海上平臺(tái)采油樹(shù)輔助液壓系統(tǒng)研究

陳肇日 茍潮洋

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

為了及時(shí)準(zhǔn)確了解油氣田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)并做好油氣藏管理工作，需要定期對(duì)生產(chǎn)井進(jìn)行鋼絲作業(yè)以獲取有關(guān)資料。在鋼絲作業(yè)過(guò)程中，作業(yè)工具連接在鋼絲上，通過(guò)防噴器、清蠟閥和液控主閥下放到井底進(jìn)行作業(yè)（圖1）。液控主閥屬于失效關(guān)閉型閥門，當(dāng)失去液壓源或平臺(tái)緊急關(guān)停系統(tǒng)（ESD）發(fā)出關(guān)井信號(hào)時(shí)閥門會(huì)在彈簧力的作用下自動(dòng)關(guān)閉［1］。在鋼絲作業(yè)過(guò)程中，如果液控主閥關(guān)閉，液控主閥閘板將會(huì)切斷鋼絲，導(dǎo)致作業(yè)工具墜入井底，造成損失。

圖1 鋼絲作業(yè)示意圖

圖2 戴帽后的液控主閥

為了防止鋼絲作業(yè)過(guò)程中液控主閥意外關(guān)閉而切斷鋼絲，目前作業(yè)人員采用的方法是通過(guò)給液控主閥戴帽防止主閥閥桿從閥套里面退出而導(dǎo)致閥門關(guān)閉切斷鋼絲（圖2），這種方法雖然可以防止閥門關(guān)閉切斷鋼絲，但是存在很大的安全隱患：當(dāng)平臺(tái)發(fā)生井噴或者其它安全事故時(shí)，無(wú)法迅速關(guān)閉液控主閥，只能手動(dòng)關(guān)閉防噴器，如果由于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化導(dǎo)致人員無(wú)法關(guān)閉防噴器，將會(huì)出現(xiàn)井控失控，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。為了保證鋼絲作業(yè)的安全，筆者參考崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)專門液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念1），設(shè)計(jì)了一套適合海上油氣田采油樹(shù)的輔助液壓系統(tǒng)，在鋼絲作業(yè)過(guò)程中，輔助液壓系統(tǒng)和井口控制盤原有液壓系統(tǒng)同時(shí)為液控主閥提供液壓，可確保液控主閥不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作而關(guān)閉。在鋼絲作業(yè)過(guò)程中，此方法可以替代給液控主閥戴帽的方法，提高鋼絲作業(yè)的安全性。目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用于樂(lè)東22－1氣田。

1 輔助液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輔助液壓系統(tǒng)由氣動(dòng)液壓油泵、儲(chǔ)能罐、梭閥和儀表氣控制回路組成，其流程見(jiàn)圖3。海上平臺(tái)采油樹(shù)輔助液壓系統(tǒng)是在井口控制盤原有液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上再增加一套液壓系統(tǒng)，專門供鋼絲作業(yè)使用。

圖3 海上平臺(tái)采油樹(shù)輔助液壓系統(tǒng)流程圖

崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)專門液壓系統(tǒng)由液壓罐、電動(dòng)徑向柱塞泵及其他輔助儀表組成，筆者針對(duì)其系統(tǒng)整體成橇、占用空間多、投資費(fèi)用大等缺點(diǎn)，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，使輔助液壓系統(tǒng)與原有井口控制盤液壓系統(tǒng)共用液壓油罐，可大大節(jié)約成本投入。崖城13－1氣田鋼絲作業(yè)選用電動(dòng)徑向柱塞泵作為液壓油泵，平臺(tái)關(guān)停掉電時(shí)，鋼絲作業(yè)存在風(fēng)險(xiǎn)，其液壓系統(tǒng)用戶較多，包括液控主閥、液控翼閥和海管SDV關(guān)斷閥，存在壓力不穩(wěn)定的因素，為了降低平臺(tái)關(guān)停掉電產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，輔助液壓系統(tǒng)選用獨(dú)立的氣動(dòng)泵作為液壓油泵，新增儀表氣控制回路用來(lái)控制氣動(dòng)泵，并在系統(tǒng)中增加儲(chǔ)能罐，用以穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。

海上平臺(tái)采油樹(shù)輔助液壓系統(tǒng)利用梭閥同時(shí)連接輔助液壓系統(tǒng)液壓油和來(lái)自井口控制盤的液壓油共同作用于液控主閥，增加了液控主閥的安全可靠性，梭閥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 海上平臺(tái)采油樹(shù)輔助液壓系統(tǒng)梭閥結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)通過(guò)輔助液壓系統(tǒng)開(kāi)井時(shí)，操作人員按下手動(dòng)開(kāi)井按鈕給輔助液壓系統(tǒng)進(jìn)行充壓，壓力達(dá)到儀表氣的設(shè)定要求后，氣動(dòng)控制三通閥常閉端和公用端導(dǎo)通，輔助系統(tǒng)液壓油通過(guò)氣動(dòng)控制三通閥進(jìn)入梭閥，通過(guò)梭閥打開(kāi)采油樹(shù)液控主閥。當(dāng)通過(guò)輔助液壓系統(tǒng)關(guān)井時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可以手動(dòng)打開(kāi)設(shè)置在手動(dòng)關(guān)井站的閥門泄放掉控制回路儀表氣壓力，以泄放掉輔助液壓系統(tǒng)液壓油壓力，此時(shí)，在井口控制盤連接梭閥的一端，若來(lái)自井口控制盤的液壓源沒(méi)有壓力，采油樹(shù)液控主閥將關(guān)閉；若來(lái)自井口控制盤的液壓源有壓力，則梭閥柱塞將在壓差的作用下向輔助系統(tǒng)液壓源方向移動(dòng)，切斷梭閥液壓腔室與輔助液壓系統(tǒng)的聯(lián)系，確保腔室壓力不被泄放，梭閥液壓腔室液壓將由來(lái)自井口控制盤的液壓回路提供，在此情況下液控主閥仍保持打開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)只有觸發(fā)關(guān)井信號(hào)泄放來(lái)自井口控制盤的液壓油才能關(guān)閉液控主閥。梭閥結(jié)構(gòu)的利用，實(shí)現(xiàn)了雙液壓源控制液控主閥的目的，增加了鋼絲作業(yè)的安全性。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性

輔助液壓系統(tǒng)是完全獨(dú)立于平臺(tái)中央控制系統(tǒng)之外的手動(dòng)控制系統(tǒng)，選用氣動(dòng)泵作為液壓油泵，使用獨(dú)立的儲(chǔ)能罐作為緩沖罐，在儀表氣壓力大于400 k Pa的情況下，輔助液壓系統(tǒng)就可以正常工作。平臺(tái)發(fā)生任何關(guān)停都不會(huì)影響到輔助液壓系統(tǒng)的工作，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生關(guān)停而產(chǎn)生關(guān)井信號(hào)時(shí)，只有來(lái)自井口控制盤的液壓油會(huì)泄放，輔助液壓系統(tǒng)的液壓油仍然會(huì)使液控主閥保持打開(kāi)的狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)因平臺(tái)關(guān)停而導(dǎo)致關(guān)井切斷鋼絲的事故；當(dāng)人員誤操作導(dǎo)致輔助液壓系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)井操作時(shí)，井口控制盤的液壓油也會(huì)使主閥保持打開(kāi)狀態(tài)，兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)產(chǎn)生關(guān)井信號(hào)的概率極小，因此，可以避免鋼絲作業(yè)過(guò)程中因誤關(guān)井而發(fā)生切斷鋼絲的事故。

2 實(shí)施技術(shù)要求與步驟

2.1 技術(shù)要求

由于鋼絲作業(yè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)較高，發(fā)生緊急事故時(shí)作業(yè)人員無(wú)法在井口控制盤實(shí)施關(guān)井，需要通過(guò)輔助液壓系統(tǒng)手動(dòng)關(guān)井站快速關(guān)井，因此，手動(dòng)關(guān)井站安裝位置的選擇應(yīng)考慮方便操作和安全這2個(gè)因素，具體安裝位置可以是頂層甲板鋼絲作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、救生艇旁和直升機(jī)甲板旁邊。

為了鋼絲作業(yè)時(shí)儀表管線連接方便，液壓油管線選用帶快速接頭的儀表管；液壓油管線長(zhǎng)度要保證能夠延伸到每一口井，以便鋼絲作業(yè)過(guò)程中液壓油管線能夠到達(dá)每口井的液控主閥。為了安裝方便，可以先在車間預(yù)制好橇塊并安裝完儀表設(shè)備后再移到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行固定，同時(shí)，提前預(yù)制也可以減少現(xiàn)場(chǎng)熱工作業(yè)，降低施工風(fēng)險(xiǎn)；輔助液壓系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)應(yīng)該在井口控制盤旁邊，以減少管線使用量并方便連接。

2.2 實(shí)施步驟

利用平臺(tái)停產(chǎn)檢修期間，對(duì)鋼絲作業(yè)控制系統(tǒng)流程進(jìn)行改造，改造實(shí)施步驟如下：

（1）準(zhǔn)備好所需的材料工具，并預(yù)制好支架；

（2）在預(yù)制好的支架上將儀表設(shè)備進(jìn)行安裝連接，儀表設(shè)備安裝完成后將預(yù)制好的支架安裝在井口控制盤旁邊；

（3）液壓油罐B出口管線連接到輔助系統(tǒng)液壓油泵入口，在輔助系統(tǒng)液壓油泵連接一根儀表管線作為啟動(dòng)氣源；

（4）將輔助系統(tǒng)液壓油泵出口安全閥（PSV）下游管線連接到液壓油罐B回流管線上；

（5）從輔助液壓系統(tǒng)氣動(dòng)控制三通閥連接一條液壓油管線到采油樹(shù)旁（圖3），液壓油管線長(zhǎng)度要能夠到達(dá)任意一口井；

（6）從輔助液壓系統(tǒng)連接一根儀表氣管線，并用四通將此儀表氣管線分成3路，分別將3根管線延長(zhǎng)到生活區(qū)救生艇旁邊、頂層甲板離鋼絲作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最近的欄桿處和輔助液壓系統(tǒng)控制面板上，并在管線末端安裝球閥，關(guān)井時(shí)可以通過(guò)打開(kāi)這3個(gè)球閥中的任意一個(gè)進(jìn)行關(guān)井；

（7）將梭閥安裝到采油樹(shù)液控主閥；

（8）所有安裝工作結(jié)束后對(duì)儀表參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)測(cè)試，使各參數(shù)和系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2011年3月28日至3月31日，樂(lè)東22－1氣田利用停產(chǎn)檢修期間將采油樹(shù)輔助液壓系統(tǒng)接入井口控制盤，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試其功能，符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)了海上平臺(tái)采油樹(shù)輔助液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠替代液控主閥戴帽的方法，使鋼絲作業(yè)過(guò)程更加安全可靠。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，安全性高，實(shí)施費(fèi)用少。

［1］ 張藝，洪毅.海上無(wú)人簡(jiǎn)易平臺(tái)井口控制盤的動(dòng)力源研究［J］.中國(guó)科技縱橫，2010，6（5）：82.