摘要：南海八号平台于2017年赴俄罗斯喀拉海极地海域进行钻井作业。喀拉海域地处北极圈内，属于极地极寒气候，海底温度非常低（-1.8℃），对水下防喷器及其控制系统影响巨大，可能造成水下防喷器控制系统中控制液冰冻，造成整个防喷器系统失效，这给钻井作业会带来非常严重的后果。本文针对低温环境下对防喷器及控制系统带来的影响进行分析，并依据实际采取应对措施，讨论利用在控制液中添加乙二醇，降低控制液的冰点，对整个系统进行冲洗替换方案及钻井作业中采取的防冻措施。
关键词：防喷器组；控制系统；低温；乙二醇
一、绪论
南海八号平台在2017年极地海域进行钻井作业，这是中国钻井平台第一次在极地区域进行作业，国内缺乏极地区域钻井作业经验，尤其是水下防喷器系统。为了确保低温下水下防喷器系统的正常运转，对可能受温度影响的防喷器组及其控制系统制定和采取了大量的应对措施，在钻井作业过程中效果明显，出色的完成了极地低温下作业。
二、低温下对水下防喷器控制系统的影响分析及应对措施
水下防喷器控制系统通常为开放式系统，用于控制防喷器的液体通常为淡水和水基控制液配置而成，控制液的冰点在0度以上，因此在低温下会冰堵，从而导致整个控制系统失效。在控制液中添加一定比例的乙二醇，可以降低控制液的冰点。通过对添加不同浓度乙二醇的控制液做冰冻测试，根据海底温度选取合适乙二醇浓度的控制液。
根据提供的喀拉海海域气象水文资料，对乙二醇含量在0%-33%之间的控制液进行冰冻试验，并与乙二醇厂家提供的冰冻点进行对比，最终确定乙二醇浓度25%时，冰点达到了-13℃，完全满足作业要求。
为了确保BOP控制系统正常使用，对BOP控制系统编写冲洗替换程序：
1）用高压空气完全冲出蓝黄控制管束内信号管线的控制液。
2）用空气冲洗蓝黄接头盒：冲洗每一根信号管线；调压阀、BIASvalve，冲洗；拆开4个小储能瓶接口，排放残留控制液；拆开调压阀底板堵头，用空气冲洗内部流道；拆出SPM阀，解体清洁检查。
3）冲洗地面储能瓶组和管线，恢复地面储能瓶系统：
放空控制液柜和储能瓶的液体，对控制液柜进行清洗。配置高浓度控制液，控制液5%，乙二醇30%。取样进行测量，保证混合均匀。系统多次打压泄压，确保替换完全。
4）冲洗蓝黄控制管束
对信号管线进行冲洗，记录时间，并观察液体排出情况，对末端接口（接头盒SPM阀处）测量浓度，浓度合格表明已经冲洗干净。
5）对功能管线及功能腔室进行冲洗。
①在连接功能梭阀前对管线进行冲洗，保证将管线内的液体完全排出。
②功能腔室冲洗。
A）查看闸板、万能功能位置，先连接与目前功能位置相反的液压接口，例如闸板目前处在开位，则先连接关位，开位不连接。通压，将开位腔室内部存有原控制液排干净，再连接管线，这样可以保证腔室内控制液替换干净，并且不会留存在管线中。管线连接后，功能再开关活动两次，目的是即使腔室内有局部死角，可以被高浓度控制液中和。
b）事故安全阀：由于其开位腔（弹簧段）与关位腔体积差别很大，导致开位腔液体不能全部排出，开位腔下部液压接口全部拆除，排掉腔室内的控制液。之后先连接开位液压口，关位不连接，进行供压。反复至少三次，再取样测量乙二醇浓度，确保控制液浓度满足要求。其他如增压阀等小功能液量的功能都需要这样进行。
c）ROV接口的管线：ROV插口需安装插头，将ROV管线与梭阀连接处打开，灌满高浓度控制液，并连接好。ROV管线功能管线冲洗后，确认梭阀梭子位置靠近ROV功能一侧。
d）连接器：分别使用一开、二开功能，开关活动连接器各2次。拆开POCV阀液控信号管线接头，单独冲洗信号管线，使用空气吹出阀芯内控制液。
6）控制系统特殊功能的冲洗和防冻措施：
a）蓝黄绞盘小操作面板功能管线冲洗：拆开操作阀功能接口的管线接口，首先在主控制面板上操作对应的功能，冲洗从阀门到控制管束的连接管线；再次打开信号供给压力针阀，多次活动操作阀，冲洗从1寸管分支出来到各功能管线。取样检测浓度，直至浓度符合要求。
b）对于滚筒内调压阀管线，脱开截止针阀前后液压管线接头，滚筒内调压阀调节压力，冲洗截止阀前管线；控制室内调节闸板控制信号压力，冲洗截止阀后管线。取样检测浓度，直至浓度符合要求。
c）接头盒锁控制管线和液缸冲洗：冲洗替换控制信号管线，取样检测浓度，确认浓度符合要求。先连接一端功能，将另外一端控制液排空后，再连接管线。多次重复，取样检测浓度，确认浓度满足。
d）压力开关、压力传感器管线冲洗：主控室内逐一拆开压力开关、压力传感器管线接头，根据对应功能表，冲洗管线，取样检测浓度，直至浓度符合要求。
e）首先将水下储能瓶内部的控制液全部放掉。将水下储能瓶充入含有浓度为30%乙二醇的控制液后，再次泄压。连续冲洗两次，最后将含有浓度为30%乙二醇的控制液充入到水下储能瓶。
7）转喷器系统和支撑环：对于壳体锁、放喷阀、旋转销和支撑销等，先连接一端功能，将另外一端控制液排空后，再连接管线。多次重复，取样检测浓度，确认浓度满足。
三、BOP组地面试压与功能测试
通常防喷器组试压采用淡水，淡水冰点为0℃，由于极地环境气温较低，变化温差较大，因此在极地海域防喷器组试压不宜使用淡水作为试压介质，易造成管线冰冻或防喷器腔室冰冻。因此，制定如下措施：
1）BOP组内腔注入乙二醇浓度为30%的防冻混合液；
2）阻流压井管线注入乙二醇浓度为30%的防冻混合液；
3）试压泵试压介质使用乙二醇浓度为30%的防冻混合液，按照防喷器组地面试压程序对防喷器组试压；
4）功能测试使用同样浓度防冻混合液进行测试。
四、作业期间BOP组防冰堵方案
1BOP控制系统：控制液乙二醇浓度30%，仔细测量确认是否混合均匀。
2连接器：定时注乙二醇，目前每天注2次，每次10L。海底温度变化后，ROV观察乙二醇漏失量，进行调整注入频率和注入量。
此外，每天对室外、海面、海底温度及隔水管水平偏移量、球接头角度、控制液使用量、防喷器组上三个牛眼角度等关键数据进行统计及监控。
3正常钻进、取芯作业时：
隔水管的阻流压井边管&增压管线：每班次循环管线一次；温度降低后，适当提高循环次数或加热循环泥浆。
4电测作业期间：
隔水管阻流压井边管&增压管线：每班次循环管线一次；根据实际作业需要，采用加热循环，适当提高循环次数，利用阻流压井、增压管线，泥浆池开启加热功能，从BOP组到地面进行循环。
5试油作业期间：
隔水管阻流压井边管&增压管线：根据试油流程，用固井泵将阻流压井边管替换成混有30%浓度乙二醇的盐水；另需要时可以利用增压管线建立循环（小泥浆泵），同时开启泥浆池加热，从BOP组顶部到地面循环完井液。
五、起BOP组防冰堵方案
1.BOP组：排放地面管线、放喷管线、油气分离器内残留泥浆，通海水清洗管线后，吹扫管线。
2.隔水管阻流压井边管&增压管线：水下阻流压井、增压边管替换含20%浓度乙二醇的海水。
六、结束语
通过分析低温条件下对整个防喷器组及控制系统的影响，制定并实施采取的应对措施，成功地完成极地海域钻井作业，首次获得水下防喷器组在低温环境下工作的应对措施经验，给国内其他平台或超深水作业具有重要的参考价值。
论文作者:张俊玉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/17
标签：管线论文; 浓度论文; 作业论文; 功能论文; 水下论文; 控制系统论文; 极地论文; 《基层建设》2019年第18期论文;