路。液壓驅(qū)動部分主要是根據(jù)邏輯控制驅(qū)動井上安全閥和井下安全閥。由于液壓驅(qū)動壓力較大，為了確保安全，井口控制盤采用先導(dǎo)控制模式，即用低壓力控制高壓力。井口控制盤典型控制方式如圖1所示。

2 方案對比

在海上無人簡易平臺上一般沒有儀表氣，井口控制盤就需要考慮采用氮?dú)馄孔鳛闅庠椿蛘咄ㄟ^減壓輸出的低壓液壓控制高壓液壓。

2.1 氮?dú)鈨H供關(guān)斷回路方案

氮?dú)馄繗庠唇?jīng)過調(diào)壓閥，提供給緊急關(guān)斷站回路和易熔塞回路，控制邏輯回路是減壓輸出的低壓液壓，兩者之間的作用通過一個液壓三通閥實(shí)現(xiàn)。當(dāng)緊急關(guān)斷站回路或者易熔塞回路失壓后，液壓三通閥先導(dǎo)端失壓關(guān)閉，控制邏輯回路隨即泄壓，實(shí)現(xiàn)對油井的關(guān)閉。氮?dú)馄恐唤o兩個關(guān)斷回路提供氮?dú)?，只在兩個關(guān)斷回路發(fā)生作用時或者檢修測試時耗氣，耗氣量較小。由于控制邏輯回路采用液壓，這種方案開關(guān)井效率較低。氮?dú)鈨H供關(guān)斷回路方案如圖2所示。

2.2 氮?dú)夤╆P(guān)斷回路和控制回路方案

相對于氮?dú)馄恐唤o兩個關(guān)斷回路提供氮?dú)猓摲桨冈黾恿藢刂七壿嫽芈返墓?。這種方案每次開關(guān)井都需要耗氣，耗氣量比較大，需要定期頻繁更換氮?dú)馄?，且對現(xiàn)場操作人員造成很大不便，后期維護(hù)成本較高，不推薦采用這個方案[2]。優(yōu)點(diǎn)是控制邏輯回路采用氣控，開關(guān)井效率較高，元件選型相對簡單。氮?dú)夤╆P(guān)斷回路和控制回路方案如圖3所示。

2.3 高壓液壓減壓控制方案

這種方案中不用配置氮?dú)馄?，緊急關(guān)斷站回路、易熔塞回路和控制邏輯回路壓力全部來自于高壓減壓輸出。其原理和氮?dú)夤╆P(guān)斷回路和控制回路方案一樣，區(qū)別在于全部使用液壓控制。由于液壓的不可壓縮性，一般在控制回路上設(shè)置蓄能器，以便能及時補(bǔ)充開關(guān)井消耗的液壓能量。這種方案開關(guān)井較慢，且元件需要特別選型，但是后期維護(hù)成本相對較低。高壓液壓減壓控制方案如圖4所示。

3 三種控制方案對比分析

整體上看，三種控制方案各有優(yōu)勢和不足之處。單井的開啟和關(guān)閉操作，使用頻率較高，和單井的數(shù)量多少及操作頻率有直接關(guān)系，約占到總的耗氣量的90%[3]。因此，若采用氮?dú)馄糠桨竿扑]，氮?dú)馄恐惶峁┙o緊急關(guān)斷站回路和易熔塞回路，控制邏輯回路推薦采用低壓液壓。若井口控制盤不配置緊急關(guān)斷站回路和易熔塞回路，則推薦高壓液壓減壓控制方案。三種控制方案在經(jīng)濟(jì)性、開關(guān)井效率、元件選型和維護(hù)四個方面對比如表1所示。

4 總結(jié)

本文針對無人簡易平臺沒有儀表氣的情況，提出了三種井口控制盤控制方式的解決方案并對比分析了方案的優(yōu)勢和不足。目前這三種方案產(chǎn)品均已在無人簡易平臺投產(chǎn)并運(yùn)行穩(wěn)定可靠，驗證了三種方案的可行性。在實(shí)際項目中，可在保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，根據(jù)情況選擇適合控制方案。本文也為同類產(chǎn)品設(shè)計和元件選型提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鴻雁，趙波，張偉娜等.Q/HS3025-2014 海上油氣田固定式生產(chǎn)平臺液壓動力單元設(shè)計指南 [S].北京：石油工業(yè)出版社，2014：3-4.

[2]張藝，洪毅.海上無人簡易平臺上井口控制盤的動力源研究[J].中國科技縱橫，2010（05）：82.

[3]屈少林.海上無人平臺井口控制盤的設(shè)計[J].中國科技縱橫，2017（03）：35-36.

作者簡介：楊建義（1983-），男，河北人，學(xué)士，工程師，從事機(jī)電液一體化設(shè)計工作。