深水半潜式钻井平台防喷器控制系统升级探讨

为了解决深水半潜式平台防喷器控制系统存在系统落后、操作时间长、应急能力不足、冗余度低等问题,此文从深水半潜式钻井平台防喷器地面控制和水下控制系统分析,对比超深水半潜式钻井平台防喷器控制系统特点,结合实际现场作业经验和需求,探讨将目前深水半潜式钻井平台防喷器地面与水下控制系统进行适当的改造与升级方法,以实现较小的投入,达到快速升级防喷器控制系统和稳定安全地操作水下防喷器的目的,提出了改进升级的方法,旨在为今后我国深水半潜式钻井平台防喷器控制系统升级工作提供参考。     

“海洋石油981”超深水钻井装置防喷器系统可靠性分析

超深水钻井环境和技术工艺复杂,对钻井作业安全提出了极高的挑战,而超深水钻井装置防喷器系统是确保钻井和井控作业安全的核心设备。利用冗余方法从防喷器系统配置和测试2个方面对"海洋石油981"超深水钻井装置防喷器系统进行了可靠性分析,结果表明:除了全井段使用88.900 mm钻杆作业和剪切钻杆的工况外,防喷器及其控制系统是一个多重冗余配置系统,系统的可靠性是足够的。在此基础上,提出了进一步提升"海洋石油981"平台防喷器系统可靠性的配置方案建议。     

水下防喷器应急声纳控制系统研究进展

声纳控制系统是一种完全独立于防喷器主控制系统的紧急备用控制系统,当钻井船偏离警戒圈或是防喷器主控制系统失效时发挥作用,避免重大事故的发生。概述了应急声纳系统的构成;介绍了国外3家水下防喷器应急声纳控制系统供应商的最新产品及国内公司在该方面的研究进展。水声通信技术的不断进步,使防喷器应急声控系统的可靠性不断提高,额定工作水深不断增加,逐渐成为水下防喷器系统的标准配置。     

防喷器控制系统故障树的建立与定性分析

防喷器及其控制系统是井控设备的关键组成部分，其可靠与否直接关系到钻井作业及操作人员的安全。根据塔里木油田现场防喷器控制系统的相关资料，采用故障树分析法对防喷器控制系统故障模式进行了研究，建立了防喷器控制系统失效故障树，找出了易导致防喷器控制系统不能正常工作的故障点，为防喷器控制系统设计和维修提供了有益参考。     

Macondo深水井漏油事故防喷器系统失效原因分析

深水防喷器系统是深水井控的核心设备,它的失效是导致Macondo深水井漏油事故的重要原因之一。为了识别Macondo井防喷器系统的主要失效原因,采用故障树分析法结合其防喷器失效过程进行分析,建立了具有14个基本事件的系统失效故障树。通过求解故障树的最小割集和径集,分别找出了系统失效的10种模式,对基本事件进行结构重要度计算,结果表明,剪切面有钻杆接头、内BOP阀门未关闭、水下蓄能器漏失等是导致系统失效的主要原因。对Macondo井防喷器系统失效概率的近似计算与实际情况相符,验证了失效原因分析的正确性。该研究有助于对Macondo深水井漏油事故的进一步分析,对深水防喷器的设计和选用也具有一定的理论指导作用和参考价值。      

超深水防喷器组及其控制系统配置探讨

超深水海域海洋环境极其复杂,对保证钻井安全的防喷器组及其控制系统的要求非常高。针对目前超深水防喷器组及控制系统没有统一的配置规范与标准和我国该方面产品研发及配置尚处于起始阶段的现状,提出了一种比较合理的防喷器组及控制系统配置方案。分析该方案中防喷器组中各种防喷器的功能和作用及控制系统的控制方法和特点,发现该方案与现行技术标准及HYSY981超深水钻井装置的防喷器组及其控制系统的配置方案相比,提高了对剪切防喷器的要求,并将备用控制系统和特殊控制系统作为了必配项目,超深水钻井作业的安全性和可靠性明显增强。      

国内外深水防喷器控制系统的发展

介绍了国外主要厂家Cameron、NOV、GE和Oceaneering公司在深水防喷器控制系统方面的新发展及国内荣盛公司在深水防喷器控制系统的研究进展,指出深水防喷器控制系统向高系统压力、三重冗余、高可靠性、智能化和清洁环保方向发展。     

基于动态贝叶斯网络的深水防喷器可靠性研究

研究深水闸板防喷器系统的可靠性具有十分重要的意义。为此,将深水闸板防喷器故障树模型转换为静态贝叶斯网络模型,再经时序扩展得到其动态贝叶斯网络模型。利用BNT和GraphViz4Matlab软件包对动态贝叶斯网络进行建模和推理分析,得出如下结论:①在400周内,深水闸板防喷器的可靠性随时间的延长逐渐下降,在第400周时趋近于0;②深水闸板防喷器的可靠性随基本事件节点退化导致失效的概率DS1和DS2的增大而下降,且DS1的影响大于DS2;③研究的4个基本事件退化导致的失效概率对系统可靠性的影响程度从大到小依次为PILFC、YPFMR、ELYCFH和LCFLYP。因此,在实际可靠性设计和评估中应根据基本事件对系统可靠性的影响大小给予不同程度的重视。     

防喷器远程控制台三位四通换向阀手柄位置问题再探讨

为正确操作和合理使用防喷器,确保发生井喷后能及时可靠关井,从分析《井控设备远程控制台三位四通换向阀手柄位置探讨》一文(文献[1])存在的问题入手,再次探讨了防喷器远程控制台三位四通换向阀的工作原理和手柄位置问题.对文献[1]的观点和结论逐条进行了论证,对液压控制原理、液压管路循环流程进行了深入研究,对液压控制的核心问题进行了分析,对不同状态下控制管路中的压力进行了试验验证,对比了手柄在2种不同位置时的效果.研究发现,将手柄从开位或关位扳回中位时,只要操作时间长于1 s,阀后液控管线中的压力即降至接近0 MPa,阀前压力仍保持在8.5~10.5 MPa;手柄在中位时,能够将防喷器、液动阀锁定在相应的位置而不会发生移位,并能保存油量、保持压力、保护管线与防喷器密封件;环境温差变化不会对管线的可靠性和寿命造成影响.研究表明,正常钻井中三位四通换向阀手柄的合理位置为中位;长期将控制防喷器手柄置于开位、控制液动阀手柄置于关位,存在井控安全隐患;国外与国内使用的三位四通换向阀机能不同,待命位置无须相同.      

深水钻井防喷器系统关键设备技术研究

深水钻井防喷器系统在保障海上油气作业安全,保护海洋环境和人身安全中起着关键作用。目前,国内深水钻井防喷器系统研制正在起步阶段,为了能提高国产深水钻井防喷器系统关键设备技术水平,在介绍深水钻井防喷器系统中关键设备的国内外技术现状基础上,重点对典型深水防喷器系统中深水BOP组和控制单元的关键设备进行了研究。分析了深水防喷器系统中其关键设备的主要特征,并对其组成和功能进行了说明。结合国内实际情况,提出了深水钻井防喷器系统研究建议。     

深水防喷器控制系统试验样机研制

针对深水防喷器组控制系统体积庞大,直接进行整机海试,存在风险高、成本高的问题。通过简化系统结构,保留核心功能,建立缩尺寸试验样机。利用深水高压舱对试验样机进行模拟深水环境试验及可靠性试验,试验结果验证了深水防喷器组控制系统结构的合理性。掌握了关键部件设计加工技术以及相关试验数据,为国内首台电液多路深水防喷器组控制系统的研制奠定基础。     

电液换向阀在水下生产控制系统中的应用研究

以深海电液换向阀为研究对象,在介绍国外深海电液换向阀在复合电液型水下生产控制系统中的应用情况及国内外学者在深海电液换向阀研究领域取得成果的基础上,总结出电液换向阀应用在海洋深水工况条件下应具备的性能要求;通过分析深海电液换向阀的工作原理和技术特点,得出性能要求的实现方式;最后结合我国实际情况提出了几点电液换向阀研制建议,以期为深海电液换向阀的国产化研制提供参考。     

深水防喷器组电磁阀设计

在海洋深水钻井作业中,深水电磁阀直接控制深水防喷器组的启动,是保证深水钻井作业安全可靠的关键设备。由于深水压力高,要求深水电磁阀具有良好的耐高压和密封性能。采用内嵌式设计方法设计了一种能在3 000 m以下深水高压环境下正常工作的深水电磁阀,并把深水电磁控制阀设计在主控阀内部,不直接与海水接触,解决了抗高压与密封等难题。此外,将深水电磁控制阀的铁心与阀心进行一体设计,提高了阀的响应速度。根据设计方案制作出深水防喷器组电磁阀并进行了初步试验验证,结果表明该电磁阀能够满足使用要求。     

深水油气井测试海底控制系统及其关键设备

长期以来我国海洋油气井测试主要依靠引进国外技术,严重制约了该项技术在我国的发展。为此,研究了海洋油气井测试系统及其关键设备,并分析了海底控制系统应急作业流程。分析结果表明,海底控制系统对于深水测试过程起着决定性作用,其关键设备包括水下测试树、止回阀、防喷阀、立管控制模块和蓄能器模块等。平台综合控制系统可通过电液信号对海底控制系统的设备进行有序控制,并做出迅速响应,以保证在危险情况下对深水测试管柱内液体有效封堵,以及迅速断开与撤离测试管柱。最后指出海洋油气测试系统对我国深水油气钻采装备发展的重要意义。     

水下采油树控制回路贝叶斯-GO法可靠性分析

为保证水下采油树控制系统的监测和控制回路生产运行功能正常,提出运用一种改良的贝叶斯网络与GO法相结合的方法对系统控制回路进行可靠性分析。根据正常工况和泄漏工况,对系统的生产回路和环空回路的各控制阀门的操作路径建立GO图。列出系统的控制回路框图,并按照对应GO模型转换成GO流程图。按照一定的映射规则,将GO图转换成对应的贝叶斯网络结构。根据贝叶斯法的前向和后向推理计算规则,得出控制回路在不同工况下各阀门的风险概率。分析结果表明,在深水环境的高压和高腐蚀性影响下采油树系统的控制功能会受到一定的影响,水下控制模块（Subsea Control Model,SCM）的失效率较高。     

基于故障树的水下生产系统可靠性分配

水下生产系统作为深水油气资源开发的主流模式,设备安全可靠运行是保证资源开发和保护生态环境的关键因素。以乐东22-1南块气田为例,进行基于故障树的水下生产系统可靠性分配。首先将水下生产系统故障树模型分为4层,自上而下分别为顶事件、初级中间事件、次级中间事件和三级中间事件。然后采用复合分配法,对故障树顶事件采用基于概率重要度的方法进行可靠性分配,对初级中间事件利用可靠性再分配法进行可靠性分配,最后采取层次分析法对故障率发生改变的次级中间事件进行可靠性分配,最终将系统可靠性指标依次分配到子系统及零部件。分配结果与工程实际相符,并且可以针对失效率较高的薄弱环节,优化水下生产系统可靠性设计。     

高可靠性阀门控制回路的应用

原有的阀门控制方案存在电磁阀失效导致关断阀误动作引起生产关停的风险,为此对关断阀控制回路进行了改造,增加了调压阀、电磁阀、梭阀及泄压阀等少量的控制器件,提高了阀门控制回路的可靠性,改造后的高可靠性阀门控制回路获得国家专利授权（ZL201120354700．2）。在生产现场运用高可靠性阀门控制回路改造现有重要关断阀的控制回路,可提高阀门控制回路的可靠性,同时降低控制回路维修风险,效果良好。     

多级节流井控系统的研究

多级节流智能控制系统是一套复杂的机、电、液一体化系统,涉及多项技术,其关键技术是对井控节流阀压降的实时控制。系统采用计算机电液比例闭环控制,建立了系统的数学模型,并结合石油天然气井控的相关知识采用PID控制算法,对液动节流阀的阀芯位移和阀压降进行比较准确的控制。通过现场试验表明,该系统工作平稳,控制精度高,其安全性、可靠性和可操作性完全能够满足现场压井作业的需要。     

卷轴铺设中立管非线性有限元分析及参数控制

深水卷轴铺设系统中立管的结构强度及张紧力等参数是铺设过程中需要严格控制的关键参数。结合我国南海某深水气田开发的具体工程背景,利用ABAQUS有限元软件成功模拟了立管卷轴铺设中上卷、退卷及经过校准器的3个非线性过程,分别给出了3个过程中立管所受到的张紧力大小、应力云图及应变云图,并验证了该工程背景下卷轴铺设各参数选择及控制的合理性。非线性有限元分析结果及所得到的卷轴铺设过程中张紧力等各参数的变化规律,可为深水立管卷轴铺设提供技术参考。