海洋石油井口所用兩種典型控制系統的對比分析

許慶陸（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300459）

在海洋石油井口的開采過程中，井口控制技術隨著科技的進步也得到了長足發展，由最初始的單純手動控制向自動控制演變，并形成了兩種典型的控制系統，從而大大加強了海洋石油井口生產的安全性、穩定性及可監控性。

1 井口控制系統的基本構成

1.1 設施設備

每種控制系統都是由以下設施設備構成：信號處理系統、井口盤、流程儀表設備及各部分之間的連接材料。

（1）信號處理系統：由于在海洋石油平臺中央控制系統（簡稱中控）是整個海上平臺的控制核心，可分門別類的接收各設施設備傳遞的信號并作出對應的響應，以實現對現場監測及控制，其下分為三部分：PCS（過程控制系統）、ESD（應急關斷系統）和F&G（火氣系統），故井口的控制信號最終也需進入中控進行并由其處理，在這里也可以說井口的信號處理系統即為中控。

（2）井口盤：為整個井口控制系統的動力及執行單元，分為公用模塊和單井模塊，公用模塊能對全部井或部分井進行整體操控，單井模塊由若干個完全相同的單井操控抽柜構成，每一抽柜具體操控每一口井。單井操控抽柜與公用模塊之間有隔離閥，關閉隔離閥，拆開接頭，可將單井操控抽柜從井口控制盤中取出。

（3）流程儀表設備：常用的為高低壓導閥、壓力變送器、溫度變送器等。

（4）連接材料：主要為儀表管及其附件、控制電纜等。

1.2 控制信號

按照信號交換方式可簡單的分為：輸出信號和輸入信號，2種井口控制系統的控制信號都是18個，輸入信號14個，輸出信號為4個。

2 井口控制系統的分析比較

2.1 控制原理

輸入信號如下：

（1）井口盤-公用模塊至PCS 系統信號3 個：翼安全閥集管氣壓高/低報警、儀表器進口壓力低報警、井下安全閥集管液壓高高/低抵報警；

（2）井口盤-單井模塊至PCS系統信號1個：單井翼/井下安全閥開/關狀態；

（3）流程儀表至PCS系統信號2個：流程壓力低/高報警、流程溫度低/高報警；

（4）井口盤-公用模塊至ESD 系統信號4個：液壓油位低低報警、總井井上及井下閥關斷報警、總井井上閥關斷報警、ESD手動報警站壓力報警；

（5）井口盤-單井模塊至ESD 系統信號2個：單井井下安全閥開/關狀態、單井翼安全閥開/關狀態；

（6）流程儀表至ESD 系統信號1 個：流程壓力低低/高高報警；

（7）井口盤-公用模塊至F&G系統信號1個：井口區易熔塞回路壓力報警；

輸出信號如下：

（8）ESD系統至井口盤-公用模塊信號3個：總井關停信號、總井井上閥關停信號、關停所有液壓泵信號；

（9）ESD 系統至井口盤-單井模塊信號1 個：單井井上閥關停信號；

輸入信號如下：

（1）井口盤-公用模塊至PCS 系統信號1 個：儀表器進口壓力低報警；

（2）井口盤-單井模塊至PCS系統信號1個：單井翼/井下安全閥開/關狀態；

（3）流程儀表至PCS系統信號2個：流程壓力低/高報警、流程溫度低/高報警；

（4）井口盤-公用模塊至ESD 系統信號6個：液壓油位低低報警、總井井上及井下閥關斷報警、總井井上閥關斷報警、ESD手動報警站壓力報警、翼安全閥集管油壓低低/高高報警、井下安全閥集管油壓低低/高高報警；

（5）井口盤-單井模塊至ESD 系統信號2個：流程壓力低低報警、流程壓力高高報警、單井翼安全閥開/關狀態；

（6）井口盤-公用模塊至F&G系統信號1個：井口區易熔塞回路壓力報警；

輸出信號如下：

（7）ESD 系統至井口盤-公用模塊信號3 個：總井井下安全閥關停信號、總井井上閥關停信號、關停所有液壓泵信號；

（8）ESD 系統至井口盤-單井模塊信號1 個：單井井上閥關停信號；

2.2 種控制系統的比較分析

通過原理示意圖進行比較，2種控制系統有以下不同：

（1）流程儀表信號所進的系統的路徑不同，第一種系統流程儀表信號直接進入中控PCS/ESD系統，第二種系統流程儀表進入PCS系統的信號沒有變化，但進入ESD系統的信號是先進入井口盤-單井模塊，然后再進如ESD系統。

（2）井口盤-公用模塊至PSC/ESD 系統不同，原因為：第一種系統把進入井口盤的氣體分為了翼安全閥集管氣壓高/低報警和儀表器進口壓力低報警2種信號，并和井下安全閥集管液壓高高/低抵報警信號一起作為PCS系統監測報警使用；而第二種系統則取消了翼安全閥集管氣壓高/低報警信號，同時把井下安全閥集管液壓高高/低抵報警信號納入ESD 系統進行監控報警，并增加了翼安全閥集管液壓低低/高高報警信號；

（3）井口盤-單井模塊至ESD 系統的信號數量不同，原因為：第二種系統中2個流程儀表信號先進入井口盤-單井模塊，再進入ESD 系統，故導致其井口盤-單井模塊至ESD 系統的信號增加。

以上的不同，導致2種系統在實際應用的材料也有所不同，

（4）流程儀表方面：第一種系統由于流程儀表信號（壓力信號）直接進入ESD 系統，故在實際應用可直接使用壓力開關或者壓力變送器，通過儀控電纜以電信號形式進入ESD 系統；而第二種系統因井口盤不具備處理電信號的能力，故只能使用高低壓導閥，通過儀表管以氣信號進行井口盤進行氣/電信號轉換，然后才能進入ESD系統。

（5）井口盤方面：第二種系統由于需對流程儀表信號進行轉換，故需在其內部增加氣/電轉換裝置，同是由于其把WSSV（翼安全閥）和SCSSV（井下安全閥）的液壓信號進行了細分（為井下安全閥集管液壓高高/低抵報警信號和翼安全閥集管液壓低低/高高報警信號翼安全閥集管液壓低低/高高報警信號），所以在內部也需增加了變送裝置。

3 結語

（1）信號穩定方面：電信號相對于氣信號比較穩定，同時不像氣管線似的存在泄露的情況；

（2）控制方面：第二種系統相較于第一種系統雖然對部分井口信號進行了細化，但由于不是針對單井模塊，故所起的作用并不十分明細。

（3）成本方面：由于海洋石油平臺井口區環境惡劣，空氣潮濕且存在腐蝕物質，溫差變化大，故在同等條件下，電纜、壓力開關或者壓力變送器等相較于高低壓導閥和儀表管，其價格上具備一定優勢；同時第二種系統井口盤在氣/電轉換裝置和變送裝置使用上也較多。

故總體而論，第一種井口系統具有較好的使用價值。希望隨著科技的發展進步，能在控制上進行進一步的精細化，做到單井精準控制，則會有更好更高級的控制系統出現和使用。