關(guān)于半潛式平臺(tái)水下防噴器及控制系統(tǒng)的探討

劉向華

【摘? 要】海上鉆井不僅環(huán)境獨(dú)立，而且風(fēng)險(xiǎn)較高。為了保證海上鉆井工作順利實(shí)施，要做好基礎(chǔ)設(shè)備的分析工作，應(yīng)該使用可靠性高的井控裝置，所以半潛式平臺(tái)水下防噴器應(yīng)運(yùn)而生。該防噴器的控制系統(tǒng)通過光纖進(jìn)行傳輸，待信號(hào)至防噴器后，通過水下電氣總成轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過電磁將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為液壓信號(hào)，全面提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可操作性。論文主要對(duì)半潛式平臺(tái)水下防噴器控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行探究，以期幫助技術(shù)人員更好地了解鉆井井控設(shè)備。

【Abstract】Offshore drilling is not only environment independent， but also high risk. In order to ensure the smooth implementation of offshore drilling work， to do a good job in the analysis work of basic equipment， we should use well control devices with high reliability， so the subsea blowout preventer of semi-submersible platform came into being. The control system of the blowout preventer is transmitted by optical fiber. After the signal is sent to the blowout preventer， it is transformed into electrical signal by underwater electrical assembly， and then into hydraulic signal by electromagnetic， so as to comprehensively improve the stability and operability of the system. This paper mainly discusses the composition of the control system of the subsea blowout preventer of semi-submersible platform， so as to help technicians better understand the control equipment of drilling well.

【關(guān)鍵詞】半潛式平臺(tái);水下防噴器;控制系統(tǒng)

【Keywords】semi-submersible platform; subsea blowout preventer; control system

【中圖分類號(hào)】TE951? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）03-0168-02

1 引言

傳統(tǒng)的半潛式鉆井平臺(tái)沒有完善的二級(jí)干預(yù)方式，不能解決井噴、井涌等問題。目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各行各業(yè)也融入更多的科技化元素，尤其是鉆井作業(yè)也逐步向深水作業(yè)發(fā)展，水下防噴器是半潛式鉆井平臺(tái)最為主要的井控設(shè)備，能夠保證鉆井作業(yè)的安全性和可靠性，可以在發(fā)生井涌井噴時(shí)有效地控制井內(nèi)的壓力，如果遇到臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣，可以及時(shí)地撤離，保證設(shè)備和人員的安全。在對(duì)防噴器進(jìn)行大量研究工作的基礎(chǔ)之上，發(fā)現(xiàn)防噴器在運(yùn)作過程中，必須考慮到活塞的行程，探究硫化物油氣井的腐蝕性能。在對(duì)硫化氫油氣井探究時(shí)，可以使用電液控制系統(tǒng)，最常見的就是庫美控制系統(tǒng)。然而系統(tǒng)在運(yùn)作過程中要嚴(yán)格把控，需要對(duì)環(huán)形防噴器關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行管控，通常情況下環(huán)形防噴器關(guān)閉時(shí)間為30s。閘板防噴器在運(yùn)作過程中只需要3s左右的關(guān)閉時(shí)間。在進(jìn)行海上鉆井作業(yè)時(shí)，隨著水深不斷加深，傳輸距離和控制軟管長度也不斷增加，這時(shí)由于受到海浪的沖擊會(huì)發(fā)生斷裂，導(dǎo)致控制信號(hào)不能及時(shí)傳遞，會(huì)出現(xiàn)故障或者中斷，考慮到以上情況，在未來的海上油田開發(fā)過程中，要采取有效的方式做好半潛式平臺(tái)水下防噴器以及控制系統(tǒng)的研發(fā)工作。

2 半潛式平臺(tái)水下防噴器控制系統(tǒng)的組成

2.1 環(huán)形防噴器

目前，在對(duì)環(huán)形防噴器分析時(shí)，需要考慮到膠芯的形狀和結(jié)構(gòu)，一般包括錐形膠芯、球形膠芯以及組合膠芯三種。如果系統(tǒng)在運(yùn)作過程中是空井作業(yè)，需要封閉整個(gè)井口;如果在進(jìn)行作業(yè)時(shí)并不是空井，可以使用封閉環(huán)形空間的方式，在封井的情況之下能夠向井里深入鉆具還需要嚴(yán)格把握鉆具的坡度，最好是18°。環(huán)形防噴器在實(shí)際運(yùn)作過程中具有較高的優(yōu)勢，其能夠粘住不同的部位，能夠關(guān)閉電纜、空井，等等。通常情況下，膠芯具備較高的抗腐蝕能力。環(huán)形防噴器在試壓作業(yè)時(shí)不需要進(jìn)行封零實(shí)驗(yàn)，只需要進(jìn)行封管子試驗(yàn)。這時(shí)在進(jìn)行海洋石油鉆井作業(yè)時(shí)，要按照規(guī)范要求做好試壓。通常情況下，壓力為300～500Pa，要對(duì)時(shí)間進(jìn)行控制，最好將穩(wěn)壓時(shí)間控制在5min。在進(jìn)行高壓試壓時(shí)，按照額定工作壓力的70%進(jìn)行，也可以在最小抗壓內(nèi)強(qiáng)度的70%作業(yè)，這時(shí)需要穩(wěn)定壓力，通過15min的穩(wěn)壓做好低壓試驗(yàn)。然后進(jìn)行高壓試壓，采取以上措施的主要目的是防止鉆井液壓過高[1]。

2.2 閘板防噴器

閘板防噴器在井控設(shè)備中占據(jù)著關(guān)鍵地位。閘板防噴器在進(jìn)行劃分時(shí)，可以依照閘板的數(shù)量進(jìn)行劃分，通常使用的閘板防噴器有單閘板、雙閘板以及三閘板;也可以按照閘板的形式進(jìn)行劃分，包括變徑閘板、剪切閘板、半封閘板以及全封閘板。閘板防噴器在安裝時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格把握閘板所能承受的壓力。通常情況下，軸心有二次封閉的作用，需要做好閘板防噴器地面試壓工作，壓力在300～500Pa穩(wěn)壓5min，而高壓需要達(dá)到額定工作壓力的100%，穩(wěn)壓15min[2]。

2.3 事故安全閥

目前，事故安全閥和閘板防噴器組成完全密閉的空間，可以使用泥漿循環(huán)通道做好安全鉆井工作，這時(shí)可以通過事故安全閥進(jìn)行液壓操作，在進(jìn)行開啟和關(guān)閉過程中，需要通過閥板和活塞桿作業(yè)，通過帶動(dòng)活塞進(jìn)行作業(yè)，通過閥板上的通孔進(jìn)行流通。在某種程度上，事故安全閥能和四個(gè)組流管線進(jìn)行連接，需要做好上下內(nèi)組以及上下外組流閥的控制[3]。

2.4 連接器

目前，在分析連接器作業(yè)時(shí)，需要考慮到隔水管連接器以及井口連接器的類型。連接器和閘板防噴器可以形成密閉空間，控制井噴，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。在進(jìn)行隔水管連接器使用時(shí)，也需要將閘板防噴器和水管下部進(jìn)行連接，如果遇到較大的臺(tái)風(fēng)或者其他惡劣天氣，隔水管連接器脫開，這時(shí)回收隔水管，將閘板防噴器放置在海底，當(dāng)惡劣天氣過境之后，再次連接繼續(xù)完成后續(xù)作業(yè)。當(dāng)需要時(shí)，將其連接在一起，通過液壓推動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)循環(huán)，可以通過解鎖作業(yè)將液壓從井面送至內(nèi)驅(qū)動(dòng)[4]。

2.5 防噴器控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段，在進(jìn)行防噴器控制系統(tǒng)分析時(shí)，要考慮到防噴器關(guān)閉和打開時(shí)所能夠提供的能量，主要包括儲(chǔ)能器系統(tǒng)以及液壓控制系統(tǒng)。通常情況下，防噴器控制系統(tǒng)包括兩個(gè)部分：一是地面部分;二是水下部分。對(duì)于地面部分來說，主要包括主控制面板、司鉆控制面板、動(dòng)力設(shè)備儲(chǔ)能等[5]。在進(jìn)行水下部分分析時(shí)，主要包括控制軟管束接頭和水下儲(chǔ)能器等防噴器控制系統(tǒng)。通過控制電控氣、氣控液、液控液，做好控制和操作部分的有機(jī)融合，也能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。儲(chǔ)能器主要包括浮子式和氣囊式兩種氣囊，可以預(yù)充氮?dú)鈮毫_(dá)到7MPa，可以使用電動(dòng)泵或者氣動(dòng)泵有效進(jìn)行控制，泵在運(yùn)動(dòng)過程中要對(duì)氣壓進(jìn)行管控，這時(shí)需要分析儲(chǔ)能器控制液的基礎(chǔ)。進(jìn)行一次液壓關(guān)閉時(shí)，需要將剩余壓力控制在8.3MPa。在系統(tǒng)再一次關(guān)閉又打開時(shí)，需要將其保證在體積的1/4。除此之外，還需要對(duì)阻流壓井管匯進(jìn)行分析，阻流管匯最主要的作用就是實(shí)現(xiàn)截流的循環(huán)，能有效控制井內(nèi)流體順利流出井口，做好井口回壓的控制工作，在最大范圍內(nèi)維持井底壓力。這時(shí)主流壓井管匯在運(yùn)作時(shí)，井底壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層壓力，而且保持不變。在降低井口壓力時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)分流。在進(jìn)行循環(huán)處理過程中，需要泵入清水，能有效地防止起火，也可以使用滅火器進(jìn)行井下滅火[6]。

3 結(jié)語

綜上所述，系統(tǒng)在運(yùn)作過程中常見的海上鉆井使用的防噴器主要是以API等級(jí)10M的環(huán)形防噴器以及15M閘板防噴器的組合為主，與此同時(shí)，還需要做好井下設(shè)備的管控工作，確保各類井下作業(yè)順利實(shí)施，防噴器控制系統(tǒng)在運(yùn)作過程中要提高實(shí)時(shí)傳輸?shù)男?。除此之外，還需要對(duì)全封閘板、半封閘板、剪切閘板、環(huán)形防噴器等進(jìn)行全方位管控。各個(gè)裝置的操作壓力是不同的，要時(shí)刻關(guān)注流量值的變化。值得注意的是，在進(jìn)行防噴器功能壓力試驗(yàn)時(shí)，要按照相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行操作，從而保證鉆井作業(yè)的可靠性和及時(shí)性。尤其是環(huán)形防噴器的橡膠芯容易發(fā)生磨損，要注意日常的養(yǎng)護(hù)和管理工作，還要考慮到硫化氫的腐蝕性。雖然我國企業(yè)在進(jìn)行井下防噴器控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)以及各閥件制造上取得一定的進(jìn)步，但是仍需要加強(qiáng)鉆井平臺(tái)的升級(jí)改造，全面提高海洋鉆井的可靠性和穩(wěn)定性。為進(jìn)一步完善多功能水下防噴器緊急備用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只有在其中融入智能化元素，才能促進(jìn)半潛式平臺(tái)水下防噴器控制系統(tǒng)的不斷完善。

【參考文獻(xiàn)】

【1】鄧成輝，鄧文楊，張凱，等.淺談半潛式平臺(tái)水下防噴器及控制系統(tǒng)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2018，38（23）：101-102.

【2】陸廣宋.半潛式鉆井平臺(tái)水下防噴器組側(cè)門密封及失效機(jī)理分析[J].石化技術(shù)，2017，24（4）：28-30.

【3】吳永良.水下防噴器控制系統(tǒng)故障分析及其處理——以薩哈林某井為例[J].海洋石油，2019，32（4）：83-87.

【4】耿艷東，王莎，王衛(wèi)華，等.海洋油氣開發(fā)水下防噴器緊急備用控制系統(tǒng)研究[J].石油礦場機(jī)械，2019，45（2）：79-83.

【5】陸廣宋，鄭偉，馬春暉，等.高溫高壓井水下防噴器組事故安全閥故障分析及對(duì)策[J].石化技術(shù)，2017，24（3）：173-175+180.

【6】越軍.水下測試樹完成解脫與回接的現(xiàn)場新應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（24）：143-145.