淺談海上平臺(tái)井口控制盤(pán)的設(shè)計(jì)工作

張 超

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

井口控制盤(pán)通常分為氣動(dòng)井口盤(pán)和電動(dòng)井口盤(pán)兩大類(lèi)，主要是根據(jù)平臺(tái)是否設(shè)置空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行考慮。對(duì)于有空氣壓縮機(jī)的平臺(tái)，井口控制盤(pán)多選用氣動(dòng)隔膜泵為井下安全閥提供液壓驅(qū)動(dòng)，同時(shí)根據(jù)采油樹(shù)井上安全閥的驅(qū)動(dòng)形式要求，確定是提供液壓驅(qū)動(dòng)還是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)；盤(pán)內(nèi)控制邏輯為氣動(dòng)控制方式、井口易熔塞回路、井口盤(pán)ESD 手動(dòng)站回路及單井井流管線上的高低壓先導(dǎo)閥等均為氣動(dòng)形式，這類(lèi)盤(pán)稱(chēng)為氣動(dòng)井口盤(pán)。對(duì)于沒(méi)有空氣壓縮機(jī)的平臺(tái)，井口控制盤(pán)多選用電驅(qū)液壓泵，并通過(guò)盤(pán)內(nèi)不同的調(diào)壓設(shè)施為井下安全閥、井上安全閥及單井井流管線上的高低壓先導(dǎo)閥提供液壓驅(qū)動(dòng)，井口易熔塞回路及井口ESD 手動(dòng)站回路則通過(guò)獨(dú)立設(shè)置的高壓氮?dú)馄坎⑼ㄟ^(guò)配套的調(diào)壓補(bǔ)壓設(shè)施提供氣源，這類(lèi)盤(pán)通常稱(chēng)為電動(dòng)井口盤(pán)。盡管井口控制盤(pán)因液壓系的驅(qū)動(dòng)形式不同面有上述兩種差別，但二者的工作原理基本相同。因此，下面主要以常見(jiàn)的氣動(dòng)井口控制盤(pán)為例，簡(jiǎn)單介紹一下井口控制盤(pán)的工作原理及功能。

1 井口控制盤(pán)工作原理

1.1 井口控制盤(pán)結(jié)構(gòu)

井口控制盤(pán)分為公用模塊和單井模塊兩大部分。公用模塊能對(duì)全部井進(jìn)行控制，單井模塊由與井口數(shù)相對(duì)應(yīng)的單井控制柜構(gòu)成，每個(gè)抽屜控制一口井，單井模塊與公用模塊間有隔離閥，通過(guò)關(guān)閉隔離閥，拆開(kāi)接頭，可將單井控制抽屜從井口盤(pán)中取出。如果單井控制模塊出現(xiàn)故障，可將旁通開(kāi)關(guān)或閥打到旁通的位置，實(shí)現(xiàn)打開(kāi)井上安全閥、井下安全閥及套筒放氣閥。

井口控制盤(pán)的控制回路分為氣動(dòng)控制回路和液壓控制回路。氣動(dòng)控制回路包括：井口ESD 手動(dòng)站回路、井口易熔塞回路、每口井井口井流管線上的高低壓先導(dǎo)閥、盤(pán)內(nèi)邏輯控制系統(tǒng)等。井口控制盤(pán)氣源由儀表風(fēng)系統(tǒng)提供，儀表風(fēng)經(jīng)一級(jí)過(guò)濾/減壓至符合液壓泵出口液壓等級(jí)所需驅(qū)動(dòng)壓力后，用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)氣動(dòng)液壓泵（其中必須有一臺(tái)配有手動(dòng)操作手柄，以保證在儀表風(fēng)系統(tǒng)故障的情況下仍能提供液壓動(dòng)力），此壓力等級(jí)的儀表風(fēng)再經(jīng)二級(jí)減壓至350kPa 左右，用來(lái)進(jìn)行氣動(dòng)邏輯控制回路的邏輯轉(zhuǎn)換和控制，并為ESD 手動(dòng)站和易熔塞回路提供氣源。

液壓控制回路是對(duì)每口井的井上安全閥、井下安全閥及套筒放氣實(shí)施控制的液壓回路，液壓控制回路的液壓由井口控制盤(pán)內(nèi)部的兩臺(tái)氣動(dòng)液壓泵提供。通常液驅(qū)動(dòng)回路的工作壓力設(shè)定為5000psi 左右，具體設(shè)定值要根據(jù)鉆完井提供的驅(qū)動(dòng)壓力要求而定。液壓油由井口控制盤(pán)內(nèi)的液壓油油箱提供，另外，盤(pán)內(nèi)應(yīng)設(shè)置高壓蓄能器，蓄能器內(nèi)充氮?dú)猓糜趦?chǔ)存液壓回路的高壓能量，當(dāng)液壓回路中因滲漏造成較小壓力波動(dòng)時(shí)，蓄能器釋放部分高壓能量，維持液壓回路壓力的相對(duì)穩(wěn)定，從而避免液壓泵的頻繁啟動(dòng)，同時(shí)蓄能器還具有在液壓泵系統(tǒng)故障情況下，保證井下安全閥正常操作兩次的功能。

1.2 井口控制盤(pán)工作原理

井口控制盤(pán)以平臺(tái)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)提供的儀表氣（通常在800kPa 左右）作為動(dòng)力源，通過(guò)氣動(dòng)控制回路實(shí)現(xiàn)對(duì)井上安全閥的控制，通過(guò)盤(pán)內(nèi)的氣動(dòng)液壓泵提供高壓液壓源驅(qū)動(dòng)井下安全閥和（或）上安全閥。每口單井的井上安全閥可以通過(guò)設(shè)在單井井流管線上的高低壓先導(dǎo)閥/開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)單井就地自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)斷，也可通過(guò)設(shè)在控制盤(pán)盤(pán)面上的手動(dòng)復(fù)位裝置實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)功能。井口控制盤(pán)通過(guò)檢測(cè)每口井井流管線中井流壓力的高低、井口區(qū)ESD 手動(dòng)站回路壓力、井口易熔塞回路的壓力及來(lái)自中控系統(tǒng)的關(guān)斷觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)被控井口油氣開(kāi)采設(shè)施的自動(dòng)連鎖關(guān)斷。井口控制盤(pán)與中控系統(tǒng)的電氣接口是通過(guò)井口盤(pán)內(nèi)部的壓力/液位開(kāi)關(guān)及電磁閥實(shí)現(xiàn)的。其中，壓力開(kāi)關(guān)作為井口區(qū)易熔塞回路壓力、ESD 回路狀態(tài)、單井井流壓力及井上/井下安全閥狀態(tài)等信號(hào)送至中控，液位開(kāi)關(guān)則將井口盤(pán)內(nèi)液壓油儲(chǔ)罐液位低報(bào)警送中控顯示報(bào)警，電磁閥是用來(lái)接受中控的關(guān)斷聯(lián)鎖信號(hào)的接口。

2 井口控盤(pán)的功能設(shè)計(jì)

1）井口控制盤(pán)主要是對(duì)每口井的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥及電潛泵進(jìn)行控制，也可以在中控室實(shí)現(xiàn)對(duì)上述井口采油設(shè)施的遠(yuǎn)程遙控及狀態(tài)和報(bào)警監(jiān)測(cè)[1]。

2）井口應(yīng)急關(guān)斷（ESD）手動(dòng)站控制，當(dāng)位于井口區(qū)的任一個(gè)ESD 手動(dòng)站動(dòng)作，井口ESD 手動(dòng)控制回路壓力被泄放，井口控制盤(pán)立即關(guān)閉所有井的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥及電潛泵，并將關(guān)斷信號(hào)（同易熔塞回路報(bào)警、關(guān)斷觸發(fā)信號(hào)）傳達(dá)到中控室的中控系統(tǒng)進(jìn)行顯示，報(bào)警及觸發(fā)火氣關(guān)斷。

3）井口易熔塞回路控制，在井口區(qū)設(shè)有一個(gè)易熔塞回路，在每口井的采油樹(shù)上均設(shè)有一個(gè)易熔塞，當(dāng)井口區(qū)發(fā)生火災(zāi)或溫度高于融化溫度（一般為120℃左右）時(shí)，易熔塞熔化，導(dǎo)致易熔塞回路泄壓，回路壓力降低觸發(fā)回路上的低壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作，觸發(fā)井口控制盤(pán)關(guān)停所有井的井上安全閥、井下安全閥、套筒放氣閥及電潛泵，并將易熔塞回路壓力低信號(hào)送至中控室的火氣控制系統(tǒng)，火氣控制系統(tǒng)在此信號(hào)的觸發(fā)下將進(jìn)行報(bào)警（包括在操作站的聲光報(bào)警及觸發(fā)平臺(tái)上的公共廣播報(bào)警系統(tǒng)及平臺(tái)狀態(tài)燈）并啟動(dòng)消防泵及打開(kāi)井口區(qū)水噴淋閥，同時(shí)，火氣控制系統(tǒng)向中控的應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)關(guān)斷觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)平臺(tái)的火災(zāi)關(guān)斷。

4）單井井口壓力監(jiān)測(cè)，在每口井的井口附近井流管線上均有監(jiān)測(cè)井口井流壓力的高、低壓先導(dǎo)閥（也可為開(kāi)關(guān)）。當(dāng)井口井流管線內(nèi)的壓力高于此先導(dǎo)閥/開(kāi)關(guān)的高壓設(shè)定值，或低于低壓設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)井口控制盤(pán)內(nèi)的回路壓力監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，引起井口控制盤(pán)自動(dòng)關(guān)該井井上安全閥及電潛泵，并將有關(guān)設(shè)備狀態(tài)在井口盤(pán)盤(pán)面上顯示，同時(shí)將有關(guān)信息遠(yuǎn)傳至中控系統(tǒng)進(jìn)行狀示顯示及報(bào)警。

5）井口控制盤(pán)設(shè)計(jì)上要求實(shí)現(xiàn)對(duì)每一口井的順序關(guān)斷，井口安全閥的開(kāi)/關(guān)順序?yàn)椋?/p>

關(guān)井：先關(guān)井上安全閥、電潛泵，再關(guān)下安全閥。

開(kāi)井：先開(kāi)井下安全閥，再開(kāi)井上安全閥、電潛泵。

6）井口控制盤(pán)與中控的接口：

① 中控至井口控制盤(pán)的輸入信號(hào)：

關(guān)單井主閥、翼閥及電潛泵。

關(guān)所有主閥、翼閥及電潛泵。

關(guān)所有井下安全閥、主閥、翼閥及電潛泵。

② 井口控制盤(pán)輸出至中控的輸出信號(hào)：

易熔塞回路破裂信號(hào)。

就地手動(dòng)站關(guān)斷信號(hào)。

主閥、翼閥閥位狀態(tài)信號(hào)。

井下安全閥閥位狀態(tài)信號(hào)。

井口管線壓力高報(bào)警信號(hào)。

井口管線壓力低報(bào)警信號(hào)。

液壓動(dòng)力單元壓力低報(bào)警信號(hào)。

液壓油儲(chǔ)罐液位低報(bào)警信號(hào)。

3 井口控制盤(pán)在設(shè)計(jì)、采辦、安裝調(diào)試過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

井口控制盤(pán)相對(duì)來(lái)講屬于一種技術(shù)成熟且在海上采油平臺(tái)上有廣泛良好應(yīng)用的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)、采辦、安裝及調(diào)試中主要解決下面幾方面的問(wèn)題：

1）在設(shè)計(jì)階段，在確保實(shí)現(xiàn)《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》中10.4 節(jié)中規(guī)定的各項(xiàng)功能的條件下，首先要明確井口控制盤(pán)的形式，主要根據(jù)海上平臺(tái)上是否設(shè)置空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)而定；盡早與鉆完井項(xiàng)目組聯(lián)系，落實(shí)井口控制盤(pán)所監(jiān)控的井口數(shù)及可預(yù)期的被監(jiān)控的井口數(shù)要求、每口井的井口設(shè)施的設(shè)量情況及控制要求、接口要求等，井口控制盤(pán)與中控系統(tǒng)之間的信號(hào)接口及形式、井口控制盤(pán)對(duì)電潛泵的聯(lián)鎖控制要求及接口形式也需要明確[2]。

2）在采辦階段需注意，為防止供貨商提供質(zhì)量較差的盤(pán)內(nèi)儀表及管接件（對(duì)于井口控制盤(pán)來(lái)講，配管的工作量占總工作量的比重很大，一般高于50%，盤(pán)內(nèi)儀表及管接件質(zhì)量的好壞對(duì)整體質(zhì)量影響非常大，費(fèi)用方面相差20%左右），通常在采辦招標(biāo)文件中対盤(pán)內(nèi)主要元件，如電磁、開(kāi)關(guān)、壓力表、儀表及管接件等及盤(pán)的板厚均作限定性要求。

3）在安裝調(diào)試階段，需注意井口配管連接的正確性及管件連接的密封，在盤(pán)的調(diào)試中人員要盡量遠(yuǎn)離井口控盤(pán)上布置有與井口設(shè)施接頭側(cè)及井口區(qū)，要位于盤(pán)的正面或盤(pán)的另一側(cè)面以保證人身安全。同時(shí)在調(diào)試中要注意廠商的調(diào)試是否與所提供調(diào)試、操作程序一致，如有不一致的情況，應(yīng)與廠商服務(wù)人員澄清。