海上無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)井口控制盤(pán)控制方案研究

摘 要：常規(guī)井口控制盤(pán)以儀表氣為動(dòng)力源，通過(guò)氣動(dòng)液壓泵給液壓油增壓，提供給井上安全閥和井下安全閥。但是在海洋石油開(kāi)采的特殊環(huán)境中，有時(shí)根據(jù)開(kāi)發(fā)需要建造無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)，在簡(jiǎn)易平臺(tái)上一般沒(méi)有儀表氣。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出井口控制盤(pán)三種控制方案并進(jìn)行比較分析，為海上無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)井口控制盤(pán)控制方案選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)；井口控制盤(pán)；控制方案；經(jīng)濟(jì)性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.051

井口控制盤(pán)是控制油井開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備，井口控制盤(pán)的控制對(duì)象是地面安全閥、井下安全閥。常規(guī)井口控制盤(pán)以儀表氣為動(dòng)力源，通過(guò)氣動(dòng)液壓泵給液壓油增壓，提供給井上安全閥和井下安全閥。在沒(méi)有儀表氣的無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)上，井口控制盤(pán)控制方式的設(shè)計(jì)與選擇是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

1 井口控制盤(pán)控制方式

井口控制盤(pán)采用失效安全型（當(dāng)失去動(dòng)力時(shí)，裝置能夠自動(dòng)切換到安全狀態(tài)）設(shè)計(jì)，所有三通換向閥和電磁閥應(yīng)保證在失去驅(qū)動(dòng)力的情況下執(zhí)行關(guān)井操作，保障安全[1]。常規(guī)井口控制盤(pán)一般分為氣源部分、氣動(dòng)控制部分和液壓驅(qū)動(dòng)部分。氣源部分主要是過(guò)濾和調(diào)壓。氣動(dòng)控制部分包括易熔塞回路、緊急關(guān)斷站回路和控制邏輯回路。液壓驅(qū)動(dòng)部分主要是根據(jù)邏輯控制驅(qū)動(dòng)井上安全閥和井下安全閥。由于液壓驅(qū)動(dòng)壓力較大，為了確保安全，井口控制盤(pán)采用先導(dǎo)控制模式，即用低壓力控制高壓力。井口控制盤(pán)典型控制方式如圖1所示。

2 方案對(duì)比

在海上無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)上一般沒(méi)有儀表氣，井口控制盤(pán)就需要考慮采用氮?dú)馄孔鳛闅庠椿蛘咄ㄟ^(guò)減壓輸出的低壓液壓控制高壓液壓。

2.1 氮?dú)鈨H供關(guān)斷回路方案

氮?dú)馄繗庠唇?jīng)過(guò)調(diào)壓閥，提供給緊急關(guān)斷站回路和易熔塞回路，控制邏輯回路是減壓輸出的低壓液壓，兩者之間的作用通過(guò)一個(gè)液壓三通閥實(shí)現(xiàn)。當(dāng)緊急關(guān)斷站回路或者易熔塞回路失壓后，液壓三通閥先導(dǎo)端失壓關(guān)閉，控制邏輯回路隨即泄壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的關(guān)閉。氮?dú)馄恐唤o兩個(gè)關(guān)斷回路提供氮?dú)猓辉趦蓚€(gè)關(guān)斷回路發(fā)生作用時(shí)或者檢修測(cè)試時(shí)耗氣，耗氣量較小。由于控制邏輯回路采用液壓，這種方案開(kāi)關(guān)井效率較低。氮?dú)鈨H供關(guān)斷回路方案如圖2所示。

2.2 氮?dú)夤╆P(guān)斷回路和控制回路方案

相對(duì)于氮?dú)馄恐唤o兩個(gè)關(guān)斷回路提供氮?dú)猓摲桨冈黾恿藢?duì)控制邏輯回路的供氣。這種方案每次開(kāi)關(guān)井都需要耗氣，耗氣量比較大，需要定期頻繁更換氮?dú)馄浚覍?duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員造成很大不便，后期維護(hù)成本較高，不推薦采用這個(gè)方案[2]。優(yōu)點(diǎn)是控制邏輯回路采用氣控，開(kāi)關(guān)井效率較高，元件選型相對(duì)簡(jiǎn)單。氮?dú)夤╆P(guān)斷回路和控制回路方案如圖3所示。

2.3 高壓液壓減壓控制方案

這種方案中不用配置氮?dú)馄浚o急關(guān)斷站回路、易熔塞回路和控制邏輯回路壓力全部來(lái)自于高壓減壓輸出。其原理和氮?dú)夤╆P(guān)斷回路和控制回路方案一樣，區(qū)別在于全部使用液壓控制。由于液壓的不可壓縮性，一般在控制回路上設(shè)置蓄能器，以便能及時(shí)補(bǔ)充開(kāi)關(guān)井消耗的液壓能量。這種方案開(kāi)關(guān)井較慢，且元件需要特別選型，但是后期維護(hù)成本相對(duì)較低。高壓液壓減壓控制方案如圖4所示。

3 三種控制方案對(duì)比分析

整體上看，三種控制方案各有優(yōu)勢(shì)和不足之處。單井的開(kāi)啟和關(guān)閉操作，使用頻率較高，和單井的數(shù)量多少及操作頻率有直接關(guān)系，約占到總的耗氣量的90%[3]。因此，若采用氮?dú)馄糠桨竿扑]，氮?dú)馄恐惶峁┙o緊急關(guān)斷站回路和易熔塞回路，控制邏輯回路推薦采用低壓液壓。若井口控制盤(pán)不配置緊急關(guān)斷站回路和易熔塞回路，則推薦高壓液壓減壓控制方案。三種控制方案在經(jīng)濟(jì)性、開(kāi)關(guān)井效率、元件選型和維護(hù)四個(gè)方面對(duì)比如表1所示。

4 總結(jié)

本文針對(duì)無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)沒(méi)有儀表氣的情況，提出了三種井口控制盤(pán)控制方式的解決方案并對(duì)比分析了方案的優(yōu)勢(shì)和不足。目前這三種方案產(chǎn)品均已在無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)投產(chǎn)并運(yùn)行穩(wěn)定可靠，驗(yàn)證了三種方案的可行性。在實(shí)際項(xiàng)目中，可在保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，根據(jù)情況選擇適合控制方案。本文也為同類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和元件選型提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鴻雁，趙波，張偉娜等.Q/HS3025-2014 海上油氣田固定式生產(chǎn)平臺(tái)液壓動(dòng)力單元設(shè)計(jì)指南 [S].北京：石油工業(yè)出版社，2014：3-4.

[2]張藝，洪毅.海上無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)上井口控制盤(pán)的動(dòng)力源研究[J].中國(guó)科技縱橫，2010（05）：82.

[3]屈少林.海上無(wú)人平臺(tái)井口控制盤(pán)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技縱橫，2017（03）：35-36.

作者簡(jiǎn)介：楊建義（1983-），男，河北人，學(xué)士，工程師，從事機(jī)電液一體化設(shè)計(jì)工作。