节流压井管汇功能分析及在钻井船的应用

孙美凤，王红波

（1.上海振华重工（集团）股份有限公司 海上重工设计研究院，上海 200125；2.中交海洋工程船舶技术研究中心有限公司，上海 200125；3.上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

节流压井管汇功能分析及在钻井船的应用

孙美凤1，2，王红波3

（1.上海振华重工（集团）股份有限公司 海上重工设计研究院，上海 200125；2.中交海洋工程船舶技术研究中心有限公司，上海 200125；3.上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

节流压井管汇是海洋石油钻井工程中的重要安全设备之一。以钻井船项目为例，简要介绍其基于规范和船东要求的设计方法，以流体接口为切入点，细化该管汇在井控、压井方面的功能，抛砖引玉，提出对于建造多功能应急井控救援船的可行性思考。

节流压井；管汇；井控；钻井船；救援船

井涌、井喷是海上油气开采遇到的最严重事故之一，而调查发现大部分井喷的直接原因是发现溢流后采取的井控措施不当。节流压井管汇作为井控装备之一，是防喷的重要部分。使用中对其功能和遥控有严格要求，要满足 API 6A、API 16C要求。

钻井船作为浮船式移动钻井平台，能灵活移动具有自航能力，特别适应深水或超深水作业，但这对压井、井控以及应急救援要求更高。本文将结合规范和实际项目，从管路接口方面介绍节流压井管汇的设计方法，为其他项目作出借鉴，并提出节流压井管汇未来在井控应急救援项目中的应用思考。

1 节流压井管汇

事实上节流压井管汇分为节流和压井两个管汇。发生井涌，防喷器关闭，通过钻井液在节流管汇循环来平衡井下压力。压井管汇连接泥浆泵与钻井四通。一般节流压井管汇是以一个模块形式出现，由（水下）防喷器组和节流压井管汇等共同组成井控系统（图1）。

设计时除了要遵守船级社要求外，至少还要遵循以下标准之一：

1）美国石油协会标准（API）API 6A/16C/16F/RP53/ RP59；

2）两个 ABS CDS 规范，即美国船级社钻井系统分类和美国船级社钻井系统认证；

3）挪威国家石油标准（Norsok）D-001/007；

4）中华人民共和国石油天然气行业标准：SY/T5323—2004，SY/T5127—2002等。

需要强调的是，管汇控制系统应能控制节流阀在≤30s时间内从全开达到全关。

2 节流压井管汇在钻井船项目中的应用

上海中远船务作为详细设计方的钻井船（N498项目），入级 ABS 船级社，钻井系统遵循 ABS CDS 2011、API（6A/16C），船东为巴西石油。

下面介绍其节流压井管汇及其控制系统配置。

2.1 设计标准

船东要求的参数如下，表1

2.2 节流压井管汇配置

此管汇主要由24手动手轮操作闸阀（3 1/16"，15 000psi）、13 个手动手轮操作闸阀（4 1/16"，10 000psi）、6 个双驱动超越控制闸阀（3 1/16"，15 000psi）、2个手动手轮操作闸阀（2 1/16"，15 000psi）、2个手动手轮操作闸阀（2 1/16"，10 000psi）、2个液动节流阀（3 1/16"，15 000psi）、2个手动节流阀（3 1/16"，15 000psi）和一系列节流和压井管线、温度传感器、活接头和旋转活接头、三通、四通、五通等高压附件组成，详见图2。

图1 典型水下防喷器组节流压井系统配置图

表1 参数表

可见，各类阀门是管汇主要组成部分。闸阀只阻断流体不调流量，在工作中不能处于半开半闭状态。节流阀是井控工作的核心阀门，司钻通过调节节流阀使系统保持定值。所有阀门都要携带铭牌，标示其主要参数并悬挂示意，管汇在不使用时，阀门要保持关闭状态。

图2 节流压井管汇配置图

下面按照接口具体介绍该管汇的功能：

（1）连接防喷器和节流阀。

连接防喷器组下钻井四通，目的一是通过正循环压井，一是处理井喷井涌的回流泥浆。

（2）连接高压泥浆立管用来压井。

单 向阀前压力 为 7 500psi，阀后 压 力为 15 000psi， 管线上安装一段可移动的管段，用来提醒操作人员确定此项连接的目的，或者只有经过授权才可以连接高压泥浆管汇和节流压井管汇，通过单向阀和可移动管段来实现充分隔离。

（3）连接水泥单元。

用于压力高于 7 500psi到 15 000psi时应急压井循环。

（4）连接防喷器下部压井阀与压井管汇。

根据井口压力控制钻井液排量，压井最高泵压不能超过系统额定工作压力的60%。

（5）/11连接泥气分离器。

从井底返回的含有高气体浓度的钻井液从泥气分离器上侧面切向进入，液气分离，液体去往泥浆回收处理系统进一步处理；气体从分离器顶部透气管排出，排出点高于井架顶部4米；清洗泥气分离器的泥浆将会从底部虹吸部分最低处泄放到废泥浆舱，再通过混合/驳运泵输送往供应船。

要通过控制节流阀开关来防止底部U型虹吸部分泥浆液封被吹通使泥浆进入排气管。

（6）/（7）连接左/右舷排舷外管线。

按照规范要求设置管线，作为泥气分离器超负荷下的应急排放，防止井喷。该管线要求尽可能顺直布置。

（8）连接沉砂箱。

与分流器流量出口管线一起合并进入沉砂箱，开始进行各级分离处理。

（9）连接精确计量罐。

发生井涌，BOP关闭，强行下钻至井底，上涌的泥浆通过节流压井管汇进入精确计量罐，用于检测是否存在井漏等情况。

（10）连接燃烧臂。

通过燃烧臂燃烧井涌循环的碳氢化合物，是测井系统功能组成的一部分。为防止人员、设备和船体结构等受到热辐射伤害，要调整燃烧臂使之位于下风向，并辅以水帘保护。

12/13连接乙二醇注入单元。

位防止流体因压力降低而结冰，在节流阀上游注入乙二醇。

工作时，管汇中任何一个节流阀都能被隔离和替换，节流和压井管汇一备一用。

2.3 节流压井控制系统配置

图2中 CKS是节流压井系统的仪表控制代码，DCDA 是钻井控制和数据采集系统的仪控代码。管该控制系统是用来远程/就地操作和监控高压管汇的系统，主要由一个节流控制面板（CCP）、一个可编程本地控制器（PLC）和一个本地控制面板（LCP）组成。节流压井管汇的信号通过 PLC 收集。司钻通过CCP来控制液压闸阀和节流阀。当 CCP失电，通过LCP操作阀门、读取管汇压力。

3 在井控救援方面的未来趋势

节流压井管汇是活动装置，可移动，与制造商和用户沟通明确设计要求后，可以按需设计、生产多功能井控船。这方面欧美等发达国家具有先进性，如果未来国内也要发展多功能应急井控救援船，可以考虑通过共用设备机座，依工况携带节流压井管汇、高压泥浆管汇和其他高压或者高低压控制转换装置，与失事井建立连接，来重建井口重建循环、控制油气泄漏，完成压井、固井、完井。

4 结束语

本文依据规范标准，依托钻井船项目实际配置，详细介绍节流压井管汇各功能。在未来，可移动的模块化节流压井管汇可以与井口防喷器组、液压控制系统、配置压井液装置等共同组成井控装备，建成多功能井控船或者与 PSV 等合作，在更多的复杂井控救援工作中发挥作用。

[1] ABS Guide for the Classification of Drilling Systems[S].

[2] API Specification 16C for Choke and Kill Systems[S].

[3] ABS Rules for Building and Classing Steel Vessels[S].

[4] SY/T 5323，节流压井系统[S].

[5] SY/T 5127，井口装置和采油树规范（部分阀门）[S].

[6] SY/T 5964，钻井井控装置组合配套安装调试与维护[S].

Functional Analysis of Choke and Kill Manifold and Apply to Drill Ship Project

Sun Mei-feng，Wang Hong-bo

Choke & Kill manifold is one of the important safety equipments in offshore oil drilling engineering.Taking an drill ship project as example，this paper briefly introduces the design method of C&K manifold based on the specifications and owner’s requirements；Taking the fluid interface as the breakthrough point，detail the description of the function of the manifold in well controlling and well killing；serve as a modest spur to come forward with the construction of multi-functional emergency well controlrescue ship.

choke &kill；manifold；well control；drill ship；rescue ship

U674.381

A

1003-6490（2017）06-0237-02

2017-05-05

孙美凤（1984—），女，山东烟台人，助理工程师，主要研究方向海洋工程装备制造。