關于半潛式平臺水下防噴器及控制系統的探討

劉向華

【摘? 要】海上鉆井不僅環境獨立，而且風險較高。為了保證海上鉆井工作順利實施，要做好基礎設備的分析工作，應該使用可靠性高的井控裝置，所以半潛式平臺水下防噴器應運而生。該防噴器的控制系統通過光纖進行傳輸，待信號至防噴器后，通過水下電氣總成轉化為電信號，再通過電磁將電信號轉化為液壓信號，全面提高系統的穩定性和可操作性。論文主要對半潛式平臺水下防噴器控制系統的組成進行探究，以期幫助技術人員更好地了解鉆井井控設備。

【Abstract】Offshore drilling is not only environment independent， but also high risk. In order to ensure the smooth implementation of offshore drilling work， to do a good job in the analysis work of basic equipment， we should use well control devices with high reliability， so the subsea blowout preventer of semi-submersible platform came into being. The control system of the blowout preventer is transmitted by optical fiber. After the signal is sent to the blowout preventer， it is transformed into electrical signal by underwater electrical assembly， and then into hydraulic signal by electromagnetic， so as to comprehensively improve the stability and operability of the system. This paper mainly discusses the composition of the control system of the subsea blowout preventer of semi-submersible platform， so as to help technicians better understand the control equipment of drilling well.

【關鍵詞】半潛式平臺;水下防噴器;控制系統

【Keywords】semi-submersible platform; subsea blowout preventer; control system

【中圖分類號】TE951? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0168-02

1 引言

傳統的半潛式鉆井平臺沒有完善的二級干預方式，不能解決井噴、井涌等問題。目前，隨著我國經濟快速發展，各行各業也融入更多的科技化元素，尤其是鉆井作業也逐步向深水作業發展，水下防噴器是半潛式鉆井平臺最為主要的井控設備，能夠保證鉆井作業的安全性和可靠性，可以在發生井涌井噴時有效地控制井內的壓力，如果遇到臺風等惡劣天氣，可以及時地撤離，保證設備和人員的安全。在對防噴器進行大量研究工作的基礎之上，發現防噴器在運作過程中，必須考慮到活塞的行程，探究硫化物油氣井的腐蝕性能。在對硫化氫油氣井探究時，可以使用電液控制系統，最常見的就是庫美控制系統。然而系統在運作過程中要嚴格把控，需要對環形防噴器關閉時間進行管控，通常情況下環形防噴器關閉時間為30s。閘板防噴器在運作過程中只需要3s左右的關閉時間。在進行海上鉆井作業時，隨著水深不斷加深，傳輸距離和控制軟管長度也不斷增加，這時由于受到海浪的沖擊會發生斷裂，導致控制信號不能及時傳遞，會出現故障或者中斷，考慮到以上情況，在未來的海上油田開發過程中，要采取有效的方式做好半潛式平臺水下防噴器以及控制系統的研發工作。

2 半潛式平臺水下防噴器控制系統的組成

2.1 環形防噴器

目前，在對環形防噴器分析時，需要考慮到膠芯的形狀和結構，一般包括錐形膠芯、球形膠芯以及組合膠芯三種。如果系統在運作過程中是空井作業，需要封閉整個井口;如果在進行作業時并不是空井，可以使用封閉環形空間的方式，在封井的情況之下能夠向井里深入鉆具還需要嚴格把握鉆具的坡度，最好是18°。環形防噴器在實際運作過程中具有較高的優勢，其能夠粘住不同的部位，能夠關閉電纜、空井，等等。通常情況下，膠芯具備較高的抗腐蝕能力。環形防噴器在試壓作業時不需要進行封零實驗，只需要進行封管子試驗。這時在進行海洋石油鉆井作業時，要按照規范要求做好試壓。通常情況下，壓力為300～500Pa，要對時間進行控制，最好將穩壓時間控制在5min。在進行高壓試壓時，按照額定工作壓力的70%進行，也可以在最小抗壓內強度的70%作業，這時需要穩定壓力，通過15min的穩壓做好低壓試驗。然后進行高壓試壓，采取以上措施的主要目的是防止鉆井液壓過高[1]。

2.2 閘板防噴器

閘板防噴器在井控設備中占據著關鍵地位。閘板防噴器在進行劃分時，可以依照閘板的數量進行劃分，通常使用的閘板防噴器有單閘板、雙閘板以及三閘板;也可以按照閘板的形式進行劃分，包括變徑閘板、剪切閘板、半封閘板以及全封閘板。閘板防噴器在安裝時應該嚴格把握閘板所能承受的壓力。通常情況下，軸心有二次封閉的作用，需要做好閘板防噴器地面試壓工作，壓力在300～500Pa穩壓5min，而高壓需要達到額定工作壓力的100%，穩壓15min[2]。

2.3 事故安全閥

目前，事故安全閥和閘板防噴器組成完全密閉的空間，可以使用泥漿循環通道做好安全鉆井工作，這時可以通過事故安全閥進行液壓操作，在進行開啟和關閉過程中，需要通過閥板和活塞桿作業，通過帶動活塞進行作業，通過閥板上的通孔進行流通。在某種程度上，事故安全閥能和四個組流管線進行連接，需要做好上下內組以及上下外組流閥的控制[3]。

2.4 連接器

目前，在分析連接器作業時，需要考慮到隔水管連接器以及井口連接器的類型。連接器和閘板防噴器可以形成密閉空間，控制井噴，能夠確保系統穩定運作。在進行隔水管連接器使用時，也需要將閘板防噴器和水管下部進行連接，如果遇到較大的臺風或者其他惡劣天氣，隔水管連接器脫開，這時回收隔水管，將閘板防噴器放置在海底，當惡劣天氣過境之后，再次連接繼續完成后續作業。當需要時，將其連接在一起，通過液壓推動活塞驅動循環，可以通過解鎖作業將液壓從井面送至內驅動[4]。

2.5 防噴器控制系統

現階段，在進行防噴器控制系統分析時，要考慮到防噴器關閉和打開時所能夠提供的能量，主要包括儲能器系統以及液壓控制系統。通常情況下，防噴器控制系統包括兩個部分：一是地面部分;二是水下部分。對于地面部分來說，主要包括主控制面板、司鉆控制面板、動力設備儲能等[5]。在進行水下部分分析時，主要包括控制軟管束接頭和水下儲能器等防噴器控制系統。通過控制電控氣、氣控液、液控液，做好控制和操作部分的有機融合，也能夠進行遠程操作。儲能器主要包括浮子式和氣囊式兩種氣囊，可以預充氮氣壓力達到7MPa，可以使用電動泵或者氣動泵有效進行控制，泵在運動過程中要對氣壓進行管控，這時需要分析儲能器控制液的基礎。進行一次液壓關閉時，需要將剩余壓力控制在8.3MPa。在系統再一次關閉又打開時，需要將其保證在體積的1/4。除此之外，還需要對阻流壓井管匯進行分析，阻流管匯最主要的作用就是實現截流的循環，能有效控制井內流體順利流出井口，做好井口回壓的控制工作，在最大范圍內維持井底壓力。這時主流壓井管匯在運作時，井底壓力要遠遠高于地層壓力，而且保持不變。在降低井口壓力時，能夠實現分流。在進行循環處理過程中，需要泵入清水，能有效地防止起火，也可以使用滅火器進行井下滅火[6]。

3 結語

綜上所述，系統在運作過程中常見的海上鉆井使用的防噴器主要是以API等級10M的環形防噴器以及15M閘板防噴器的組合為主，與此同時，還需要做好井下設備的管控工作，確保各類井下作業順利實施，防噴器控制系統在運作過程中要提高實時傳輸的效率。除此之外，還需要對全封閘板、半封閘板、剪切閘板、環形防噴器等進行全方位管控。各個裝置的操作壓力是不同的，要時刻關注流量值的變化。值得注意的是，在進行防噴器功能壓力試驗時，要按照相關的內容進行操作，從而保證鉆井作業的可靠性和及時性。尤其是環形防噴器的橡膠芯容易發生磨損，要注意日常的養護和管理工作，還要考慮到硫化氫的腐蝕性。雖然我國企業在進行井下防噴器控制系統整體設計以及各閥件制造上取得一定的進步，但是仍需要加強鉆井平臺的升級改造，全面提高海洋鉆井的可靠性和穩定性。為進一步完善多功能水下防噴器緊急備用控制系統設計，只有在其中融入智能化元素，才能促進半潛式平臺水下防噴器控制系統的不斷完善。

【參考文獻】

【1】鄧成輝，鄧文楊，張凱，等.淺談半潛式平臺水下防噴器及控制系統[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（23）：101-102.

【2】陸廣宋.半潛式鉆井平臺水下防噴器組側門密封及失效機理分析[J].石化技術，2017，24（4）：28-30.

【3】吳永良.水下防噴器控制系統故障分析及其處理——以薩哈林某井為例[J].海洋石油，2019，32（4）：83-87.

【4】耿艷東，王莎，王衛華，等.海洋油氣開發水下防噴器緊急備用控制系統研究[J].石油礦場機械，2019，45（2）：79-83.

【5】陸廣宋，鄭偉，馬春暉，等.高溫高壓井水下防噴器組事故安全閥故障分析及對策[J].石化技術，2017，24（3）：173-175+180.

【6】越軍.水下測試樹完成解脫與回接的現場新應用[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（24）：143-145.