深海防喷器自动剪切液压系统设计研究

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防喷器自动剪切液压系统。文章针对当前我国在海洋开发中，缺少环保和安全方面的控制系统，提出了一套深海防喷器自动剪切液压系统。能够实现在危险情况下，自动完成封井动作，保证人员和设备安全。是深海钻探开发必不可少的安全系统之一。

关键词：自动剪切；剪切闸板；剪切系统；BOP

引言

深海钻井远离岸边、作业区海况非常复杂，抢险、逃生及救援极为困难。因此，钻井作业过程中一旦发生井喷或在强台风等紧急情况下需要临时撤离，要求水下防喷器组及其控制系统能安全可靠的控制住井口及井内流体，确保钻井平台工作人员及设备安全[1]。目前，水下防喷器组及其控制系统的核心技术由国外几家知名防喷器生产厂家掌握。API标准只对水下防喷器组及其控制系统的主控制系统提出了要求，而有关环保和安全方面的控制系统，像自动脱开系统、自动剪切系统、deadman控制系统没有具体要求[2]。我国目前水下防喷器组及其控制技术还处于研发阶段，对自动剪切等特殊控制系统还没有涉及，为此，文章结合国外技术提出一种深海防喷器自动剪切液压控制系统方案。

1 防喷器自动剪切液压系统设计方案

水下防喷器组一般由若干环形防喷器、变径闸板防喷器、剪切闸板防喷器组成，根据水深不同，可以配置不同形式的水下防喷器组。水下防喷器组是以安全、可靠为首要目标，能够在各种情况下迅速有效的关闭井口。深海防喷器自动剪切液压系统就是控制全封剪切闸板防喷器，在突发意外或故意断开下部海底采油管封隔器总成（LMRP）时才能启动自动剪切系统，如果在钻井过程中，自动剪切系统绝对不能启动。对于水下全封剪切闸板防喷器，打开剪切闸板防喷器由水上总控制系统-MUX控制系统完成，MUX控制系统发出“打开”指令，经传输通道传送给水下的两个控制箱（蓝色控制箱B和黄色控制箱Y，两个控制箱形成备份控制系统，确保安全、可靠），然后再启动液压系统，执行剪切闸板防喷器“打开”动作。在关闭剪切闸板防喷器时，可以由两种方式进行控制，一种方式由MUX控制系统进行控制，MUX控制系统发出“关闭”指令，传送给水下的两个控制箱，启动液压系统，执行剪切闸板防喷器“关闭”动作；另一种方式由深海防喷器自动剪切系统控制，当出现了突发危险或导致LMRP脱开的时候，自动启动自动剪切液压系统，执行剪切闸板防喷器“关闭”动作[3]。见图1。

2 深海防喷器自动剪切液压回路设计

水下剪切闸板防喷器在正常情况下由平台上的MUX控制系统来执行“关闭”和“打开”动作，但海上区域情况复杂，情况多变，如遇到强台风的时候，钻井平台有一个较大的“漂移”，导致挠性接头偏移角度增加，偏移角度过大可能会导致隔水管损坏或井口失控。如果出现了上述情况，平台上的MUX控制系统就无法完成对水下剪切闸板防喷器的控制，可能会无法密封井口，可能导致泄漏或井喷事故发生，造成严重的海洋环境污染，后果不堪设想。所以，在水下必须有一套自动启动剪切的触发装置，能够在危险的情况下自动执行剪切、封井动作。如图2所示，当自动剪切处于待命状态时，如果突发危险发生，LMRP平台与防喷器组脱开，自动剪切触发装置在弹簧作用下自动触发，从B口流入高压液体，流经A口进入水下剪切闸板防喷器，执行剪切动作。当没有危险或正常钻井作业时，一定要确保自动剪切处于“禁止”状态，以免发生误动作，造成不必要的损失。

对于自动剪切系统，还可以配备一套备用启动系统-水下机器人（ROV），当所有的控制系统都失灵的时候，可以采用ROV下潜到海底，用ROV启动自动剪切系统，完成封井动作。

3 水下蓄能器组

深海自动剪切系统是一套相对独立的系统，在水下有一套独立的高压蓄能器组，相对于高压油从平台上传送下来推动水下剪切闸板防喷器动作来说，水下蓄能器组具有作用时间短、压力高、动作快、不受危险情况影响等优点。当水下蓄能器组压力低时，由MUX控制系统发出“充压”指令给水下的两个控制箱，然后启动液压先导回路打开充压阀，为水下蓄能器组充压。当不再使用自动剪切系统时，可以通过MUX控制系统向水下发出“排空泄压”指令，为水下蓄能器组泄压。水下蓄能器组通过B口和深海自动剪切回路连接。见图3。

4 结束语

当前，我国正在加紧开发海洋资源，但同时也提出了海洋环境保护的难题，这就要求深海防喷器控制系统应配备完整的三级控制系统（主控系统、备用控制系统、特殊控制系统），以应对钻井作业过程中可能出现的各种复杂情况。

深海自动剪切控制系统作为一种特殊控制系统，在海洋勘探开发中发挥着重要作用，在危险来临前或临时撤离作业地点的时候，能够安全、可靠的封闭井口，保证人员和设备安全，可显著提升深海钻井作业的安全性和可靠性。

参考文献

[1]Evaluation of Secondary Intervention Methods in Well Control for U.S. Minerals Management Service[Z]. March 2003.

[2]Hydril BOP Control Systems Products Booklet[S]. 2004.

[3]Specification for Control Systems for Drilling Well Control Equipment and Control Systems for Diverter Equipment[S]. API SPECIFICATION 16D （SPEC 16D）， SECOND EDITION， JULY 2004， EFFICTIVE DATE， JANUARY 2005.

作者簡介：王俊洲（1979-），男，工程师，讲师，硕士学位，2007年硕士毕业，进入华北油田荣盛公司，主要研制深水防喷器的控制系统。