寒带海域中防喷器控制液的应用

施鹏(中海油田服务股份有限公司钻井事业部,广东 湛江 524057)

寒带海域中防喷器控制液的应用

施鹏(中海油田服务股份有限公司钻井事业部,广东 湛江 524057)

在中国国内海域开展钻探时，水下ROV检测到的水底温度保持在5°-10°的范围，对水下防喷器控制液的影响微乎其微，在寒带海域作业时，水下ROV记录的俄罗斯远东北纬57°海域在夏季6月份的温度达到零下1.6°，寒带海域的低温能够直接造成防喷器控制液结冰，导致水下防喷器失效。水下防喷器作为半潜式钻井平台的井控核心设备，对于海洋钻井安全至关重要，为了避免由于寒带作业海域的海底低温导致的设备事故，本文从实际情况出发，利用在防喷器的控制液中添加防冻液，对控制系统进行冲洗及后期合理监控，讨论了水下防喷器中控制液在寒带海域中的应用。

寒带海域；防喷器；控制液；防冻液

Abstract:In China’s domestic sea drilling,ROV detect the water temperature in the range of 5 ° to 10 °,there isn’t influence on the BOP(blowout preventer) control fluid,but in the cold zone sea area,ROV records of Russia’s far east 57 ° north latitude in June in the summer sea temperature reached minus 1.6 °,the cold zone sea area of the low temperature can directly cause the blowout preventer control liquid freeze,is the one inducing the inefficiency of subsea blowout preventer.Subsea blowout preventer as well control of semi-submersible drilling platform core equipment,it’s very important to operation safety.In order to avoid the equipment accidents due to frigid ocean temperature,this article from the actual situation,use of antifreeze is added in the control fluid,to wash and enhance monitor during the operation,discuss the adhibition of BOP control fluid in the cold zone.

Key words:Cold zone sea area; Blowout preventer; Control fluid; Antifreeze

近年来，国内海洋石油钻井不再局限在中国海域，开始向俄罗斯的远东等海域提供钻探服务，由于该海域特殊的寒带气候，致使常年在热带海域作业的平台缺乏寒带作业经验，易造成在钻探工程和设备上的事故。以半潜式钻井平台的水下防喷器为例，在国内海域钻探时，水下ROV检测到的水底温度在5°-10°的范围，对防喷器控制液的影响较小，在俄罗斯寒带海域时，水下ROV记录的俄远东北纬57°海域在6月份的温度为零下1.6°，低温能够直接造成防喷器控制液在控制系统内结冰，发生“冰堵”险情导致水下防喷器失效，严重威胁作业安全和造成生产DOWNTIME。通过作业实践验证发现，在水下防喷器控制液中科学配比一定比例的防冻液(Anti-freeze Fluid)能够有效地防止防喷器控制系统中的控制液结冰，避免发生防喷器控制系统冰堵失效问题，在加入一定比例的防冻液后，平台现场工程师还需按照正确的方法全方位的冲洗水下防喷器控制系统，确保每条控制管线内部的防冻液比例在水下防喷器控制液中满足要求，另外，日常监控好防喷器的防冻液浓度和防冻液的配比问题是本文讨论的主要内容。

1 防喷器控制液的简要介绍

1.1 防喷器控制液

半潜式钻井平台的水下防喷器(BOP)控制液，作为控制系统中的动力驱动液体，依靠储能瓶中压力作用下，通过控制面板、脐带缆、接头盒、SPM阀等连接到防喷器各功能位上，在各个特定的区域通过操作控制面板，利用控制液作为驱动液体来实现水下防喷器的特定功能。

早期的防喷器的控制液使用传统的矿物油或者可溶油，随着工业发展，海洋环境法规越发严格，油类化合物禁止排海，水基控制液随之产生。由于深海钻井水下防喷器的控制系统对控制液消耗太大，于是浓缩型水基控制液得到了广泛应用。

目前水下防喷器控制液分别用于地面防喷器的闭式系统和水下防喷器的开式系统，现各平台较为常用的防喷器控制液是Erifon HD60系列，该产品是防爆水基液压液体，用于海上油、气工业中的防喷器控制系统。在现场该控制液配比为2%～3%(与水配比)，该控制液的主要成分构造概况为45%的各种化学添加剂、30%乙二醇、25%的水浓缩而成，该控制液体可相互兼容，有出色的稳定性，获得水下设备主要制造商NOV、Cameron、Hydrill等的许可使用，同时还具备较好的高性耐磨及抗擦伤性能，能有效地抵抗微生物污染，并可与海上井控设备所用的材料很好地相容。

2 控制液中的防冻液介绍及寒带海域的应用

2.1 控制液中的防冻液介绍

目前寒带作业海域中防喷器控制液常用的防冻液主要是乙二醇防冻介质(Glycol)，该类防冻液是无色无味的防冻介质，是一种微粘液体，能与水以任意比例混合，在低温下稳定性好，高兼容性、对金属及密封件不会产生任何影响，能够和控制液兼容使用。

目前在寒带作业时防喷器控制液的配比浓度为2%，按照作业经验及相关厂家推荐，在该配比浓度下对应不同的冰点温度时的防冻液(乙二醇)的比例如表1所示：

表1

寒带作业期间，在利用水下ROV及查询相关水下温度资料确定作业区域的水下温度后，选用的温度应比水下温度低10°-15°进行乙二醇的配比，以确保后续作业系统时更高安全性。

2.2 控制液中防冻液的浓度测量应用

为了确保后续作业安全，按照上述的配比在地面混液柜里完成后，并在进行控制系统全面冲洗前，现场工程师还应该对控制液中乙二醇的配比浓度的精准性进行准确测量。

目前行业内对乙二醇浓度的常规测量仪器有日产的Master-BR折光率检测仪、国产的WZ-413、WZ-415折光率检测仪器，利用该检测仪以及厂家配套的试剂，从已经加入乙二醇的控制液中取样，读出此时控制液的真实浓度值，通常是以Brix%读数形式来表示，由于控制液不同，在读取时应注意正确选择，如图1、图2是两种常用的水下防喷器控制液：Erifon HD603HP和Erifon HD856在加入相应配比乙二醇后的Brix%读数：

图1 Erifon HD603HP的BRIX读数

图2 Erifon HD856的BRIX读数

在使用折光率仪器读取准确的BRIX读数后，将获得地面系统中控制液真实准确的浓度。结合读取的控制液浓度，按照不同的控制液属性，参照相应的乙二醇浓度表可以读出在该地面系统中已经加入的乙二醇的准确浓度值。例如上述两种控制液Erifon HD603HP和Erifon HD856可以结合图3来读取乙二醇在地面系统中的真实浓度值。

利用上述图表结合防喷器控制液的Brix读数可以获得乙二醇在地面控制系统中的相关浓度，再利用该浓度值，结合表1则可知道目前地面控制系统中控制液的冰点温度。

图3

按照上述方法进行测量时，为保障测量的准确性以及确定地面混液柜控制液中乙二醇的均匀性，需要从混液柜中不同位置上层、中层、下层等分别取样进行测量，建议每层取2个样，按照上述方法完成控制液中乙二醇的浓度测量，对6组数据进行分析，确保没有偏差，如偏差较大，可以采用外置循环泵的形式将地面混液柜中的控制液循环均匀后在取6组数据进行测量。

2.3 冲洗水下防喷器控制系统

在ROV对水下温度测量已经完成，并已获取水下温度后，建议配置能够抵御比水下温度低10℃-15℃左右加入乙二醇的防喷器控制液，在混合柜中进行配比时，要确保混合柜中混液均匀，可以采用在混液柜上安装循环泵的方法来实现配比，循环配液完成后，还应对混液柜不同深度处(上层、中层、下层)的液体进行BRIX读数的测量，确保乙二醇的均匀性。

对水下防喷器(水下防喷器现已经位于地面)的控制系统进行冲洗：

①现场已经完成对地面系统内控制液的冲洗和更换，地面储能瓶内全部替换为配比好的控制液，该控制液是按照所需抵御的低温加入相应浓度的乙二醇完成的配比，在加入乙二醇后还应利用文中上述方法，对配比后的控制液乙二醇含量进行了测量，测量的浓度满足抵抗低温要求；

②分别冲洗两套控制系统的每根信号控制管线，将蓝盒或黄盒控制系统中的一个地面跨接版(RBQ)脱开，完成一套控制系统的冲洗后，然后再继续冲洗另一套控制系统；(注：严格禁止同时对两套控制系统进行冲洗，避免两套系统内部管线摩阻不同造成冲洗不彻底。)

③在用配置好乙二醇比例的控制液冲洗时，为保障冲洗效果及后续作业安全性，现场工程师应将控制盒的每一根SPM阀的信号管线接头卸开，计算每根信号管线的冲洗容积；

④建立黄盒和蓝盒每一根控制管线冲洗跟踪表，并且通过计算的冲洗容积和现场工程师目测控制液颜色等方式完成对每条控制管线冲洗后的取样，取样后按照本文上述的对控制液中乙二醇含量的测量方法对每一个取样点进行Brix读数和乙二醇读数的测量，避免管线中残余的控制液降低乙二醇浓度，导致控制液的冰点不满足作业温度发生作业安全事件，具体如图4所示。

图4

⑤对调压阀信号管线和反馈管线也需进行冲洗；清洗完成后应将每根管线接头处上紧；

⑥确认控制管线中控制液乙二醇的比例满足现场作业要求后，在下入水下防喷器作业前，现场工程师还应重新完成一次水下防喷器的所有功能地面测试(注：完成功能测试后，由于控制液会造成一定量的消耗，需要按照作业温度要求，重新在地面混液柜中加入定量的乙二醇，混液柜中再添加乙二醇和控制液后，现场工程师需重新进行3次分层测量，确保新补充的控制液满足相关要求)。

3 结语

常规的半潜式钻井平台在寒带海域作业期间，不能局限于仅考虑防喷器控制液由于海域低温，造成水下防喷器液压控制系统可能出现结冰失控的影响，还需综合考虑在作业前，现场工程师应及时将防喷器中的相关密封件和隔水管密封等更换为能够在-20°条件下工作的配件；另外，现场在下入水下防喷器作业期间，建议采用盐水或较高浓度的乙二醇和水的配比液，对水下防喷器的阻流、压井管汇边管进行试压，避免在完成防喷器下入后造成阻流、压井管汇结冰堵塞；现场完成水下防喷器的下入作业后，作业期间现场工程师每天还应对水下防喷器的阻流压井管汇采用泥浆进行循环，保持畅通，如果当环境温度低于10℃时，应每6小时采用盐水对阻流压井管汇进行循环并在阻流管汇内部封存盐水。参考文献:

[1]ERIFON STACK GLYCOY,et al.Recommended Fluid Mix Ratio[R].OMC 38,2015.

[2]ERIFON REFACTOMETER KIT,et al.Determination of Erifon BOP Mixed Fluid concentration[R].OMC 38,2015.

[3]ERIFON REFACTOMETER KIT,et al.Determination of% Glycol content in Mixed Erifon BOP Control Fluids with Glycol Anti-Freeze protection[R].OMC 38,2015.

Introduction to the BOP control fluid in the cold zone sea area

Shi Peng(China oil field service limited Drilling business division)

施鹏(1985- )，男，云南人，2008年毕业于西南石油大学石油工程毕业，学士学位，现从事海洋石油钻探工作。