(中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459)
摘要：井口控制盘是海上油气田生产中的重要设备，本文主要介绍了井口控制盘的设计型式、功能、组成原理，并结合实际案例详细说明其工作原理及应用情况，最后对国产化井口控制盘给予肯定并寄予希望。
关键词：井口控制盘 设计 功能 原理
1 概述
井口控制盘是海上油气田生产中的重要设备，其主要用于控制采油/采气树的井上安全阀、井下安全阀、套筒放气阀和电潜泵等设施，它是通过监测每一井口管线的压力及通过该系统与应急关断系统的相互作用并根据有关监测信号控制井口设施顺序关停，以保证海上平台或装置处于安全状态的就地控制装置。一直以来，井口控制盘主要依赖进口，不但采办周期长，且一旦有问题，厂家的技术支持也不能及时到位。早在十年前，我们国家部分厂商已开始着手国产化研究，比如美钻、弗赛特等公司。
2 井口控制盘的设计
井口控制盘一般分为公用模块和单井模块。通过公用模块能对所有井进行控制，单井模块具体控制每一口井。井口控制盘通过电气接口，还能够实现远程控制。另外，根据需要，井口控制盘还兼具其它控制，如井口区ESD（紧急关断）气动开关关停控制、采油树易熔塞回路控制等。
井口控制盘设计一般为抽屉式结构，即每口井对应一个抽屉，每个抽屉为一个独立的控制单元，具有完整的控制功能。单井控制抽屉与公共模块之间有隔离阀，关闭隔离阀，拆开接头，可将单井控制抽屉从井口控制盘中取出，一旦有单井出问题，马上可以用备用模块或其他单井模块代替，这大大方便了单井模块的维护，节约了维修时间。
3 井口控制盘的功能及应用
下面以渤海某井口平台20口井为例，来详细介绍井口控制盘的主要功能、组成原理及其国产化应用情况。
3.1井口控制盘功能
该平台设有井上安全阀、井下安全阀及放气阀，井上安全阀包括主安全阀和翼安全阀，井下安全阀包括井下安全阀/放气阀。井口控制盘主要是对每口井的地面安全阀、井下安全阀及放气阀进行控制。在井口控制盘上可以对单井、部分井或全部井的地面安全阀、井下安全阀、放气阀进行操作控制，也可以在中控室对单井的地面安全阀、部分井或全部井的地面安全阀、井下安全阀及放气阀进行远程控制。另外，各井的状态在井口盘盘面上和中控室操作站均有显示。
3.2 井口控制盘组成原理
井口控制盘主要包括主控制回路、单井模块控制回路、电气控制回路。
3.2.1主控制回路由气压供给及控制回路、液压供给及电气控制回路
气压供给回路是一个逻辑关断的气压回路，气源由平台提供，一般经过两次调压后把压力调节到70PSI，为易熔塞、ESD关断站、高低压开关控制回路提供压力。易熔塞回路和ESD关断站工作原理基本相同，都是通过气压控制液压先导回路来控制整个井口控制盘所有井的井下安全阀/放气阀,井上安全阀打开和关断的。
液压控制回路受气压控制回路中的易熔塞控制回路和ESD关断站的控制，由盘内两个气动泵作为压力源,通过调压阀的调压为先导回路提供压力。
液压控制回路可以分为1、2级紧急关断、3级紧急关断和4级普通关断。1、1、2级紧急关断与易熔塞和ESD手动站发生报警时，同时关闭所有的井下安全阀/放气阀和井上安全阀，1、2级关断可分为远程遥控关断和现场手动关断，远程关断是通过控制1、2级紧急关断控制回路上的电磁阀来实现远程关断的。就地手动关断是通过手动推拉1、2级关断的手动推拉阀来控制。
3级紧急关断是关断所有的井上安全阀，3级关断受1、2级关断的控制，1、2级关断时3级连锁关断，3级关断不影响1、2级关断。3级关断也可分为远程关断和就地手动关断，远程关断是通过控制3级关断上的电磁阀来实现的，就地手动关断是通过现场推拉3级关断的手动推拉阀控制的。
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4级普通关断是关断单井的井上安全阀，4级关断与3级关断相同可分为远程关断和就地手动关断，远程关断是通过控制单井井上安全阀控制回路上的电磁阀来控制井上安全阀的，手动就地关断就是手动关断这口井的井上安全阀的手动推拉阀。由此可见4级关断只是关断3级关断中的其中一口井的井上安全阀，因此4级关断从属于3级关断。
液压主回路中，液压油通过连接于油箱的Y型过滤器过滤，为四个气动液压泵提供清洁的液压油，液压油经过液压泵的增压和调压阀的调压为井下安全阀/放气阀,井上安全阀提供液压压力，这些压力都会储存在各个液压回路的蓄能器中。蓄能器内充有氮气，用于存储液压回路的高压能量。当液压回路中因渗漏造成小的压力波动时，蓄能器可释放部分高压能量，维持液压回路压力的相对稳定，从而避免泵的频繁启动。为了保证安全每一个泵和每条回路上都安装了安全释放阀，当系统压力高于设定压力值时，通过安全释放阀自动将压力释放到液压油箱。
3.2.2单井模块控制回路
每个模块控制一口井，每个单井控制模块都能够打开/关闭对应井的井下安全阀/放气阀、井上安全阀。
当易熔塞熔断、ESD关断站紧急关断时所有井的井下安全阀/放气阀,井上安全阀都会自动关闭。
主安全阀关断逻辑：可实现本地关断功能，一般ESD1、2级关断时，所有翼安全阀先关闭，延时10s 主安全阀关闭，延时30s 井下安全阀/放气阀关闭；ESD3级关断时，所有翼安全阀先关闭，延时10s主安全阀关闭。ESD4级关断时，单井翼安全阀先关闭，延时10s 主安全阀关闭。
3.2.3电气控制回路
电气控制部分由接线箱组成，所有进出井口控制盘的信号都接到此接线箱。
每个单井的井上安全阀可通过单井液压油管线出口的压力开关通过中控系统控制井口盘内的电磁阀实现自动关断，也可通过盘面上的手动复位装置实现手动开关功能。
井口控制盘与中控系统的电气接口是通过井口控制盘内部的压力开关和电磁阀实现的。其中，压力开关提供井口盘各控制回路的状态，电磁阀允许中控系统实现遥控关井。
每口井出口管线上的压力开关的高高/低低压力报警、井口区ESD按钮启动、井口区易熔塞回路失压和中控系统的紧急关断等等信号的异常均将导致井口安全阀的相应关断。
3.3泵的启停逻辑
2个井上气动液压泵，2个井下气动液压泵，一个手动泵作为系统的增压设备，泵出口的压力大小通过调节供气回路调压阀来实现，通过调节供气回路调压阀使主泵的泵出口压力是4200PSI，备用泵的泵出口压力为4000PSI。压力降低到4200PSI以下时主泵会启动为系统补充压力，如果主泵启动后压力还在降低或主泵不能正常启动，在压力降低到4000PSI以下时，备用泵启动和主泵一起为系统补充压力，当压力升高到4000PSI时备用泵停止，当压力升高到4200PSI时主泵停止。
3.4 井口控制盘的应用情况
该平台自2014年投产以来，运行平稳，各项功能参数符合设计要求，应用效果良好。
4 结束语
国产井口控制盘自2008年在海上应用以来，经过十年的完善，已从最初的体积庞大逐渐向小体积迈进，内部的工艺管线布局等等已日趋合理，盘外观也漂亮了许多，目前从使用方回馈的问题也少了许多。相信在不久的将来，国产井口控制盘无论盘内外，结构工艺等方面设计会更合理、更人性化、海上应用更广泛。
参考文献:
[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会. 海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M]．北京：石油工业出版社，2007.
第一作者简介：许晓英（1970-），女，高级工程师，现主要从事海上油气田开发工程仪控研究设计。
论文作者:许晓英,陈建玲,高阳,金秋,王万旭
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/19
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