关于半潜式平台水下防喷器及控制系统的探讨
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作者:刘向华
【摘 要】海上钻井不仅环境独立，而且风险较高。为了保证海上钻井工作顺利实施，要做好基础设备的分析工作，应该使用可靠性高的井控装置，所以半潜式平台水下防喷器应运而生。该防喷器的控制系统通过光纤进行传输，待信号至防喷器后，通过水下电气总成转化为电信号，再通过电磁将电信号转化为液压信号，全面提高系统的稳定性和可操作性。论文主要对半潜式平台水下防喷器控制系统的组成进行探究，以期帮助技术人员更好地了解钻井井控设备。
【Abstract】Offshore drilling is not only environment independent， but also high risk. In order to ensure the smooth implementation of offshore drilling work， to do a good job in the analysis work of basic equipment， we should use well control devices with high reliability， so the subsea blowout preventer of semi-submersible platform came into being. The control system of the blowout preventer is transmitted by optical fiber. After the signal is sent to the blowout preventer， it is transformed into electrical signal by underwater electrical assembly， and then into hydraulic signal by electromagnetic， so as to comprehensively improve the stability and operability of the system. This paper mainly discusses the composition of the control system of the subsea blowout preventer of semi-submersible platform， so as to help technicians better understand the control equipment of drilling well.
【关键词】半潜式平台;水下防喷器;控制系统
【Keywords】semi-submersible platform; subsea blowout preventer; control system
【中图分类号】TE951 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）03-0168-02
1 引言
传统的半潜式钻井平台没有完善的二级干预方式，不能解决井喷、井涌等问题。目前，随着我国经济快速发展，各行各业也融入更多的科技化元素，尤其是钻井作业也逐步向深水作业发展，水下防喷器是半潜式钻井平台最为主要的井控设备，能够保证钻井作业的安全性和可靠性，可以在发生井涌井喷时有效地控制井内的压力，如果遇到台风等恶劣天气，可以及时地撤离，保证设备和人员的安全。在对防喷器进行大量研究工作的基础之上，发现防喷器在运作过程中，必须考虑到活塞的行程，探究硫化物油气井的腐蚀性能。在对硫化氢油气井探究时，可以使用电液控制系统，最常见的就是库美控制系统。然而系统在运作过程中要严格把控，需要对环形防喷器关闭时间进行管控，通常情况下环形防喷器关闭时间为30s。闸板防喷器在运作过程中只需要3s左右的关闭时间。在进行海上钻井作业时，随着水深不断加深，传输距离和控制软管长度也不断增加，这时由于受到海浪的冲击会发生断裂，导致控制信号不能及时传递，会出现故障或者中断，考虑到以上情况，在未来的海上油田开发过程中，要采取有效的方式做好半潜式平台水下防喷器以及控制系统的研发工作。
2 半潜式平台水下防喷器控制系统的组成
2.1 环形防喷器
目前，在对环形防喷器分析时，需要考虑到胶芯的形状和结构，一般包括锥形胶芯、球形胶芯以及组合胶芯三种。如果系统在运作过程中是空井作业，需要封闭整个井口;如果在进行作业时并不是空井，可以使用封闭环形空间的方式，在封井的情况之下能够向井里深入钻具还需要严格把握钻具的坡度，最好是18°。环形防噴器在实际运作过程中具有较高的优势，其能够粘住不同的部位，能够关闭电缆、空井，等等。通常情况下，胶芯具备较高的抗腐蚀能力。环形防喷器在试压作业时不需要进行封零实验，只需要进行封管子试验。这时在进行海洋石油钻井作业时，要按照规范要求做好试压。通常情况下，压力为300～500Pa，要对时间进行控制，最好将稳压时间控制在5min。在进行高压试压时，按照额定工作压力的70%进行，也可以在最小抗压内强度的70%作业，这时需要稳定压力，通过15min的稳压做好低压试验。然后进行高压试压，采取以上措施的主要目的是防止钻井液压过高[1]。
2.2 闸板防喷器 闸板防喷器在井控设备中占据着关键地位。闸板防喷器在进行划分时，可以依照闸板的数量进行划分，通常使用的闸板防喷器有单闸板、双闸板以及三闸板;也可以按照闸板的形式进行划分，包括变径闸板、剪切闸板、半封闸板以及全封闸板。闸板防喷器在安装时应该严格把握闸板所能承受的压力。通常情况下，轴心有二次封闭的作用，需要做好闸板防喷器地面试压工作，压力在300～500Pa稳压5min，而高压需要达到额定工作压力的100%，稳压15min[2]。
2.3 事故安全阀
目前，事故安全阀和闸板防喷器组成完全密闭的空间，可以使用泥浆循环通道做好安全钻井工作，这时可以通过事故安全阀进行液压操作，在进行开启和关闭过程中，需要通过阀板和活塞杆作业，通过带动活塞进行作业，通过阀板上的通孔进行流通。在某种程度上，事故安全阀能和四个组流管线进行连接，需要做好上下内组以及上下外组流阀的控制[3]。
2.4 连接器
目前，在分析连接器作业时，需要考虑到隔水管连接器以及井口连接器的类型。连接器和闸板防喷器可以形成密闭空间，控制井喷，能够确保系统稳定运作。在进行隔水管连接器使用时，也需要将闸板防喷器和水管下部进行连接，如果遇到较大的台风或者其他恶劣天气，隔水管连接器脱开，这时回收隔水管，将闸板防喷器放置在海底，当恶劣天气过境之后，再次连接继续完成后续作业。当需要时，将其连接在一起，通过液压推动活塞驱动循环，可以通过解锁作业将液压从井面送至内驱动[4]。
2.5 防喷器控制系统
现阶段，在进行防喷器控制系统分析时，要考虑到防喷器关闭和打开时所能够提供的能量，主要包括储能器系统以及液压控制系统。通常情况下，防喷器控制系统包括两个部分：一是地面部分;二是水下部分。对于地面部分来说，主要包括主控制面板、司钻控制面板、动力设备储能等[5]。在进行水下部分分析时，主要包括控制软管束接头和水下储能器等防喷器控制系统。通过控制电控气、气控液、液控液，做好控制和操作部分的有机融合，也能够进行远程操作。储能器主要包括浮子式和气囊式两种气囊，可以预充氮气压力达到7MPa，可以使用电动泵或者气动泵有效进行控制，泵在运动过程中要对气压进行管控，这时需要分析储能器控制液的基础。进行一次液压关闭时，需要将剩余压力控制在8.3MPa。在系统再一次关闭又打开时，需要将其保证在体积的1/4。除此之外，还需要对阻流压井管汇进行分析，阻流管汇最主要的作用就是实现截流的循环，能有效控制井内流体顺利流出井口，做好井口回压的控制工作，在最大范围内维持井底压力。这时主流压井管汇在运作时，井底压力要远远高于地层压力，而且保持不变。在降低井口压力时，能够实现分流。在进行循环处理过程中，需要泵入清水，能有效地防止起火，也可以使用灭火器进行井下灭火[6]。
3 结语
综上所述，系统在运作过程中常见的海上钻井使用的防喷器主要是以API等级10M的环形防喷器以及15M闸板防喷器的组合为主，与此同时，还需要做好井下设备的管控工作，确保各类井下作业顺利实施，防喷器控制系统在运作过程中要提高实时传输的效率。除此之外，还需要对全封闸板、半封闸板、剪切闸板、环形防喷器等进行全方位管控。各个装置的操作压力是不同的，要时刻关注流量值的变化。值得注意的是，在进行防喷器功能压力试验时，要按照相关的内容进行操作，从而保证钻井作业的可靠性和及时性。尤其是环形防喷器的橡胶芯容易发生磨损，要注意日常的养护和管理工作，还要考虑到硫化氢的腐蚀性。虽然我国企业在进行井下防喷器控制系统整体设计以及各阀件制造上取得一定的进步，但是仍需要加强钻井平台的升级改造，全面提高海洋钻井的可靠性和稳定性。为进一步完善多功能水下防喷器紧急备用控制系统设计，只有在其中融入智能化元素，才能促进半潜式平台水下防喷器控制系统的不断完善。
【参考文献】
【1】邓成辉，邓文杨，张凯，等.浅谈半潜式平台水下防喷器及控制系统[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（23）：101-102.
【2】陆广宋.半潜式钻井平台水下防喷器组侧门密封及失效机理分析[J].石化技术，2017，24（4）：28-30.
【3】吴永良.水下防喷器控制系统故障分析及其处理——以萨哈林某井为例[J].海洋石油，2019，32（4）：83-87.
【4】耿艷东，王莎，王卫华，等.海洋油气开发水下防喷器紧急备用控制系统研究[J].石油矿场机械，2019，45（2）：79-83.
【5】陆广宋，郑伟，马春晖，等.高温高压井水下防喷器组事故安全阀故障分析及对策[J].石化技术，2017，24（3）：173-175+180.
【6】越军.水下测试树完成解脱与回接的现场新应用[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（24）：143-145.
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