海上平臺采油樹高低壓導閥的應用研究

徐 林，謝維濱

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

海上采油平臺是開采海洋石油資源的重大裝置，在世界各國均被廣泛應用。而采油樹的作用則是將地下的石油采集出來，石油從采油樹出來經過生產計量管匯進入處理流程。依托井口控制盤對采油系統進行保護，當異常情況發生時將危害降低到最小。因為平臺上油井數量較多，每口油井都有自己的狀態異常關斷信號，回壓監測就是其中一種。回壓高高時則說明后端管線有堵塞或者介質黏稠導致流通困難，為了防止壓力超過管線的安全值，壓力高高信號觸發停泵，壓力低低則說明管線有泄漏或者泵入口沒液，也會觸發停泵信號。

1 井口控制盤簡介

井口控制盤是油田生產中的重要設備。井口控制盤用來控制采油樹的地面安全閥（WSSV）和井下安全閥（SCSSV）。井口控制盤分為公用部分和單井控制模塊。通過公用部分對所有井進行控制，單井控制模塊控制單口井。井口控制盤主要功能是油井井上井下安全閥的控制，同時兼顧實現自動安全保護功能。在遠自動安全保護中具有典型代表的為ESD關停功能、易熔塞報警關斷功能、回路壓力檢測異常關斷功能等。為實現海上平臺井口控制盤回路壓力檢測異常關斷功能，高低壓導閥應用越來越普遍。

2 高低壓導閥原理介紹

高低壓導閥閥組由兩個氣動的壓力開關組成，高低壓導閥組直接監測流程的壓力，當流程壓力正常時，兩個壓力開關的控制氣路均導通并作用到井口盤單井抽屜的氣控閥上，高低壓導閥現場使用見圖1。

圖1 高低壓導閥現場使用

高低壓導閥動作方式一：當流程回壓超過1850kPa時，壓力高開關動作，控制氣路不再導通，高開關與氣控閥之間連接管線內的控制氣被泄放掉，高低壓導閥高壓側氣控管線的PT報警，中控系統給出油井關斷信號。當流程回壓低于1 100kPa時，壓力低開關動作，控制氣路不再導通，低開關與氣控閥之間連接管線內的控制氣被泄放掉，高低壓導閥低壓側氣控管線的PT報警，中控系統給出油井關斷信號。

高低壓導閥動作方式二：當高低壓導閥回壓高高和低低的PT被旁通時，一旦流程壓力異常達到高高或低低的報警值，相應的控制氣會被泄放掉，沒有了先導氣，先導閥氣路不再導通，單井抽屜的井上安全閥的手拉閥在彈簧的作用下關閉，單井井上安全閥液壓油壓力低低的壓力開關動作，此信號從單井抽屜直接連接到變頻柜的控制線路中，壓力開關觸點斷開輸出停泵信號使油井關停。

高低壓導閥重要特點：不受人為操作影響，直接起到相應保護作用，控制原理見圖2。

圖2 高低壓導閥控制原理圖

3 幾種常用的回壓監測裝置介紹與對比

3.1 壓力開關

在早期的生產流程中使用的就是電控的壓力開關，用于監測回壓的壓力高高和低低，開關的觸點直接接入到中控系統DI卡件。當管匯的回壓出現異常并達到壓力開關的動作值時，壓力開關的開閉點狀態切換，中控系統接收到報警信號后產生關斷，停泵。

3.2 壓力變送器

隨著模擬量輸入卡件的廣泛應用，壓力監測開始采用壓力變送器，壓力變送器相對于壓力開關就更加直觀，可以實時看到流程的壓力值，可以根據壓力的歷史數據曲線對流程的異常進行分析，同時也可以看到壓力當前值與關斷值之間的差值，但是當壓力達到高高或低低的關斷值時同樣會觸發油井關停的邏輯。

3.3 高低壓導閥

近幾年，海上平臺新投用油井的井口盤都采用了高低壓導閥，而高低壓導閥比之前的控制邏輯復雜了一些，之前只使用一個壓力開關或者壓力變送器進行監測，現在需要一個高低壓導閥閥組以及兩個壓力變送器來組合完成。高低壓導閥同樣用于監測回壓，兩個PT則是用于監測兩個控制氣回路的壓力。當高低壓導閥動作后，相應的控制氣路被泄放掉，ESD信號觸發導致油井關停。

3.4 組合模式

綜合考慮以上三種監控手段，可以考慮進行組合使用，將有效彌補各單項監測設備的不足之處，保護裝置優缺點對比見表1。

表1 保護裝置優缺點對比

組合一。壓力開關+壓力變送器：兩者在功能上確實彌補了回壓實時監控問題，但兩者之間的組合從實際應用上講并未優于壓力變送器，同時信號旁通后將無法起到保護作用，不推薦使用；

組合二。壓力開關+高低壓導閥：從原理上講，高低壓導閥也是由壓力開關組合而成，從而兩者之間的組合有些功能性的重復，同時并未彌補實時監控回壓缺項，不推薦使用；

組合三。壓力變送器+高低壓導閥：可實時監控回壓變化，又可以杜絕人員手動旁通信號帶來的保護功能缺失，從現場使用來講是最佳的選擇方式。

4 結語

通過幾種回壓監測裝置的對比可以發現，高低壓導閥在安全可靠性方面的優勢明顯優于其他壓力監測裝置，同時結合壓力變送器進行數據的實時監控，這種組合對于高風險的海上作業來講是安全性最高的組合方式。結合現場多年海上使用經驗，當下安全環保態勢越來越嚴峻，高低壓導閥廣泛應用于油田現場，保證了生產流程的安全穩定。