深海鉆探自動脫開系統的研究與實現

王俊洲+張曉娟

摘 要：在海上強風暴來臨之際，為了確保平臺上人員和設備安全，避免海洋環境污染，深海鉆井平臺應合理配置深海鉆探自動脫開系統。文章介紹了深海自動脫開系統的設計方案和設計原則，設計并實現了深海自動脫開系統主液壓系統和水下機器人輔助脫開液壓系統，全面分析了自動脫開系統的作業過程。該系統是深海鉆探開發必不可少的安全系統之一。

關鍵詞：自動脫開；LMRP；水下機器人；緊急脫開

引言

深海鉆探開發多采用半潛式鉆井平臺，半潛式鉆井平臺僅少數立柱暴露在波浪環境中，抗風暴能力較強，穩定性等安全性能良好。但由于海上鉆井作業的特殊性，給海上鉆井設備的設計和使用帶來了一系列陸上鉆井遇不到的難題。在保證高效生產的同時，遇到突發的、惡劣的、無法作業而必須拖走半潛式鉆井平臺的時候，一定要確保平臺操作人員、設備的安全以及海洋環境的保護，由此，需要具備一套深海鉆探自動脫開系統，它在平臺安全作業、保障人員和設備安全方面起著非常重要的作用。

1 自動脫開系統方案

深海鉆探自動脫開系統是一個新系統，該系統可以在預知風險到來之前操作，也可以在風險已經來臨，但工作人員不知的情況下自動執行脫開。主要功能是脫開下部海底采油管封隔器總成（LMRP）與水下井口裝置之間的連接，是針對一次風險分析而設計，它是一套液壓先導控制系統，由深海鉆井總控制系統MUX控制。如果水上和水下的通訊或液壓傳輸出現了問題而造成MUX控制系統無法控制水下的設備的時候，我們還可以采用水下機器人（ROV）下潛到水底，與ROV接口對接，控制LMRP與水下井口裝置的鎖住或解鎖，解鎖成功就能實現LMRP的脫開。見圖1。

2 LMRP脫開主液壓系統

這套液壓控制系統由鉆井平臺上的主控制系統MUX控制，主要由以下幾部分組成：1.止回閥，2和5.止回閥，先導控制時處于開啟狀態，3和6.梭閥，4.兩位三通換向閥，15和16.水上蓄能器組，19.LMRP鎖住/解鎖裝置，整個LMRP脫開主液壓系統見圖2。

3 水下機器人輔助脫開系統液壓系統

當海上風浪太大，或鉆井平臺漂移距離太大以至于超過了安全的警戒區，最終導致了MUX控制系統發出的控制信息無法控制LMRP脫開主液壓系統，半潛式鉆井平臺無法與海底井口脫開，這將嚴重危及平臺上的工作人員和設備安全，如果發生了井噴或溢油事故，對海洋環境污染將十分嚴重。所以，在LMRP脫開主液壓系統之外還必須要有一套備用系統，目前最可靠的備用系統就是水下機器人輔助脫開系統。這套系統的核心是水下機器人，其主要組成部分還有：7.止回閥，保證為LMRP提供高壓液體，但要防止高壓液體回流，8.過濾裝置，保證高壓液體干凈，9.主安全開啟閥，作為液壓回路的閥門使用，10.水下機器人觸發裝置，11.撓性接頭觸發裝置，14.水下先導液壓蓄能器組，16.水下LMRP脫開備用蓄能器組，18.ROV使能閥，當水下機器人與水下機器人接口對接后，此閥就會被觸發。

圖3 水下機器人輔助脫開系統液壓系統圖

4 作業過程分析

深海鉆探自動脫開系統經過檢驗是能夠滿足設計要求的，其作業過程如下。

當鉆井平臺上的工作人員獲知危險信息后，可以人為操作LMRP的脫開：由MUX控制向水下的兩個控制箱（Y控制箱和B控制箱）發出解鎖指令，此時，LMRP系統就執行一次解鎖，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經過梭閥（3）和止回閥（5）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸動作，等液壓缸推出動作完成后，解鎖成功。如果一次解鎖不成功，則進行二次解鎖。

當海上風暴使鉆井平臺漂出了警戒區，而鉆井平臺上的工作人員沒有發現或報警裝置沒有正常工作時，撓性接頭達到了一個預先設置角度的時候，撓性接頭觸發裝置被觸發?；蛘咚聶C器人下潛到海底與ROV接口對接后，就會激活撓性接頭觸發裝置，并且使能水下機器人觸發裝置。此時，液壓先導液從水下先導蓄能器（14）流出，并會激活主安全開啟閥（9），高壓液體從水下LMRP脫開備用蓄能器組（16）流出，流經三重過濾器（8）并流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到開啟位置。解鎖成功，順利完成LMRP的自動脫開。

當海上風險過后，半潛式鉆井平臺回到作業區域繼續工作，此時需要LMRP與海底井口裝置進行連接。首先需要把LMRP與海底井口裝置進行對正連接，然后把兩者鎖住，此時，需要由MUX控制向水下控制箱發出鎖住指令，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經過梭閥（3）和止回閥（2）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到鎖住位置，LMRP與井口裝置鎖住成功，鉆井作業可以正常進行。

5 結束語

深海鉆探自動脫開系統作為海洋石油開發重要控制系統，能夠在危險來臨時，及時、安全的封閉井口，把LMRP與水下井口裝置脫開，保護了平臺工作人員和設備安全，防止環境污染，將損失降低到最小。隨著我國對南海石油資源的開發，深海鉆井平臺將會越來越多，同時，對鉆井的安全也會越來越重視，對環境的保護越來越重視，深海鉆探自動脫開系統將是深海鉆井平臺必不可少的安全系統之一。

參考文獻

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余國核.水下執行機構的液壓控制研究[J].中國海洋平臺，2009，24（3）：31-34.

作者簡介：王俊洲（1979-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士學位，先入華北油田榮盛公司，后進重慶工業職業技術學院任教，工程師，2007年至2011年主要研制深水防噴器的控制系統。

摘 要：在海上強風暴來臨之際，為了確保平臺上人員和設備安全，避免海洋環境污染，深海鉆井平臺應合理配置深海鉆探自動脫開系統。文章介紹了深海自動脫開系統的設計方案和設計原則，設計并實現了深海自動脫開系統主液壓系統和水下機器人輔助脫開液壓系統，全面分析了自動脫開系統的作業過程。該系統是深海鉆探開發必不可少的安全系統之一。

關鍵詞：自動脫開；LMRP；水下機器人；緊急脫開

引言

深海鉆探開發多采用半潛式鉆井平臺，半潛式鉆井平臺僅少數立柱暴露在波浪環境中，抗風暴能力較強，穩定性等安全性能良好。但由于海上鉆井作業的特殊性，給海上鉆井設備的設計和使用帶來了一系列陸上鉆井遇不到的難題。在保證高效生產的同時，遇到突發的、惡劣的、無法作業而必須拖走半潛式鉆井平臺的時候，一定要確保平臺操作人員、設備的安全以及海洋環境的保護，由此，需要具備一套深海鉆探自動脫開系統，它在平臺安全作業、保障人員和設備安全方面起著非常重要的作用。

1 自動脫開系統方案

深海鉆探自動脫開系統是一個新系統，該系統可以在預知風險到來之前操作，也可以在風險已經來臨，但工作人員不知的情況下自動執行脫開。主要功能是脫開下部海底采油管封隔器總成（LMRP）與水下井口裝置之間的連接，是針對一次風險分析而設計，它是一套液壓先導控制系統，由深海鉆井總控制系統MUX控制。如果水上和水下的通訊或液壓傳輸出現了問題而造成MUX控制系統無法控制水下的設備的時候，我們還可以采用水下機器人（ROV）下潛到水底，與ROV接口對接，控制LMRP與水下井口裝置的鎖住或解鎖，解鎖成功就能實現LMRP的脫開。見圖1。

2 LMRP脫開主液壓系統

這套液壓控制系統由鉆井平臺上的主控制系統MUX控制，主要由以下幾部分組成：1.止回閥，2和5.止回閥，先導控制時處于開啟狀態，3和6.梭閥，4.兩位三通換向閥，15和16.水上蓄能器組，19.LMRP鎖住/解鎖裝置，整個LMRP脫開主液壓系統見圖2。

3 水下機器人輔助脫開系統液壓系統

當海上風浪太大，或鉆井平臺漂移距離太大以至于超過了安全的警戒區，最終導致了MUX控制系統發出的控制信息無法控制LMRP脫開主液壓系統，半潛式鉆井平臺無法與海底井口脫開，這將嚴重危及平臺上的工作人員和設備安全，如果發生了井噴或溢油事故，對海洋環境污染將十分嚴重。所以，在LMRP脫開主液壓系統之外還必須要有一套備用系統，目前最可靠的備用系統就是水下機器人輔助脫開系統。這套系統的核心是水下機器人，其主要組成部分還有：7.止回閥，保證為LMRP提供高壓液體，但要防止高壓液體回流，8.過濾裝置，保證高壓液體干凈，9.主安全開啟閥，作為液壓回路的閥門使用，10.水下機器人觸發裝置，11.撓性接頭觸發裝置，14.水下先導液壓蓄能器組，16.水下LMRP脫開備用蓄能器組，18.ROV使能閥，當水下機器人與水下機器人接口對接后，此閥就會被觸發。

圖3 水下機器人輔助脫開系統液壓系統圖

4 作業過程分析

深海鉆探自動脫開系統經過檢驗是能夠滿足設計要求的，其作業過程如下。

當鉆井平臺上的工作人員獲知危險信息后，可以人為操作LMRP的脫開：由MUX控制向水下的兩個控制箱（Y控制箱和B控制箱）發出解鎖指令，此時，LMRP系統就執行一次解鎖，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經過梭閥（3）和止回閥（5）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸動作，等液壓缸推出動作完成后，解鎖成功。如果一次解鎖不成功，則進行二次解鎖。

當海上風暴使鉆井平臺漂出了警戒區，而鉆井平臺上的工作人員沒有發現或報警裝置沒有正常工作時，撓性接頭達到了一個預先設置角度的時候，撓性接頭觸發裝置被觸發?；蛘咚聶C器人下潛到海底與ROV接口對接后，就會激活撓性接頭觸發裝置，并且使能水下機器人觸發裝置。此時，液壓先導液從水下先導蓄能器（14）流出，并會激活主安全開啟閥（9），高壓液體從水下LMRP脫開備用蓄能器組（16）流出，流經三重過濾器（8）并流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到開啟位置。解鎖成功，順利完成LMRP的自動脫開。

當海上風險過后，半潛式鉆井平臺回到作業區域繼續工作，此時需要LMRP與海底井口裝置進行連接。首先需要把LMRP與海底井口裝置進行對正連接，然后把兩者鎖住，此時，需要由MUX控制向水下控制箱發出鎖住指令，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經過梭閥（3）和止回閥（2）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到鎖住位置，LMRP與井口裝置鎖住成功，鉆井作業可以正常進行。

5 結束語

深海鉆探自動脫開系統作為海洋石油開發重要控制系統，能夠在危險來臨時，及時、安全的封閉井口，把LMRP與水下井口裝置脫開，保護了平臺工作人員和設備安全，防止環境污染，將損失降低到最小。隨著我國對南海石油資源的開發，深海鉆井平臺將會越來越多，同時，對鉆井的安全也會越來越重視，對環境的保護越來越重視，深海鉆探自動脫開系統將是深海鉆井平臺必不可少的安全系統之一。

參考文獻

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余國核.水下執行機構的液壓控制研究[J].中國海洋平臺，2009，24（3）：31-34.

作者簡介：王俊洲（1979-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士學位，先入華北油田榮盛公司，后進重慶工業職業技術學院任教，工程師，2007年至2011年主要研制深水防噴器的控制系統。

摘 要：在海上強風暴來臨之際，為了確保平臺上人員和設備安全，避免海洋環境污染，深海鉆井平臺應合理配置深海鉆探自動脫開系統。文章介紹了深海自動脫開系統的設計方案和設計原則，設計并實現了深海自動脫開系統主液壓系統和水下機器人輔助脫開液壓系統，全面分析了自動脫開系統的作業過程。該系統是深海鉆探開發必不可少的安全系統之一。

關鍵詞：自動脫開；LMRP；水下機器人；緊急脫開

引言

深海鉆探開發多采用半潛式鉆井平臺，半潛式鉆井平臺僅少數立柱暴露在波浪環境中，抗風暴能力較強，穩定性等安全性能良好。但由于海上鉆井作業的特殊性，給海上鉆井設備的設計和使用帶來了一系列陸上鉆井遇不到的難題。在保證高效生產的同時，遇到突發的、惡劣的、無法作業而必須拖走半潛式鉆井平臺的時候，一定要確保平臺操作人員、設備的安全以及海洋環境的保護，由此，需要具備一套深海鉆探自動脫開系統，它在平臺安全作業、保障人員和設備安全方面起著非常重要的作用。

1 自動脫開系統方案

深海鉆探自動脫開系統是一個新系統，該系統可以在預知風險到來之前操作，也可以在風險已經來臨，但工作人員不知的情況下自動執行脫開。主要功能是脫開下部海底采油管封隔器總成（LMRP）與水下井口裝置之間的連接，是針對一次風險分析而設計，它是一套液壓先導控制系統，由深海鉆井總控制系統MUX控制。如果水上和水下的通訊或液壓傳輸出現了問題而造成MUX控制系統無法控制水下的設備的時候，我們還可以采用水下機器人（ROV）下潛到水底，與ROV接口對接，控制LMRP與水下井口裝置的鎖住或解鎖，解鎖成功就能實現LMRP的脫開。見圖1。

2 LMRP脫開主液壓系統

這套液壓控制系統由鉆井平臺上的主控制系統MUX控制，主要由以下幾部分組成：1.止回閥，2和5.止回閥，先導控制時處于開啟狀態，3和6.梭閥，4.兩位三通換向閥，15和16.水上蓄能器組，19.LMRP鎖住/解鎖裝置，整個LMRP脫開主液壓系統見圖2。

3 水下機器人輔助脫開系統液壓系統

當海上風浪太大，或鉆井平臺漂移距離太大以至于超過了安全的警戒區，最終導致了MUX控制系統發出的控制信息無法控制LMRP脫開主液壓系統，半潛式鉆井平臺無法與海底井口脫開，這將嚴重危及平臺上的工作人員和設備安全，如果發生了井噴或溢油事故，對海洋環境污染將十分嚴重。所以，在LMRP脫開主液壓系統之外還必須要有一套備用系統，目前最可靠的備用系統就是水下機器人輔助脫開系統。這套系統的核心是水下機器人，其主要組成部分還有：7.止回閥，保證為LMRP提供高壓液體，但要防止高壓液體回流，8.過濾裝置，保證高壓液體干凈，9.主安全開啟閥，作為液壓回路的閥門使用，10.水下機器人觸發裝置，11.撓性接頭觸發裝置，14.水下先導液壓蓄能器組，16.水下LMRP脫開備用蓄能器組，18.ROV使能閥，當水下機器人與水下機器人接口對接后，此閥就會被觸發。

圖3 水下機器人輔助脫開系統液壓系統圖

4 作業過程分析

深海鉆探自動脫開系統經過檢驗是能夠滿足設計要求的，其作業過程如下。

當鉆井平臺上的工作人員獲知危險信息后，可以人為操作LMRP的脫開：由MUX控制向水下的兩個控制箱（Y控制箱和B控制箱）發出解鎖指令，此時，LMRP系統就執行一次解鎖，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經過梭閥（3）和止回閥（5）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸動作，等液壓缸推出動作完成后，解鎖成功。如果一次解鎖不成功，則進行二次解鎖。

當海上風暴使鉆井平臺漂出了警戒區，而鉆井平臺上的工作人員沒有發現或報警裝置沒有正常工作時，撓性接頭達到了一個預先設置角度的時候，撓性接頭觸發裝置被觸發?；蛘咚聶C器人下潛到海底與ROV接口對接后，就會激活撓性接頭觸發裝置，并且使能水下機器人觸發裝置。此時，液壓先導液從水下先導蓄能器（14）流出，并會激活主安全開啟閥（9），高壓液體從水下LMRP脫開備用蓄能器組（16）流出，流經三重過濾器（8）并流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到開啟位置。解鎖成功，順利完成LMRP的自動脫開。

當海上風險過后，半潛式鉆井平臺回到作業區域繼續工作，此時需要LMRP與海底井口裝置進行連接。首先需要把LMRP與海底井口裝置進行對正連接，然后把兩者鎖住，此時，需要由MUX控制向水下控制箱發出鎖住指令，高壓液體從鉆井平臺上向海底井口傳送，經過梭閥（3）和止回閥（2）流入LMRP鎖住/解鎖裝置（19），推動液壓缸到鎖住位置，LMRP與井口裝置鎖住成功，鉆井作業可以正常進行。

5 結束語

深海鉆探自動脫開系統作為海洋石油開發重要控制系統，能夠在危險來臨時，及時、安全的封閉井口，把LMRP與水下井口裝置脫開，保護了平臺工作人員和設備安全，防止環境污染，將損失降低到最小。隨著我國對南海石油資源的開發，深海鉆井平臺將會越來越多，同時，對鉆井的安全也會越來越重視，對環境的保護越來越重視，深海鉆探自動脫開系統將是深海鉆井平臺必不可少的安全系統之一。

參考文獻

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余國核.水下執行機構的液壓控制研究[J].中國海洋平臺，2009，24（3）：31-34.

作者簡介：王俊洲（1979-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士學位，先入華北油田榮盛公司，后進重慶工業職業技術學院任教，工程師，2007年至2011年主要研制深水防噴器的控制系統。