海上無人平臺井口控制盤遠程操控技術研究

馬磊

[摘 ? ?要]現役海上無人值守井口平臺，受相關產品設計制約，井口控制盤無法做到關斷后的遠程復位，必須人員登臨無人平臺手動重啟生產流程。在遇到惡劣天氣情況下，操作人員不能及時登臨平臺操作，且存在一定的風險，對平臺生產有較大影響。為保障平臺產量，需開展平臺井口控制盤遠程操控研究，實現在有人平臺對無人平臺的遠程復位操作。

[關鍵詞]海洋平臺;井口控制盤;遠程操控

[中圖分類號]TE95 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–03

Research on Remote Control Technology of Wellhead

Control Panel of Offshore Unmanned Platform

Ma Lei

[Abstract]Restricted by the design of relevant products， the wellhead control panel of the active offshore unattended wellhead platform cannot be remotely reset after shutdown. Personnel must log on to the unmanned platform to manually restart the production process. In case of bad weather， the operators can not board the platform in time for operation， and there are certain risks， which has a great impact on the production of the platform. In order to ensure the output of the platform， the research on remote control of the wellhead control panel of the platform is carried out to realize the remote reset operation of the unmanned platform on the manned platform.

[Keywords]offshore platform; wellhead control panel; remote control

目前，海上平臺主要分為有人值守平臺和無人值守平臺，有人平臺工藝流程復雜，設置油氣水處理流程、鉆修機系統，以及用于人員居住的生活樓，有人平臺的巡檢、操作等人員干預比較方便、及時，停產的概率比較低。無人值守平臺規(guī)模比較小、流程簡單，不設置油氣水處理流程以及用于人員居住的生活樓，僅僅設置井口控制系統及原油外輸系統，依托于有人平臺進行生產。當無人平臺停產后需要人員登臨無人平臺進行手動復產，耗費時間比較長。且在環(huán)境惡劣的情況下，尤其是北方冬季嚴寒多風，海面浪涌比較大，穿梭船舶無法穩(wěn)定地靠泊無人平臺，會存在較大的搖擺，此時人員登臨無人平臺有較大的安全隱患，人員不具備登平臺的條件，那么此時無人平臺由于無法及時復產而會使整個氣田產量受到嚴重影響。特別是在冬季大風天氣較多，再加之浮冰影響，平臺生產關停難以在短時間內恢復生產。當無人平臺生產關停后物流輸送就會停止，無人平臺至依托生產平臺的混輸海管存在凝管風險，凝管后的恢復工程量非常大，費用高昂;加之冬季為全國用氣高峰期，保障平穩(wěn)供氣對本平臺生產任務的完成、對作業(yè)公司的經濟運轉、對國家的社會責任均有著重大的意義。鑒于此，為解決無法遠程復產的問題，需開展井口控制盤遠程復位研究，改造現有井口控制

盤內部結構，增加遠傳信號，實現對井口控制盤的遠程復位操作。

1 井口控制盤構成

在役海上平臺井口控制盤構成主要分為公共模塊、單井模塊、液壓油箱模塊、蓄能器等模塊。公共模塊負責油田所有井的控制，即實現平臺所有井的井上、井下安全閥的關斷。同時為平臺井口區(qū)設置的易熔塞回路、ESD手動報警站回路提供氣源，當易熔塞或者手動報警站觸發(fā)后，供氣回路失氣泄壓，設置在供氣回路上的壓力變送器檢測到壓力低信號，傳輸至平臺中控系統進行報警。單井模是實現平臺某1口井控制的單獨模塊，可控制單獨井口的井上、井下安全閥的開啟與關閉。在海上平臺井口區(qū)，每1口井的井上、井下安全閥均由1個獨立的單井模塊進行控制，每1個單井模塊受公共模塊的控制，實現對采油樹安全閥的控制。液壓油箱模塊為液壓控制回路提供液壓油，液壓油增壓采用液壓泵加壓方式。目前，海上平臺井口控制盤常見的有兩種液壓控制方式，即氣驅液壓控制方式以及電動液壓控制方式。氣驅液壓控制采用氣驅液壓泵方式建立液壓油壓力，此種方式需平臺提供儀表氣，常用于有人平臺。由于無人平臺生產流程簡單，不設置空氣壓縮機，無法提供儀表氣源，因此采用電動液壓控制方式，即通過電動液壓泵建立液壓油壓力。蓄能器用于存儲液壓/氣壓控制回路壓力，起到穩(wěn)定控制壓力的作用。

由于海上無人井口平臺不設置儀表氣系統，因此井口控制盤采用電動液壓控制方式，設置電動液壓泵建立控制所需液壓。同時井口控制盤應滿足中華人民共和國國家經濟貿易委員會（2000）《海上固定平臺安全規(guī)則》中的相關要求，井口盤采用失效安全型設計（當失去液壓動力源或者氣動動力源時，相關控制設備能夠立即切換到安全狀態(tài)），所有電磁閥和三通推拉閥保證在失去動力時，能夠執(zhí)行關井操作，保證能夠關閉井上井下安全閥。如圖1所示為不帶遠程復位功能的井口控制盤原理，當平臺出現緊急工況關停時，中控系統觸發(fā)液壓管路上的關斷電磁閥，實現控制管路液壓油泄壓，間接關閉井上、井下安全閥，在液壓管路泄壓的同時，串聯在管路上的推拉閥復位并處于鎖定狀態(tài)，且必須由值守人員到現場手動開啟推拉閥，實現采油樹井上井下安全閥的開啟。在此種模式下，當無人平臺井上井下安全閥關斷時無法實現遠程復位，如果操作人員不能及時登臨平臺手動復位，將嚴重影響油田的產量。

2 井控系統改造方案

無人平臺的生產關停共分為4個級別：棄平臺關斷、火災關斷、生產關斷、單元關斷。當發(fā)生棄平臺關斷、火災關斷后不允許遠程復產，必須由操作人員登臨平臺進行人工排除故障后方可復產。當發(fā)生生產關斷、單元關斷，在判定故障排除后可進行遠程復產，井控系統的改造針對生產關斷、單元關斷進行改造。本改造分為兩個部分，分別是推拉閥的改造、控制回路電磁閥的改造，改造后的井口控制盤原理如圖2所示。

常規(guī)井口控制盤推拉閥帶有失壓自鎖功能，即當液壓控制回路失壓時推拉閥復位并進行自鎖，必須由操作人員手動開啟方可復位。本次改造將推拉閥更換為兩位三通閥，此閥不具備失壓自鎖功能，當液壓回路失壓后三通閥依舊保持通路，不影響遠程復產，當人員巡檢需要手動關停井口時，手動關閉三通閥即可實現關井功能。

常規(guī)井口控制盤在每一路液壓控制管線上均有1個電磁閥，由緊急關斷系統觸發(fā)，實現關井功能。遠程復產功能屬于過程控制系統的功能，在GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統設計規(guī)范》中明確指出，“緊急關斷系統的設備不應用于過程控制系統，且應與過程控制系統的設備獨立設置”，因此不能通過緊急關斷系統實現遠程復位功能。基于此要求，在單井液壓控制回路上串聯過程控制系統的電磁閥，由此電磁閥實現單井遠程復位功能。在井上安全閥總液壓控制管線上串聯過程控制系統電磁閥，由此電磁閥實現所有井的井上安全閥遠程復位功能。由于遠程復位電磁閥與緊急關斷系統電磁閥處于串聯液壓管路，為避免遠程復位電磁閥的故障/失電等因素導致生產誤關斷，因此電磁閥需設置為常開模式，即當電磁閥斷電后，電磁閥處于開啟模式，不會導致井口的關停。

3 “有人/無人”轉換開關設計

無人駐守的海上井口平臺，在無人模式下由平臺中央控制系統進行平臺的生產流程及安全控制，以確保平臺的安全生產，此時操作處于全自動無人干預模式，當過程控制系統、緊急關斷系統監(jiān)測到流程報警值異常時，執(zhí)行相應的控制調節(jié)及緊急關斷動作。尤其是火氣控制系統，當監(jiān)測到井口區(qū)或者電氣房間著火時，會自動觸發(fā)平臺雨噴淋系統及二氧化碳滅火系統。但是當操作人員登臨平臺進行定期巡檢、維護時，如果依舊按照無人模式進行控制，會存在一定風險，比如操作人員手動關停井口安全閥進行檢修作業(yè)，如果此時依托平臺進行安全閥的遠程復位操作，有可能會對操作人員帶來人身傷害以及環(huán)境污染。因此設置“有人/無人”轉換開關，此開關設置在平臺登臨處，當操作人員登臨平臺巡檢時，將此開關旋轉至“有人”模式，在此模式下平臺的遠程復位功能將會被屏蔽，無法在依托平臺實現對無人平臺的遠程復位操作，相關設備的重啟/復位需要操作人員現場手動完成。與安全生產相關的緊急關斷系統、火氣系統的功能不受此開關影響，應獨立運行，以確保平臺安全。當操作人員巡檢完畢撤離無人平臺時，需要將“有人/無人”轉換開關旋轉至“無人”操作模式，以確保可以在依托平臺實現遠程復位操作。

4 改造后井控系統操作流程

本次改造僅涉及到生產關停、單元關停的改造，不涉及棄平臺關斷、火氣關斷的改造。當平臺產生棄平臺關斷以及火氣關停時，中控系統將關閉整個平臺的生產流程，即關閉所有井的井上、井下安全閥。為保障平臺的安全生產，當發(fā)生棄平臺關斷、火氣關斷時不允許遠程復產，此時需要人員登臨平臺進行故障排除，現場確認故障排除后，需要操作人員手動復位井口控制盤的棄平臺、火氣關斷相關的手拉閥，實現平臺的復產操作。當平臺觸發(fā)生產關停、單元關停時，僅關閉井口采油樹的井上安全閥，采油樹的井下安全閥保持開啟狀態(tài)。在此種工況下，通過現場布置的攝像頭以及中控系統的檢測顯示等信息，綜合判斷故障排除后，可進行遠程復位操作。在依托平臺遠程復位時，首先要復位緊急關斷系統的相關關斷邏輯。由于海上平臺的控制邏輯設定為故障安全型，即當中控故障或者控制線路故障等異常工況發(fā)生時，為保障不影響平臺的安全，會被動關停生產流程，因此海上無人井口平臺的井口盤控制為失電動作，當發(fā)生關斷后，相關電磁閥處于失電狀態(tài)，因此需要先上電復位，以保證緊急關斷系統液壓控制回路的正常開啟。

當緊急關斷系統復位后，通過檢查各個檢測儀表的數值進行遠程服務操作。針對單井井上安全閥的遠程復位操作，先查看井口出口管匯的壓力值，如果壓力值高高報警，檢查下游流程是否存在堵塞工況。如果壓力值低低報警，需通過攝像頭檢測流程管線、設備是否存在泄露工況，如果不存在泄露需要將此低低壓力值旁通，否則無法開啟響應井上安全閥。然后查看井口出口管匯的溫度值，如果溫度值高高報警，需要通過攝像頭檢測井口原有管線，排除故障因素。如果溫度值低低報警，需要檢查電伴熱等工作情況，排除故障后方可進行井口的復位操作。當確定壓力、溫度信號無異常報警后，即可由DCS進行遠程復位操作，先開啟遠程控制電磁閥，建立液壓控制管線液壓壓力，順利開啟井上安全閥。無人平臺的井上井下安全的開井順序應嚴格按照平臺作業(yè)規(guī)范進行，先開啟井下安全閥（SCSSV），當SCSSV確認開啟后，開啟主閥，當主閥開啟后，開啟翼閥，完成井口的開井動作。

隨著生產的進行，平臺會根據生產要求實施有計劃的部分井口短期關停。在常規(guī)生產模式中，需要操作人員登臨無人平臺，通過手動操作井口控制盤盤面上的手拉閥實現關井操作，此種操作模式需要操作人員登臨平臺，且耗時較長。當井口盤具備遠程復位操作功能后，在依托平臺即可實現單井的關停操作，省時省力。無人平臺的遠程關井順序應按照操作規(guī)程規(guī)定的順序進行操作。首先關閉井上安全閥翼閥，同時關閉電潛泵（防止憋壓損壞電潛泵）。關閉井上安全閥翼閥后延時（延遲時間可根據現場進行調整）關閉主閥，最后延時關閉井下安全閥，完成遠程關井操作。

5 應用案例

渤海某油田群有多個無人井口平臺，無人平臺規(guī)模小、工藝流程簡單，不設置儀表氣系統。且無人平臺已經服役多年，故障率相對高發(fā)，容易出現誤關斷。在以往平臺生產過程中，若遇到井口關停，需派遣操作人員通過支持船穿梭至無人平臺進行人工復產操作，尤其是當冬季大風天，甚至半個月內無法登臨平臺進行復查操作，嚴重影響油田群的產量。因此對現有井口控制盤進行遠程操控改造，在現有液壓控制管線上串聯遠程操控電磁閥，相關控制信號接入已有控制系統，遠傳至依托平臺，實現井口的遠程操控功能，保證平臺的產量。

6 結束語

海上無人井口平臺井口控制盤遠程操控技術可實現在不更換已有井口控制盤的基礎上進行改造，在不影響安全生產的前提下實現井口控制盤的遠程復位操控。當平臺停產后可迅速遠程復產，減少停產帶來的產量損失，也很大程度上降低了惡劣天氣時操作人員登臨平臺的次數，保障了人員安全。井口控制盤遠程操控技術逐步趨于成熟，已經在多個海上無人平臺實現了遠程復產，具有較大的推廣應用價值。

參考文獻

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