防喷器操作胶木手柄最佳位置的讨论

        防喷器远程控制台内各三位四通转阀的操作胶木手柄, 用于控制各防喷器的关闭与打开, 实现关井与开井。操作胶木手柄位置的正确与否, 直接影响紧急情况下防喷器关井的可靠性, 决定着井控工作的成败。长期以来, 正常钻井过程中控制系统各操作胶木手柄位置一直置于/ 中0位, 其中全封闸板(剪切闸板)控制胶木手柄设置有防误操作装置, 已经形成了井控安全与管理的规范做法。近年来, 随着对国外标准的引用、人们认识水平以及钻井体制、机制的变化, 操作胶木手柄位置却成了一个难以标准化的问题。
        特别是2005年以来, 不同决策方、不同层面的井控检查对胶木手柄置于/中0位提出了异议, 引起了一些争论以致出现了各油田不同的做法, 增加了井控管理的难度, 对井控安全带来了不利影响。本文在查阅分析相关标准与使用手册、对防喷器控制系统原理进行分析、对胶木手柄置于不同位置的优缺点进行对比的基础上, 提出了正常钻井过程中/中0位应是防喷器控制系统操作胶木手柄的最佳位置。1 有关标准查阅针对防喷器控制系统操作胶木手柄位置及其与之相关的问题, 查阅了当前有效标准并进行了分析,供同行们分析参考。
        1.1 国内标准
        查阅了三项石油行业井控核心标准[ 1]---SY /T5964) 20065钻井井控装置组合配套、安装调试与维护6、SY /T6426) 20055钻井井控技术规程6和SY /T5087) 20055含硫化氢油气井安全钻井推荐做法6以及其它相关标准, 在SY /T5964) 2006中查到41114/远程控制台换向阀转动方向、司钻控制台换向阀转动方向与防喷器开关状况应一致0, 没有查到其它关于控制系统胶木手柄位置的明确规定。
        1.2 API标准查
        阅了API标准[ 2]--- API SPEC 16D 2ND EDITION19975钻井控制设备控制系统及分流设备控制系统规范6, 查到如下相关内容:
        ( 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;# 钻井期间, 防喷器控制系统控制阀通常置于/ 开0位, 压井和节流控制阀(放喷阀)通常置于/关位0。这可将防喷器液缸锁定在相应的位置并清晰地显示环形、闸板防喷器或阀的工作状态, 最为重要的是, 对于阀、管线或防喷器的漏失情况, 能够通过泵的频繁启动及时发现;,,
        ( 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;# 四通阀方向盘: 从司钻控制台通过气缸遥控操作时,应保证标准操作状态---开或关, 禁止在中间位置;,,
        ( 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#
        对闸板防喷器, 必须有锁紧装置。无论何时使用锁紧装置, 应从闸板/关闭0侧泄掉控制油压力, 但应保证锁定闸板在关闭位置。在防喷器组合中, 闸板锁紧装置是一个/锁紧丝杠0, 通过扭紧闸板控制活塞和缸盖(丝杠外壳间)之间的这个丝杠进行锁紧。
        1.3 使用手册
        从北京石油机械厂/地面防喷器控制装置使用手册中查到: 远程控制台上所有的三位四通转阀(液转阀)均为/ O0型机能, 转阀在/中0位时, 各腔互不相通, 而当胶木手柄处于/ 开0位或/关0位时, 随着压力油进入防喷器中液缸的一端, 另一端的油液便经三位四通转阀回油箱。使用时, 转阀的胶木手柄位置应保持在/ 开0位或者/ 关0位。考虑原理相同, 而未查阅其他厂家产品。
        2 对标准查阅的分析
        2.1 国内标准
        国内石油行业标准要求阀位开关状态与防喷器状态一致, 不应是对控制系统胶木手柄位置/ 开0位与/ 中0位的规定。
        2.2 API标准
        ( 1)将控制系统操作胶木手柄置于/ 开0位或/ 关0位, 主要有三方面理由---可将防喷器液压缸锁定在需要的位置、显示(开关)状态、通过泵的频繁启动及时发现系统漏失情况。为了这三方面理由, 使控制管线、液缸开启腔长期在高压下工作, 存在较大井控隐患: ¹ 在将防喷器打开至开位后再扳至中位时, 舵机手轮开启腔中始终保持压力、闸板已处于开位并且处于液压锁定状态, 不必始终让其处于/ 开0位; º 为了使其显示开关状态, 也没必要总是在/ 开0位, 这应是管理方面的工作; » 保持液压管线及液缸完好是井控的要害和关键, 应对关闭侧管线进行监测以确保及时可靠关井, 但对打开侧管线与打开腔的这种长期带压监控意义不大。
        ( 2)通过对遥控操作的分析看出: 从司钻控制台通过气缸遥控操作时, 被控制后的远程控制台手柄只能处于关位或开位, 不能有其它位置。而遥控操作之前, 手柄处于何种位置都不影响遥控操作。因此, 这不是将胶木手柄置于/中0位的一条规定。
        ( 3)对于闸板防喷器使用锁紧装置的分析看出: 在将闸板锁定在关闭位置的前提下必须泄掉压力, 可能是为了防止关井期间液压系统长期承受高压造成的不利影响, 这与长期使防喷器开启腔承受高压相矛盾。因此, 全面考虑防喷器的可靠工作状况, 不应使打开侧在长期承受高压下工作。
        2.3 使用手册
        北京石油机械厂的/ 地面防喷器控制装置使用手册0介绍, /转阀在-中. 位时各腔互不相通0。因此, 转阀在/中0位时闸板应处于扳至该位置之前的位置上, 并且液缸中仍保存有一定的液体压力。因此, 正常钻井中只需将胶木手柄从/开0位扳至/中0位,即可保证闸板始终处于液压打开锁定状态、并且各液缸互不相通, 不存在闸板自行关闭的问题, 无须让转阀胶木手柄长期保持在/开0位。
        3 钻井现场操作胶木手柄现状分析
        3.1 油田内部钻井现场操作胶木手柄分析
        在胜利油田胜利油区, 长期以来一直将各操作胶木手柄置于/中0位。近年来, 针对各种不同观点查阅了有关标准和说明书, 组织对液控台工作原理进行了分析论证, 在原来多次修订井控实施细则的基础上, 2008年又修订形成了5胜利油田钻井(录井、测井)井控工作细则6。该细则要求: /一般情况下, 在确定防喷器已处于全开的位置后, 各防喷器的控制胶木手柄置于中间位置。全封和剪切闸板防喷器的控制手柄要设有防误操作保护装置0。实际上, 几十年来4万余口井的钻井施工, 从未发生由此造成的问题。
        3.2 油田外部钻井现场操作胶木手柄分析
        2007年7月, 胜利油田组织了对外部施工钻井队伍井控检查工作, 发现在不同地区执行着不同的甲方标准。# 在中国石化华北油田分公司(陕北地区)、中国石化西部勘探指挥部(新疆地区)、中国石化西北分公司(新疆地区)、中国石化西南分公司(四川川西地区) 施工的队伍, 液控台全部操作胶木手柄处于/ 中0位;# 在塔里木勘探开发指挥部(新疆地区)施工的队伍, 半封闸板防喷器胶木手柄处于/ 开0位, 其余胶木手柄处于/中0位;# 在中国石化川东北地区的施工队伍, 全部操作胶木手柄(半封、全封、剪切、环形)都处于/开0位。通过以上可看出, 从事相同的钻井作业, 但在不同区域却存在着不同的操作方法。由于/ 无标准0的问题和管理上的混乱状况, 将会严重影响到井控安全。
        4 液控系统工作原理分析
        常用的防喷器控制装置, 由司钻控制台与远程控制台两部分组成。
        远程控制台配有两套独立的动力源, FKQ 系列配备有电动油泵和气动油泵,FK 系列配有电动油泵和手动油泵。每个防喷器的开关动作, 均由相应的三位四通转阀控制。FKQ 系列控制装置即可直接用手动换向又可气动遥控换向, FK系列只能手动换向。FKQ 系列配备有司钻控制台, 工作介质为空气, 通过气转阀控制远程控制台的三位四通转阀实现对防喷器的控制。各气转阀的阀芯机能均为/ Y0型, 能自动复位, 在任何情况下都不影响在远程控制台上对防喷器组的操作。各转阀均采用二级操作方式, 即首先扳动气源转阀接通气源、然后扳动控制气转阀才能使相应的控制对象动作。北京石油机械厂FKQ 系列地面防喷器控制装置FKQ640) 7控制原理见图1。远程控制台的/三位四通转阀0, 是最关键的控制元件。
        该阀具有/开0位、/中0位与/关0位3个位置, 有连通控制管汇与蓄能器、舵机手轮防喷器液缸打开腔、关闭腔、油箱(连通大气) 4条通路, 可用手动或气动控制。当用手动控制时, 胶木手柄有3个位置, 即/开0位、/ 中0位、/ 关0位; 在司钻控制台用气遥控操作时, 控制后手柄有两个位置, 即/开0位、/关0位。以控制闸板防喷器为例: 手动控制时, 若将三位四通转阀胶木手柄扳至关位, 管汇液压油经三位四通转阀( P口)与防喷器关闭腔(A 口)连通、推动活塞带动闸板实现关井, 防喷器开启腔( B 口)与油箱( O口)连通(通大气), 腔内油液流回到油箱; 若要打开防喷器, 将胶木手柄扳至开位, 液控台管汇液压油经三位四通转阀( P口)与防喷器开启腔( B 口)连通、推动活塞带动闸板缩回闸板腔实现开井, 防喷器关闭腔( A 口)与油箱( O 口)连通(通大气), 腔内油液流回油箱。将胶木手柄扳至中位时, 防喷器仍处于扳至该位置前的位置且各腔互不相通( P、A、B 在转阀处阻断) , 即从关位扳至中位时防喷器仍处于关位、从开位扳至中位时仍处于开位, 相应腔中仍保存一定的液压力。
        三位四通转阀工作原理见图2。在司钻控制台进行遥控操作时的方式, 定为二级操作方式。首先扳动控制气源开关的气转阀至开位, 然后操作三位四通气转阀进行换向, 压缩空气经空气管缆进入远程控制台控制相应的气缸、带动换向胶木手柄使相应的三位四通转阀换向, 实现关井与开井。
        仍以控制闸板防喷器为例: 当遥控控制时, 若需关井, 先打开气源开关的气转阀至开位并保持, 再将三位四通气转阀胶木手柄扳至关位, 压缩空气便经气源开关、三位四通气转阀、空气管缆到远程控制台三位四通转阀胶木手柄控制气缸的关闭腔, 推动活塞带动胶木手柄达到关位, 实现关井; 若要打开防喷器, 先打开气源开关的气转阀至开位并保持, 再将三位四通气转阀胶木手柄扳至开位, 压缩空气经气源开关、三位四通气转阀、空气管缆到远程控制台三位四通转阀胶木手柄控制气缸的开启腔, 推动活塞带动胶木手柄达到开位, 实现防喷器开井, 其控制原理见图3。
        与远程控制台三位四通转阀操作不同, 司钻控制台三位四通气转阀控制完成后胶木手柄自动回至中位, 控制气体泄压。由于遥控时远控台胶木手柄由二位气缸控制, 因此遥控时胶木手柄只能在/关0位和/ 开0位, 无法使其处于/中0位。但不管远控台胶木手柄开始处于哪个位置, 都能从司钻台进行开关井操作。
        5 胶木手柄位置讨论
        胶木手柄位置应置于/中0位还是/ 开0位, 是目前争论的一个重点和焦点, 通过分析工作原理即可清楚的理解其优缺点。
        5.1 将胶木手柄置于/开0位将胶木手柄置于/开0位的理由:
        将防喷器液缸锁定在开位, 能清晰地显示环形、闸板防喷器或阀的位置, 对阀、打开侧管线和开启腔的漏失能够及时发现;
        防止渗漏液压油进入关闭腔引起防喷器自动关闭造成钻具与防喷器事故。实际上, 前面的分析已回答了第一条理由, 而通过对阀结构的分析, 可清楚第二种考虑也是多余的。从图3、图4看出, 由于连通P口、A 口、B 口的阀座采用了超硬材料并高出阀体端面015mm 以上, 而O口未高出其端面并采用了三角形的内部形状, 因此,胶木手柄在/中0位时即使P口有压力油的渗漏, 其渗漏压力油也会经O 口流回油箱, 绝不会造成与防喷器关闭腔或开启腔的连通。因此, 绝不存在因液压油渗漏而造成防喷器自行关闭或打开的可能性。
        5.2 将胶木手柄置于/中0位将胶木手柄置于/中0位的理由:
        开启腔中仍有压力, 可保证防喷器处于打开并锁定状态;
        关井时间短、利于迅速控制井口;
        可防止防喷器液缸、液控管线长期在额定压力下工作, 利于各部分的保护、延长寿命; ¼可防止液压油(量)渗漏和突发问题造成的油量突然泄漏损失, 利于保持油量、保证井控安全;
        控制胶木手柄置于/中0位时, 防喷器和放喷阀的液缸实现闭锁, 可减少不同液缸间的相互影响。防喷器控制系统中各三位四通转阀是并联工作, 如果都处于开位或关位, 操作其中一个控制对象时将造成控制管汇内液压油压力短暂下降(约2MPa), 若一个压力部位发生泄漏也将造成整个系统压力的下降和液量的损失, 对井控安全带来不利的影响。二者的优缺点, 也可通过表1的对比进一步加深认识。通过对比可以看出, 在初步确定的6项客观项目对比中, 在舵轮时表现有优势。
        因此, 在正常钻井施工中, 防喷器操作胶木手柄应置于/中0位。
        6 认识与建议
        通过对防喷器远程控制台、司钻控制台、三位四通转阀控制原理的分析, 得出以下认识与建议。
        ( 1)防喷器控制系统操作胶木手柄位置问题, 事关井控工作成败的关键, 有必要在国内石油钻井行业进行统一。还应针对阀的结构、控制原理进行研究,对不同位置的优缺点进行分析, 制定出具有实际意义的行业标准并贯彻实施, 从而规范各油田的操作方法。
        ( 2)钻井生产中, 防喷器控制系统各控制胶木手柄最佳位置应是/中0位。胶木手柄处于/ 中0 位, 利于迅速关井, 利于设备、油量的保护, 压力消耗少, 并能有效防止管线突然爆裂等突发事件造成的井控重大隐患。特别对于舵盘手轮深井、高压井、气井、偏远探井等重点井, 应充分考虑对井控设备和油量的保护, 防止对关井可靠性的不利影响。
        ( 3)将防喷器各操作胶木手柄置于/开0位, 存在较大井控隐患。将防喷器控制系统操作胶木手柄置于/ 开0位, 关井时手柄要经中位再到关位, 并且开启腔中压力高, 不利于快速关井; 防喷器打开侧控制管线、开启腔长期在高压下运行, 不利于对井控设备的保护, 还存在管线突然破裂造成油量大量损失的隐患。因此, 钻井中不应将胶木手柄置于/开0位。
        ( 4)加强管理, 落实检查保养制度, 确保设备处于良好工作状态。井控设备是钻井现场最重要的安全保障设备之一, 控制系统是防喷器的/ 中枢神经0, 应加强检查保养与维护, 保持防喷器控制系统始终处于规定的压力范围, 让各装置处于良好工作状态。
        ( 5)加强培训, 落实岗位专责制, 确保井控可靠性。防喷器液控系统操作的正确与否直接决定着关井的成功与井控的成败。应加强培训与演习, 掌握原理与要领, 落实开关防喷器、试压、防喷演习等制度, 严禁自行其事或盲从行为, 确保井控安全。