深水鉆井隔水管與防噴器組風險分析

李白

摘要：本文對深水鉆井隔水管與防噴器組進行可靠性分析，以風險評估理論作為基礎，進一步對深水鉆井隔水管防噴器組開展風險辨識。從隔水管失效、隔水管柱斷裂、隔水管柱磨損、隔水管柱擠毀、輔助設備失效等幾方面進行理論分析。并對防噴器組各失效模式的影響機理進行進一步探討。最后從失效后果控制層面提出一些相應的控制措施。

關鍵詞：鉆井隔水管 ?防噴器組 ?風險評估 ?失效模式 ?控制措施

一、深水鉆井隔水管與防噴器組風險評估理論

風險評估作為研究構筑物失效風險的重要方法，正逐漸被引入到深水鉆井隔水管的失效風險評估中。深水鉆井隔水管的失效風險是對其長期服役過程中某種或某類風險轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實危險的可能性以及后果嚴重程度的綜合分析。

通過研究深水鉆井隔水管長期服役狀態(tài)風險發(fā)生可能性及后果嚴重程度，可以全面了解隔水管系統(tǒng)的工作狀態(tài)并根據(jù)評估結果采取必要的加固改造措施避免風險，為隔水管系統(tǒng)的長期安全服役提供保障。

二、深水鉆井隔水管與防噴器組風險因素識別

（1）隔水管失效

1、隔水管意外脫離

隔水管意外脫離是經(jīng)常發(fā)生的事故，脫離位置主要發(fā)生在隔水管底部與防噴器組的連接處，連接處隨著平臺的移動，會承受很大的彎矩，當所承受彎矩超過極限值就會發(fā)生脫離。隔水管意外脫離的直接原因是平臺偏移量過大和人為操作失誤，而平臺偏移量過大主要是由于平臺動力定位失效和環(huán)境風浪大造成的。

2、隔水管柱斷裂

隔水管斷裂是非常嚴重的鉆井事故，會造成合成基鉆井液流失污染海洋。引起隔水管柱斷裂的直接原因包括平臺偏移量過大和隔水管工作強度超過其極限強度，在實際的情況中通常是由于平臺偏移量過大造成事故發(fā)生，正常工況下隔水管工作強度實時監(jiān)控很少會發(fā)生超過極限強度的破壞。

3、隔水管柱磨損

隔水管柱磨損是由于鉆桿以一定鉆速和前進速度通過隔水管時，鉆桿和隔水管內(nèi)壁發(fā)生過度摩擦造成的，其直接原因是平臺偏移量過大和海流作用為大引起的隔水管彎曲和偏移。

4、隔水管柱擠毀

1982年，某半潛式平臺進行鉆井作業(yè)時，發(fā)現(xiàn)鉆井液溢出，沒有關閉防噴器，導致分流器泄漏導致隔水管擠毀事故。隔水管擠毀事故發(fā)生的直接原因是下部隔水管壁厚較薄和隔水管內(nèi)外壓差大。

5、隔水管腐蝕

隔水管腐蝕可能原因包括：腐蝕性的工作環(huán)境、飛濺區(qū)干濕交替及覆層失效、陰極保護失效、缺乏腐蝕檢測工具或檢測工具低效等，其中飛濺區(qū)干濕交替及覆層失效對于隔水管的失效尤其突出。飛濺區(qū)內(nèi)無覆層隔水管可能發(fā)生高腐蝕速率，飛濺區(qū)意外可能發(fā)生中等速率腐蝕

（2）輔助管線設備失效

節(jié)流/壓井管線失效是浮式鉆井裝置停工的主要原因之一，失效的直接原因包括外接頭內(nèi)接頭的密封失效、節(jié)流/壓井管線腐蝕和節(jié)流/壓井管線校準水平。外接頭處容易出現(xiàn)劃痕和鑿孔，而內(nèi)接頭密封槽內(nèi)徑上的點蝕是壓力完整性損失的主要原因，內(nèi)端使用低合金鋼材料以及隔水管儲存時殘留于密封槽與密封圈內(nèi)的海水會加劇腐蝕。節(jié)流/壓井管線需要校準外端與內(nèi)端的間隙，若間隙太小隔水管彎曲載荷傳遞到節(jié)流/壓井管線上會引起管線失效。

三、防噴器組各失效模式的影響機理

（1）柔性接頭

深水條件下需要在隔水管與防噴器組之間安裝柔性接頭，也稱撓性接頭。通過安裝柔性接頭，可以減少外力作用下的立管彎矩，允許深水鉆井隔水管能有一定的位移。

其工作機理是：柔性接頭的內(nèi)體與隔水管相連接，外體通過法蘭連接防噴器組。當內(nèi)體及隔水管因為臺風海浪等外為作用下發(fā)生位移時，內(nèi)體通過柔性接頭中的橡膠裝置來吸收變形，以此保證柔性接頭下方的設備不會大幅度隨著平臺的移動而移動。如果柔性接頭發(fā)生破壞，那么深水鉆井隔水管板有可能在惡劣天氣條件下承受大的彎矩而發(fā)生破壞，影響系統(tǒng)安全。

（2）環(huán)形防噴器

環(huán)形防噴器主要通過膠芯來進行封井動作。封井時，高壓液壓油進入內(nèi)腔，迫使膠芯向管子內(nèi)部靠擾;當高壓液壓油離開內(nèi)腔時，膠芯又離開管子，完成開井動作。環(huán)形防噴器具有以下特點：當井內(nèi)無鉆具時，環(huán)形防噴器可以全封井口;當井內(nèi)有鉆具、套管等時，可以用環(huán)形防噴器封閉井口環(huán)形空間;封井速度快，反應時間短。當環(huán)形防噴器發(fā)生關井失敗、無法完全打開等故障時，會使得鉆井液泄露，嚴重時會發(fā)生井噴事故。

（3）液壓連接器

液壓連接器是海洋鉆井設備中的重耍元件，在防噴器組、采油樹等部位大量應用。它的主要功能是實現(xiàn)防噴器組與海底井口的快速連接與斷開，特別是在惡劣天氣或者緊急情況下需要撤離時，要求液壓連接器必須能夠迅速解鎖。液壓連接器發(fā)生故障時，會使得緊急情況下無法脫離井口，對隔水管與井口都會造成破壞。

（4）閘板防噴器

閘板防噴器目前使用的都是液壓防噴器，整個關井開井動作都是靠液壓實現(xiàn)的。從上述分析中可以看出閘板防噴器開井關井的可靠性是很高的，最主要的失效是由于閘板防噴器的密封問題。密封問題主要來自4個方面：閘板前部與管子的密封、閘板頂部與殼體的密封、側(cè)門與殼體的密封和側(cè)門腔與活塞桿間的密封。閘板防噴器發(fā)生破壞時，將無法實現(xiàn)關井動作，在緊急情況下還會發(fā)生井噴事故。密封失效時還會造成鉆井液外流等污染事故。

（5）節(jié)流/壓井閥口與管線

節(jié)流管線與壓井管線在作業(yè)過程中互為應急情況備份，以防止發(fā)生堵塞或泄露。同時在深水作為靜態(tài)管線通過壓力傳感器檢測防噴器的壓力，以確定需要補償管線的摩阻。在剪切閘板關閉、懸掛鉆柱的情況下，兩條節(jié)流壓井管線可實現(xiàn)壓井;在防噴器半封的情況下，兩條管線可實現(xiàn)循環(huán)壓井。

（6）控制系統(tǒng)

防噴器組控制系統(tǒng)主要由液壓動力裝置、液壓管線絞盤、絞盤控制板等組成，防噴器控制系統(tǒng)由平臺發(fā)出控制信號，信號通過電纜傳遞到水下閥門進行操作，從而打開相應的液壓控制閥，將高壓液壓油倒入相應的防噴器腔，使得防噴器能在幾秒內(nèi)關閉。該控制系統(tǒng)在緊急情況下能將外部防噴器組與井口及時脫開，實現(xiàn)對水下防噴器組和地面設備的準確控制。

四、失效后果風險控制

（1）對于閘板防噴器

我們認為閘板防噴器密封失效是由于一級密封部位與二級密封部位失效造成的。其中一級失效部位是指關井后直接承受井壓的密封部位，包括：防噴器殼體與側(cè)門的密封、閘板體與鉆具之間的密封、閘板體與殼體頂部形成的密封、閘板軸與売體之間的密封;二級密封部位是指不直接接觸井內(nèi)壓力但是影響開關閘板和液壓油滲漏的密封部位，包括：閘板軸與液缸之間的密封等。

因此，防噴器的設計、生產(chǎn)單位是控制防噴器密封最重要的環(huán)節(jié)，其設計與生產(chǎn)必須由具有相應等級資質(zhì)的單位進行，同時應購置精密儀器進行全過程質(zhì)量控制;特別要研究防噴器在高溫環(huán)境下的密封可靠性，制造適合高溫工作的防噴器組。

（2）對于控制箱

首先對于藍箱與黃箱內(nèi)的部件應選用可靠性高的零件，并加強日常檢修與測試，及時更換有故障的零件;其次，由于目前的設計多是黃箱與藍箱的雙重冗余設計，可以考慮采用吳成杰等設計的三重冗余控制方案。

（3）對于液壓連接器

應定期安排檢測液壓連接器的解鎖性能，確保解鎖系統(tǒng)處于可用狀態(tài);同時，應設置應急預案，在液壓連接器不能解鎖時安排ROV等其它水下設備進行解鎖。

五、結束語

本文主要通過對深水鉆井隔水管及放噴器組進行風險識別，通過風險識別進一步探究相應得失效機理。結合失效機理進行失效后果控制的探討，針對性對閘板防噴器、控制箱、液壓連接器等的風險控制提出相應的建議。

參考文獻

[1] 劉秀全，陳國明，暢元江等.臺風條件下深水鉆井隔水管觸底事故分析及對策[J].油勘探與開發(fā)，2013，40（6）：738-742

[2] 鞠少棟，陳國明，宋林松等.深水鉆井隔水管事故類型及對策分析陰[J].石油機械，2011，39（5）：83-87

中國石油集團海洋工程有限公司 ?北京 100028