淺談海上平臺井口控制盤的設計工作

張 超

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

井口控制盤通常分為氣動井口盤和電動井口盤兩大類，主要是根據(jù)平臺是否設置空氣壓縮機系統(tǒng)進行考慮。對于有空氣壓縮機的平臺，井口控制盤多選用氣動隔膜泵為井下安全閥提供液壓驅動，同時根據(jù)采油樹井上安全閥的驅動形式要求，確定是提供液壓驅動還是氣動驅動；盤內(nèi)控制邏輯為氣動控制方式、井口易熔塞回路、井口盤ESD 手動站回路及單井井流管線上的高低壓先導閥等均為氣動形式，這類盤稱為氣動井口盤。對于沒有空氣壓縮機的平臺，井口控制盤多選用電驅液壓泵，并通過盤內(nèi)不同的調壓設施為井下安全閥、井上安全閥及單井井流管線上的高低壓先導閥提供液壓驅動，井口易熔塞回路及井口ESD 手動站回路則通過獨立設置的高壓氮氣瓶并通過配套的調壓補壓設施提供氣源，這類盤通常稱為電動井口盤。盡管井口控制盤因液壓系的驅動形式不同面有上述兩種差別，但二者的工作原理基本相同。因此，下面主要以常見的氣動井口控制盤為例，簡單介紹一下井口控制盤的工作原理及功能。

1 井口控制盤工作原理

1.1 井口控制盤結構

井口控制盤分為公用模塊和單井模塊兩大部分。公用模塊能對全部井進行控制，單井模塊由與井口數(shù)相對應的單井控制柜構成，每個抽屜控制一口井，單井模塊與公用模塊間有隔離閥，通過關閉隔離閥，拆開接頭，可將單井控制抽屜從井口盤中取出。如果單井控制模塊出現(xiàn)故障，可將旁通開關或閥打到旁通的位置，實現(xiàn)打開井上安全閥、井下安全閥及套筒放氣閥。

井口控制盤的控制回路分為氣動控制回路和液壓控制回路。氣動控制回路包括：井口ESD 手動站回路、井口易熔塞回路、每口井井口井流管線上的高低壓先導閥、盤內(nèi)邏輯控制系統(tǒng)等。井口控制盤氣源由儀表風系統(tǒng)提供，儀表風經(jīng)一級過濾/減壓至符合液壓泵出口液壓等級所需驅動壓力后，用來驅動兩臺氣動液壓泵（其中必須有一臺配有手動操作手柄，以保證在儀表風系統(tǒng)故障的情況下仍能提供液壓動力），此壓力等級的儀表風再經(jīng)二級減壓至350kPa 左右，用來進行氣動邏輯控制回路的邏輯轉換和控制，并為ESD 手動站和易熔塞回路提供氣源。

液壓控制回路是對每口井的井上安全閥、井下安全閥及套筒放氣實施控制的液壓回路，液壓控制回路的液壓由井口控制盤內(nèi)部的兩臺氣動液壓泵提供。通常液驅動回路的工作壓力設定為5000psi 左右，具體設定值要根據(jù)鉆完井提供的驅動壓力要求而定。液壓油由井口控制盤內(nèi)的液壓油油箱提供，另外，盤內(nèi)應設置高壓蓄能器，蓄能器內(nèi)充氮氣，用于儲存液壓回路的高壓能量，當液壓回路中因滲漏造成較小壓力波動時，蓄能器釋放部分高壓能量，維持液壓回路壓力的相對穩(wěn)定，從而避免液壓泵的頻繁啟動，同時蓄能器還具有在液壓泵系統(tǒng)故障情況下，保證井下安全閥正常操作兩次的功能。

1.2 井口控制盤工作原理

井口控制盤以平臺空氣壓縮機系統(tǒng)提供的儀表氣（通常在800kPa 左右）作為動力源，通過氣動控制回路實現(xiàn)對井上安全閥的控制，通過盤內(nèi)的氣動液壓泵提供高壓液壓源驅動井下安全閥和（或）上安全閥。每口單井的井上安全閥可以通過設在單井井流管線上的高低壓先導閥/開關實現(xiàn)單井就地自動聯(lián)鎖關斷，也可通過設在控制盤盤面上的手動復位裝置實現(xiàn)現(xiàn)場手動開關功能。井口控制盤通過檢測每口井井流管線中井流壓力的高低、井口區(qū)ESD 手動站回路壓力、井口易熔塞回路的壓力及來自中控系統(tǒng)的關斷觸發(fā)信號實現(xiàn)對被控井口油氣開采設施的自動連鎖關斷。井口控制盤與中控系統(tǒng)的電氣接口是通過井口盤內(nèi)部的壓力/液位開關及電磁閥實現(xiàn)的。其中，壓力開關作為井口區(qū)易熔塞回路壓力、ESD 回路狀態(tài)、單井井流壓力及井上/井下安全閥狀態(tài)等信號送至中控，液位開關則將井口盤內(nèi)液壓油儲罐液位低報警送中控顯示報警，電磁閥是用來接受中控的關斷聯(lián)鎖信號的接口。

2 井口控盤的功能設計

1）井口控制盤主要是對每口井的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥及電潛泵進行控制，也可以在中控室實現(xiàn)對上述井口采油設施的遠程遙控及狀態(tài)和報警監(jiān)測[1]。

2）井口應急關斷（ESD）手動站控制，當位于井口區(qū)的任一個ESD 手動站動作，井口ESD 手動控制回路壓力被泄放，井口控制盤立即關閉所有井的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥及電潛泵，并將關斷信號（同易熔塞回路報警、關斷觸發(fā)信號）傳達到中控室的中控系統(tǒng)進行顯示，報警及觸發(fā)火氣關斷。

3）井口易熔塞回路控制，在井口區(qū)設有一個易熔塞回路，在每口井的采油樹上均設有一個易熔塞，當井口區(qū)發(fā)生火災或溫度高于融化溫度（一般為120℃左右）時，易熔塞熔化，導致易熔塞回路泄壓，回路壓力降低觸發(fā)回路上的低壓開關動作，觸發(fā)井口控制盤關停所有井的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥及電潛泵，并將易熔塞回路壓力低信號送至中控室的火氣控制系統(tǒng)，火氣控制系統(tǒng)在此信號的觸發(fā)下將進行報警（包括在操作站的聲光報警及觸發(fā)平臺上的公共廣播報警系統(tǒng)及平臺狀態(tài)燈）并啟動消防泵及打開井口區(qū)水噴淋閥，同時，火氣控制系統(tǒng)向中控的應急關斷系統(tǒng)發(fā)出火災關斷觸發(fā)信號，觸發(fā)平臺的火災關斷。

4）單井井口壓力監(jiān)測，在每口井的井口附近井流管線上均有監(jiān)測井口井流壓力的高、低壓先導閥（也可為開關）。當井口井流管線內(nèi)的壓力高于此先導閥/開關的高壓設定值，或低于低壓設定值時，觸發(fā)井口控制盤內(nèi)的回路壓力監(jiān)測開關動作，引起井口控制盤自動關該井井上安全閥及電潛泵，并將有關設備狀態(tài)在井口盤盤面上顯示，同時將有關信息遠傳至中控系統(tǒng)進行狀示顯示及報警。

5）井口控制盤設計上要求實現(xiàn)對每一口井的順序關斷，井口安全閥的開/關順序為：

關井：先關井上安全閥、電潛泵，再關下安全閥。

開井：先開井下安全閥，再開井上安全閥、電潛泵。

6）井口控制盤與中控的接口：

① 中控至井口控制盤的輸入信號：

關單井主閥、翼閥及電潛泵。

關所有主閥、翼閥及電潛泵。

關所有井下安全閥、主閥、翼閥及電潛泵。

② 井口控制盤輸出至中控的輸出信號：

易熔塞回路破裂信號。

就地手動站關斷信號。

主閥、翼閥閥位狀態(tài)信號。

井下安全閥閥位狀態(tài)信號。

井口管線壓力高報警信號。

井口管線壓力低報警信號。

液壓動力單元壓力低報警信號。

液壓油儲罐液位低報警信號。

3 井口控制盤在設計、采辦、安裝調試過程中應注意的問題

井口控制盤相對來講屬于一種技術成熟且在海上采油平臺上有廣泛良好應用的產(chǎn)品，在設計、采辦、安裝及調試中主要解決下面幾方面的問題：

1）在設計階段，在確保實現(xiàn)《海上固定平臺安全規(guī)則》中10.4 節(jié)中規(guī)定的各項功能的條件下，首先要明確井口控制盤的形式，主要根據(jù)海上平臺上是否設置空氣壓縮機系統(tǒng)而定；盡早與鉆完井項目組聯(lián)系，落實井口控制盤所監(jiān)控的井口數(shù)及可預期的被監(jiān)控的井口數(shù)要求、每口井的井口設施的設量情況及控制要求、接口要求等，井口控制盤與中控系統(tǒng)之間的信號接口及形式、井口控制盤對電潛泵的聯(lián)鎖控制要求及接口形式也需要明確[2]。

2）在采辦階段需注意，為防止供貨商提供質量較差的盤內(nèi)儀表及管接件（對于井口控制盤來講，配管的工作量占總工作量的比重很大，一般高于50%，盤內(nèi)儀表及管接件質量的好壞對整體質量影響非常大，費用方面相差20%左右），通常在采辦招標文件中対盤內(nèi)主要元件，如電磁、開關、壓力表、儀表及管接件等及盤的板厚均作限定性要求。

3）在安裝調試階段，需注意井口配管連接的正確性及管件連接的密封，在盤的調試中人員要盡量遠離井口控盤上布置有與井口設施接頭側及井口區(qū)，要位于盤的正面或盤的另一側面以保證人身安全。同時在調試中要注意廠商的調試是否與所提供調試、操作程序一致，如有不一致的情況，應與廠商服務人員澄清。