海上平臺(tái)采油樹輔助液壓系統(tǒng)研究

陳肇日 茍潮洋

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司）

為了及時(shí)準(zhǔn)確了解油氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)并做好油氣藏管理工作，需要定期對生產(chǎn)井進(jìn)行鋼絲作業(yè)以獲取有關(guān)資料。在鋼絲作業(yè)過程中，作業(yè)工具連接在鋼絲上，通過防噴器、清蠟閥和液控主閥下放到井底進(jìn)行作業(yè)（圖1）。液控主閥屬于失效關(guān)閉型閥門，當(dāng)失去液壓源或平臺(tái)緊急關(guān)停系統(tǒng)（ESD）發(fā)出關(guān)井信號(hào)時(shí)閥門會(huì)在彈簧力的作用下自動(dòng)關(guān)閉［1］。在鋼絲作業(yè)過程中，如果液控主閥關(guān)閉，液控主閥閘板將會(huì)切斷鋼絲，導(dǎo)致作業(yè)工具墜入井底，造成損失。

圖1 鋼絲作業(yè)示意圖

圖2 戴帽后的液控主閥

為了防止鋼絲作業(yè)過程中液控主閥意外關(guān)閉而切斷鋼絲，目前作業(yè)人員采用的方法是通過給液控主閥戴帽防止主閥閥桿從閥套里面退出而導(dǎo)致閥門關(guān)閉切斷鋼絲（圖2），這種方法雖然可以防止閥門關(guān)閉切斷鋼絲，但是存在很大的安全隱患：當(dāng)平臺(tái)發(fā)生井噴或者其它安全事故時(shí)，無法迅速關(guān)閉液控主閥，只能手動(dòng)關(guān)閉防噴器，如果由于作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境變化導(dǎo)致人員無法關(guān)閉防噴器，將會(huì)出現(xiàn)井控失控，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。為了保證鋼絲作業(yè)的安全，筆者參考崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)專門液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念1），設(shè)計(jì)了一套適合海上油氣田采油樹的輔助液壓系統(tǒng)，在鋼絲作業(yè)過程中，輔助液壓系統(tǒng)和井口控制盤原有液壓系統(tǒng)同時(shí)為液控主閥提供液壓，可確保液控主閥不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作而關(guān)閉。在鋼絲作業(yè)過程中，此方法可以替代給液控主閥戴帽的方法，提高鋼絲作業(yè)的安全性。目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用于樂東22－1氣田。

1 輔助液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輔助液壓系統(tǒng)由氣動(dòng)液壓油泵、儲(chǔ)能罐、梭閥和儀表氣控制回路組成，其流程見圖3。海上平臺(tái)采油樹輔助液壓系統(tǒng)是在井口控制盤原有液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上再增加一套液壓系統(tǒng)，專門供鋼絲作業(yè)使用。

圖3 海上平臺(tái)采油樹輔助液壓系統(tǒng)流程圖

崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)專門液壓系統(tǒng)由液壓罐、電動(dòng)徑向柱塞泵及其他輔助儀表組成，筆者針對其系統(tǒng)整體成橇、占用空間多、投資費(fèi)用大等缺點(diǎn)，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，使輔助液壓系統(tǒng)與原有井口控制盤液壓系統(tǒng)共用液壓油罐，可大大節(jié)約成本投入。崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)選用電動(dòng)徑向柱塞泵作為液壓油泵，平臺(tái)關(guān)停掉電時(shí)，鋼絲作業(yè)存在風(fēng)險(xiǎn)，其液壓系統(tǒng)用戶較多，包括液控主閥、液控翼閥和海管SDV關(guān)斷閥，存在壓力不穩(wěn)定的因素，為了降低平臺(tái)關(guān)停掉電產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，輔助液壓系統(tǒng)選用獨(dú)立的氣動(dòng)泵作為液壓油泵，新增儀表氣控制回路用來控制氣動(dòng)泵，并在系統(tǒng)中增加儲(chǔ)能罐，用以穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。

海上平臺(tái)采油樹輔助液壓系統(tǒng)利用梭閥同時(shí)連接輔助液壓系統(tǒng)液壓油和來自井口控制盤的液壓油共同作用于液控主閥，增加了液控主閥的安全可靠性，梭閥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 海上平臺(tái)采油樹輔助液壓系統(tǒng)梭閥結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)通過輔助液壓系統(tǒng)開井時(shí)，操作人員按下手動(dòng)開井按鈕給輔助液壓系統(tǒng)進(jìn)行充壓，壓力達(dá)到儀表氣的設(shè)定要求后，氣動(dòng)控制三通閥常閉端和公用端導(dǎo)通，輔助系統(tǒng)液壓油通過氣動(dòng)控制三通閥進(jìn)入梭閥，通過梭閥打開采油樹液控主閥。當(dāng)通過輔助液壓系統(tǒng)關(guān)井時(shí)，現(xiàn)場作業(yè)人員可以手動(dòng)打開設(shè)置在手動(dòng)關(guān)井站的閥門泄放掉控制回路儀表氣壓力，以泄放掉輔助液壓系統(tǒng)液壓油壓力，此時(shí)，在井口控制盤連接梭閥的一端，若來自井口控制盤的液壓源沒有壓力，采油樹液控主閥將關(guān)閉；若來自井口控制盤的液壓源有壓力，則梭閥柱塞將在壓差的作用下向輔助系統(tǒng)液壓源方向移動(dòng)，切斷梭閥液壓腔室與輔助液壓系統(tǒng)的聯(lián)系，確保腔室壓力不被泄放，梭閥液壓腔室液壓將由來自井口控制盤的液壓回路提供，在此情況下液控主閥仍保持打開狀態(tài)，此時(shí)只有觸發(fā)關(guān)井信號(hào)泄放來自井口控制盤的液壓油才能關(guān)閉液控主閥。梭閥結(jié)構(gòu)的利用，實(shí)現(xiàn)了雙液壓源控制液控主閥的目的，增加了鋼絲作業(yè)的安全性。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性

輔助液壓系統(tǒng)是完全獨(dú)立于平臺(tái)中央控制系統(tǒng)之外的手動(dòng)控制系統(tǒng)，選用氣動(dòng)泵作為液壓油泵，使用獨(dú)立的儲(chǔ)能罐作為緩沖罐，在儀表氣壓力大于400 k Pa的情況下，輔助液壓系統(tǒng)就可以正常工作。平臺(tái)發(fā)生任何關(guān)停都不會(huì)影響到輔助液壓系統(tǒng)的工作，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生關(guān)停而產(chǎn)生關(guān)井信號(hào)時(shí)，只有來自井口控制盤的液壓油會(huì)泄放，輔助液壓系統(tǒng)的液壓油仍然會(huì)使液控主閥保持打開的狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)因平臺(tái)關(guān)停而導(dǎo)致關(guān)井切斷鋼絲的事故；當(dāng)人員誤操作導(dǎo)致輔助液壓系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)井操作時(shí)，井口控制盤的液壓油也會(huì)使主閥保持打開狀態(tài)，兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)產(chǎn)生關(guān)井信號(hào)的概率極小，因此，可以避免鋼絲作業(yè)過程中因誤關(guān)井而發(fā)生切斷鋼絲的事故。

2 實(shí)施技術(shù)要求與步驟

2.1 技術(shù)要求

由于鋼絲作業(yè)過程風(fēng)險(xiǎn)較高，發(fā)生緊急事故時(shí)作業(yè)人員無法在井口控制盤實(shí)施關(guān)井，需要通過輔助液壓系統(tǒng)手動(dòng)關(guān)井站快速關(guān)井，因此，手動(dòng)關(guān)井站安裝位置的選擇應(yīng)考慮方便操作和安全這2個(gè)因素，具體安裝位置可以是頂層甲板鋼絲作業(yè)現(xiàn)場、救生艇旁和直升機(jī)甲板旁邊。

為了鋼絲作業(yè)時(shí)儀表管線連接方便，液壓油管線選用帶快速接頭的儀表管；液壓油管線長度要保證能夠延伸到每一口井，以便鋼絲作業(yè)過程中液壓油管線能夠到達(dá)每口井的液控主閥。為了安裝方便，可以先在車間預(yù)制好橇塊并安裝完儀表設(shè)備后再移到現(xiàn)場進(jìn)行固定，同時(shí)，提前預(yù)制也可以減少現(xiàn)場熱工作業(yè)，降低施工風(fēng)險(xiǎn)；輔助液壓系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)應(yīng)該在井口控制盤旁邊，以減少管線使用量并方便連接。

2.2 實(shí)施步驟

利用平臺(tái)停產(chǎn)檢修期間，對鋼絲作業(yè)控制系統(tǒng)流程進(jìn)行改造，改造實(shí)施步驟如下：

（1）準(zhǔn)備好所需的材料工具，并預(yù)制好支架；

（2）在預(yù)制好的支架上將儀表設(shè)備進(jìn)行安裝連接，儀表設(shè)備安裝完成后將預(yù)制好的支架安裝在井口控制盤旁邊；

（3）液壓油罐B出口管線連接到輔助系統(tǒng)液壓油泵入口，在輔助系統(tǒng)液壓油泵連接一根儀表管線作為啟動(dòng)氣源；

（4）將輔助系統(tǒng)液壓油泵出口安全閥（PSV）下游管線連接到液壓油罐B回流管線上；

（5）從輔助液壓系統(tǒng)氣動(dòng)控制三通閥連接一條液壓油管線到采油樹旁（圖3），液壓油管線長度要能夠到達(dá)任意一口井；

（6）從輔助液壓系統(tǒng)連接一根儀表氣管線，并用四通將此儀表氣管線分成3路，分別將3根管線延長到生活區(qū)救生艇旁邊、頂層甲板離鋼絲作業(yè)現(xiàn)場最近的欄桿處和輔助液壓系統(tǒng)控制面板上，并在管線末端安裝球閥，關(guān)井時(shí)可以通過打開這3個(gè)球閥中的任意一個(gè)進(jìn)行關(guān)井；

（7）將梭閥安裝到采油樹液控主閥；

（8）所有安裝工作結(jié)束后對儀表參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)測試，使各參數(shù)和系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2011年3月28日至3月31日，樂東22－1氣田利用停產(chǎn)檢修期間將采油樹輔助液壓系統(tǒng)接入井口控制盤，現(xiàn)場測試其功能，符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)了海上平臺(tái)采油樹輔助液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠替代液控主閥戴帽的方法，使鋼絲作業(yè)過程更加安全可靠。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，安全性高，實(shí)施費(fèi)用少。

［1］ 張藝，洪毅.海上無人簡易平臺(tái)井口控制盤的動(dòng)力源研究［J］.中國科技縱橫，2010，6（5）：82.