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海洋石油浮式钻井水面与水下专用设备(中)

时间:2013-10-24 10:39 来源: 作者:廖谟圣

 

用于超深水钻井的SLX闸板BOP的技术规格如表5-6。 Shaffer公司生产的V型剪切闸板可在操作压力不超过18.6MPa(2,700psi)下剪断S-135钢级的168.3mm(6 5/8 in)钻杆;在通径为476mm(18 3/4 in)时还可剪断最大直径达340mm(13 3/8in)的套管。在2006年统计共111艘超深水钻井平台(船)中,配备Shaffer 476mm(18 3/4in), 105MPa (15kpsi)闸板BOP的共27艘,占111艘的24.3%。

美国卡姆伦(Cameron)公司的闸板BOP。Cameron公司是世界上钻井水下设备主要生产供应商之一,具有多种产品。Cameron公司生产的深水钻井用闸板BOP,一般为476mm(18 3/4in),压力为70MPa(10,000psi)和105MPa(15,000psi),用锲块锁紧或者用液缸锁紧,型式有TL型、U型和UM型。TL型闸板BOP的整个设计与U型和UM型一样,采用锻钢制品,重量相对较轻,强度相对较高。Cameron各型闸板BOP的工作通径、工作压力和特性见表5-7。 Cameron公司锻钢制品的BOP可承受较高的工作压力,质量和操作使用均可靠,寿命较长。在2006年统计共111艘超深水钻井平台(船)中,配备Cameron 476mm(18 3/4in), 105MPa (15kpsi)闸板BOP的共62艘,占55.9%。

美国海锥尔(Hydril)公司的闸板BOP。Hydril公司生产的闸板BOP和万能BOP,其研究设计制造己逾70年历史,产品也别具特色。该公司生产闸板BOP的尺寸与压力规格见表5-8。

Hydril公司BOP型号有GX,GL,GK,MSP/SVX型。在2006年统计共111艘超深水钻井平台(船)中,配备美国Hydril 476mm(18 3/4in), 105MPa(15kpsi)闸板BOP的共18艘,占111艘的16.2%。

液压联结器 美国维高(Vetco )公司的H4型联结器。H4型液压联结器结构较简单、联结抗张力和抗弯力大、使用可靠,是目前用得最为广泛的一种。 典型的Vetco公司476mm(18 3/4in)ExF H4型联结器的主要技术参数是:抗弯载荷4,205kNm(3.1MMft-lbs即3.1百万英尺磅);预载3,046kNm(2.51MMft-lbs);外廓尺寸1,308.1mm(51.5in);最高工作压力105MPa(15,000psi);最高液压操作压力21MPa(3,000psi);总重6,443kg(14,200lbs)。

美国卡姆伦(Cameron)公司生产的联接器为套爪式。套爪式联接器具体型号规格见表5-9。

Cameron生产的套爪式联接器最早为单纯沿园周分部的若干机械卡爪,用绳索上提卡爪上部的筒形体,卡爪张开即脱开联接,松开绳索,则靠卡爪上部的筒形体重力迫使卡爪合拢达到与下部凸缘联接的目的。后来发展用液缸升降替代绳索上提与下放以适应深水作业。结构较简单、工作可靠。

浮式钻井专用设备之 立管(隔水管)系统

立管(Riser)又称隔水管,以下统称立管。

立管系统的组成 立管系统由下而上组成为:下海洋立管组(Lower marine riser package,简称LMRG)、立管本体组件、伸缩立管、泥浆出口管及导流器组件。

下立管组中的环形(万能)BOP、液压联结器、电-液阀插接器盒插头及电-液阀组(双组)分别属于BOP组和控制系统。下立管组中属于立管系统的主要部件为挠性接头;立管本体组件从下而上有终端短节、立管连接段、立管浮力填充段、上部立管连接段等组成。

海洋立管组国外生产厂家及简要性能 下立管组。深水和超深水立管系统的下立管组与普通水深的下立管组构成基本相同,亦由液压联结器、环形BOP、挠性接头、电-液阀插接器盒公插头及电-液阀组(双组)、下立管组的上接头、下立管组导向臂、 压井放喷环形钢管(或称跨接管线)、电-液阀插接器盒上的控制管线等8部分组成。真正属于下立管组中主管系的重要部件是挠性接头。

挠性接头由上部挠性元件和下部挠性元件等组成,上、下部挠性元件均由球面形叠层可使垂直转动偏角累计大于±20°的高性能钢与硫化橡胶所组成。 以维高公司(Vetco)为代表设计制造的挠性接头可承受6,676kN(1,500kps)的拉力;在主要元件间不存在任何滑动的静止密封,没有摩擦,使用寿命在15年以上;适用硫化氢介质;不需要压力平衡;操作简便,现场不需要特殊保养。为了适应深水和超深水的需要,现在已生产出可承受拉力11,100kN(2,500kps),垂直偏角20°(两边)的挠性接头。一般下立管组大都选用这种类型的挠性接头,仅在水面泥浆出口管上少量采用球形接头。

立管本体组件。目前生产立管本体组件的厂家主要有美国的维高公司(Vetco)、Drilquip公司、卡姆伦公司(Cameron)、谢弗尔(Shaffer)公司等。立管本体组件主要由立管(高强度无缝或直缝钢管或轻合金管)、连接接头、压井/放喷管线(BOP控制系统的液压和多路传输线也附于其上)和浮力模件组成。

美国Vetco公司的立管本体由立管和两端与其焊接的法兰盘式连接接头组成。连接接头为插入对接式,包括附于其上的压井/放喷管线、控制管线等组成。立管连接接头可承受巨大的弯矩和张力载荷,结构简单,装配和拆卸快速,使用寿命较长,适应不同水深钻井的要求。立管接头规格见表5-10。

美国Cameron公司生产的立管系统可在各种不同水深条件下使用;立管连接接头为螺栓连接,额定拉伸载荷可达11,100kN(2,500kps)~17,800 kN(4,000kps),立管接头技术规格见表5-11。

美国Shaffer 公司。该公司设计生产用于从浅水至超深水立管的系列产品,超深水浮力立管与常规立管一样,具有高度可靠性、经久耐用。深水立管连接接头有多种型号,DT-2型具有8,900kN(200万磅)的拉力负荷;适用于超深水的FTH型采用螺栓法兰联结,具有15,600kN(350万磅)的拉力负荷。 伸缩立管。以Vetco公司的伸缩立管和泥浆出口管为例:由于伸缩立管在钻井水下设备下入安装后始终处于随着平台(船)升沉的上下伸缩运动,该伸缩立管的密封设计采用了上、下两组,上组圆柱形密封采用两个半园形,便于磨损后在工件状态下使用下密封而更换上密封;并用压缩空气推动,使磨损的耐磨橡胶密封得以自动补偿。其他公司生产的伸缩立管组成与结构大同小异。

泥浆出口管及导流器组件。导流器主要用于当钻遇浅层气时将钻井中的钻具外径与上部井孔密封而将浅层气导出顺风向的船舷外点燃烧掉,以保护平台(船)及作业人员安全。导流器通过液压锁销将其固定在泥浆出口管内,并由导流器控制柜、以液压控制导流器环形胶囊的抱紧与松开,同时控制船舷阀的开闭。

浮式钻井专用设备 之控制系统

基本组成及简要控制原理 浮式钻井专用设备的控制系统分为常规水深的电-气-液-液控制系统、深水浮式钻井专用设备的多路传输控制系统和水面BOP控制系统三种。而深水浮式钻井专用设备的多路传输控制系统还包括一套声学应急安全保护系统。

常规水深的电-气-液-液控制系统和深水浮式钻井专用设备的多路传输控制系统即海底BOP的多路传输控制系统(Subsea BOP Multiplex System)的主要组成基本相同,由水面的液压动力单元(自控泵—蓄能器组)、主液控板、司钻控制板、微型遥控板、非中断电源、电缆软管绞车等组成;水下有互为备用的黄色插接器组(Yellow Pod)和蓝色插接器组(Blue Pod)。

电-气-液-液控制系统控制水下BOP组各液压执行器的开、闭,主要通过水面的液压动力单元和水下蓄能器的液压流体为动力,通过水面的司钻控制盘或辅助应急控制盘的开闭指令,促动水面液压动力单元的电动气阀开闭先导液流,通过水面与水下相连的多芯软管束,使先导液流传输至水下BOP上的黄色或蓝色插接器组,促动相应的液压阀或先导液压阀滑动,促使打开阀门的液压流体,推动液压执行器的开或闭以实现水下BOP组各液压执行器的开、闭功能。 深水浮式钻井专用设备的多路传输控制系统水下BOP组各液压执行器的开、闭,主要通过水面的液压动力单元和水下蓄能器的液压流体为动力,通过水面的司钻控制盘或辅助应急控制盘的开闭指令,由数据编码的多路传输系统,将指令信号传输至水下BOP上的黄色或兰色插接器组,指令放大的电讯号促动相应的电磁阀或先导电磁阀滑动,促使打开阀门的液压流体,推动液压执行器的开或闭以实现水下BOP组各液压执行器的开、闭功能。由于水面的液压动力单元和水下蓄能器并联,首先由水下蓄能器的液压流体动力将需要关闭的水下BOP(如环形BOP)在极短的时间关闭,水下蓄能器的液压流体同时得到水面的液压动力单元压力液的逐步补充,恢复其原有压力和储液量。

声学应急安全保护系统(Acoustic emergency safe guard system),是在正常的上述控制系统失效或因井喷失火等原因失控时,使用其进行应急控制。该系统包括水面声学信号传送器(Surface acoustic signal transmitter)和水下的声学信号传送应答器(接收器)(Acoustic signal transponder or receiver)、声学电信号精整和蓄电池组(Acoustic electronics signal conditioning and battery package)、电磁阀模件(Electronic solenoid valve module)、液压阀组件(Hydrulic valve package)和液压管线等组成。当进行应急控制时,可将事先将装于平台(船)水中的声控信标或以直升飞机投入水中的声控信标相连的便携式控制盘按动所需的指令按钮(如关闭环形BOP),声控信号则迅速从水面下传递至深海的水下的声学信号传送应答器(接收器),该编码的声信号通过水下蓄电池组供电的声学电信号精整,将声学信号转换为电信号,促动指定的电磁阀模件,与前述相同的原理,将指令信号传输至水下BOP上的黄色或蓝色插接器组,指令放大的电讯号促动相应的电磁阀或先导电磁阀动作,促使打开液压流体,推动液压执行器的开或闭以实现水下BOP组各液压执行器的开、闭功能。

水面BOP控制系统主要用于海上自升式、座底式或固定平台以及用于采油的浮式生产平台的水面BOP组。控制系统与陆地类似,主要通过水面的司钻控制盘或辅助应急控制盘的开闭指令,促动水面液压动力单元的电动气阀开闭先导液流,通过与水面液压执行器相连的多芯管束,将液流推动相应液压执行器以实现水面BOP组相应的开、闭功能。

国内外生产厂家及其简要性能 水面BOP控制系统、常规水深的电-气-液-液控制系统和深水浮式钻井专用设备的多路传输控制系统的国外生产厂家主要有美国的卡姆伦公司(Cameron)、谢弗尔公司(Shaffer)和挪威的海事液压公司(简称MH)等。

我国北京石油机械厂和上海神开公司等生产的BOP控制系统主要适用于陆地和海上自升式、座底式或固定式平台。

上海神开公司BOP控制系统主要适用于陆地和海上自升式、座底式或固定式平台。上海神开公司BOP控制系统主要技术参数为:电源380V±19V,50Hz;系统额定工作压力21MPa;系统调压范围0~14MPa;蓄能器预充氮气压力7±0.7MPa;气源压力0.65~0.8MPa;压力控制器调压范围18.9~21MPa;液气开关调定范围18.9~21MPa。

美国卡姆伦公司(Cameron)除生产水面BOP控制系统外,还生产用于常规水深、深水和超深水的海底BOP的多路传输控制系统。常规水深、深水和超深水的海底BOP的多路传输控制系统其主要水面硬件设备有液压动力单元橇装模块(Hydrulic Power Unit Skid Mounted)、防蚀防冻液压液混合单元(Fluid Mixing Unit)、司钻控制盘(Driller’s Contril Panel)和辅助应急控制盘(Tool Pusher Contril Panel)、非中断电源(UPSA/B)、用于先导系统的液压动力单元(Hydrulic Power Unit for Piloted System)和电缆软管绞车等组成;水下除电、液管缆外,主要有先导液压控制插接器(Piloted Hydrulic Control Pod),其在水面具有Ⅰ(左)和Ⅱ(右)标记的多路传输控制插接器〔MarkⅠ(left)and MarkⅡ(right) Subsea WUX Control Pods〕。

美国谢弗尔公司(Shaffer)的BOP控制系统。Shaffer公司的控制系统最早源于库美公司(Koomey),也超过50年历史,使用可靠。Shaffer公司安装于水面平台上的电-液控制系统,它实际上是液压动力单元橇装模块,包括电动液压三缸柱塞泵、防冻液压液混合装置、液压储能器组、电-液控制阀等;此外,同样有司钻控制盘、生活区的微型遥控盘、声学应急安全保护系统、水下黄色或兰色插接器组、多路传输控制装置、电缆绞车(双套)以及装于BOP组上的海底液压储能器组等。

挪威海事液压公司的BOP控制系统。挪威海事液压公司(简称MH)的控制系统始于库美公司(Koomey)的创始人Koomey先生于二十世纪80年代初与挪威技术合作,故挪威的海事液压公司的控制系统已有库美公司的基础,与Shaffer公司的控制系统的组成和原理基本相同。【完】

 

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