馬磊

[摘 ? ?要]現(xiàn)役海上無(wú)人值守井口平臺(tái)，受相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制約，井口控制盤無(wú)法做到關(guān)斷后的遠(yuǎn)程復(fù)位，必須人員登臨無(wú)人平臺(tái)手動(dòng)重啟生產(chǎn)流程。在遇到惡劣天氣情況下，操作人員不能及時(shí)登臨平臺(tái)操作，且存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)平臺(tái)生產(chǎn)有較大影響。為保障平臺(tái)產(chǎn)量，需開(kāi)展平臺(tái)井口控制盤遠(yuǎn)程操控研究，實(shí)現(xiàn)在有人平臺(tái)對(duì)無(wú)人平臺(tái)的遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

[關(guān)鍵詞]海洋平臺(tái);井口控制盤;遠(yuǎn)程操控

[中圖分類號(hào)]TE95 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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，海上平臺(tái)主要分為有人值守平臺(tái)和無(wú)人值守平臺(tái)，有人平臺(tái)工藝流程復(fù)雜，設(shè)置油氣水處理流程、鉆修機(jī)系統(tǒng)，以及用于人員居住的生活樓，有人平臺(tái)的巡檢、操作等人員干預(yù)比較方便、及時(shí)，停產(chǎn)的概率比較低。無(wú)人值守平臺(tái)規(guī)模比較小、流程簡(jiǎn)單，不設(shè)置油氣水處理流程以及用于人員居住的生活樓，僅僅設(shè)置井口控制系統(tǒng)及原油外輸系統(tǒng)，依托于有人平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)。當(dāng)無(wú)人平臺(tái)停產(chǎn)后需要人員登臨無(wú)人平臺(tái)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)產(chǎn)，耗費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)。且在環(huán)境惡劣的情況下，尤其是北方冬季嚴(yán)寒多風(fēng)，海面浪涌比較大，穿梭船舶無(wú)法穩(wěn)定地靠泊無(wú)人平臺(tái)，會(huì)存在較大的搖擺，此時(shí)人員登臨無(wú)人平臺(tái)有較大的安全隱患，人員不具備登平臺(tái)的條件，那么此時(shí)無(wú)人平臺(tái)由于無(wú)法及時(shí)復(fù)產(chǎn)而會(huì)使整個(gè)氣田產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響。特別是在冬季大風(fēng)天氣較多，再加之浮冰影響，平臺(tái)生產(chǎn)關(guān)停難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)。當(dāng)無(wú)人平臺(tái)生產(chǎn)關(guān)停后物流輸送就會(huì)停止，無(wú)人平臺(tái)至依托生產(chǎn)平臺(tái)的混輸海管存在凝管風(fēng)險(xiǎn)，凝管后的恢復(fù)工程量非常大，費(fèi)用高昂;加之冬季為全國(guó)用氣高峰期，保障平穩(wěn)供氣對(duì)本平臺(tái)生產(chǎn)任務(wù)的完成、對(duì)作業(yè)公司的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)、對(duì)國(guó)家的社會(huì)責(zé)任均有著重大的意義。鑒于此，為解決無(wú)法遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)的問(wèn)題，需開(kāi)展井口控制盤遠(yuǎn)程復(fù)位研究，改造現(xiàn)有井口控制

盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加遠(yuǎn)傳信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井口控制盤的遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

1 井口控制盤構(gòu)成

在役海上平臺(tái)井口控制盤構(gòu)成主要分為公共模塊、單井模塊、液壓油箱模塊、蓄能器等模塊。公共模塊負(fù)責(zé)油田所有井的控制，即實(shí)現(xiàn)平臺(tái)所有井的井上、井下安全閥的關(guān)斷。同時(shí)為平臺(tái)井口區(qū)設(shè)置的易熔塞回路、ESD手動(dòng)報(bào)警站回路提供氣源，當(dāng)易熔塞或者手動(dòng)報(bào)警站觸發(fā)后，供氣回路失氣泄壓，設(shè)置在供氣回路上的壓力變送器檢測(cè)到壓力低信號(hào)，傳輸至平臺(tái)中控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。單井模是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)某1口井控制的單獨(dú)模塊，可控制單獨(dú)井口的井上、井下安全閥的開(kāi)啟與關(guān)閉。在海上平臺(tái)井口區(qū)，每1口井的井上、井下安全閥均由1個(gè)獨(dú)立的單井模塊進(jìn)行控制，每1個(gè)單井模塊受公共模塊的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)采油樹(shù)安全閥的控制。液壓油箱模塊為液壓控制回路提供液壓油，液壓油增壓采用液壓泵加壓方式。目前，海上平臺(tái)井口控制盤常見(jiàn)的有兩種液壓控制方式，即氣驅(qū)液壓控制方式以及電動(dòng)液壓控制方式。氣驅(qū)液壓控制采用氣驅(qū)液壓泵方式建立液壓油壓力，此種方式需平臺(tái)提供儀表氣，常用于有人平臺(tái)。由于無(wú)人平臺(tái)生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，不設(shè)置空氣壓縮機(jī)，無(wú)法提供儀表氣源，因此采用電動(dòng)液壓控制方式，即通過(guò)電動(dòng)液壓泵建立液壓油壓力。蓄能器用于存儲(chǔ)液壓/氣壓控制回路壓力，起到穩(wěn)定控制壓力的作用。

由于海上無(wú)人井口平臺(tái)不設(shè)置儀表氣系統(tǒng)，因此井口控制盤采用電動(dòng)液壓控制方式，設(shè)置電動(dòng)液壓泵建立控制所需液壓。同時(shí)井口控制盤應(yīng)滿足中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)（2000）《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》中的相關(guān)要求，井口盤采用失效安全型設(shè)計(jì)（當(dāng)失去液壓動(dòng)力源或者氣動(dòng)動(dòng)力源時(shí)，相關(guān)控制設(shè)備能夠立即切換到安全狀態(tài)），所有電磁閥和三通推拉閥保證在失去動(dòng)力時(shí)，能夠執(zhí)行關(guān)井操作，保證能夠關(guān)閉井上井下安全閥。如圖1所示為不帶遠(yuǎn)程復(fù)位功能的井口控制盤原理，當(dāng)平臺(tái)出現(xiàn)緊急工況關(guān)停時(shí)，中控系統(tǒng)觸發(fā)液壓管路上的關(guān)斷電磁閥，實(shí)現(xiàn)控制管路液壓油泄壓，間接關(guān)閉井上、井下安全閥，在液壓管路泄壓的同時(shí)，串聯(lián)在管路上的推拉閥復(fù)位并處于鎖定狀態(tài)，且必須由值守人員到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)啟推拉閥，實(shí)現(xiàn)采油樹(shù)井上井下安全閥的開(kāi)啟。在此種模式下，當(dāng)無(wú)人平臺(tái)井上井下安全閥關(guān)斷時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)位，如果操作人員不能及時(shí)登臨平臺(tái)手動(dòng)復(fù)位，將嚴(yán)重影響油田的產(chǎn)量。

2 井控系統(tǒng)改造方案

無(wú)人平臺(tái)的生產(chǎn)關(guān)停共分為4個(gè)級(jí)別：棄平臺(tái)關(guān)斷、火災(zāi)關(guān)斷、生產(chǎn)關(guān)斷、單元關(guān)斷。當(dāng)發(fā)生棄平臺(tái)關(guān)斷、火災(zāi)關(guān)斷后不允許遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，必須由操作人員登臨平臺(tái)進(jìn)行人工排除故障后方可復(fù)產(chǎn)。當(dāng)發(fā)生生產(chǎn)關(guān)斷、單元關(guān)斷，在判定故障排除后可進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，井控系統(tǒng)的改造針對(duì)生產(chǎn)關(guān)斷、單元關(guān)斷進(jìn)行改造。本改造分為兩個(gè)部分，分別是推拉閥的改造、控制回路電磁閥的改造，改造后的井口控制盤原理如圖2所示。

常規(guī)井口控制盤推拉閥帶有失壓自鎖功能，即當(dāng)液壓控制回路失壓時(shí)推拉閥復(fù)位并進(jìn)行自鎖，必須由操作人員手動(dòng)開(kāi)啟方可復(fù)位。本次改造將推拉閥更換為兩位三通閥，此閥不具備失壓自鎖功能，當(dāng)液壓回路失壓后三通閥依舊保持通路，不影響遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，當(dāng)人員巡檢需要手動(dòng)關(guān)停井口時(shí)，手動(dòng)關(guān)閉三通閥即可實(shí)現(xiàn)關(guān)井功能。

常規(guī)井口控制盤在每一路液壓控制管線上均有1個(gè)電磁閥，由緊急關(guān)斷系統(tǒng)觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)關(guān)井功能。遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)功能屬于過(guò)程控制系統(tǒng)的功能，在GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出，“緊急關(guān)斷系統(tǒng)的設(shè)備不應(yīng)用于過(guò)程控制系統(tǒng)，且應(yīng)與過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)備獨(dú)立設(shè)置”，因此不能通過(guò)緊急關(guān)斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)位功能。基于此要求，在單井液壓控制回路上串聯(lián)過(guò)程控制系統(tǒng)的電磁閥，由此電磁閥實(shí)現(xiàn)單井遠(yuǎn)程復(fù)位功能。在井上安全閥總液壓控制管線上串聯(lián)過(guò)程控制系統(tǒng)電磁閥，由此電磁閥實(shí)現(xiàn)所有井的井上安全閥遠(yuǎn)程復(fù)位功能。由于遠(yuǎn)程復(fù)位電磁閥與緊急關(guān)斷系統(tǒng)電磁閥處于串聯(lián)液壓管路，為避免遠(yuǎn)程復(fù)位電磁閥的故障/失電等因素導(dǎo)致生產(chǎn)誤關(guān)斷，因此電磁閥需設(shè)置為常開(kāi)模式，即當(dāng)電磁閥斷電后，電磁閥處于開(kāi)啟模式，不會(huì)導(dǎo)致井口的關(guān)停。

3 “有人/無(wú)人”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

無(wú)人駐守的海上井口平臺(tái)，在無(wú)人模式下由平臺(tái)中央控制系統(tǒng)進(jìn)行平臺(tái)的生產(chǎn)流程及安全控制，以確保平臺(tái)的安全生產(chǎn)，此時(shí)操作處于全自動(dòng)無(wú)人干預(yù)模式，當(dāng)過(guò)程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到流程報(bào)警值異常時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)及緊急關(guān)斷動(dòng)作。尤其是火氣控制系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到井口區(qū)或者電氣房間著火時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)平臺(tái)雨噴淋系統(tǒng)及二氧化碳滅火系統(tǒng)。但是當(dāng)操作人員登臨平臺(tái)進(jìn)行定期巡檢、維護(hù)時(shí)，如果依舊按照無(wú)人模式進(jìn)行控制，會(huì)存在一定風(fēng)險(xiǎn)，比如操作人員手動(dòng)關(guān)停井口安全閥進(jìn)行檢修作業(yè)，如果此時(shí)依托平臺(tái)進(jìn)行安全閥的遠(yuǎn)程復(fù)位操作，有可能會(huì)對(duì)操作人員帶來(lái)人身傷害以及環(huán)境污染。因此設(shè)置“有人/無(wú)人”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)設(shè)置在平臺(tái)登臨處，當(dāng)操作人員登臨平臺(tái)巡檢時(shí)，將此開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至“有人”模式，在此模式下平臺(tái)的遠(yuǎn)程復(fù)位功能將會(huì)被屏蔽，無(wú)法在依托平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人平臺(tái)的遠(yuǎn)程復(fù)位操作，相關(guān)設(shè)備的重啟/復(fù)位需要操作人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)完成。與安全生產(chǎn)相關(guān)的緊急關(guān)斷系統(tǒng)、火氣系統(tǒng)的功能不受此開(kāi)關(guān)影響，應(yīng)獨(dú)立運(yùn)行，以確保平臺(tái)安全。當(dāng)操作人員巡檢完畢撤離無(wú)人平臺(tái)時(shí)，需要將“有人/無(wú)人”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至“無(wú)人”操作模式，以確?？梢栽谝劳衅脚_(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

4 改造后井控系統(tǒng)操作流程

本次改造僅涉及到生產(chǎn)關(guān)停、單元關(guān)停的改造，不涉及棄平臺(tái)關(guān)斷、火氣關(guān)斷的改造。當(dāng)平臺(tái)產(chǎn)生棄平臺(tái)關(guān)斷以及火氣關(guān)停時(shí)，中控系統(tǒng)將關(guān)閉整個(gè)平臺(tái)的生產(chǎn)流程，即關(guān)閉所有井的井上、井下安全閥。為保障平臺(tái)的安全生產(chǎn)，當(dāng)發(fā)生棄平臺(tái)關(guān)斷、火氣關(guān)斷時(shí)不允許遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，此時(shí)需要人員登臨平臺(tái)進(jìn)行故障排除，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)故障排除后，需要操作人員手動(dòng)復(fù)位井口控制盤的棄平臺(tái)、火氣關(guān)斷相關(guān)的手拉閥，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的復(fù)產(chǎn)操作。當(dāng)平臺(tái)觸發(fā)生產(chǎn)關(guān)停、單元關(guān)停時(shí)，僅關(guān)閉井口采油樹(shù)的井上安全閥，采油樹(shù)的井下安全閥保持開(kāi)啟狀態(tài)。在此種工況下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布置的攝像頭以及中控系統(tǒng)的檢測(cè)顯示等信息，綜合判斷故障排除后，可進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。在依托平臺(tái)遠(yuǎn)程復(fù)位時(shí)，首先要復(fù)位緊急關(guān)斷系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)斷邏輯。由于海上平臺(tái)的控制邏輯設(shè)定為故障安全型，即當(dāng)中控故障或者控制線路故障等異常工況發(fā)生時(shí)，為保障不影響平臺(tái)的安全，會(huì)被動(dòng)關(guān)停生產(chǎn)流程，因此海上無(wú)人井口平臺(tái)的井口盤控制為失電動(dòng)作，當(dāng)發(fā)生關(guān)斷后，相關(guān)電磁閥處于失電狀態(tài)，因此需要先上電復(fù)位，以保證緊急關(guān)斷系統(tǒng)液壓控制回路的正常開(kāi)啟。

當(dāng)緊急關(guān)斷系統(tǒng)復(fù)位后，通過(guò)檢查各個(gè)檢測(cè)儀表的數(shù)值進(jìn)行遠(yuǎn)程服務(wù)操作。針對(duì)單井井上安全閥的遠(yuǎn)程復(fù)位操作，先查看井口出口管匯的壓力值，如果壓力值高高報(bào)警，檢查下游流程是否存在堵塞工況。如果壓力值低低報(bào)警，需通過(guò)攝像頭檢測(cè)流程管線、設(shè)備是否存在泄露工況，如果不存在泄露需要將此低低壓力值旁通，否則無(wú)法開(kāi)啟響應(yīng)井上安全閥。然后查看井口出口管匯的溫度值，如果溫度值高高報(bào)警，需要通過(guò)攝像頭檢測(cè)井口原有管線，排除故障因素。如果溫度值低低報(bào)警，需要檢查電伴熱等工作情況，排除故障后方可進(jìn)行井口的復(fù)位操作。當(dāng)確定壓力、溫度信號(hào)無(wú)異常報(bào)警后，即可由DCS進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作，先開(kāi)啟遠(yuǎn)程控制電磁閥，建立液壓控制管線液壓壓力，順利開(kāi)啟井上安全閥。無(wú)人平臺(tái)的井上井下安全的開(kāi)井順序應(yīng)嚴(yán)格按照平臺(tái)作業(yè)規(guī)范進(jìn)行，先開(kāi)啟井下安全閥（SCSSV），當(dāng)SCSSV確認(rèn)開(kāi)啟后，開(kāi)啟主閥，當(dāng)主閥開(kāi)啟后，開(kāi)啟翼閥，完成井口的開(kāi)井動(dòng)作。

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，平臺(tái)會(huì)根據(jù)生產(chǎn)要求實(shí)施有計(jì)劃的部分井口短期關(guān)停。在常規(guī)生產(chǎn)模式中，需要操作人員登臨無(wú)人平臺(tái)，通過(guò)手動(dòng)操作井口控制盤盤面上的手拉閥實(shí)現(xiàn)關(guān)井操作，此種操作模式需要操作人員登臨平臺(tái)，且耗時(shí)較長(zhǎng)。當(dāng)井口盤具備遠(yuǎn)程復(fù)位操作功能后，在依托平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)單井的關(guān)停操作，省時(shí)省力。無(wú)人平臺(tái)的遠(yuǎn)程關(guān)井順序應(yīng)按照操作規(guī)程規(guī)定的順序進(jìn)行操作。首先關(guān)閉井上安全閥翼閥，同時(shí)關(guān)閉電潛泵（防止憋壓損壞電潛泵）。關(guān)閉井上安全閥翼閥后延時(shí)（延遲時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整）關(guān)閉主閥，最后延時(shí)關(guān)閉井下安全閥，完成遠(yuǎn)程關(guān)井操作。

5 應(yīng)用案例

渤海某油田群有多個(gè)無(wú)人井口平臺(tái)，無(wú)人平臺(tái)規(guī)模小、工藝流程簡(jiǎn)單，不設(shè)置儀表氣系統(tǒng)。且無(wú)人平臺(tái)已經(jīng)服役多年，故障率相對(duì)高發(fā)，容易出現(xiàn)誤關(guān)斷。在以往平臺(tái)生產(chǎn)過(guò)程中，若遇到井口關(guān)停，需派遣操作人員通過(guò)支持船穿梭至無(wú)人平臺(tái)進(jìn)行人工復(fù)產(chǎn)操作，尤其是當(dāng)冬季大風(fēng)天，甚至半個(gè)月內(nèi)無(wú)法登臨平臺(tái)進(jìn)行復(fù)查操作，嚴(yán)重影響油田群的產(chǎn)量。因此對(duì)現(xiàn)有井口控制盤進(jìn)行遠(yuǎn)程操控改造，在現(xiàn)有液壓控制管線上串聯(lián)遠(yuǎn)程操控電磁閥，相關(guān)控制信號(hào)接入已有控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)傳至依托平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)井口的遠(yuǎn)程操控功能，保證平臺(tái)的產(chǎn)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

海上無(wú)人井口平臺(tái)井口控制盤遠(yuǎn)程操控技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在不更換已有井口控制盤的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，在不影響安全生產(chǎn)的前提下實(shí)現(xiàn)井口控制盤的遠(yuǎn)程復(fù)位操控。當(dāng)平臺(tái)停產(chǎn)后可迅速遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，減少停產(chǎn)帶來(lái)的產(chǎn)量損失，也很大程度上降低了惡劣天氣時(shí)操作人員登臨平臺(tái)的次數(shù)，保障了人員安全。井口控制盤遠(yuǎn)程操控技術(shù)逐步趨于成熟，已經(jīng)在多個(gè)海上無(wú)人平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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