海上平台采油树辅助液压系统研究

陈肇日 苟潮洋

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司）

为了及时准确了解油气田开发动态并做好油气藏管理工作，需要定期对生产井进行钢丝作业以获取有关资料。在钢丝作业过程中，作业工具连接在钢丝上，通过防喷器、清蜡阀和液控主阀下放到井底进行作业（图1）。液控主阀属于失效关闭型阀门，当失去液压源或平台紧急关停系统（ESD）发出关井信号时阀门会在弹簧力的作用下自动关闭［1］。在钢丝作业过程中，如果液控主阀关闭，液控主阀闸板将会切断钢丝，导致作业工具坠入井底，造成损失。

图1 钢丝作业示意图

图2 戴帽后的液控主阀

为了防止钢丝作业过程中液控主阀意外关闭而切断钢丝，目前作业人员采用的方法是通过给液控主阀戴帽防止主阀阀杆从阀套里面退出而导致阀门关闭切断钢丝（图2），这种方法虽然可以防止阀门关闭切断钢丝，但是存在很大的安全隐患：当平台发生井喷或者其它安全事故时，无法迅速关闭液控主阀，只能手动关闭防喷器，如果由于作业现场环境变化导致人员无法关闭防喷器，将会出现井控失控，从而导致严重的事故。为了保证钢丝作业的安全，笔者参考崖城13－1气田钢丝作业专门液压系统的设计理念1），设计了一套适合海上油气田采油树的辅助液压系统，在钢丝作业过程中，辅助液压系统和井口控制盘原有液压系统同时为液控主阀提供液压，可确保液控主阀不会出现误动作而关闭。在钢丝作业过程中，此方法可以替代给液控主阀戴帽的方法，提高钢丝作业的安全性。目前，该系统已应用于乐东22－1气田。

1 辅助液压系统设计

1.1 系统设计

辅助液压系统由气动液压油泵、储能罐、梭阀和仪表气控制回路组成，其流程见图3。海上平台采油树辅助液压系统是在井口控制盘原有液压系统基础上再增加一套液压系统，专门供钢丝作业使用。

图3 海上平台采油树辅助液压系统流程图

崖城13－1气田钢丝作业专门液压系统由液压罐、电动径向柱塞泵及其他辅助仪表组成，笔者针对其系统整体成橇、占用空间多、投资费用大等缺点，突破传统设计，使辅助液压系统与原有井口控制盘液压系统共用液压油罐，可大大节约成本投入。崖城13－1气田钢丝作业选用电动径向柱塞泵作为液压油泵，平台关停掉电时，钢丝作业存在风险，其液压系统用户较多，包括液控主阀、液控翼阀和海管SDV关断阀，存在压力不稳定的因素，为了降低平台关停掉电产生的风险，辅助液压系统选用独立的气动泵作为液压油泵，新增仪表气控制回路用来控制气动泵，并在系统中增加储能罐，用以稳定系统压力。

海上平台采油树辅助液压系统利用梭阀同时连接辅助液压系统液压油和来自井口控制盘的液压油共同作用于液控主阀，增加了液控主阀的安全可靠性，梭阀结构如图4所示。

图4 海上平台采油树辅助液压系统梭阀结构示意图

当通过辅助液压系统开井时，操作人员按下手动开井按钮给辅助液压系统进行充压，压力达到仪表气的设定要求后，气动控制三通阀常闭端和公用端导通，辅助系统液压油通过气动控制三通阀进入梭阀，通过梭阀打开采油树液控主阀。当通过辅助液压系统关井时，现场作业人员可以手动打开设置在手动关井站的阀门泄放掉控制回路仪表气压力，以泄放掉辅助液压系统液压油压力，此时，在井口控制盘连接梭阀的一端，若来自井口控制盘的液压源没有压力，采油树液控主阀将关闭；若来自井口控制盘的液压源有压力，则梭阀柱塞将在压差的作用下向辅助系统液压源方向移动，切断梭阀液压腔室与辅助液压系统的联系，确保腔室压力不被泄放，梭阀液压腔室液压将由来自井口控制盘的液压回路提供，在此情况下液控主阀仍保持打开状态，此时只有触发关井信号泄放来自井口控制盘的液压油才能关闭液控主阀。梭阀结构的利用，实现了双液压源控制液控主阀的目的，增加了钢丝作业的安全性。

1.2 系统设计的可行性

辅助液压系统是完全独立于平台中央控制系统之外的手动控制系统，选用气动泵作为液压油泵，使用独立的储能罐作为缓冲罐，在仪表气压力大于400 k Pa的情况下，辅助液压系统就可以正常工作。平台发生任何关停都不会影响到辅助液压系统的工作，当平台发生关停而产生关井信号时，只有来自井口控制盘的液压油会泄放，辅助液压系统的液压油仍然会使液控主阀保持打开的状态，不会出现因平台关停而导致关井切断钢丝的事故；当人员误操作导致辅助液压系统产生关井操作时，井口控制盘的液压油也会使主阀保持打开状态，两个系统同时产生关井信号的概率极小，因此，可以避免钢丝作业过程中因误关井而发生切断钢丝的事故。

2 实施技术要求与步骤

2.1 技术要求

由于钢丝作业过程风险较高，发生紧急事故时作业人员无法在井口控制盘实施关井，需要通过辅助液压系统手动关井站快速关井，因此，手动关井站安装位置的选择应考虑方便操作和安全这2个因素，具体安装位置可以是顶层甲板钢丝作业现场、救生艇旁和直升机甲板旁边。

为了钢丝作业时仪表管线连接方便，液压油管线选用带快速接头的仪表管；液压油管线长度要保证能够延伸到每一口井，以便钢丝作业过程中液压油管线能够到达每口井的液控主阀。为了安装方便，可以先在车间预制好橇块并安装完仪表设备后再移到现场进行固定，同时，提前预制也可以减少现场热工作业，降低施工风险；辅助液压系统的安装地点应该在井口控制盘旁边，以减少管线使用量并方便连接。

2.2 实施步骤

利用平台停产检修期间，对钢丝作业控制系统流程进行改造，改造实施步骤如下：

（1）准备好所需的材料工具，并预制好支架；

（2）在预制好的支架上将仪表设备进行安装连接，仪表设备安装完成后将预制好的支架安装在井口控制盘旁边；

（3）液压油罐B出口管线连接到辅助系统液压油泵入口，在辅助系统液压油泵连接一根仪表管线作为启动气源；

（4）将辅助系统液压油泵出口安全阀（PSV）下游管线连接到液压油罐B回流管线上；

（5）从辅助液压系统气动控制三通阀连接一条液压油管线到采油树旁（图3），液压油管线长度要能够到达任意一口井；

（6）从辅助液压系统连接一根仪表气管线，并用四通将此仪表气管线分成3路，分别将3根管线延长到生活区救生艇旁边、顶层甲板离钢丝作业现场最近的栏杆处和辅助液压系统控制面板上，并在管线末端安装球阀，关井时可以通过打开这3个球阀中的任意一个进行关井；

（7）将梭阀安装到采油树液控主阀；

（8）所有安装工作结束后对仪表参数进行调节测试，使各参数和系统满足设计要求。

3 现场应用

2011年3月28日至3月31日，乐东22－1气田利用停产检修期间将采油树辅助液压系统接入井口控制盘，现场测试其功能，符合设计要求。

4 结束语

设计了海上平台采油树辅助液压系统，该系统能够替代液控主阀戴帽的方法，使钢丝作业过程更加安全可靠。该系统结构简单，安装方便，安全性高，实施费用少。

［1］ 张艺，洪毅.海上无人简易平台井口控制盘的动力源研究［J］.中国科技纵横，2010，6（5）：82.