深海钻探自动脱开系统的研究与实现

王俊洲+张晓娟

摘 要：在海上强风暴来临之际，为了确保平台上人员和设备安全，避免海洋环境污染，深海钻井平台应合理配置深海钻探自动脱开系统。文章介绍了深海自动脱开系统的设计方案和设计原则，设计并实现了深海自动脱开系统主液压系统和水下机器人辅助脱开液压系统，全面分析了自动脱开系统的作业过程。该系统是深海钻探开发必不可少的安全系统之一。

关键词：自动脱开；LMRP；水下机器人；紧急脱开

引言

深海钻探开发多采用半潜式钻井平台，半潜式钻井平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力较强，稳定性等安全性能良好。但由于海上钻井作业的特殊性，给海上钻井设备的设计和使用带来了一系列陆上钻井遇不到的难题。在保证高效生产的同时，遇到突发的、恶劣的、无法作业而必须拖走半潜式钻井平台的时候，一定要确保平台操作人员、设备的安全以及海洋环境的保护，由此，需要具备一套深海钻探自动脱开系统，它在平台安全作业、保障人员和设备安全方面起着非常重要的作用。

1 自动脱开系统方案

深海钻探自动脱开系统是一个新系统，该系统可以在预知风险到来之前操作，也可以在风险已经来临，但工作人员不知的情况下自动执行脱开。主要功能是脱开下部海底采油管封隔器总成（LMRP）与水下井口装置之间的连接，是针对一次风险分析而设计，它是一套液压先导控制系统，由深海钻井总控制系统MUX控制。如果水上和水下的通讯或液压传输出现了问题而造成MUX控制系统无法控制水下的设备的时候，我们还可以采用水下机器人（ROV）下潜到水底，与ROV接口对接，控制LMRP与水下井口装置的锁住或解锁，解锁成功就能实现LMRP的脱开。见图1。

2 LMRP脱开主液压系统

这套液压控制系统由钻井平台上的主控制系统MUX控制，主要由以下几部分组成：1.止回阀，2和5.止回阀，先导控制时处于开启状态，3和6.梭阀，4.两位三通换向阀，15和16.水上蓄能器组，19.LMRP锁住/解锁装置，整个LMRP脱开主液压系统见图2。

3 水下机器人辅助脱开系统液压系统

当海上风浪太大，或钻井平台漂移距离太大以至于超过了安全的警戒区，最终导致了MUX控制系统发出的控制信息无法控制LMRP脱开主液压系统，半潜式钻井平台无法与海底井口脱开，这将严重危及平台上的工作人员和设备安全，如果发生了井喷或溢油事故，对海洋环境污染将十分严重。所以，在LMRP脱开主液压系统之外还必须要有一套备用系统，目前最可靠的备用系统就是水下机器人辅助脱开系统。这套系统的核心是水下机器人，其主要组成部分还有：7.止回阀，保证为LMRP提供高压液体，但要防止高压液体回流，8.过滤装置，保证高压液体干净，9.主安全开启阀，作为液压回路的阀门使用，10.水下机器人触发装置，11.挠性接头触发装置，14.水下先导液压蓄能器组，16.水下LMRP脱开备用蓄能器组，18.ROV使能阀，当水下机器人与水下机器人接口对接后，此阀就会被触发。

图3 水下机器人辅助脱开系统液压系统图

4 作业过程分析

深海钻探自动脱开系统经过检验是能够满足设计要求的，其作业过程如下。

当钻井平台上的工作人员获知危险信息后，可以人为操作LMRP的脱开：由MUX控制向水下的两个控制箱（Y控制箱和B控制箱）发出解锁指令，此时，LMRP系统就执行一次解锁，高压液体从钻井平台上向海底井口传送，经过梭阀（3）和止回阀（5）流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸动作，等液压缸推出动作完成后，解锁成功。如果一次解锁不成功，则进行二次解锁。

当海上风暴使钻井平台漂出了警戒区，而钻井平台上的工作人员没有发现或报警装置没有正常工作时，挠性接头达到了一个预先设置角度的时候，挠性接头触发装置被触发。或者水下机器人下潜到海底与ROV接口对接后，就会激活挠性接头触发装置，并且使能水下机器人触发装置。此时，液压先导液从水下先导蓄能器（14）流出，并会激活主安全开启阀（9），高压液体从水下LMRP脱开备用蓄能器组（16）流出，流经三重过滤器（8）并流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸到开启位置。解锁成功，顺利完成LMRP的自动脱开。

当海上风险过后，半潜式钻井平台回到作业区域继续工作，此时需要LMRP与海底井口装置进行连接。首先需要把LMRP与海底井口装置进行对正连接，然后把两者锁住，此时，需要由MUX控制向水下控制箱发出锁住指令，高压液体从钻井平台上向海底井口传送，经过梭阀（3）和止回阀（2）流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸到锁住位置，LMRP与井口装置锁住成功，钻井作业可以正常进行。

5 结束语

深海钻探自动脱开系统作为海洋石油开发重要控制系统，能够在危险来临时，及时、安全的封闭井口，把LMRP与水下井口装置脱开，保护了平台工作人员和设备安全，防止环境污染，将损失降低到最小。随着我国对南海石油资源的开发，深海钻井平台将会越来越多，同时，对钻井的安全也会越来越重视，对环境的保护越来越重视，深海钻探自动脱开系统将是深海钻井平台必不可少的安全系统之一。

参考文献

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余国核.水下执行机构的液压控制研究[J].中国海洋平台，2009，24（3）：31-34.

作者简介：王俊洲（1979-），男，汉族，河北邯郸人，硕士学位，先入华北油田荣盛公司，后进重庆工业职业技术学院任教，工程师，2007年至2011年主要研制深水防喷器的控制系统。

摘 要：在海上强风暴来临之际，为了确保平台上人员和设备安全，避免海洋环境污染，深海钻井平台应合理配置深海钻探自动脱开系统。文章介绍了深海自动脱开系统的设计方案和设计原则，设计并实现了深海自动脱开系统主液压系统和水下机器人辅助脱开液压系统，全面分析了自动脱开系统的作业过程。该系统是深海钻探开发必不可少的安全系统之一。

关键词：自动脱开；LMRP；水下机器人；紧急脱开

引言

深海钻探开发多采用半潜式钻井平台，半潜式钻井平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力较强，稳定性等安全性能良好。但由于海上钻井作业的特殊性，给海上钻井设备的设计和使用带来了一系列陆上钻井遇不到的难题。在保证高效生产的同时，遇到突发的、恶劣的、无法作业而必须拖走半潜式钻井平台的时候，一定要确保平台操作人员、设备的安全以及海洋环境的保护，由此，需要具备一套深海钻探自动脱开系统，它在平台安全作业、保障人员和设备安全方面起着非常重要的作用。

1 自动脱开系统方案

深海钻探自动脱开系统是一个新系统，该系统可以在预知风险到来之前操作，也可以在风险已经来临，但工作人员不知的情况下自动执行脱开。主要功能是脱开下部海底采油管封隔器总成（LMRP）与水下井口装置之间的连接，是针对一次风险分析而设计，它是一套液压先导控制系统，由深海钻井总控制系统MUX控制。如果水上和水下的通讯或液压传输出现了问题而造成MUX控制系统无法控制水下的设备的时候，我们还可以采用水下机器人（ROV）下潜到水底，与ROV接口对接，控制LMRP与水下井口装置的锁住或解锁，解锁成功就能实现LMRP的脱开。见图1。

2 LMRP脱开主液压系统

这套液压控制系统由钻井平台上的主控制系统MUX控制，主要由以下几部分组成：1.止回阀，2和5.止回阀，先导控制时处于开启状态，3和6.梭阀，4.两位三通换向阀，15和16.水上蓄能器组，19.LMRP锁住/解锁装置，整个LMRP脱开主液压系统见图2。

3 水下机器人辅助脱开系统液压系统

当海上风浪太大，或钻井平台漂移距离太大以至于超过了安全的警戒区，最终导致了MUX控制系统发出的控制信息无法控制LMRP脱开主液压系统，半潜式钻井平台无法与海底井口脱开，这将严重危及平台上的工作人员和设备安全，如果发生了井喷或溢油事故，对海洋环境污染将十分严重。所以，在LMRP脱开主液压系统之外还必须要有一套备用系统，目前最可靠的备用系统就是水下机器人辅助脱开系统。这套系统的核心是水下机器人，其主要组成部分还有：7.止回阀，保证为LMRP提供高压液体，但要防止高压液体回流，8.过滤装置，保证高压液体干净，9.主安全开启阀，作为液压回路的阀门使用，10.水下机器人触发装置，11.挠性接头触发装置，14.水下先导液压蓄能器组，16.水下LMRP脱开备用蓄能器组，18.ROV使能阀，当水下机器人与水下机器人接口对接后，此阀就会被触发。

图3 水下机器人辅助脱开系统液压系统图

4 作业过程分析

深海钻探自动脱开系统经过检验是能够满足设计要求的，其作业过程如下。

当钻井平台上的工作人员获知危险信息后，可以人为操作LMRP的脱开：由MUX控制向水下的两个控制箱（Y控制箱和B控制箱）发出解锁指令，此时，LMRP系统就执行一次解锁，高压液体从钻井平台上向海底井口传送，经过梭阀（3）和止回阀（5）流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸动作，等液压缸推出动作完成后，解锁成功。如果一次解锁不成功，则进行二次解锁。

当海上风暴使钻井平台漂出了警戒区，而钻井平台上的工作人员没有发现或报警装置没有正常工作时，挠性接头达到了一个预先设置角度的时候，挠性接头触发装置被触发。或者水下机器人下潜到海底与ROV接口对接后，就会激活挠性接头触发装置，并且使能水下机器人触发装置。此时，液压先导液从水下先导蓄能器（14）流出，并会激活主安全开启阀（9），高压液体从水下LMRP脱开备用蓄能器组（16）流出，流经三重过滤器（8）并流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸到开启位置。解锁成功，顺利完成LMRP的自动脱开。

当海上风险过后，半潜式钻井平台回到作业区域继续工作，此时需要LMRP与海底井口装置进行连接。首先需要把LMRP与海底井口装置进行对正连接，然后把两者锁住，此时，需要由MUX控制向水下控制箱发出锁住指令，高压液体从钻井平台上向海底井口传送，经过梭阀（3）和止回阀（2）流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸到锁住位置，LMRP与井口装置锁住成功，钻井作业可以正常进行。

5 结束语

深海钻探自动脱开系统作为海洋石油开发重要控制系统，能够在危险来临时，及时、安全的封闭井口，把LMRP与水下井口装置脱开，保护了平台工作人员和设备安全，防止环境污染，将损失降低到最小。随着我国对南海石油资源的开发，深海钻井平台将会越来越多，同时，对钻井的安全也会越来越重视，对环境的保护越来越重视，深海钻探自动脱开系统将是深海钻井平台必不可少的安全系统之一。

参考文献

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余国核.水下执行机构的液压控制研究[J].中国海洋平台，2009，24（3）：31-34.

作者简介：王俊洲（1979-），男，汉族，河北邯郸人，硕士学位，先入华北油田荣盛公司，后进重庆工业职业技术学院任教，工程师，2007年至2011年主要研制深水防喷器的控制系统。

摘 要：在海上强风暴来临之际，为了确保平台上人员和设备安全，避免海洋环境污染，深海钻井平台应合理配置深海钻探自动脱开系统。文章介绍了深海自动脱开系统的设计方案和设计原则，设计并实现了深海自动脱开系统主液压系统和水下机器人辅助脱开液压系统，全面分析了自动脱开系统的作业过程。该系统是深海钻探开发必不可少的安全系统之一。

关键词：自动脱开；LMRP；水下机器人；紧急脱开

引言

深海钻探开发多采用半潜式钻井平台，半潜式钻井平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力较强，稳定性等安全性能良好。但由于海上钻井作业的特殊性，给海上钻井设备的设计和使用带来了一系列陆上钻井遇不到的难题。在保证高效生产的同时，遇到突发的、恶劣的、无法作业而必须拖走半潜式钻井平台的时候，一定要确保平台操作人员、设备的安全以及海洋环境的保护，由此，需要具备一套深海钻探自动脱开系统，它在平台安全作业、保障人员和设备安全方面起着非常重要的作用。

1 自动脱开系统方案

深海钻探自动脱开系统是一个新系统，该系统可以在预知风险到来之前操作，也可以在风险已经来临，但工作人员不知的情况下自动执行脱开。主要功能是脱开下部海底采油管封隔器总成（LMRP）与水下井口装置之间的连接，是针对一次风险分析而设计，它是一套液压先导控制系统，由深海钻井总控制系统MUX控制。如果水上和水下的通讯或液压传输出现了问题而造成MUX控制系统无法控制水下的设备的时候，我们还可以采用水下机器人（ROV）下潜到水底，与ROV接口对接，控制LMRP与水下井口装置的锁住或解锁，解锁成功就能实现LMRP的脱开。见图1。

2 LMRP脱开主液压系统

这套液压控制系统由钻井平台上的主控制系统MUX控制，主要由以下几部分组成：1.止回阀，2和5.止回阀，先导控制时处于开启状态，3和6.梭阀，4.两位三通换向阀，15和16.水上蓄能器组，19.LMRP锁住/解锁装置，整个LMRP脱开主液压系统见图2。

3 水下机器人辅助脱开系统液压系统

当海上风浪太大，或钻井平台漂移距离太大以至于超过了安全的警戒区，最终导致了MUX控制系统发出的控制信息无法控制LMRP脱开主液压系统，半潜式钻井平台无法与海底井口脱开，这将严重危及平台上的工作人员和设备安全，如果发生了井喷或溢油事故，对海洋环境污染将十分严重。所以，在LMRP脱开主液压系统之外还必须要有一套备用系统，目前最可靠的备用系统就是水下机器人辅助脱开系统。这套系统的核心是水下机器人，其主要组成部分还有：7.止回阀，保证为LMRP提供高压液体，但要防止高压液体回流，8.过滤装置，保证高压液体干净，9.主安全开启阀，作为液压回路的阀门使用，10.水下机器人触发装置，11.挠性接头触发装置，14.水下先导液压蓄能器组，16.水下LMRP脱开备用蓄能器组，18.ROV使能阀，当水下机器人与水下机器人接口对接后，此阀就会被触发。

图3 水下机器人辅助脱开系统液压系统图

4 作业过程分析

深海钻探自动脱开系统经过检验是能够满足设计要求的，其作业过程如下。

当钻井平台上的工作人员获知危险信息后，可以人为操作LMRP的脱开：由MUX控制向水下的两个控制箱（Y控制箱和B控制箱）发出解锁指令，此时，LMRP系统就执行一次解锁，高压液体从钻井平台上向海底井口传送，经过梭阀（3）和止回阀（5）流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸动作，等液压缸推出动作完成后，解锁成功。如果一次解锁不成功，则进行二次解锁。

当海上风暴使钻井平台漂出了警戒区，而钻井平台上的工作人员没有发现或报警装置没有正常工作时，挠性接头达到了一个预先设置角度的时候，挠性接头触发装置被触发。或者水下机器人下潜到海底与ROV接口对接后，就会激活挠性接头触发装置，并且使能水下机器人触发装置。此时，液压先导液从水下先导蓄能器（14）流出，并会激活主安全开启阀（9），高压液体从水下LMRP脱开备用蓄能器组（16）流出，流经三重过滤器（8）并流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸到开启位置。解锁成功，顺利完成LMRP的自动脱开。

当海上风险过后，半潜式钻井平台回到作业区域继续工作，此时需要LMRP与海底井口装置进行连接。首先需要把LMRP与海底井口装置进行对正连接，然后把两者锁住，此时，需要由MUX控制向水下控制箱发出锁住指令，高压液体从钻井平台上向海底井口传送，经过梭阀（3）和止回阀（2）流入LMRP锁住/解锁装置（19），推动液压缸到锁住位置，LMRP与井口装置锁住成功，钻井作业可以正常进行。

5 结束语

深海钻探自动脱开系统作为海洋石油开发重要控制系统，能够在危险来临时，及时、安全的封闭井口，把LMRP与水下井口装置脱开，保护了平台工作人员和设备安全，防止环境污染，将损失降低到最小。随着我国对南海石油资源的开发，深海钻井平台将会越来越多，同时，对钻井的安全也会越来越重视，对环境的保护越来越重视，深海钻探自动脱开系统将是深海钻井平台必不可少的安全系统之一。

参考文献

[1]S.G.O Mchony. The Dynamic Performance of Subsea Hydraulic Control Systems[J].The Soeiety for Underwater Technology， 1989（20）.

[2]周美珍，程寒生，余国核.水下执行机构的液压控制研究[J].中国海洋平台，2009，24（3）：31-34.

作者简介：王俊洲（1979-），男，汉族，河北邯郸人，硕士学位，先入华北油田荣盛公司，后进重庆工业职业技术学院任教，工程师，2007年至2011年主要研制深水防喷器的控制系统。