浅谈海上平台井口控制盘的设计工作

张 超

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

井口控制盘通常分为气动井口盘和电动井口盘两大类，主要是根据平台是否设置空气压缩机系统进行考虑。对于有空气压缩机的平台，井口控制盘多选用气动隔膜泵为井下安全阀提供液压驱动，同时根据采油树井上安全阀的驱动形式要求，确定是提供液压驱动还是气动驱动；盘内控制逻辑为气动控制方式、井口易熔塞回路、井口盘ESD 手动站回路及单井井流管线上的高低压先导阀等均为气动形式，这类盘称为气动井口盘。对于没有空气压缩机的平台，井口控制盘多选用电驱液压泵，并通过盘内不同的调压设施为井下安全阀、井上安全阀及单井井流管线上的高低压先导阀提供液压驱动，井口易熔塞回路及井口ESD 手动站回路则通过独立设置的高压氮气瓶并通过配套的调压补压设施提供气源，这类盘通常称为电动井口盘。尽管井口控制盘因液压系的驱动形式不同面有上述两种差别，但二者的工作原理基本相同。因此，下面主要以常见的气动井口控制盘为例，简单介绍一下井口控制盘的工作原理及功能。

1 井口控制盘工作原理

1.1 井口控制盘结构

井口控制盘分为公用模块和单井模块两大部分。公用模块能对全部井进行控制，单井模块由与井口数相对应的单井控制柜构成，每个抽屉控制一口井，单井模块与公用模块间有隔离阀，通过关闭隔离阀，拆开接头，可将单井控制抽屉从井口盘中取出。如果单井控制模块出现故障，可将旁通开关或阀打到旁通的位置，实现打开井上安全阀、井下安全阀及套筒放气阀。

井口控制盘的控制回路分为气动控制回路和液压控制回路。气动控制回路包括：井口ESD 手动站回路、井口易熔塞回路、每口井井口井流管线上的高低压先导阀、盘内逻辑控制系统等。井口控制盘气源由仪表风系统提供，仪表风经一级过滤/减压至符合液压泵出口液压等级所需驱动压力后，用来驱动两台气动液压泵（其中必须有一台配有手动操作手柄，以保证在仪表风系统故障的情况下仍能提供液压动力），此压力等级的仪表风再经二级减压至350kPa 左右，用来进行气动逻辑控制回路的逻辑转换和控制，并为ESD 手动站和易熔塞回路提供气源。

液压控制回路是对每口井的井上安全阀、井下安全阀及套筒放气实施控制的液压回路，液压控制回路的液压由井口控制盘内部的两台气动液压泵提供。通常液驱动回路的工作压力设定为5000psi 左右，具体设定值要根据钻完井提供的驱动压力要求而定。液压油由井口控制盘内的液压油油箱提供，另外，盘内应设置高压蓄能器，蓄能器内充氮气，用于储存液压回路的高压能量，当液压回路中因渗漏造成较小压力波动时，蓄能器释放部分高压能量，维持液压回路压力的相对稳定，从而避免液压泵的频繁启动，同时蓄能器还具有在液压泵系统故障情况下，保证井下安全阀正常操作两次的功能。

1.2 井口控制盘工作原理

井口控制盘以平台空气压缩机系统提供的仪表气（通常在800kPa 左右）作为动力源，通过气动控制回路实现对井上安全阀的控制，通过盘内的气动液压泵提供高压液压源驱动井下安全阀和（或）上安全阀。每口单井的井上安全阀可以通过设在单井井流管线上的高低压先导阀/开关实现单井就地自动联锁关断，也可通过设在控制盘盘面上的手动复位装置实现现场手动开关功能。井口控制盘通过检测每口井井流管线中井流压力的高低、井口区ESD 手动站回路压力、井口易熔塞回路的压力及来自中控系统的关断触发信号实现对被控井口油气开采设施的自动连锁关断。井口控制盘与中控系统的电气接口是通过井口盘内部的压力/液位开关及电磁阀实现的。其中，压力开关作为井口区易熔塞回路压力、ESD 回路状态、单井井流压力及井上/井下安全阀状态等信号送至中控，液位开关则将井口盘内液压油储罐液位低报警送中控显示报警，电磁阀是用来接受中控的关断联锁信号的接口。

2 井口控盘的功能设计

1）井口控制盘主要是对每口井的井上安全阀、井下安全阀、套筒放气阀及电潜泵进行控制，也可以在中控室实现对上述井口采油设施的远程遥控及状态和报警监测[1]。

2）井口应急关断（ESD）手动站控制，当位于井口区的任一个ESD 手动站动作，井口ESD 手动控制回路压力被泄放，井口控制盘立即关闭所有井的井上安全阀、井下安全阀、套筒放气阀及电潜泵，并将关断信号（同易熔塞回路报警、关断触发信号）传达到中控室的中控系统进行显示，报警及触发火气关断。

3）井口易熔塞回路控制，在井口区设有一个易熔塞回路，在每口井的采油树上均设有一个易熔塞，当井口区发生火灾或温度高于融化温度（一般为120℃左右）时，易熔塞熔化，导致易熔塞回路泄压，回路压力降低触发回路上的低压开关动作，触发井口控制盘关停所有井的井上安全阀、井下安全阀、套筒放气阀及电潜泵，并将易熔塞回路压力低信号送至中控室的火气控制系统，火气控制系统在此信号的触发下将进行报警（包括在操作站的声光报警及触发平台上的公共广播报警系统及平台状态灯）并启动消防泵及打开井口区水喷淋阀，同时，火气控制系统向中控的应急关断系统发出火灾关断触发信号，触发平台的火灾关断。

4）单井井口压力监测，在每口井的井口附近井流管线上均有监测井口井流压力的高、低压先导阀（也可为开关）。当井口井流管线内的压力高于此先导阀/开关的高压设定值，或低于低压设定值时，触发井口控制盘内的回路压力监测开关动作，引起井口控制盘自动关该井井上安全阀及电潜泵，并将有关设备状态在井口盘盘面上显示，同时将有关信息远传至中控系统进行状示显示及报警。

5）井口控制盘设计上要求实现对每一口井的顺序关断，井口安全阀的开/关顺序为：

关井：先关井上安全阀、电潜泵，再关下安全阀。

开井：先开井下安全阀，再开井上安全阀、电潜泵。

6）井口控制盘与中控的接口：

① 中控至井口控制盘的输入信号：

关单井主阀、翼阀及电潜泵。

关所有主阀、翼阀及电潜泵。

关所有井下安全阀、主阀、翼阀及电潜泵。

② 井口控制盘输出至中控的输出信号：

易熔塞回路破裂信号。

就地手动站关断信号。

主阀、翼阀阀位状态信号。

井下安全阀阀位状态信号。

井口管线压力高报警信号。

井口管线压力低报警信号。

液压动力单元压力低报警信号。

液压油储罐液位低报警信号。

3 井口控制盘在设计、采办、安装调试过程中应注意的问题

井口控制盘相对来讲属于一种技术成熟且在海上采油平台上有广泛良好应用的产品，在设计、采办、安装及调试中主要解决下面几方面的问题：

1）在设计阶段，在确保实现《海上固定平台安全规则》中10.4 节中规定的各项功能的条件下，首先要明确井口控制盘的形式，主要根据海上平台上是否设置空气压缩机系统而定；尽早与钻完井项目组联系，落实井口控制盘所监控的井口数及可预期的被监控的井口数要求、每口井的井口设施的设量情况及控制要求、接口要求等，井口控制盘与中控系统之间的信号接口及形式、井口控制盘对电潜泵的联锁控制要求及接口形式也需要明确[2]。

2）在采办阶段需注意，为防止供货商提供质量较差的盘内仪表及管接件（对于井口控制盘来讲，配管的工作量占总工作量的比重很大，一般高于50%，盘内仪表及管接件质量的好坏对整体质量影响非常大，费用方面相差20%左右），通常在采办招标文件中対盘内主要元件，如电磁、开关、压力表、仪表及管接件等及盘的板厚均作限定性要求。

3）在安装调试阶段，需注意井口配管连接的正确性及管件连接的密封，在盘的调试中人员要尽量远离井口控盘上布置有与井口设施接头侧及井口区，要位于盘的正面或盘的另一侧面以保证人身安全。同时在调试中要注意厂商的调试是否与所提供调试、操作程序一致，如有不一致的情况，应与厂商服务人员澄清。