海上平臺采油樹高低壓導(dǎo)閥的應(yīng)用研究

徐 林，謝維濱

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

海上采油平臺是開采海洋石油資源的重大裝置，在世界各國均被廣泛應(yīng)用。而采油樹的作用則是將地下的石油采集出來，石油從采油樹出來經(jīng)過生產(chǎn)計量管匯進入處理流程。依托井口控制盤對采油系統(tǒng)進行保護，當(dāng)異常情況發(fā)生時將危害降低到最小。因為平臺上油井?dāng)?shù)量較多，每口油井都有自己的狀態(tài)異常關(guān)斷信號，回壓監(jiān)測就是其中一種?；貕焊吒邥r則說明后端管線有堵塞或者介質(zhì)黏稠導(dǎo)致流通困難，為了防止壓力超過管線的安全值，壓力高高信號觸發(fā)停泵，壓力低低則說明管線有泄漏或者泵入口沒液，也會觸發(fā)停泵信號。

1 井口控制盤簡介

井口控制盤是油田生產(chǎn)中的重要設(shè)備。井口控制盤用來控制采油樹的地面安全閥（WSSV）和井下安全閥（SCSSV）。井口控制盤分為公用部分和單井控制模塊。通過公用部分對所有井進行控制，單井控制模塊控制單口井。井口控制盤主要功能是油井井上井下安全閥的控制，同時兼顧實現(xiàn)自動安全保護功能。在遠(yuǎn)自動安全保護中具有典型代表的為ESD關(guān)停功能、易熔塞報警關(guān)斷功能、回路壓力檢測異常關(guān)斷功能等。為實現(xiàn)海上平臺井口控制盤回路壓力檢測異常關(guān)斷功能，高低壓導(dǎo)閥應(yīng)用越來越普遍。

2 高低壓導(dǎo)閥原理介紹

高低壓導(dǎo)閥閥組由兩個氣動的壓力開關(guān)組成，高低壓導(dǎo)閥組直接監(jiān)測流程的壓力，當(dāng)流程壓力正常時，兩個壓力開關(guān)的控制氣路均導(dǎo)通并作用到井口盤單井抽屜的氣控閥上，高低壓導(dǎo)閥現(xiàn)場使用見圖1。

圖1 高低壓導(dǎo)閥現(xiàn)場使用

高低壓導(dǎo)閥動作方式一：當(dāng)流程回壓超過1850kPa時，壓力高開關(guān)動作，控制氣路不再導(dǎo)通，高開關(guān)與氣控閥之間連接管線內(nèi)的控制氣被泄放掉，高低壓導(dǎo)閥高壓側(cè)氣控管線的PT報警，中控系統(tǒng)給出油井關(guān)斷信號。當(dāng)流程回壓低于1 100kPa時，壓力低開關(guān)動作，控制氣路不再導(dǎo)通，低開關(guān)與氣控閥之間連接管線內(nèi)的控制氣被泄放掉，高低壓導(dǎo)閥低壓側(cè)氣控管線的PT報警，中控系統(tǒng)給出油井關(guān)斷信號。

高低壓導(dǎo)閥動作方式二：當(dāng)高低壓導(dǎo)閥回壓高高和低低的PT被旁通時，一旦流程壓力異常達到高高或低低的報警值，相應(yīng)的控制氣會被泄放掉，沒有了先導(dǎo)氣，先導(dǎo)閥氣路不再導(dǎo)通，單井抽屜的井上安全閥的手拉閥在彈簧的作用下關(guān)閉，單井井上安全閥液壓油壓力低低的壓力開關(guān)動作，此信號從單井抽屜直接連接到變頻柜的控制線路中，壓力開關(guān)觸點斷開輸出停泵信號使油井關(guān)停。

高低壓導(dǎo)閥重要特點：不受人為操作影響，直接起到相應(yīng)保護作用，控制原理見圖2。

圖2 高低壓導(dǎo)閥控制原理圖

3 幾種常用的回壓監(jiān)測裝置介紹與對比

3.1 壓力開關(guān)

在早期的生產(chǎn)流程中使用的就是電控的壓力開關(guān)，用于監(jiān)測回壓的壓力高高和低低，開關(guān)的觸點直接接入到中控系統(tǒng)DI卡件。當(dāng)管匯的回壓出現(xiàn)異常并達到壓力開關(guān)的動作值時，壓力開關(guān)的開閉點狀態(tài)切換，中控系統(tǒng)接收到報警信號后產(chǎn)生關(guān)斷，停泵。

3.2 壓力變送器

隨著模擬量輸入卡件的廣泛應(yīng)用，壓力監(jiān)測開始采用壓力變送器，壓力變送器相對于壓力開關(guān)就更加直觀，可以實時看到流程的壓力值，可以根據(jù)壓力的歷史數(shù)據(jù)曲線對流程的異常進行分析，同時也可以看到壓力當(dāng)前值與關(guān)斷值之間的差值，但是當(dāng)壓力達到高高或低低的關(guān)斷值時同樣會觸發(fā)油井關(guān)停的邏輯。

3.3 高低壓導(dǎo)閥

近幾年，海上平臺新投用油井的井口盤都采用了高低壓導(dǎo)閥，而高低壓導(dǎo)閥比之前的控制邏輯復(fù)雜了一些，之前只使用一個壓力開關(guān)或者壓力變送器進行監(jiān)測，現(xiàn)在需要一個高低壓導(dǎo)閥閥組以及兩個壓力變送器來組合完成。高低壓導(dǎo)閥同樣用于監(jiān)測回壓，兩個PT則是用于監(jiān)測兩個控制氣回路的壓力。當(dāng)高低壓導(dǎo)閥動作后，相應(yīng)的控制氣路被泄放掉，ESD信號觸發(fā)導(dǎo)致油井關(guān)停。

3.4 組合模式

綜合考慮以上三種監(jiān)控手段，可以考慮進行組合使用，將有效彌補各單項監(jiān)測設(shè)備的不足之處，保護裝置優(yōu)缺點對比見表1。

表1 保護裝置優(yōu)缺點對比

組合一。壓力開關(guān)+壓力變送器：兩者在功能上確實彌補了回壓實時監(jiān)控問題，但兩者之間的組合從實際應(yīng)用上講并未優(yōu)于壓力變送器，同時信號旁通后將無法起到保護作用，不推薦使用；

組合二。壓力開關(guān)+高低壓導(dǎo)閥：從原理上講，高低壓導(dǎo)閥也是由壓力開關(guān)組合而成，從而兩者之間的組合有些功能性的重復(fù)，同時并未彌補實時監(jiān)控回壓缺項，不推薦使用；

組合三。壓力變送器+高低壓導(dǎo)閥：可實時監(jiān)控回壓變化，又可以杜絕人員手動旁通信號帶來的保護功能缺失，從現(xiàn)場使用來講是最佳的選擇方式。

4 結(jié)語

通過幾種回壓監(jiān)測裝置的對比可以發(fā)現(xiàn)，高低壓導(dǎo)閥在安全可靠性方面的優(yōu)勢明顯優(yōu)于其他壓力監(jiān)測裝置，同時結(jié)合壓力變送器進行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，這種組合對于高風(fēng)險的海上作業(yè)來講是安全性最高的組合方式。結(jié)合現(xiàn)場多年海上使用經(jīng)驗，當(dāng)下安全環(huán)保態(tài)勢越來越嚴(yán)峻，高低壓導(dǎo)閥廣泛應(yīng)用于油田現(xiàn)場，保證了生產(chǎn)流程的安全穩(wěn)定。