海洋石油井口所用两种典型控制系统的对比分析

许庆陆（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300459）

在海洋石油井口的开采过程中，井口控制技术随着科技的进步也得到了长足发展，由最初始的单纯手动控制向自动控制演变，并形成了两种典型的控制系统，从而大大加强了海洋石油井口生产的安全性、稳定性及可监控性。

1 井口控制系统的基本构成

1.1 设施设备

每种控制系统都是由以下设施设备构成：信号处理系统、井口盘、流程仪表设备及各部分之间的连接材料。

（1）信号处理系统：由于在海洋石油平台中央控制系统（简称中控）是整个海上平台的控制核心，可分门别类的接收各设施设备传递的信号并作出对应的响应，以实现对现场监测及控制，其下分为三部分：PCS（过程控制系统）、ESD（应急关断系统）和F&G（火气系统），故井口的控制信号最终也需进入中控进行并由其处理，在这里也可以说井口的信号处理系统即为中控。

（2）井口盘：为整个井口控制系统的动力及执行单元，分为公用模块和单井模块，公用模块能对全部井或部分井进行整体操控，单井模块由若干个完全相同的单井操控抽柜构成，每一抽柜具体操控每一口井。单井操控抽柜与公用模块之间有隔离阀，关闭隔离阀，拆开接头，可将单井操控抽柜从井口控制盘中取出。

（3）流程仪表设备：常用的为高低压导阀、压力变送器、温度变送器等。

（4）连接材料：主要为仪表管及其附件、控制电缆等。

1.2 控制信号

按照信号交换方式可简单的分为：输出信号和输入信号，2种井口控制系统的控制信号都是18个，输入信号14个，输出信号为4个。

2 井口控制系统的分析比较

2.1 控制原理

输入信号如下：

（1）井口盘-公用模块至PCS 系统信号3 个：翼安全阀集管气压高/低报警、仪表器进口压力低报警、井下安全阀集管液压高高/低抵报警；

（2）井口盘-单井模块至PCS系统信号1个：单井翼/井下安全阀开/关状态；

（3）流程仪表至PCS系统信号2个：流程压力低/高报警、流程温度低/高报警；

（4）井口盘-公用模块至ESD 系统信号4个：液压油位低低报警、总井井上及井下阀关断报警、总井井上阀关断报警、ESD手动报警站压力报警；

（5）井口盘-单井模块至ESD 系统信号2个：单井井下安全阀开/关状态、单井翼安全阀开/关状态；

（6）流程仪表至ESD 系统信号1 个：流程压力低低/高高报警；

（7）井口盘-公用模块至F&G系统信号1个：井口区易熔塞回路压力报警；

输出信号如下：

（8）ESD系统至井口盘-公用模块信号3个：总井关停信号、总井井上阀关停信号、关停所有液压泵信号；

（9）ESD 系统至井口盘-单井模块信号1 个：单井井上阀关停信号；

输入信号如下：

（1）井口盘-公用模块至PCS 系统信号1 个：仪表器进口压力低报警；

（2）井口盘-单井模块至PCS系统信号1个：单井翼/井下安全阀开/关状态；

（3）流程仪表至PCS系统信号2个：流程压力低/高报警、流程温度低/高报警；

（4）井口盘-公用模块至ESD 系统信号6个：液压油位低低报警、总井井上及井下阀关断报警、总井井上阀关断报警、ESD手动报警站压力报警、翼安全阀集管油压低低/高高报警、井下安全阀集管油压低低/高高报警；

（5）井口盘-单井模块至ESD 系统信号2个：流程压力低低报警、流程压力高高报警、单井翼安全阀开/关状态；

（6）井口盘-公用模块至F&G系统信号1个：井口区易熔塞回路压力报警；

输出信号如下：

（7）ESD 系统至井口盘-公用模块信号3 个：总井井下安全阀关停信号、总井井上阀关停信号、关停所有液压泵信号；

（8）ESD 系统至井口盘-单井模块信号1 个：单井井上阀关停信号；

2.2 种控制系统的比较分析

通过原理示意图进行比较，2种控制系统有以下不同：

（1）流程仪表信号所进的系统的路径不同，第一种系统流程仪表信号直接进入中控PCS/ESD系统，第二种系统流程仪表进入PCS系统的信号没有变化，但进入ESD系统的信号是先进入井口盘-单井模块，然后再进如ESD系统。

（2）井口盘-公用模块至PSC/ESD 系统不同，原因为：第一种系统把进入井口盘的气体分为了翼安全阀集管气压高/低报警和仪表器进口压力低报警2种信号，并和井下安全阀集管液压高高/低抵报警信号一起作为PCS系统监测报警使用；而第二种系统则取消了翼安全阀集管气压高/低报警信号，同时把井下安全阀集管液压高高/低抵报警信号纳入ESD 系统进行监控报警，并增加了翼安全阀集管液压低低/高高报警信号；

（3）井口盘-单井模块至ESD 系统的信号数量不同，原因为：第二种系统中2个流程仪表信号先进入井口盘-单井模块，再进入ESD 系统，故导致其井口盘-单井模块至ESD 系统的信号增加。

以上的不同，导致2种系统在实际应用的材料也有所不同，

（4）流程仪表方面：第一种系统由于流程仪表信号（压力信号）直接进入ESD 系统，故在实际应用可直接使用压力开关或者压力变送器，通过仪控电缆以电信号形式进入ESD 系统；而第二种系统因井口盘不具备处理电信号的能力，故只能使用高低压导阀，通过仪表管以气信号进行井口盘进行气/电信号转换，然后才能进入ESD系统。

（5）井口盘方面：第二种系统由于需对流程仪表信号进行转换，故需在其内部增加气/电转换装置，同是由于其把WSSV（翼安全阀）和SCSSV（井下安全阀）的液压信号进行了细分（为井下安全阀集管液压高高/低抵报警信号和翼安全阀集管液压低低/高高报警信号翼安全阀集管液压低低/高高报警信号），所以在内部也需增加了变送装置。

3 结语

（1）信号稳定方面：电信号相对于气信号比较稳定，同时不像气管线似的存在泄露的情况；

（2）控制方面：第二种系统相较于第一种系统虽然对部分井口信号进行了细化，但由于不是针对单井模块，故所起的作用并不十分明细。

（3）成本方面：由于海洋石油平台井口区环境恶劣，空气潮湿且存在腐蚀物质，温差变化大，故在同等条件下，电缆、压力开关或者压力变送器等相较于高低压导阀和仪表管，其价格上具备一定优势；同时第二种系统井口盘在气/电转换装置和变送装置使用上也较多。

故总体而论，第一种井口系统具有较好的使用价值。希望随着科技的发展进步，能在控制上进行进一步的精细化，做到单井精准控制，则会有更好更高级的控制系统出现和使用。