海上无人简易平台井口控制盘控制方案研究

摘 要：常规井口控制盘以仪表气为动力源，通过气动液压泵给液压油增压，提供给井上安全阀和井下安全阀。但是在海洋石油开采的特殊环境中，有时根据开发需要建造无人简易平台，在简易平台上一般没有仪表气。针对此问题，本文提出井口控制盘三种控制方案并进行比较分析，为海上无人简易平台井口控制盘控制方案选择提供参考。

关键词：无人简易平台；井口控制盘；控制方案；经济性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.051

井口控制盘是控制油井开关的关键设备，井口控制盘的控制对象是地面安全阀、井下安全阀。常规井口控制盘以仪表气为动力源，通过气动液压泵给液压油增压，提供给井上安全阀和井下安全阀。在没有仪表气的无人简易平台上，井口控制盘控制方式的设计与选择是一个需要解决的问题。

1 井口控制盘控制方式

井口控制盘采用失效安全型（当失去动力时，装置能够自动切换到安全状态）设计，所有三通换向阀和电磁阀应保证在失去驱动力的情况下执行关井操作，保障安全[1]。常规井口控制盘一般分为气源部分、气动控制部分和液压驱动部分。气源部分主要是过滤和调压。气动控制部分包括易熔塞回路、紧急关断站回路和控制逻辑回路。液压驱动部分主要是根据逻辑控制驱动井上安全阀和井下安全阀。由于液压驱动压力较大，为了确保安全，井口控制盘采用先导控制模式，即用低压力控制高压力。井口控制盘典型控制方式如图1所示。

2 方案对比

在海上无人简易平台上一般没有仪表气，井口控制盘就需要考虑采用氮气瓶作为气源或者通过减压输出的低压液压控制高压液压。

2.1 氮气仅供关断回路方案

氮气瓶气源经过调压阀，提供给紧急关断站回路和易熔塞回路，控制逻辑回路是减压输出的低压液压，两者之间的作用通过一个液压三通阀实现。当紧急关断站回路或者易熔塞回路失压后，液压三通阀先导端失压关闭，控制逻辑回路随即泄压，实现对油井的关闭。氮气瓶只给两个关断回路提供氮气，只在两个关断回路发生作用时或者检修测试时耗气，耗气量较小。由于控制逻辑回路采用液压，这种方案开关井效率较低。氮气仅供关断回路方案如图2所示。

2.2 氮气供关断回路和控制回路方案

相对于氮气瓶只给两个关断回路提供氮气，该方案增加了对控制逻辑回路的供气。这种方案每次开关井都需要耗气，耗气量比较大，需要定期频繁更换氮气瓶，且对现场操作人员造成很大不便，后期维护成本较高，不推荐采用这个方案[2]。优点是控制逻辑回路采用气控，开关井效率较高，元件选型相对简单。氮气供关断回路和控制回路方案如图3所示。

2.3 高压液压减压控制方案

这种方案中不用配置氮气瓶，紧急关断站回路、易熔塞回路和控制逻辑回路压力全部来自于高压减压输出。其原理和氮气供关断回路和控制回路方案一样，区别在于全部使用液压控制。由于液压的不可压缩性，一般在控制回路上设置蓄能器，以便能及时补充开关井消耗的液压能量。这种方案开关井较慢，且元件需要特别选型，但是后期维护成本相对较低。高压液压减压控制方案如图4所示。

3 三种控制方案对比分析

整体上看，三种控制方案各有优势和不足之处。单井的开启和关闭操作，使用频率较高，和单井的数量多少及操作频率有直接关系，约占到总的耗气量的90%[3]。因此，若采用氮气瓶方案推荐，氮气瓶只提供给紧急关断站回路和易熔塞回路，控制逻辑回路推荐采用低压液压。若井口控制盘不配置紧急关断站回路和易熔塞回路，则推荐高压液压减压控制方案。三种控制方案在经济性、开关井效率、元件选型和维护四个方面对比如表1所示。

4 总结

本文针对无人简易平台没有仪表气的情况，提出了三种井口控制盘控制方式的解决方案并对比分析了方案的优势和不足。目前这三种方案产品均已在无人简易平台投产并运行稳定可靠，验证了三种方案的可行性。在实际项目中，可在保证设备安全可靠运行的基础上，根据情况选择适合控制方案。本文也为同类产品设计和元件选型提供一定的参考。

参考文献：

[1]刘鸿雁，赵波，张伟娜等.Q/HS3025-2014 海上油氣田固定式生产平台液压动力单元设计指南 [S].北京：石油工业出版社，2014：3-4.

[2]张艺，洪毅.海上无人简易平台上井口控制盘的动力源研究[J].中国科技纵横，2010（05）：82.

[3]屈少林.海上无人平台井口控制盘的设计[J].中国科技纵横，2017（03）：35-36.

作者简介：杨建义（1983-），男，河北人，学士，工程师，从事机电液一体化设计工作。