海上無人平臺井口控制盤遠程操控技術(shù)研究

馬磊

[摘 ? ?要]現(xiàn)役海上無人值守井口平臺，受相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計制約，井口控制盤無法做到關(guān)斷后的遠程復位，必須人員登臨無人平臺手動重啟生產(chǎn)流程。在遇到惡劣天氣情況下，操作人員不能及時登臨平臺操作，且存在一定的風險，對平臺生產(chǎn)有較大影響。為保障平臺產(chǎn)量，需開展平臺井口控制盤遠程操控研究，實現(xiàn)在有人平臺對無人平臺的遠程復位操作。

[關(guān)鍵詞]海洋平臺;井口控制盤;遠程操控

[中圖分類號]TE95 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–03

Research on Remote Control Technology of Wellhead

Control Panel of Offshore Unmanned Platform

Ma Lei

[Abstract]Restricted by the design of relevant products， the wellhead control panel of the active offshore unattended wellhead platform cannot be remotely reset after shutdown. Personnel must log on to the unmanned platform to manually restart the production process. In case of bad weather， the operators can not board the platform in time for operation， and there are certain risks， which has a great impact on the production of the platform. In order to ensure the output of the platform， the research on remote control of the wellhead control panel of the platform is carried out to realize the remote reset operation of the unmanned platform on the manned platform.

[Keywords]offshore platform; wellhead control panel; remote control

目前，海上平臺主要分為有人值守平臺和無人值守平臺，有人平臺工藝流程復雜，設(shè)置油氣水處理流程、鉆修機系統(tǒng)，以及用于人員居住的生活樓，有人平臺的巡檢、操作等人員干預比較方便、及時，停產(chǎn)的概率比較低。無人值守平臺規(guī)模比較小、流程簡單，不設(shè)置油氣水處理流程以及用于人員居住的生活樓，僅僅設(shè)置井口控制系統(tǒng)及原油外輸系統(tǒng)，依托于有人平臺進行生產(chǎn)。當無人平臺停產(chǎn)后需要人員登臨無人平臺進行手動復產(chǎn)，耗費時間比較長。且在環(huán)境惡劣的情況下，尤其是北方冬季嚴寒多風，海面浪涌比較大，穿梭船舶無法穩(wěn)定地靠泊無人平臺，會存在較大的搖擺，此時人員登臨無人平臺有較大的安全隱患，人員不具備登平臺的條件，那么此時無人平臺由于無法及時復產(chǎn)而會使整個氣田產(chǎn)量受到嚴重影響。特別是在冬季大風天氣較多，再加之浮冰影響，平臺生產(chǎn)關(guān)停難以在短時間內(nèi)恢復生產(chǎn)。當無人平臺生產(chǎn)關(guān)停后物流輸送就會停止，無人平臺至依托生產(chǎn)平臺的混輸海管存在凝管風險，凝管后的恢復工程量非常大，費用高昂;加之冬季為全國用氣高峰期，保障平穩(wěn)供氣對本平臺生產(chǎn)任務(wù)的完成、對作業(yè)公司的經(jīng)濟運轉(zhuǎn)、對國家的社會責任均有著重大的意義。鑒于此，為解決無法遠程復產(chǎn)的問題，需開展井口控制盤遠程復位研究，改造現(xiàn)有井口控制

盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加遠傳信號，實現(xiàn)對井口控制盤的遠程復位操作。

1 井口控制盤構(gòu)成

在役海上平臺井口控制盤構(gòu)成主要分為公共模塊、單井模塊、液壓油箱模塊、蓄能器等模塊。公共模塊負責油田所有井的控制，即實現(xiàn)平臺所有井的井上、井下安全閥的關(guān)斷。同時為平臺井口區(qū)設(shè)置的易熔塞回路、ESD手動報警站回路提供氣源，當易熔塞或者手動報警站觸發(fā)后，供氣回路失氣泄壓，設(shè)置在供氣回路上的壓力變送器檢測到壓力低信號，傳輸至平臺中控系統(tǒng)進行報警。單井模是實現(xiàn)平臺某1口井控制的單獨模塊，可控制單獨井口的井上、井下安全閥的開啟與關(guān)閉。在海上平臺井口區(qū)，每1口井的井上、井下安全閥均由1個獨立的單井模塊進行控制，每1個單井模塊受公共模塊的控制，實現(xiàn)對采油樹安全閥的控制。液壓油箱模塊為液壓控制回路提供液壓油，液壓油增壓采用液壓泵加壓方式。目前，海上平臺井口控制盤常見的有兩種液壓控制方式，即氣驅(qū)液壓控制方式以及電動液壓控制方式。氣驅(qū)液壓控制采用氣驅(qū)液壓泵方式建立液壓油壓力，此種方式需平臺提供儀表氣，常用于有人平臺。由于無人平臺生產(chǎn)流程簡單，不設(shè)置空氣壓縮機，無法提供儀表氣源，因此采用電動液壓控制方式，即通過電動液壓泵建立液壓油壓力。蓄能器用于存儲液壓/氣壓控制回路壓力，起到穩(wěn)定控制壓力的作用。

由于海上無人井口平臺不設(shè)置儀表氣系統(tǒng)，因此井口控制盤采用電動液壓控制方式，設(shè)置電動液壓泵建立控制所需液壓。同時井口控制盤應(yīng)滿足中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會（2000）《海上固定平臺安全規(guī)則》中的相關(guān)要求，井口盤采用失效安全型設(shè)計（當失去液壓動力源或者氣動動力源時，相關(guān)控制設(shè)備能夠立即切換到安全狀態(tài)），所有電磁閥和三通推拉閥保證在失去動力時，能夠執(zhí)行關(guān)井操作，保證能夠關(guān)閉井上井下安全閥。如圖1所示為不帶遠程復位功能的井口控制盤原理，當平臺出現(xiàn)緊急工況關(guān)停時，中控系統(tǒng)觸發(fā)液壓管路上的關(guān)斷電磁閥，實現(xiàn)控制管路液壓油泄壓，間接關(guān)閉井上、井下安全閥，在液壓管路泄壓的同時，串聯(lián)在管路上的推拉閥復位并處于鎖定狀態(tài)，且必須由值守人員到現(xiàn)場手動開啟推拉閥，實現(xiàn)采油樹井上井下安全閥的開啟。在此種模式下，當無人平臺井上井下安全閥關(guān)斷時無法實現(xiàn)遠程復位，如果操作人員不能及時登臨平臺手動復位，將嚴重影響油田的產(chǎn)量。

2 井控系統(tǒng)改造方案

無人平臺的生產(chǎn)關(guān)停共分為4個級別：棄平臺關(guān)斷、火災關(guān)斷、生產(chǎn)關(guān)斷、單元關(guān)斷。當發(fā)生棄平臺關(guān)斷、火災關(guān)斷后不允許遠程復產(chǎn)，必須由操作人員登臨平臺進行人工排除故障后方可復產(chǎn)。當發(fā)生生產(chǎn)關(guān)斷、單元關(guān)斷，在判定故障排除后可進行遠程復產(chǎn)，井控系統(tǒng)的改造針對生產(chǎn)關(guān)斷、單元關(guān)斷進行改造。本改造分為兩個部分，分別是推拉閥的改造、控制回路電磁閥的改造，改造后的井口控制盤原理如圖2所示。

常規(guī)井口控制盤推拉閥帶有失壓自鎖功能，即當液壓控制回路失壓時推拉閥復位并進行自鎖，必須由操作人員手動開啟方可復位。本次改造將推拉閥更換為兩位三通閥，此閥不具備失壓自鎖功能，當液壓回路失壓后三通閥依舊保持通路，不影響遠程復產(chǎn)，當人員巡檢需要手動關(guān)停井口時，手動關(guān)閉三通閥即可實現(xiàn)關(guān)井功能。

常規(guī)井口控制盤在每一路液壓控制管線上均有1個電磁閥，由緊急關(guān)斷系統(tǒng)觸發(fā)，實現(xiàn)關(guān)井功能。遠程復產(chǎn)功能屬于過程控制系統(tǒng)的功能，在GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中明確指出，“緊急關(guān)斷系統(tǒng)的設(shè)備不應(yīng)用于過程控制系統(tǒng)，且應(yīng)與過程控制系統(tǒng)的設(shè)備獨立設(shè)置”，因此不能通過緊急關(guān)斷系統(tǒng)實現(xiàn)遠程復位功能?；诖艘螅趩尉簤嚎刂苹芈飞洗?lián)過程控制系統(tǒng)的電磁閥，由此電磁閥實現(xiàn)單井遠程復位功能。在井上安全閥總液壓控制管線上串聯(lián)過程控制系統(tǒng)電磁閥，由此電磁閥實現(xiàn)所有井的井上安全閥遠程復位功能。由于遠程復位電磁閥與緊急關(guān)斷系統(tǒng)電磁閥處于串聯(lián)液壓管路，為避免遠程復位電磁閥的故障/失電等因素導致生產(chǎn)誤關(guān)斷，因此電磁閥需設(shè)置為常開模式，即當電磁閥斷電后，電磁閥處于開啟模式，不會導致井口的關(guān)停。

3 “有人/無人”轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)計

無人駐守的海上井口平臺，在無人模式下由平臺中央控制系統(tǒng)進行平臺的生產(chǎn)流程及安全控制，以確保平臺的安全生產(chǎn)，此時操作處于全自動無人干預模式，當過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)監(jiān)測到流程報警值異常時，執(zhí)行相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)及緊急關(guān)斷動作。尤其是火氣控制系統(tǒng)，當監(jiān)測到井口區(qū)或者電氣房間著火時，會自動觸發(fā)平臺雨噴淋系統(tǒng)及二氧化碳滅火系統(tǒng)。但是當操作人員登臨平臺進行定期巡檢、維護時，如果依舊按照無人模式進行控制，會存在一定風險，比如操作人員手動關(guān)停井口安全閥進行檢修作業(yè)，如果此時依托平臺進行安全閥的遠程復位操作，有可能會對操作人員帶來人身傷害以及環(huán)境污染。因此設(shè)置“有人/無人”轉(zhuǎn)換開關(guān)，此開關(guān)設(shè)置在平臺登臨處，當操作人員登臨平臺巡檢時，將此開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“有人”模式，在此模式下平臺的遠程復位功能將會被屏蔽，無法在依托平臺實現(xiàn)對無人平臺的遠程復位操作，相關(guān)設(shè)備的重啟/復位需要操作人員現(xiàn)場手動完成。與安全生產(chǎn)相關(guān)的緊急關(guān)斷系統(tǒng)、火氣系統(tǒng)的功能不受此開關(guān)影響，應(yīng)獨立運行，以確保平臺安全。當操作人員巡檢完畢撤離無人平臺時，需要將“有人/無人”轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“無人”操作模式，以確保可以在依托平臺實現(xiàn)遠程復位操作。

4 改造后井控系統(tǒng)操作流程

本次改造僅涉及到生產(chǎn)關(guān)停、單元關(guān)停的改造，不涉及棄平臺關(guān)斷、火氣關(guān)斷的改造。當平臺產(chǎn)生棄平臺關(guān)斷以及火氣關(guān)停時，中控系統(tǒng)將關(guān)閉整個平臺的生產(chǎn)流程，即關(guān)閉所有井的井上、井下安全閥。為保障平臺的安全生產(chǎn)，當發(fā)生棄平臺關(guān)斷、火氣關(guān)斷時不允許遠程復產(chǎn)，此時需要人員登臨平臺進行故障排除，現(xiàn)場確認故障排除后，需要操作人員手動復位井口控制盤的棄平臺、火氣關(guān)斷相關(guān)的手拉閥，實現(xiàn)平臺的復產(chǎn)操作。當平臺觸發(fā)生產(chǎn)關(guān)停、單元關(guān)停時，僅關(guān)閉井口采油樹的井上安全閥，采油樹的井下安全閥保持開啟狀態(tài)。在此種工況下，通過現(xiàn)場布置的攝像頭以及中控系統(tǒng)的檢測顯示等信息，綜合判斷故障排除后，可進行遠程復位操作。在依托平臺遠程復位時，首先要復位緊急關(guān)斷系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)斷邏輯。由于海上平臺的控制邏輯設(shè)定為故障安全型，即當中控故障或者控制線路故障等異常工況發(fā)生時，為保障不影響平臺的安全，會被動關(guān)停生產(chǎn)流程，因此海上無人井口平臺的井口盤控制為失電動作，當發(fā)生關(guān)斷后，相關(guān)電磁閥處于失電狀態(tài)，因此需要先上電復位，以保證緊急關(guān)斷系統(tǒng)液壓控制回路的正常開啟。

當緊急關(guān)斷系統(tǒng)復位后，通過檢查各個檢測儀表的數(shù)值進行遠程服務(wù)操作。針對單井井上安全閥的遠程復位操作，先查看井口出口管匯的壓力值，如果壓力值高高報警，檢查下游流程是否存在堵塞工況。如果壓力值低低報警，需通過攝像頭檢測流程管線、設(shè)備是否存在泄露工況，如果不存在泄露需要將此低低壓力值旁通，否則無法開啟響應(yīng)井上安全閥。然后查看井口出口管匯的溫度值，如果溫度值高高報警，需要通過攝像頭檢測井口原有管線，排除故障因素。如果溫度值低低報警，需要檢查電伴熱等工作情況，排除故障后方可進行井口的復位操作。當確定壓力、溫度信號無異常報警后，即可由DCS進行遠程復位操作，先開啟遠程控制電磁閥，建立液壓控制管線液壓壓力，順利開啟井上安全閥。無人平臺的井上井下安全的開井順序應(yīng)嚴格按照平臺作業(yè)規(guī)范進行，先開啟井下安全閥（SCSSV），當SCSSV確認開啟后，開啟主閥，當主閥開啟后，開啟翼閥，完成井口的開井動作。

隨著生產(chǎn)的進行，平臺會根據(jù)生產(chǎn)要求實施有計劃的部分井口短期關(guān)停。在常規(guī)生產(chǎn)模式中，需要操作人員登臨無人平臺，通過手動操作井口控制盤盤面上的手拉閥實現(xiàn)關(guān)井操作，此種操作模式需要操作人員登臨平臺，且耗時較長。當井口盤具備遠程復位操作功能后，在依托平臺即可實現(xiàn)單井的關(guān)停操作，省時省力。無人平臺的遠程關(guān)井順序應(yīng)按照操作規(guī)程規(guī)定的順序進行操作。首先關(guān)閉井上安全閥翼閥，同時關(guān)閉電潛泵（防止憋壓損壞電潛泵）。關(guān)閉井上安全閥翼閥后延時（延遲時間可根據(jù)現(xiàn)場進行調(diào)整）關(guān)閉主閥，最后延時關(guān)閉井下安全閥，完成遠程關(guān)井操作。

5 應(yīng)用案例

渤海某油田群有多個無人井口平臺，無人平臺規(guī)模小、工藝流程簡單，不設(shè)置儀表氣系統(tǒng)。且無人平臺已經(jīng)服役多年，故障率相對高發(fā)，容易出現(xiàn)誤關(guān)斷。在以往平臺生產(chǎn)過程中，若遇到井口關(guān)停，需派遣操作人員通過支持船穿梭至無人平臺進行人工復產(chǎn)操作，尤其是當冬季大風天，甚至半個月內(nèi)無法登臨平臺進行復查操作，嚴重影響油田群的產(chǎn)量。因此對現(xiàn)有井口控制盤進行遠程操控改造，在現(xiàn)有液壓控制管線上串聯(lián)遠程操控電磁閥，相關(guān)控制信號接入已有控制系統(tǒng)，遠傳至依托平臺，實現(xiàn)井口的遠程操控功能，保證平臺的產(chǎn)量。

6 結(jié)束語

海上無人井口平臺井口控制盤遠程操控技術(shù)可實現(xiàn)在不更換已有井口控制盤的基礎(chǔ)上進行改造，在不影響安全生產(chǎn)的前提下實現(xiàn)井口控制盤的遠程復位操控。當平臺停產(chǎn)后可迅速遠程復產(chǎn)，減少停產(chǎn)帶來的產(chǎn)量損失，也很大程度上降低了惡劣天氣時操作人員登臨平臺的次數(shù)，保障了人員安全。井口控制盤遠程操控技術(shù)逐步趨于成熟，已經(jīng)在多個海上無人平臺實現(xiàn)了遠程復產(chǎn)，具有較大的推廣應(yīng)用價值。

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