海洋石油井口所用兩種典型控制系統(tǒng)的對(duì)比分析

許慶陸（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300459）

在海洋石油井口的開(kāi)采過(guò)程中，井口控制技術(shù)隨著科技的進(jìn)步也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，由最初始的單純手動(dòng)控制向自動(dòng)控制演變，并形成了兩種典型的控制系統(tǒng)，從而大大加強(qiáng)了海洋石油井口生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性及可監(jiān)控性。

1 井口控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

1.1 設(shè)施設(shè)備

每種控制系統(tǒng)都是由以下設(shè)施設(shè)備構(gòu)成：信號(hào)處理系統(tǒng)、井口盤(pán)、流程儀表設(shè)備及各部分之間的連接材料。

（1）信號(hào)處理系統(tǒng)：由于在海洋石油平臺(tái)中央控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱中控）是整個(gè)海上平臺(tái)的控制核心，可分門(mén)別類(lèi)的接收各設(shè)施設(shè)備傳遞的信號(hào)并作出對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及控制，其下分為三部分：PCS（過(guò)程控制系統(tǒng)）、ESD（應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)）和F&G（火氣系統(tǒng)），故井口的控制信號(hào)最終也需進(jìn)入中控進(jìn)行并由其處理，在這里也可以說(shuō)井口的信號(hào)處理系統(tǒng)即為中控。

（2）井口盤(pán)：為整個(gè)井口控制系統(tǒng)的動(dòng)力及執(zhí)行單元，分為公用模塊和單井模塊，公用模塊能對(duì)全部井或部分井進(jìn)行整體操控，單井模塊由若干個(gè)完全相同的單井操控抽柜構(gòu)成，每一抽柜具體操控每一口井。單井操控抽柜與公用模塊之間有隔離閥，關(guān)閉隔離閥，拆開(kāi)接頭，可將單井操控抽柜從井口控制盤(pán)中取出。

（3）流程儀表設(shè)備：常用的為高低壓導(dǎo)閥、壓力變送器、溫度變送器等。

（4）連接材料：主要為儀表管及其附件、控制電纜等。

1.2 控制信號(hào)

按照信號(hào)交換方式可簡(jiǎn)單的分為：輸出信號(hào)和輸入信號(hào)，2種井口控制系統(tǒng)的控制信號(hào)都是18個(gè)，輸入信號(hào)14個(gè)，輸出信號(hào)為4個(gè)。

2 井口控制系統(tǒng)的分析比較

2.1 控制原理

輸入信號(hào)如下：

（1）井口盤(pán)-公用模塊至PCS 系統(tǒng)信號(hào)3 個(gè)：翼安全閥集管氣壓高/低報(bào)警、儀表器進(jìn)口壓力低報(bào)警、井下安全閥集管液壓高高/低抵報(bào)警；

（2）井口盤(pán)-單井模塊至PCS系統(tǒng)信號(hào)1個(gè)：?jiǎn)尉?井下安全閥開(kāi)/關(guān)狀態(tài)；

（3）流程儀表至PCS系統(tǒng)信號(hào)2個(gè)：流程壓力低/高報(bào)警、流程溫度低/高報(bào)警；

（4）井口盤(pán)-公用模塊至ESD 系統(tǒng)信號(hào)4個(gè)：液壓油位低低報(bào)警、總井井上及井下閥關(guān)斷報(bào)警、總井井上閥關(guān)斷報(bào)警、ESD手動(dòng)報(bào)警站壓力報(bào)警；

（5）井口盤(pán)-單井模塊至ESD 系統(tǒng)信號(hào)2個(gè)：?jiǎn)尉掳踩y開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、單井翼安全閥開(kāi)/關(guān)狀態(tài)；

（6）流程儀表至ESD 系統(tǒng)信號(hào)1 個(gè)：流程壓力低低/高高報(bào)警；

（7）井口盤(pán)-公用模塊至F&G系統(tǒng)信號(hào)1個(gè)：井口區(qū)易熔塞回路壓力報(bào)警；

輸出信號(hào)如下：

（8）ESD系統(tǒng)至井口盤(pán)-公用模塊信號(hào)3個(gè)：總井關(guān)停信號(hào)、總井井上閥關(guān)停信號(hào)、關(guān)停所有液壓泵信號(hào)；

（9）ESD 系統(tǒng)至井口盤(pán)-單井模塊信號(hào)1 個(gè)：?jiǎn)尉祥y關(guān)停信號(hào)；

輸入信號(hào)如下：

（1）井口盤(pán)-公用模塊至PCS 系統(tǒng)信號(hào)1 個(gè)：儀表器進(jìn)口壓力低報(bào)警；

（2）井口盤(pán)-單井模塊至PCS系統(tǒng)信號(hào)1個(gè)：?jiǎn)尉?井下安全閥開(kāi)/關(guān)狀態(tài)；

（3）流程儀表至PCS系統(tǒng)信號(hào)2個(gè)：流程壓力低/高報(bào)警、流程溫度低/高報(bào)警；

（4）井口盤(pán)-公用模塊至ESD 系統(tǒng)信號(hào)6個(gè)：液壓油位低低報(bào)警、總井井上及井下閥關(guān)斷報(bào)警、總井井上閥關(guān)斷報(bào)警、ESD手動(dòng)報(bào)警站壓力報(bào)警、翼安全閥集管油壓低低/高高報(bào)警、井下安全閥集管油壓低低/高高報(bào)警；

（5）井口盤(pán)-單井模塊至ESD 系統(tǒng)信號(hào)2個(gè)：流程壓力低低報(bào)警、流程壓力高高報(bào)警、單井翼安全閥開(kāi)/關(guān)狀態(tài)；

（6）井口盤(pán)-公用模塊至F&G系統(tǒng)信號(hào)1個(gè)：井口區(qū)易熔塞回路壓力報(bào)警；

輸出信號(hào)如下：

（7）ESD 系統(tǒng)至井口盤(pán)-公用模塊信號(hào)3 個(gè)：總井井下安全閥關(guān)停信號(hào)、總井井上閥關(guān)停信號(hào)、關(guān)停所有液壓泵信號(hào)；

（8）ESD 系統(tǒng)至井口盤(pán)-單井模塊信號(hào)1 個(gè)：?jiǎn)尉祥y關(guān)停信號(hào)；

2.2 種控制系統(tǒng)的比較分析

通過(guò)原理示意圖進(jìn)行比較，2種控制系統(tǒng)有以下不同：

（1）流程儀表信號(hào)所進(jìn)的系統(tǒng)的路徑不同，第一種系統(tǒng)流程儀表信號(hào)直接進(jìn)入中控PCS/ESD系統(tǒng)，第二種系統(tǒng)流程儀表進(jìn)入PCS系統(tǒng)的信號(hào)沒(méi)有變化，但進(jìn)入ESD系統(tǒng)的信號(hào)是先進(jìn)入井口盤(pán)-單井模塊，然后再進(jìn)如ESD系統(tǒng)。

（2）井口盤(pán)-公用模塊至PSC/ESD 系統(tǒng)不同，原因?yàn)椋旱谝环N系統(tǒng)把進(jìn)入井口盤(pán)的氣體分為了翼安全閥集管氣壓高/低報(bào)警和儀表器進(jìn)口壓力低報(bào)警2種信號(hào)，并和井下安全閥集管液壓高高/低抵報(bào)警信號(hào)一起作為PCS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)報(bào)警使用；而第二種系統(tǒng)則取消了翼安全閥集管氣壓高/低報(bào)警信號(hào)，同時(shí)把井下安全閥集管液壓高高/低抵報(bào)警信號(hào)納入ESD 系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，并增加了翼安全閥集管液壓低低/高高報(bào)警信號(hào)；

（3）井口盤(pán)-單井模塊至ESD 系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)量不同，原因?yàn)椋旱诙N系統(tǒng)中2個(gè)流程儀表信號(hào)先進(jìn)入井口盤(pán)-單井模塊，再進(jìn)入ESD 系統(tǒng)，故導(dǎo)致其井口盤(pán)-單井模塊至ESD 系統(tǒng)的信號(hào)增加。

以上的不同，導(dǎo)致2種系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的材料也有所不同，

（4）流程儀表方面：第一種系統(tǒng)由于流程儀表信號(hào)（壓力信號(hào)）直接進(jìn)入ESD 系統(tǒng)，故在實(shí)際應(yīng)用可直接使用壓力開(kāi)關(guān)或者壓力變送器，通過(guò)儀控電纜以電信號(hào)形式進(jìn)入ESD 系統(tǒng)；而第二種系統(tǒng)因井口盤(pán)不具備處理電信號(hào)的能力，故只能使用高低壓導(dǎo)閥，通過(guò)儀表管以氣信號(hào)進(jìn)行井口盤(pán)進(jìn)行氣/電信號(hào)轉(zhuǎn)換，然后才能進(jìn)入ESD系統(tǒng)。

（5）井口盤(pán)方面：第二種系統(tǒng)由于需對(duì)流程儀表信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故需在其內(nèi)部增加氣/電轉(zhuǎn)換裝置，同是由于其把WSSV（翼安全閥）和SCSSV（井下安全閥）的液壓信號(hào)進(jìn)行了細(xì)分（為井下安全閥集管液壓高高/低抵報(bào)警信號(hào)和翼安全閥集管液壓低低/高高報(bào)警信號(hào)翼安全閥集管液壓低低/高高報(bào)警信號(hào)），所以在內(nèi)部也需增加了變送裝置。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）信號(hào)穩(wěn)定方面：電信號(hào)相對(duì)于氣信號(hào)比較穩(wěn)定，同時(shí)不像氣管線似的存在泄露的情況；

（2）控制方面：第二種系統(tǒng)相較于第一種系統(tǒng)雖然對(duì)部分井口信號(hào)進(jìn)行了細(xì)化，但由于不是針對(duì)單井模塊，故所起的作用并不十分明細(xì)。

（3）成本方面：由于海洋石油平臺(tái)井口區(qū)環(huán)境惡劣，空氣潮濕且存在腐蝕物質(zhì)，溫差變化大，故在同等條件下，電纜、壓力開(kāi)關(guān)或者壓力變送器等相較于高低壓導(dǎo)閥和儀表管，其價(jià)格上具備一定優(yōu)勢(shì)；同時(shí)第二種系統(tǒng)井口盤(pán)在氣/電轉(zhuǎn)換裝置和變送裝置使用上也較多。

故總體而論，第一種井口系統(tǒng)具有較好的使用價(jià)值。希望隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，能在控制上進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)化，做到單井精準(zhǔn)控制，則會(huì)有更好更高級(jí)的控制系統(tǒng)出現(xiàn)和使用。