半潜式钻井平台防喷器控制系统快速全面检查法及问题诊断.docx
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半潜式钻井平台防喷器控制系统快速全面检查法及问题诊断
半潜式钻井平台防喷器控制系统
快速全面检查法及问题诊断
符新涛
中石化上海海洋石油局200129
摘要:
半潜式钻井平台的防喷器控制系统是非常复杂的液压系统,如何对之进行快速全面检查并快速修理对于现代快节奏的钻井作业中很短的两井之间的时间来说就显得非常重要。
作者基于对该系统的深刻理解和总结多年的工作经验,在本文介绍了半潜式钻井平台防喷器控制系统的复杂性,着重阐述如何使用快速全面检查法在两口井之间,利用较短的时间快速全面查找问题,对出现的问题给出分析诊断,帮助实现对问题的快速解决。
关键词:
半潜式钻井平台;防喷器控制系统;复杂;全面快速检查法;问题诊断
1引言
防喷器是石油钻井过程中必不可缺少井控设备,而防喷器控制系统又是控制防喷器的必不可缺少的设备。
陆地钻井或自升式钻井中使用的防喷器既有液压控制,又有手动控制,而半潜式钻井平台防喷器由于放置在海底,只能使用液压控制。
为了保证控制的可靠性,半潜式钻井平台防喷器控制系统不但在设计时考虑到控制的安全性,并且还设置了功能完全相同的两套系统,因此该系统非常复杂。
然而现代海洋石油钻井作业的高成本逼使作业的高速度,设备完好是保证高速度的前提条件,而保证半潜式钻井平台防喷器及其控制系统的完好,多数情况下只能在不断被压缩的两口井之间的较短时间来完成,控制系统又是那么的复杂,这就要求相关人员必须掌握全面快速检查方法,利用最短的时间完成全面检查并修理,使防喷器控制系统安全放心地投入使用,这也正是作者写这篇文章的目的。
2半潜式钻井平台防喷器控制系统的复杂性
为了使大家对半潜式钻井平台的防喷器控制系统的复杂性有个初步感性认识,也为了读者对后面的论述更深入的理解,首先请看后面的“勘探三号防喷器控制系统原理图”(勘探三号是中国自行建造的半潜式钻井平台)。
半潜式钻井平台上的防喷器控制系统基本上大同小异,但与自升式钻井平台和陆地钻井使用的防喷器控制系统有着很大的不同,前者要复杂得多。
半潜式钻井平台的防喷器控制系统中存在着电控制气、气控制液、液控制液等连锁控制,下面举例说明其复杂性。
譬如,在司钻控制柜处调节管汇压力,首先操作“管汇压力”的增压(INCREASE)按钮,输出电信号打开储能器舱内电磁阀控制箱内对应功能的电磁阀,控制气体通过电磁阀,然后通过“本机/遥控”转换阀(在司钻控制柜处调压,要首先将该阀置于遥控位置)进入AKR阀(气控调压阀),AKR阀调节出来的“管汇调节先导压力(ManifoldRegulatorPilotPressure)”分三路,第一路到本机侧压力表(此时“表”的英语用gauge表示);第二路到储能器舱内压力传感箱内的压力传感器,压力传感器输出与压力对应的电流到司钻控制柜的电信号压力表(其实就是电流表,此时“表”的英语用meter表示);第三路沿着软管束中的先导管线到达插接器(POD)处的HKR阀(液控调压
阀),对主控液管路实施调压,主控管路调定后的压力再沿着软管束中的另一根细管线传回储能器舱内的压力传感箱和压力表,压力传感器再将压力信号传到司钻控制柜上的电信号压力表,此时两个压力表的读数被称为“管汇调节回读压力(ManifoldRegulatorReadbackPressure)”,如果系统没有故障,该压力与“管汇调节先导压力”值相同,此压力才是去产生实际动作的工作压力,如关闭防喷器,打开海底阀等。
再譬如,在司钻控制柜处操作“上闸板防喷器关”功能时,此功能电路接通,打开储能器舱内电磁阀控制箱内对应功能的电磁阀,控制气体通过电磁阀进入该功能位的三位四通阀的控制气缸,气缸工作,驱动三位四通阀到“上闸板防喷器关”的位置,然后先导控制液通过三位四通阀分为两路,一路到压力传感箱内的压力开关,使压力开关动作,电路接通,司钻控制柜上“上闸板防喷器关”功能位的指示灯亮,而另一路沿着软管束中的先导管线到达跟随防喷器下到海底的插接器(POD)处的对应SPM阀,将SPM阀打开,经过调定压力的主控液通过SPM阀,进入防喷器上的上闸板防喷器的两个控制液缸,推动活塞将闸板关上。
再请看下面的“勘探三号防喷器控制功能简图”,简图中每个下划线的词汇代表一个功能位,合计为35个功能位(对于中间一列,还有遥控到中位功能),每个功能的控制都和上面举例说明的“上闸板防喷器关”功能一样复杂。
当然由于“上部外侧压井阀”等六个海底事故阀本身都有弹簧自动关闭功能,实际中并不一定使用液压来控制,因此功能位可能会稍有减少。
勘探三号防喷器控制功能简图
总而言之,半潜式钻井平台防喷器控制系统是相当复杂。
3半潜式钻井平台防喷器控制系统四步快速全面检查法
既然半潜式平台防喷器控制系统这么复杂,如果没有有效且具有针对性的检查方法,就会出现要么检查非常费时费力,要么没有完全检查到位。
笔者通过孜孜不倦的研究,推敲出半潜式钻井平台防喷器控制系统四步快速检查法,并且根据多年的水下设备工作经验证明,该法简单易行,并且会检查到系统的每一个角落,决无疏漏。
通过对此法的领会掌握,可以举一反三,在对其它液压系统的检查时有所借鉴。
3.1快速全面检查法第一步
3.1.1检查前的准备工作:
把各功能阀置于中位,把系统选择阀置于计划检查的蓝系统或黄系统,在储能器舱调节管汇调压阀和万能调压阀,使调节压力都在2500psi左右(此压力较正常工作压力高得多,之所以要这样,是因为要让管路和各个阀件经受更加严厉的考验),然后开始检查。
3.1.2第一项检查:
检查“管汇调节先导压力”、“万能调节先导压力”是否能正常调定,然后检查“管汇调节回读压力”、“万能调节回读压力”和与之相对应的调节先导压力是否一致,检查HKR阀是否漏液。
3.1.3第二项检查:
检查主控管线是否漏液,主要是检查插接器(POD)处的管汇接头。
3.1.4第三项检查:
检查各SPM阀处是否漏主控液.
3.1.5对本步检查的说明:
第三项是这一步检查的重点。
通常情况下,第一项和第二项不会有什么问题,第三项总是有少数阀有漏液现象,但一般情况下漏液量并不大,将漏液的阀记下来,先不要急于修理。
3.2快速全面检查法第二步
3.2.1检查前的准备工作:
在储能器舱将两个调压阀都调到0psi,把系统选择阀置于中位,把所有功能阀都搬到左侧,然后开始检查。
左侧检查完毕后再把所有功能阀搬到右侧检查。
3.2.2第一项检查:
检查软管绞车内是否漏液。
3.2.3第二项检查:
检查蓝黄插接器(POD)处接头和SPM阀是否漏先导液。
3.2.4对本步检查的说明:
检查SPM阀是否漏先导液是这一步的重点。
同样,将漏液的阀记下来,仍然不要急于修理。
需要特别说明的是,第一步与第二步的不同在于:
①、前者的重点是检查SPM阀是否漏主控液,而后者的重点是检查SPM阀是否漏先导液;②、前者一次只能检查选定的蓝、黄系统中的一套,而后者可以同时检查两套系统。
3.3快速全面检查法第三步
3.3.1检查前的准备工作:
把系统选择阀置于计划检查的蓝系统或黄系统,各功能阀置于中位,在储能器舱调节管汇和万能调压阀,使调节压力都在150psi左右,然后开始检查。
3.3.2检查:
逐一动作除“蓝、黄插接器锁”外的其它功能阀(“蓝、黄插接器锁”功能是独立的系统,没有使用SPM阀),观察流量计或听声音,确定是否每个功能位都有主控液流出,有流出就说明所检查的系统上该功能所对应SPM阀工作正常。
将检查过的功能阀恢复到中位,继续对其它功能位进行检查,记下不能正常工作的SPM阀(这时要注意到,有的海底阀“关”位并没有接入使用,不要误认为出现了问题)。
3.3.3对本步检查的说明:
这一步要注意的是调节压力不要太高,并且要在插接器(POD)周围拉起警戒带,不要让无关人员进入,防止高压射流伤人。
在试“隔离阀开”位时,尤其要注意,因为此阀打开,流出的是未经减压的3000psi高压流体。
3.4快速全面检查法第四步
3.4.1检查前的准备工作:
在储能器舱,将管汇调压阀和万能调压阀的“本机/遥控”阀都置于遥控位置,其它各功能阀置于中位,然后一人到司钻控制柜处,另一人在储能器舱,最好两人都手持对讲机。
3.4.2第一项检查:
司钻控制柜处的人进行遥控调压,并自己观察调压是否正常。
3.4.2第二项检查:
司钻控制柜处的人对“上闸板防喷器开”等各项功能如进行逐一操作,储能器舱处的人观察各功能是否功能阀是否到位。
3.4.3对本步检查的说明:
这一步的主要功能是检查电磁阀、压力传感器、压力开关工作是否正常,以及检查控制三位四通阀的气缸能否驱动三位四通阀停在期望的恰当位置,同样将存在的问题记下。
这一步首先要注意的是,在司钻控制柜上用指示灯测试按钮对所有指示灯进行测试,然后要注意的是,在操作除系统选择阀、两个调压阀、蓝黄插接器阀外的其它阀时,应保持系统选择阀处于中位,管汇调压阀和万能调压阀调至0psi,否则在检查时,主控液会出乎意料地从插接器(POD)处流出,造成控制液不必要的损失,甚至造成高压射流伤人事故。
在这快速检查四步法中,环环相扣,能够将控制系统可能出现的蛛丝马迹检查出来。
第一步和第二步能将每个SPM阀可能出现的渗漏都查得出来,可以实现早发现早处理,防微杜渐,防患于未然。
也许你会想到第三步与第四步一起进行,这样并非不可以,但是存在的问题是,司钻控制柜到插接器(POD)处毕竟有一段距离,如果发现问题,要不断的两处奔波,检查人员比较累,检查效率会大打折扣。
4分析诊断在检查中出现的问题
四步检查完毕,防喷器控制系统的全面检查工作也就完成,然后针对问题集中处理。
为了更加直观和便于理解,首先给出“1〞SPM阀分解图”和“3/4〞SPM阀分解图”。
4.1对第一步检查时出现的问题进行分析诊断
4.1.1第一步第一项如果出现不能正常调定压力时,应该首先检查对应的AKR阀是否有漏气现象,然后检查AKR阀的阀芯和阀板之间的密封是否出现缺陷,再查调压先导管线是否破裂和HKR阀上起调压作用的活塞处时是否出现了泄漏。
如果出现“管汇调节回读压力”、“万能调节回读压力”和与之相对应的调节先导压力不一致(一般是回读压力低于先到压力),这可能是HKR阀输出端的管路有出现大的漏液现象产生,如果没有观察到这一现象,这就需要认真查找原因。
首先确定控制系统在软管绞车对接处的RBQ板是否有较为严重的漏液现象,此处有两根先导管是分别用来反馈两种回读压力的,检查是否漏液就是正在操作的功能。
如果排除此处和对应管线其它地方漏的可能性,那么肯定回读管线中的梭子阀(“勘探三号防喷器控制系统原理图”中右上角“万能调节回读”、“管汇调节回读”处可以找到该阀)的密封产生了问题,正在检查的系统的反馈液体流到从另一个系统逃走了。
梭子阀很小,如果你对系统没有研究透彻时,你根本就不知道它们一直在一个角落里默默无闻的工作着。
4.1.2第一步第三项出现的SPM阀漏主控液的原因之一:
SPM阀的阀芯(1〞SPM阀中的17;3/4〞SPM阀中16)与底部的尼龙垫片之间密封不完全,造成这一现象的原因有三个:
①、尼龙垫片(1〞SPM阀中的16;3/4〞SPM阀中19)与阀芯之间出现过异物,使尼龙垫片上与阀芯之间的密封面遭到破坏;②、阀芯本身在与尼龙接触的密封面被高压控制液刺坏;③、SPM阀的弹簧锈蚀、断裂,不能产生足够的弹力使阀芯与尼龙垫片之间密封。
4.1.3第一步第三项出现的SPM阀漏主控液的原因之二:
SPM阀芯最下面一道O形圈与插接器本体上的腔体之间密封有缺陷,造成这一现象的原因也有三个:
①、O形圈有破损;②、腔体内表面存在密封方面的缺陷,如刺痕、划痕等;③、阀芯上O形圈槽的密封面有缺陷,如刺痕,一般出现这种现象的概率很小。
4.2对第二步检查时出现的问题进行分析诊断
第二步第一项出现的问题直观易查,不做分析。
而对于第二步第二项出现的SPM阀漏先导液的原因也无非两个,1)、阀芯内活塞(1〞SPM阀中的8;3/4〞SPM阀中13)与液缸(1〞SPM阀中的15;3/4〞SPM阀中11)之间、活塞与活塞杆(1〞SPM阀中的7;3/4〞SPM阀中16)之间密封有缺陷;2)、SPM阀芯上面几道O形圈与插接器本体上的腔体之间密封有缺陷,出现缺陷的原因与前面提到的一样。
4.3对第三步检查时出现的问题进行分析诊断
第三步出现的SPM阀不能正常工作的原因是:
①、活塞与缸体之间出现严重泄露,是严重泄漏而不是渗漏,因为渗漏还不至于造成SPM阀不能正常工作。
造成严重泄露的最大可能是活塞上O形圈彻底损坏;②、固定活塞位置的卡簧(1〞SPM阀中的11;3/4〞SPM阀中18)从槽中跳出;③、对于1〞SPM阀来说,还存在一种可能,就是螺帽21松脱,该螺帽把密封套17和活塞总成固定在一起的。
4.4对第四步检查时出现的问题进行分析诊断
4.4.1第四步可能出现问题之一是:
三位四通阀不能到位。
对于出现这种现象,首先考虑一下在操作的时候,时间是否足够长,因为只有按下操作按钮时,才会使通往三位四通阀驱动气缸的控制气体管路上的电磁阀导通,时间不足,就不会有足够的气量使驱动气缸动作到位。
操作时间持续5秒为佳,而对于蓝黄系统选择阀,由于驱动气缸容积大得多,时间要更长一点。
然后检查在操作时是否有气体进入三位四通阀的驱动气缸,若无,说明该功能的电磁阀没有正常工作,这种情况出现较少;若有,说明三位四通阀的驱动气缸不能正常工作,这种情况下较为常见,因此遇到三位四通阀不能到位这种故障时,首先查找对应功能驱动气缸的原因。
驱动气缸不能正常工作通常是由于气缸内的密封磨损严重而造成气体泄漏,并且多数情况是隐蔽性更强的内漏;另外也可能是驱动气缸与三位四通阀之间的装配位置没有调整到最佳位置。
4.4.2第四步可能出现问题之二是:
操作对应的指示灯没有同步点亮(如操作“上闸板防喷器关”后,司钻控制柜上的“上闸板防喷器关”对应的指示灯应该点亮)。
对于出现这种现象,首先还是用指示灯测试按钮再测试一下,排除不是灯泡烧坏的原因。
然后检查系统压力是否足够高,先导压力和管汇压力不足是不能激发压力开关的。
如果以上两项都排除掉,那么只能是对应的压力开关出现问题。
通常压力开关并没有损坏,只是压力开关内的流体通孔很小,容易被杜塞而已,拆下来疏通一下基本就把问题解决了。
4.4.3第四步可能出现问题之三是:
不能正常调压。
对于出现这种现象,同样先从最简单的查起,首先检查“遥控本机转换阀”(在“勘探三号防喷器控制系统原理图”中被反色显示)是否搬到“遥控”位置,排除这种因素后,那么只能是电磁阀出现问题,因为前面在第一步的检查中已经排除了调压阀存在问题的可能性。
5结束语
本文详细阐述半潜式钻井平台防喷器控制系统四步快速全面检查法,并且对检查出来的问题进行了详尽的分析诊断,虽然全文都是以勘探三号的防喷器控制系统为基础,但半潜式钻井平台防喷器控制系统大同小异,因此完全适用于其它半潜式钻井平台的防喷器控制系统。
文章写完,如释重任。
有很长一段时间以来,就一直想把自己在工作中研究和总结出来的东西写出来,或与同行交流,大家共同提高,或传与后来者,使后来者迅速得到提高。
如果读者从这篇文章中悟出适用于其它液压气动系统的方式方法来,那将使作者更加感到不胜荣幸。
作者简介:
符新涛(1969-),男,高级工程师,1994年毕业于中国石油大学(华东)机械设计与制造专业,现从事钻井平台设备管理工作。
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