防噴器操作膠木手柄最佳位置的討論

        防噴器遠程控制臺內各三位四通轉閥的操作膠木手柄, 用于控制各防噴器的關閉與打開, 實現關井與開井。操作膠木手柄位置的正確與否, 直接影響緊急情況下防噴器關井的可靠性, 決定著井控工作的成敗。長期以來, 正常鉆井過程中控制系統各操作膠木手柄位置一直置于/ 中0位, 其中全封閘板(剪切閘板)控制膠木手柄設置有防誤操作裝置, 已經形成了井控安全與管理的規范做法。近年來, 隨著對國外標準的引用、人們認識水平以及鉆井體制、機制的變化, 操作膠木手柄位置卻成了一個難以標準化的問題。
        特別是2005年以來, 不同決策方、不同層面的井控檢查對膠木手柄置于/中0位提出了異議, 引起了一些爭論以致出現了各油田不同的做法, 增加了井控管理的難度, 對井控安全帶來了不利影響。本文在查閱分析相關標準與使用手冊、對防噴器控制系統原理進行分析、對膠木手柄置于不同位置的優缺點進行對比的基礎上, 提出了正常鉆井過程中/中0位應是防噴器控制系統操作膠木手柄的最佳位置。1 有關標準查閱針對防噴器控制系統操作膠木手柄位置及其與之相關的問題, 查閱了當前有效標準并進行了分析,供同行們分析參考。
        1.1 國內標準
        查閱了三項石油行業井控核心標準[ 1]---SY /T5964) 20065鉆井井控裝置組合配套、安裝調試與維護6、SY /T6426) 20055鉆井井控技術規程6和SY /T5087) 20055含硫化氫油氣井安全鉆井推薦做法6以及其它相關標準, 在SY /T5964) 2006中查到41114/遠程控制臺換向閥轉動方向、司鉆控制臺換向閥轉動方向與防噴器開關狀況應一致0, 沒有查到其它關于控制系統膠木手柄位置的明確規定。
        1.2 API標準查
        閱了API標準[ 2]--- API SPEC 16D 2ND EDITION19975鉆井控制設備控制系統及分流設備控制系統規范6, 查到如下相關內容:
        ( 1) During norm al drilling, the b low ou t preven-ter contro l valves are typ ically in the " open" position,kill and choke valves are typ ically in the " c losed" position1Th is w ill hydrau lica lly lock the BOP in pos-it ion, g ive visua l ind ication of the annu lar, ram orvalve position andmost importantly, indicate leaks inthe va lves, lines o rBOP w hich can be detected by thepumps com ing on too frequently;# 鉆井期間, 防噴器控制系統控制閥通常置于/ 開0位, 壓井和節流控制閥(放噴閥)通常置于/關位0。這可將防噴器液缸鎖定在相應的位置并清晰地顯示環形、閘板防噴器或閥的工作狀態, 最為重要的是, 對于閥、管線或防噴器的漏失情況, 能夠通過泵的頻繁啟動及時發現;,,
        ( 2) 4 -W ay V alves: W ith a ir cy linder operatorsfor remote operat ion from the contro ls panels1 K eep instandard operating mode ( open or close), NEVER INCENTER POSIT ION;# 四通閥方向盤: 從司鉆控制臺通過氣缸遙控操作時,應保證標準操作狀態---開或關, 禁止在中間位置;,,
        ( 3) A ram locking dev ice is necessary to be fittedto all ram blow out preven ters1 Th is dev ice is usedw henever it is necessary to remove hydraulic operat ingpressure from the " close" side o f the ram operat ingsystem, butmainta in the ram preventer in the c lose position1On BOP stacks that are used in a surface app l-ica tion, the ram locking dev ice is a threaded rod, referredto as a " lock screw "1 Th is lock screw reacts between the operating p iston in the ram operating system,and the housing of the lock screw1#
        對閘板防噴器, 必須有鎖緊裝置。無論何時使用鎖緊裝置, 應從閘板/關閉0側泄掉控制油壓力, 但應保證鎖定閘板在關閉位置。在防噴器組合中, 閘板鎖緊裝置是一個/鎖緊絲杠0, 通過扭緊閘板控制活塞和缸蓋(絲杠外殼間)之間的這個絲杠進行鎖緊。
        1.3 使用手冊
        從北京石油機械廠/地面防噴器控制裝置使用手冊中查到: 遠程控制臺上所有的三位四通轉閥(液轉閥)均為/ O0型機能, 轉閥在/中0位時, 各腔互不相通, 而當膠木手柄處于/ 開0位或/關0位時, 隨著壓力油進入防噴器中液缸的一端, 另一端的油液便經三位四通轉閥回油箱。使用時, 轉閥的膠木手柄位置應保持在/ 開0位或者/ 關0位?？紤]原理相同, 而未查閱其他廠家產品。
        2 對標準查閱的分析
        2.1 國內標準
        國內石油行業標準要求閥位開關狀態與防噴器狀態一致, 不應是對控制系統膠木手柄位置/ 開0位與/ 中0位的規定。
        2.2 API標準
        ( 1)將控制系統操作膠木手柄置于/ 開0位或/ 關0位, 主要有三方面理由---可將防噴器液壓缸鎖定在需要的位置、顯示(開關)狀態、通過泵的頻繁啟動及時發現系統漏失情況。為了這三方面理由, 使控制管線、液缸開啟腔長期在高壓下工作, 存在較大井控隱患: ¹ 在將防噴器打開至開位后再扳至中位時, 舵機手輪開啟腔中始終保持壓力、閘板已處于開位并且處于液壓鎖定狀態, 不必始終讓其處于/ 開0位; º 為了使其顯示開關狀態, 也沒必要總是在/ 開0位, 這應是管理方面的工作; » 保持液壓管線及液缸完好是井控的要害和關鍵, 應對關閉側管線進行監測以確保及時可靠關井, 但對打開側管線與打開腔的這種長期帶壓監控意義不大。
        ( 2)通過對遙控操作的分析看出: 從司鉆控制臺通過氣缸遙控操作時, 被控制后的遠程控制臺手柄只能處于關位或開位, 不能有其它位置。而遙控操作之前, 手柄處于何種位置都不影響遙控操作。因此, 這不是將膠木手柄置于/中0位的一條規定。
        ( 3)對于閘板防噴器使用鎖緊裝置的分析看出: 在將閘板鎖定在關閉位置的前提下必須泄掉壓力, 可能是為了防止關井期間液壓系統長期承受高壓造成的不利影響, 這與長期使防噴器開啟腔承受高壓相矛盾。因此, 全面考慮防噴器的可靠工作狀況, 不應使打開側在長期承受高壓下工作。
        2.3 使用手冊
        北京石油機械廠的/ 地面防噴器控制裝置使用手冊0介紹, /轉閥在-中. 位時各腔互不相通0。因此, 轉閥在/中0位時閘板應處于扳至該位置之前的位置上, 并且液缸中仍保存有一定的液體壓力。因此, 正常鉆井中只需將膠木手柄從/開0位扳至/中0位,即可保證閘板始終處于液壓打開鎖定狀態、并且各液缸互不相通, 不存在閘板自行關閉的問題, 無須讓轉閥膠木手柄長期保持在/開0位。
        3 鉆井現場操作膠木手柄現狀分析
        3.1 油田內部鉆井現場操作膠木手柄分析
        在勝利油田勝利油區, 長期以來一直將各操作膠木手柄置于/中0位。近年來, 針對各種不同觀點查閱了有關標準和說明書, 組織對液控臺工作原理進行了分析論證, 在原來多次修訂井控實施細則的基礎上, 2008年又修訂形成了5勝利油田鉆井(錄井、測井)井控工作細則6。該細則要求: /一般情況下, 在確定防噴器已處于全開的位置后, 各防噴器的控制膠木手柄置于中間位置。全封和剪切閘板防噴器的控制手柄要設有防誤操作保護裝置0。實際上, 幾十年來4萬余口井的鉆井施工, 從未發生由此造成的問題。
        3.2 油田外部鉆井現場操作膠木手柄分析
        2007年7月, 勝利油田組織了對外部施工鉆井隊伍井控檢查工作, 發現在不同地區執行著不同的甲方標準。# 在中國石化華北油田分公司(陜北地區)、中國石化西部勘探指揮部(新疆地區)、中國石化西北分公司(新疆地區)、中國石化西南分公司(四川川西地區) 施工的隊伍, 液控臺全部操作膠木手柄處于/ 中0位;# 在塔里木勘探開發指揮部(新疆地區)施工的隊伍, 半封閘板防噴器膠木手柄處于/ 開0位, 其余膠木手柄處于/中0位;# 在中國石化川東北地區的施工隊伍, 全部操作膠木手柄(半封、全封、剪切、環形)都處于/開0位。通過以上可看出, 從事相同的鉆井作業, 但在不同區域卻存在著不同的操作方法。由于/ 無標準0的問題和管理上的混亂狀況, 將會嚴重影響到井控安全。
        4 液控系統工作原理分析
        常用的防噴器控制裝置, 由司鉆控制臺與遠程控制臺兩部分組成。
        遠程控制臺配有兩套獨立的動力源, FKQ 系列配備有電動油泵和氣動油泵,FK 系列配有電動油泵和手動油泵。每個防噴器的開關動作, 均由相應的三位四通轉閥控制。FKQ 系列控制裝置即可直接用手動換向又可氣動遙控換向, FK系列只能手動換向。FKQ 系列配備有司鉆控制臺, 工作介質為空氣, 通過氣轉閥控制遠程控制臺的三位四通轉閥實現對防噴器的控制。各氣轉閥的閥芯機能均為/ Y0型, 能自動復位, 在任何情況下都不影響在遠程控制臺上對防噴器組的操作。各轉閥均采用二級操作方式, 即首先扳動氣源轉閥接通氣源、然后扳動控制氣轉閥才能使相應的控制對象動作。北京石油機械廠FKQ 系列地面防噴器控制裝置FKQ640) 7控制原理見圖1。遠程控制臺的/三位四通轉閥0, 是最關鍵的控制元件。
        該閥具有/開0位、/中0位與/關0位3個位置, 有連通控制管匯與蓄能器、舵機手輪防噴器液缸打開腔、關閉腔、油箱(連通大氣) 4條通路, 可用手動或氣動控制。當用手動控制時, 膠木手柄有3個位置, 即/開0位、/ 中0位、/ 關0位; 在司鉆控制臺用氣遙控操作時, 控制后手柄有兩個位置, 即/開0位、/關0位。以控制閘板防噴器為例: 手動控制時, 若將三位四通轉閥膠木手柄扳至關位, 管匯液壓油經三位四通轉閥( P口)與防噴器關閉腔(A 口)連通、推動活塞帶動閘板實現關井, 防噴器開啟腔( B 口)與油箱( O口)連通(通大氣), 腔內油液流回到油箱; 若要打開防噴器, 將膠木手柄扳至開位, 液控臺管匯液壓油經三位四通轉閥( P口)與防噴器開啟腔( B 口)連通、推動活塞帶動閘板縮回閘板腔實現開井, 防噴器關閉腔( A 口)與油箱( O 口)連通(通大氣), 腔內油液流回油箱。將膠木手柄扳至中位時, 防噴器仍處于扳至該位置前的位置且各腔互不相通( P、A、B 在轉閥處阻斷) , 即從關位扳至中位時防噴器仍處于關位、從開位扳至中位時仍處于開位, 相應腔中仍保存一定的液壓力。
        三位四通轉閥工作原理見圖2。在司鉆控制臺進行遙控操作時的方式, 定為二級操作方式。首先扳動控制氣源開關的氣轉閥至開位, 然后操作三位四通氣轉閥進行換向, 壓縮空氣經空氣管纜進入遠程控制臺控制相應的氣缸、帶動換向膠木手柄使相應的三位四通轉閥換向, 實現關井與開井。
        仍以控制閘板防噴器為例: 當遙控控制時, 若需關井, 先打開氣源開關的氣轉閥至開位并保持, 再將三位四通氣轉閥膠木手柄扳至關位, 壓縮空氣便經氣源開關、三位四通氣轉閥、空氣管纜到遠程控制臺三位四通轉閥膠木手柄控制氣缸的關閉腔, 推動活塞帶動膠木手柄達到關位, 實現關井; 若要打開防噴器, 先打開氣源開關的氣轉閥至開位并保持, 再將三位四通氣轉閥膠木手柄扳至開位, 壓縮空氣經氣源開關、三位四通氣轉閥、空氣管纜到遠程控制臺三位四通轉閥膠木手柄控制氣缸的開啟腔, 推動活塞帶動膠木手柄達到開位, 實現防噴器開井, 其控制原理見圖3。
        與遠程控制臺三位四通轉閥操作不同, 司鉆控制臺三位四通氣轉閥控制完成后膠木手柄自動回至中位, 控制氣體泄壓。由于遙控時遠控臺膠木手柄由二位氣缸控制, 因此遙控時膠木手柄只能在/關0位和/ 開0位, 無法使其處于/中0位。但不管遠控臺膠木手柄開始處于哪個位置, 都能從司鉆臺進行開關井操作。
        5 膠木手柄位置討論
        膠木手柄位置應置于/中0位還是/ 開0位, 是目前爭論的一個重點和焦點, 通過分析工作原理即可清楚的理解其優缺點。
        5.1 將膠木手柄置于/開0位將膠木手柄置于/開0位的理由:
        將防噴器液缸鎖定在開位, 能清晰地顯示環形、閘板防噴器或閥的位置, 對閥、打開側管線和開啟腔的漏失能夠及時發現;
        防止滲漏液壓油進入關閉腔引起防噴器自動關閉造成鉆具與防噴器事故。實際上, 前面的分析已回答了第一條理由, 而通過對閥結構的分析, 可清楚第二種考慮也是多余的。從圖3、圖4看出, 由于連通P口、A 口、B 口的閥座采用了超硬材料并高出閥體端面015mm 以上, 而O口未高出其端面并采用了三角形的內部形狀, 因此,膠木手柄在/中0位時即使P口有壓力油的滲漏, 其滲漏壓力油也會經O 口流回油箱, 絕不會造成與防噴器關閉腔或開啟腔的連通。因此, 絕不存在因液壓油滲漏而造成防噴器自行關閉或打開的可能性。
        5.2 將膠木手柄置于/中0位將膠木手柄置于/中0位的理由:
        開啟腔中仍有壓力, 可保證防噴器處于打開并鎖定狀態;
        關井時間短、利于迅速控制井口;
        可防止防噴器液缸、液控管線長期在額定壓力下工作, 利于各部分的保護、延長壽命; ¼可防止液壓油(量)滲漏和突發問題造成的油量突然泄漏損失, 利于保持油量、保證井控安全;
        控制膠木手柄置于/中0位時, 防噴器和放噴閥的液缸實現閉鎖, 可減少不同液缸間的相互影響。防噴器控制系統中各三位四通轉閥是并聯工作, 如果都處于開位或關位, 操作其中一個控制對象時將造成控制管匯內液壓油壓力短暫下降(約2MPa), 若一個壓力部位發生泄漏也將造成整個系統壓力的下降和液量的損失, 對井控安全帶來不利的影響。二者的優缺點, 也可通過表1的對比進一步加深認識。通過對比可以看出, 在初步確定的6項客觀項目對比中, 在舵輪時表現有優勢。
        因此, 在正常鉆井施工中, 防噴器操作膠木手柄應置于/中0位。
        6 認識與建議
        通過對防噴器遠程控制臺、司鉆控制臺、三位四通轉閥控制原理的分析, 得出以下認識與建議。
        ( 1)防噴器控制系統操作膠木手柄位置問題, 事關井控工作成敗的關鍵, 有必要在國內石油鉆井行業進行統一。還應針對閥的結構、控制原理進行研究,對不同位置的優缺點進行分析, 制定出具有實際意義的行業標準并貫徹實施, 從而規范各油田的操作方法。
        ( 2)鉆井生產中, 防噴器控制系統各控制膠木手柄最佳位置應是/中0位。膠木手柄處于/ 中0 位, 利于迅速關井, 利于設備、油量的保護, 壓力消耗少, 并能有效防止管線突然爆裂等突發事件造成的井控重大隱患。特別對于舵盤手輪深井、高壓井、氣井、偏遠探井等重點井, 應充分考慮對井控設備和油量的保護, 防止對關井可靠性的不利影響。
        ( 3)將防噴器各操作膠木手柄置于/開0位, 存在較大井控隱患。將防噴器控制系統操作膠木手柄置于/ 開0位, 關井時手柄要經中位再到關位, 并且開啟腔中壓力高, 不利于快速關井; 防噴器打開側控制管線、開啟腔長期在高壓下運行, 不利于對井控設備的保護, 還存在管線突然破裂造成油量大量損失的隱患。因此, 鉆井中不應將膠木手柄置于/開0位。
        ( 4)加強管理, 落實檢查保養制度, 確保設備處于良好工作狀態。井控設備是鉆井現場最重要的安全保障設備之一, 控制系統是防噴器的/ 中樞神經0, 應加強檢查保養與維護, 保持防噴器控制系統始終處于規定的壓力范圍, 讓各裝置處于良好工作狀態。
        ( 5)加強培訓, 落實崗位專責制, 確保井控可靠性。防噴器液控系統操作的正確與否直接決定著關井的成功與井控的成敗。應加強培訓與演習, 掌握原理與要領, 落實開關防噴器、試壓、防噴演習等制度, 嚴禁自行其事或盲從行為, 確保井控安全。