海上无人平台井口控制盘远程操控技术研究

马磊

[摘    要]现役海上无人值守井口平台，受相关产品设计制约，井口控制盘无法做到关断后的远程复位，必须人员登临无人平台手动重启生产流程。在遇到恶劣天气情况下，操作人员不能及时登临平台操作，且存在一定的风险，对平台生产有较大影响。为保障平台产量，需开展平台井口控制盘远程操控研究，实现在有人平台对无人平台的远程复位操作。

[关键词]海洋平台;井口控制盘;远程操控

[中图分类号]TE95 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–00–03

Research on Remote Control Technology of Wellhead

Control Panel of Offshore Unmanned Platform

Ma Lei

[Abstract]Restricted by the design of relevant products， the wellhead control panel of the active offshore unattended wellhead platform cannot be remotely reset after shutdown. Personnel must log on to the unmanned platform to manually restart the production process. In case of bad weather， the operators can not board the platform in time for operation， and there are certain risks， which has a great impact on the production of the platform. In order to ensure the output of the platform， the research on remote control of the wellhead control panel of the platform is carried out to realize the remote reset operation of the unmanned platform on the manned platform.

[Keywords]offshore platform; wellhead control panel; remote control

目前，海上平台主要分为有人值守平台和无人值守平台，有人平台工艺流程复杂，设置油气水处理流程、钻修机系统，以及用于人员居住的生活楼，有人平台的巡检、操作等人员干预比较方便、及时，停产的概率比较低。无人值守平台规模比较小、流程简单，不设置油气水处理流程以及用于人员居住的生活楼，仅仅设置井口控制系统及原油外输系统，依托于有人平台进行生产。当无人平台停产后需要人员登临无人平台进行手动复产，耗费时间比较长。且在环境恶劣的情况下，尤其是北方冬季严寒多风，海面浪涌比较大，穿梭船舶无法稳定地靠泊无人平台，会存在较大的摇摆，此时人员登临无人平台有较大的安全隐患，人员不具备登平台的条件，那么此时无人平台由于无法及时复产而会使整个气田产量受到严重影响。特别是在冬季大风天气较多，再加之浮冰影响，平台生产关停难以在短时间内恢复生产。当无人平台生产关停后物流输送就会停止，无人平台至依托生产平台的混输海管存在凝管风险，凝管后的恢复工程量非常大，费用高昂;加之冬季为全国用气高峰期，保障平稳供气对本平台生产任务的完成、对作业公司的经济运转、对国家的社会责任均有着重大的意义。鉴于此，为解决无法远程复产的问题，需开展井口控制盘远程复位研究，改造现有井口控制

盘内部结构，增加远传信号，实现对井口控制盘的遠程复位操作。

1 井口控制盘构成

在役海上平台井口控制盘构成主要分为公共模块、单井模块、液压油箱模块、蓄能器等模块。公共模块负责油田所有井的控制，即实现平台所有井的井上、井下安全阀的关断。同时为平台井口区设置的易熔塞回路、ESD手动报警站回路提供气源，当易熔塞或者手动报警站触发后，供气回路失气泄压，设置在供气回路上的压力变送器检测到压力低信号，传输至平台中控系统进行报警。单井模是实现平台某1口井控制的单独模块，可控制单独井口的井上、井下安全阀的开启与关闭。在海上平台井口区，每1口井的井上、井下安全阀均由1个独立的单井模块进行控制，每1个单井模块受公共模块的控制，实现对采油树安全阀的控制。液压油箱模块为液压控制回路提供液压油，液压油增压采用液压泵加压方式。目前，海上平台井口控制盘常见的有两种液压控制方式，即气驱液压控制方式以及电动液压控制方式。气驱液压控制采用气驱液压泵方式建立液压油压力，此种方式需平台提供仪表气，常用于有人平台。由于无人平台生产流程简单，不设置空气压缩机，无法提供仪表气源，因此采用电动液压控制方式，即通过电动液压泵建立液压油压力。蓄能器用于存储液压/气压控制回路压力，起到稳定控制压力的作用。

由于海上无人井口平台不设置仪表气系统，因此井口控制盘采用电动液压控制方式，设置电动液压泵建立控制所需液压。同时井口控制盘应满足中华人民共和国国家经济贸易委员会（2000）《海上固定平台安全规则》中的相关要求，井口盘采用失效安全型设计（当失去液压动力源或者气动动力源时，相关控制设备能够立即切换到安全状态），所有电磁阀和三通推拉阀保证在失去动力时，能够执行关井操作，保证能够关闭井上井下安全阀。如图1所示为不带远程复位功能的井口控制盘原理，当平台出现紧急工况关停时，中控系统触发液压管路上的关断电磁阀，实现控制管路液压油泄压，间接关闭井上、井下安全阀，在液压管路泄压的同时，串联在管路上的推拉阀复位并处于锁定状态，且必须由值守人员到现场手动开启推拉阀，实现采油树井上井下安全阀的开启。在此种模式下，当无人平台井上井下安全阀关断时无法实现远程复位，如果操作人员不能及时登临平台手动复位，将严重影响油田的产量。

2 井控系统改造方案

无人平台的生产关停共分为4个级别：弃平台关断、火灾关断、生产关断、单元关断。当发生弃平台关断、火灾关断后不允许远程复产，必须由操作人员登临平台进行人工排除故障后方可复产。当发生生产关断、单元关断，在判定故障排除后可进行远程复产，井控系统的改造针对生产关断、单元关断进行改造。本改造分为两个部分，分别是推拉阀的改造、控制回路电磁阀的改造，改造后的井口控制盘原理如图2所示。

常规井口控制盘推拉阀带有失压自锁功能，即当液压控制回路失压时推拉阀复位并进行自锁，必须由操作人员手动开启方可复位。本次改造将推拉阀更换为两位三通阀，此阀不具备失压自锁功能，当液压回路失压后三通阀依旧保持通路，不影响远程复产，当人员巡检需要手动关停井口时，手动关闭三通阀即可实现关井功能。

常规井口控制盘在每一路液压控制管线上均有1个电磁阀，由紧急关断系统触发，实现关井功能。远程复产功能属于过程控制系统的功能，在GB/T 50770—2013《石油化工安全仪表系统设计规范》中明确指出，“紧急关断系统的设备不应用于过程控制系统，且应与过程控制系统的设备独立设置”，因此不能通过紧急关断系统实现远程复位功能。基于此要求，在单井液压控制回路上串联过程控制系统的电磁阀，由此电磁阀实现单井远程复位功能。在井上安全阀总液压控制管线上串联过程控制系统电磁阀，由此电磁阀实现所有井的井上安全阀远程复位功能。由于远程复位电磁阀与紧急关断系统电磁阀处于串联液压管路，为避免远程复位电磁阀的故障/失电等因素导致生产误关断，因此电磁阀需设置为常开模式，即当电磁阀断电后，电磁阀处于开启模式，不会导致井口的关停。

3 “有人/无人”转换开关设计

无人驻守的海上井口平台，在无人模式下由平台中央控制系统进行平台的生产流程及安全控制，以确保平台的安全生产，此时操作处于全自动无人干预模式，当过程控制系统、紧急关断系统监测到流程报警值异常时，执行相应的控制调节及紧急关断动作。尤其是火气控制系统，当监测到井口区或者电气房间着火时，会自动触发平台雨喷淋系统及二氧化碳灭火系统。但是当操作人员登临平台进行定期巡检、维护时，如果依旧按照无人模式进行控制，会存在一定风险，比如操作人员手动关停井口安全阀进行检修作业，如果此时依托平台进行安全阀的远程复位操作，有可能会对操作人员带来人身伤害以及环境污染。因此设置“有人/无人”转换开关，此开关设置在平台登临处，当操作人员登临平台巡检时，将此开关旋转至“有人”模式，在此模式下平台的远程复位功能将会被屏蔽，无法在依托平台实现对无人平台的远程复位操作，相关设备的重启/复位需要操作人员现场手动完成。与安全生产相关的紧急关断系统、火气系统的功能不受此开关影响，应独立运行，以确保平台安全。当操作人员巡检完毕撤离无人平台时，需要将“有人/无人”转换开关旋转至“无人”操作模式，以确保可以在依托平台实现远程复位操作。

4 改造后井控系统操作流程

本次改造仅涉及到生产关停、单元关停的改造，不涉及弃平台关断、火气关断的改造。当平台产生弃平台关断以及火气关停时，中控系统将关闭整个平台的生产流程，即关闭所有井的井上、井下安全阀。为保障平台的安全生产，当发生弃平台关断、火气关断时不允许远程复产，此时需要人员登临平台进行故障排除，现场确认故障排除后，需要操作人员手动复位井口控制盘的弃平台、火气关断相关的手拉阀，实现平台的复产操作。当平台触发生产关停、单元关停时，仅关闭井口采油树的井上安全阀，采油树的井下安全阀保持开启状态。在此种工况下，通過现场布置的摄像头以及中控系统的检测显示等信息，综合判断故障排除后，可进行远程复位操作。在依托平台远程复位时，首先要复位紧急关断系统的相关关断逻辑。由于海上平台的控制逻辑设定为故障安全型，即当中控故障或者控制线路故障等异常工况发生时，为保障不影响平台的安全，会被动关停生产流程，因此海上无人井口平台的井口盘控制为失电动作，当发生关断后，相关电磁阀处于失电状态，因此需要先上电复位，以保证紧急关断系统液压控制回路的正常开启。

当紧急关断系统复位后，通过检查各个检测仪表的数值进行远程服务操作。针对单井井上安全阀的远程复位操作，先查看井口出口管汇的压力值，如果压力值高高报警，检查下游流程是否存在堵塞工况。如果压力值低低报警，需通过摄像头检测流程管线、设备是否存在泄露工况，如果不存在泄露需要将此低低压力值旁通，否则无法开启响应井上安全阀。然后查看井口出口管汇的温度值，如果温度值高高报警，需要通过摄像头检测井口原有管线，排除故障因素。如果温度值低低报警，需要检查电伴热等工作情况，排除故障后方可进行井口的复位操作。当确定压力、温度信号无异常报警后，即可由DCS进行远程复位操作，先开启远程控制电磁阀，建立液压控制管线液压压力，顺利开启井上安全阀。无人平台的井上井下安全的开井顺序应严格按照平台作业规范进行，先开启井下安全阀（SCSSV），当SCSSV确认开启后，开启主阀，当主阀开启后，开启翼阀，完成井口的开井动作。

随着生产的进行，平台会根据生产要求实施有计划的部分井口短期关停。在常规生产模式中，需要操作人员登临无人平台，通过手动操作井口控制盘盘面上的手拉阀实现关井操作，此种操作模式需要操作人员登临平台，且耗时较长。当井口盘具备远程复位操作功能后，在依托平台即可实现单井的关停操作，省时省力。无人平台的远程关井顺序应按照操作规程规定的顺序进行操作。首先关闭井上安全阀翼阀，同时关闭电潜泵（防止憋压损坏电潜泵）。关闭井上安全阀翼阀后延时（延迟时间可根据现场进行调整）关闭主阀，最后延时关闭井下安全阀，完成远程关井操作。

5 应用案例

渤海某油田群有多个无人井口平台，无人平台规模小、工艺流程简单，不设置仪表气系统。且无人平台已经服役多年，故障率相对高发，容易出现误关断。在以往平台生产过程中，若遇到井口关停，需派遣操作人员通过支持船穿梭至无人平台进行人工复产操作，尤其是当冬季大风天，甚至半个月内无法登临平台进行复查操作，严重影响油田群的产量。因此对现有井口控制盘进行远程操控改造，在现有液压控制管线上串联远程操控电磁阀，相关控制信号接入已有控制系统，远传至依托平台，实现井口的远程操控功能，保证平台的产量。

6 结束语

海上无人井口平台井口控制盘远程操控技术可实现在不更换已有井口控制盘的基础上进行改造，在不影响安全生产的前提下实现井口控制盘的远程复位操控。当平台停产后可迅速远程复产，减少停产带来的产量损失，也很大程度上降低了恶劣天气时操作人员登临平台的次数，保障了人员安全。井口控制盘远程操控技术逐步趋于成熟，已经在多个海上无人平台实现了远程复产，具有较大的推广应用价值。

参考文献

[1] 海洋石油工程设计指南编委会.海洋石油工程电气、仪控、通讯设计[M].北京：石油工业出版社，2007.

[2] 石油化工安全仪表系统设计规范[M].北京：中国计划出版社，2013.

[3] 海洋石油工程设计指南编委会.海洋石油工程设计概论与工艺设计[M].北京：石油工业出版社，2007.

[4] 李飞.井口控制盘在海洋石油平台油井控制中的应用[J].化工管理，2019（31）：223-224.

[5] 张超.浅谈海上平台井口控制盘的设计工作[J].仪器仪表用户，2020，27（7）：99-101.