寒帶海域中防噴器控制液的應用

施鵬(中海油田服務股份有限公司鉆井事業部,廣東 湛江 524057)

寒帶海域中防噴器控制液的應用

施鵬(中海油田服務股份有限公司鉆井事業部,廣東 湛江 524057)

在中國國內海域開展鉆探時，水下ROV檢測到的水底溫度保持在5°-10°的范圍，對水下防噴器控制液的影響微乎其微，在寒帶海域作業時，水下ROV記錄的俄羅斯遠東北緯57°海域在夏季6月份的溫度達到零下1.6°，寒帶海域的低溫能夠直接造成防噴器控制液結冰，導致水下防噴器失效。水下防噴器作為半潛式鉆井平臺的井控核心設備，對于海洋鉆井安全至關重要，為了避免由于寒帶作業海域的海底低溫導致的設備事故，本文從實際情況出發，利用在防噴器的控制液中添加防凍液，對控制系統進行沖洗及后期合理監控，討論了水下防噴器中控制液在寒帶海域中的應用。

寒帶海域；防噴器；控制液；防凍液

Abstract:In China’s domestic sea drilling,ROV detect the water temperature in the range of 5 ° to 10 °,there isn’t influence on the BOP(blowout preventer) control fluid,but in the cold zone sea area,ROV records of Russia’s far east 57 ° north latitude in June in the summer sea temperature reached minus 1.6 °,the cold zone sea area of the low temperature can directly cause the blowout preventer control liquid freeze,is the one inducing the inefficiency of subsea blowout preventer.Subsea blowout preventer as well control of semi-submersible drilling platform core equipment,it’s very important to operation safety.In order to avoid the equipment accidents due to frigid ocean temperature,this article from the actual situation,use of antifreeze is added in the control fluid,to wash and enhance monitor during the operation,discuss the adhibition of BOP control fluid in the cold zone.

Key words:Cold zone sea area; Blowout preventer; Control fluid; Antifreeze

近年來，國內海洋石油鉆井不再局限在中國海域，開始向俄羅斯的遠東等海域提供鉆探服務，由于該海域特殊的寒帶氣候，致使常年在熱帶海域作業的平臺缺乏寒帶作業經驗，易造成在鉆探工程和設備上的事故。以半潛式鉆井平臺的水下防噴器為例，在國內海域鉆探時，水下ROV檢測到的水底溫度在5°-10°的范圍，對防噴器控制液的影響較小，在俄羅斯寒帶海域時，水下ROV記錄的俄遠東北緯57°海域在6月份的溫度為零下1.6°，低溫能夠直接造成防噴器控制液在控制系統內結冰，發生“冰堵”險情導致水下防噴器失效，嚴重威脅作業安全和造成生產DOWNTIME。通過作業實踐驗證發現，在水下防噴器控制液中科學配比一定比例的防凍液(Anti-freeze Fluid)能夠有效地防止防噴器控制系統中的控制液結冰，避免發生防噴器控制系統冰堵失效問題，在加入一定比例的防凍液后，平臺現場工程師還需按照正確的方法全方位的沖洗水下防噴器控制系統，確保每條控制管線內部的防凍液比例在水下防噴器控制液中滿足要求，另外，日常監控好防噴器的防凍液濃度和防凍液的配比問題是本文討論的主要內容。

1 防噴器控制液的簡要介紹

1.1 防噴器控制液

半潛式鉆井平臺的水下防噴器(BOP)控制液，作為控制系統中的動力驅動液體，依靠儲能瓶中壓力作用下，通過控制面板、臍帶纜、接頭盒、SPM閥等連接到防噴器各功能位上，在各個特定的區域通過操作控制面板，利用控制液作為驅動液體來實現水下防噴器的特定功能。

早期的防噴器的控制液使用傳統的礦物油或者可溶油，隨著工業發展，海洋環境法規越發嚴格，油類化合物禁止排海，水基控制液隨之產生。由于深海鉆井水下防噴器的控制系統對控制液消耗太大，于是濃縮型水基控制液得到了廣泛應用。

目前水下防噴器控制液分別用于地面防噴器的閉式系統和水下防噴器的開式系統，現各平臺較為常用的防噴器控制液是Erifon HD60系列，該產品是防爆水基液壓液體，用于海上油、氣工業中的防噴器控制系統。在現場該控制液配比為2%～3%(與水配比)，該控制液的主要成分構造概況為45%的各種化學添加劑、30%乙二醇、25%的水濃縮而成，該控制液體可相互兼容，有出色的穩定性，獲得水下設備主要制造商NOV、Cameron、Hydrill等的許可使用，同時還具備較好的高性耐磨及抗擦傷性能，能有效地抵抗微生物污染，并可與海上井控設備所用的材料很好地相容。

2 控制液中的防凍液介紹及寒帶海域的應用

2.1 控制液中的防凍液介紹

目前寒帶作業海域中防噴器控制液常用的防凍液主要是乙二醇防凍介質(Glycol)，該類防凍液是無色無味的防凍介質，是一種微粘液體，能與水以任意比例混合，在低溫下穩定性好，高兼容性、對金屬及密封件不會產生任何影響，能夠和控制液兼容使用。

目前在寒帶作業時防噴器控制液的配比濃度為2%，按照作業經驗及相關廠家推薦，在該配比濃度下對應不同的冰點溫度時的防凍液(乙二醇)的比例如表1所示：

表1

寒帶作業期間，在利用水下ROV及查詢相關水下溫度資料確定作業區域的水下溫度后，選用的溫度應比水下溫度低10°-15°進行乙二醇的配比，以確保后續作業系統時更高安全性。

2.2 控制液中防凍液的濃度測量應用

為了確保后續作業安全，按照上述的配比在地面混液柜里完成后，并在進行控制系統全面沖洗前，現場工程師還應該對控制液中乙二醇的配比濃度的精準性進行準確測量。

目前行業內對乙二醇濃度的常規測量儀器有日產的Master-BR折光率檢測儀、國產的WZ-413、WZ-415折光率檢測儀器，利用該檢測儀以及廠家配套的試劑，從已經加入乙二醇的控制液中取樣，讀出此時控制液的真實濃度值，通常是以Brix%讀數形式來表示，由于控制液不同，在讀取時應注意正確選擇，如圖1、圖2是兩種常用的水下防噴器控制液：Erifon HD603HP和Erifon HD856在加入相應配比乙二醇后的Brix%讀數：

圖1 Erifon HD603HP的BRIX讀數

圖2 Erifon HD856的BRIX讀數

在使用折光率儀器讀取準確的BRIX讀數后，將獲得地面系統中控制液真實準確的濃度。結合讀取的控制液濃度，按照不同的控制液屬性，參照相應的乙二醇濃度表可以讀出在該地面系統中已經加入的乙二醇的準確濃度值。例如上述兩種控制液Erifon HD603HP和Erifon HD856可以結合圖3來讀取乙二醇在地面系統中的真實濃度值。

利用上述圖表結合防噴器控制液的Brix讀數可以獲得乙二醇在地面控制系統中的相關濃度，再利用該濃度值，結合表1則可知道目前地面控制系統中控制液的冰點溫度。

圖3

按照上述方法進行測量時，為保障測量的準確性以及確定地面混液柜控制液中乙二醇的均勻性，需要從混液柜中不同位置上層、中層、下層等分別取樣進行測量，建議每層取2個樣，按照上述方法完成控制液中乙二醇的濃度測量，對6組數據進行分析，確保沒有偏差，如偏差較大，可以采用外置循環泵的形式將地面混液柜中的控制液循環均勻后在取6組數據進行測量。

2.3 沖洗水下防噴器控制系統

在ROV對水下溫度測量已經完成，并已獲取水下溫度后，建議配置能夠抵御比水下溫度低10℃-15℃左右加入乙二醇的防噴器控制液，在混合柜中進行配比時，要確保混合柜中混液均勻，可以采用在混液柜上安裝循環泵的方法來實現配比，循環配液完成后，還應對混液柜不同深度處(上層、中層、下層)的液體進行BRIX讀數的測量，確保乙二醇的均勻性。

對水下防噴器(水下防噴器現已經位于地面)的控制系統進行沖洗：

①現場已經完成對地面系統內控制液的沖洗和更換，地面儲能瓶內全部替換為配比好的控制液，該控制液是按照所需抵御的低溫加入相應濃度的乙二醇完成的配比，在加入乙二醇后還應利用文中上述方法，對配比后的控制液乙二醇含量進行了測量，測量的濃度滿足抵抗低溫要求；

②分別沖洗兩套控制系統的每根信號控制管線，將藍盒或黃盒控制系統中的一個地面跨接版(RBQ)脫開，完成一套控制系統的沖洗后，然后再繼續沖洗另一套控制系統；(注：嚴格禁止同時對兩套控制系統進行沖洗，避免兩套系統內部管線摩阻不同造成沖洗不徹底。)

③在用配置好乙二醇比例的控制液沖洗時，為保障沖洗效果及后續作業安全性，現場工程師應將控制盒的每一根SPM閥的信號管線接頭卸開，計算每根信號管線的沖洗容積；

④建立黃盒和藍盒每一根控制管線沖洗跟蹤表，并且通過計算的沖洗容積和現場工程師目測控制液顏色等方式完成對每條控制管線沖洗后的取樣，取樣后按照本文上述的對控制液中乙二醇含量的測量方法對每一個取樣點進行Brix讀數和乙二醇讀數的測量，避免管線中殘余的控制液降低乙二醇濃度，導致控制液的冰點不滿足作業溫度發生作業安全事件，具體如圖4所示。

圖4

⑤對調壓閥信號管線和反饋管線也需進行沖洗；清洗完成后應將每根管線接頭處上緊；

⑥確認控制管線中控制液乙二醇的比例滿足現場作業要求后，在下入水下防噴器作業前，現場工程師還應重新完成一次水下防噴器的所有功能地面測試(注：完成功能測試后，由于控制液會造成一定量的消耗，需要按照作業溫度要求，重新在地面混液柜中加入定量的乙二醇，混液柜中再添加乙二醇和控制液后，現場工程師需重新進行3次分層測量，確保新補充的控制液滿足相關要求)。

3 結語

常規的半潛式鉆井平臺在寒帶海域作業期間，不能局限于僅考慮防噴器控制液由于海域低溫，造成水下防噴器液壓控制系統可能出現結冰失控的影響，還需綜合考慮在作業前，現場工程師應及時將防噴器中的相關密封件和隔水管密封等更換為能夠在-20°條件下工作的配件；另外，現場在下入水下防噴器作業期間，建議采用鹽水或較高濃度的乙二醇和水的配比液，對水下防噴器的阻流、壓井管匯邊管進行試壓，避免在完成防噴器下入后造成阻流、壓井管匯結冰堵塞；現場完成水下防噴器的下入作業后，作業期間現場工程師每天還應對水下防噴器的阻流壓井管匯采用泥漿進行循環，保持暢通，如果當環境溫度低于10℃時，應每6小時采用鹽水對阻流壓井管匯進行循環并在阻流管匯內部封存鹽水。參考文獻:

[1]ERIFON STACK GLYCOY,et al.Recommended Fluid Mix Ratio[R].OMC 38,2015.

[2]ERIFON REFACTOMETER KIT,et al.Determination of Erifon BOP Mixed Fluid concentration[R].OMC 38,2015.

[3]ERIFON REFACTOMETER KIT,et al.Determination of% Glycol content in Mixed Erifon BOP Control Fluids with Glycol Anti-Freeze protection[R].OMC 38,2015.

Introduction to the BOP control fluid in the cold zone sea area

Shi Peng(China oil field service limited Drilling business division)

施鵬(1985- )，男，云南人，2008年畢業于西南石油大學石油工程畢業，學士學位，現從事海洋石油鉆探工作。