深水防喷器组控制系统的发展与现状

第４期（总第２９期）

赢体秸勐石控射

ＮｏＡ（ＳｅｒｉａｌＮｏ．２９）

２００８年７月

Ｆｌｕｉｄ

ＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ

ａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ

Ｊｕｌｙ．２００８

深水防喷器组控制系统的发展

李博

张作龙

（中国石油大学（华东）

山东东营２５７０６１）

摘要：概述了水下防喷器组的作用及其控制原理，介绍了深水防喷器组的“闭式”液压控制系统，先导液压控制系统以及电液控制系统。

关键词：石油勘探；深水钻井；防喷器；控制系统中图分类号：ＴＰｌ３７

文献标识码：Ｂ

文章编号：１６７２—８９０４（２００８）０４－００３９－００２

引言

内。随着钻井不断的向深水进展，如何在规定的最

短时间内将防喷器组关闭，成为众多国内外防喷器

深水防喷器组是保证深水钻井作业安全最关

控制系统厂商越来越关注的问题。

键的设备，其作用是在发生井喷、井涌时控制井口压力，在台风等紧急情况下钻井装置撤离时关闭井

２水下防喷器组控制系统

口，保证人员、设备安全，避免海洋环境污染和油气早期钻井作业一般只在浅水进行，因此水下防资源破坏。由于深海抢险、逃生和救援极为困难，因

喷器组的控制系统的发展比较缓慢。随着水深的增此对深水防喷器组及其控制系统的技术性能和可

加，也促使生产防喷器控制系统的厂家不断研制新靠性要求非常高。

型的控制系统。根据不同的应用场合可将水下防喷

由于深水防喷器组控制系统的研制难度大，投器组的控制系统分成“闭式”液压控制系统，先导液

入多，风险高，国内对这方面的研究还处于空白。国压控制系统，单路电液控制系统和多路电液控制系

外的生产制造技术也集中在少数公司手里，基本上统。

处于垄断的地位。我国为了开采南海深水石油，研

２．１“闭式”液压控制系统

制自主产权的深水防喷器及其控制系统已是刻不

容缓。

１水下防喷器组控制原理

当需要关闭防喷器时，首先由平台发出控制信号，控制信号通过控制管汇传递到水下控制阀，当控制阀被打开之后，平台上的动力源或者水下动力源便会将高压动力液导入到防喷器的关闭腔，从而

将防喷器关闭。

防喷器组的操作时间可以划分成两个部分：信号时间和动力液作用（或叫做功能执行）时间。信号，时间是水上控制信号到水下控制阀的传输时间，动

功■执行

力液作用时间是水下动力液控制阀打开到防喷器

图１“闭式”液压控制系统

功能执行完毕的时间。根据ＡＰＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ

Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）标准，环形防喷器的关闭时间不

从１９５５年至１９６３年水下防喷器组控制系统能超过６０ｓ，闸板防喷器的关闭时间在４５ｓ以内；基本上照搬陆地上的钻机控制系统，或者称做“闭

ＮＰＤ（Ｎｏｒｗｅｇｉａｎ

Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ

Ｄｉｒｅｃｔｏｒａｔｅ）标准对防喷

式系统”。这类系统也是最早的直接液压控制系统。器的关闭时间要求更为严格，环形防喷器的关闭时液压源将液体送给装在船上的控制管汇，几条液压间不能超过４５ｓ，闸板防喷器的关闭时间在３０ｓ以

管线从这个管汇上直接通到每个防喷器。这些液压

管线沿隔水管下去，和隔水管组成一个整体或者把

收稿日期：２００８—０４—１８

作者简介：李博，在读研究生，主攻机电液控制。

它们绑在一起，做成一根大直径的独立软管束，控

万　

方数据

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制阀将液体引到各个防喷器和基本执行机构。在复

位时，控制液经由各自的液压管线回到装在船上的控制管汇回到油箱１１１。

但是，当水深增加时，这种型式的系统就出现了严重问题。问题之一是钻井船和防喷器组之问所采用的粗大软管束，经不起海流和风浪的影响发生断裂而失控；另外就是操作时间较长，不能满足ＡＰＩ深水钻井的要求。２．２先导液压控制系统

佩恩制造公司（已被兼并到ＮＯＶＳｈａｆｆｅｒ公司）

２００８年第４期

压控制系统的基础上又出现了改进的偏压先导液压控制系统口Ｉ，如图２所示。

当换向阀处于中位时，整个系统只有偏压蓄能

器的液体传递到两个梭阀处，然后液体又通过梭阀传递到顺序阀，但是偏压蓄能器的压力不足以打开

顺序阀。当换向阀调到左位后，这时高压的先导液

体导人到系统的左边的管汇中，其压力要比偏压系

统的压力高，所以左边的梭阀处于左位，而右边的梭阀依旧在偏压液体的作用下处于左位，先导液体在左边管汇中的压力慢慢上升，压力超过顺序阀的

在１９６３年，研制了用于水下的伺服控制阀，将水下伺服控制阀安装到防喷器组上，这也是现在必备的

水下控制阀箱的原型。控制液通过钻井船上的控制

预调弹簧力时，顺序阀被打开。高压的先导液体迅

速打开控制防喷器组的ＳＰＭ阀（ＳＰＭ阀的打开压力要比顺序阀的压力低），水上水下蓄能器的高能动

管汇，将控制信号传递到水下伺服控制阀上，减少

了信号传输时间，并且该控制系统将动力液通过防喷器组的部件直接排到海水中，这样可以缩短关闭防喷器的时间。

力液进入到防喷器，进行关闭操作。防喷器中原来的液体并不会通过右边的管汇系统回收，而是直接

排放的海水中，这样可以明显的节约关闭防喷器的时间。

２．３电液控制系统

先导液压控制系统利用的是蓄能器中液体压

力能，通过水面的控制信号驱动控制阀实现各种功能。与“闭式”液压控制系统相比，其信号传输时间短。此外，蓄能器的发展也由原来的水上蓄能器发展到了水下蓄能器，水下蓄能器的出现极大地缩短

当水深超过１８００ｍ时，原来的纯液压的信号传输方式就几乎不能满足ＡＰＩ的要求了，电控方式的

引入带来了深水防喷器组控制系统的新纪元。相对

了防喷器组的动力液作用时间，相对于“闭式”的液

压控制系统水深越大，采用水下蓄能器的优势就越明显。

于流体来说，电控的两个很明显的优势就是传输距离远、响应速度快。电液控制系统根据电信号的传

输方式可以划分成单路电液控制系统和多路电液控制系统。

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单路电液控制系统如图３所示。所谓的单路控制是指每一个水下电磁阀在平台控制柜上都有一个与其对应的独立的电信号传输路径【３】。一个多芯的电缆可以提供多个信号传输路径，而电缆的铠装就作为通常的接地回路。如果水下的需求功能点特别多的话，就需要有足够多的电缆来传输控制信

号。功能越多，控制电缆的直径越大，缠绕电缆的滚

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筒的直径就会越大，生产制造的成本也就越高。

图２偏压先导液压控制系统

钻井工作水深对于先导信号的传输有着至关

重要的影响。由于在液压控制过程中大多使用软管

束进行传输，软管线的高压膨胀以及水击现象会明显的增加信号传输的时间，为了减少信号传输占用

的时间，可以增大软管的管径或者换成硬管。增大

管径可以提高信号传输的速度但是软管束的体积

也剧增，下放软管的滚筒的体积也剧增；而采用硬

管传输，生产制造的成本也不经济。因此，在先导液

图３单路电液控制系统

万方数据　

２００８年７月

李博等：深水防喷器组控制系统的发展

４１

多路电液控制系统如图４所示。平台控制柜通２）可以较小的附加费用用来检测深水防喷器

过一根光缆或者通讯电缆来传输全部的控制信号

组设备的状态信息。

［４１。控制信号经过平台上的多路控制系统连续化和３）铠装的电液线缆或者电缆可以取代原来的编码后，通过光缆或者电缆传输到水下控制箱，水

液压管束，可以使平台与水下设备的连接更加牢

下控制箱内的电子模块将控制新后进行解码，在功固，且不易被损坏，甚至可以用来提升可回收的控能执行前要将信息重新传递校验无误后，控制相应

制系统，减少了附加缆绳回收系统的费用和时间。

的电磁阀执行功能。与单路电液控制系统相比，控４）可以将备用的声控系统（如果采用的话）较

制电缆或者光缆的数量减少许多，下放电缆的滚筒好的引入到主控制系统。

的体积也相应的减少，从而能节约一定的成本，此

５）电控系统可以做到模块化，可以根据实际应

外多路控制系统的逻辑电路还可以增加系统额外

用添加相应的功能模块。

的安全性。

３结语

水下防喷器组的控制系统的发展相对于其他

部件比较缓慢，新型的控制系统还在开发中，目前来讲电液控制系统越来越完善，其应用也越来越广

泛。

参考文献

【１１１美国工程技术协会海洋培训公司编．海洋钻井和采用工

艺．１９８３．２０７

【２】Ｅ．Ｓ．Ｂ．Ｓｔｉｄｓｔｏｎ，Ｓｏｎａｔ

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ＤｒｉｌｌｉｎｇＩｎｃ．，ａｎｄ

Ｒ．Ｈａｒｐｅｒ，

Ｓｈａｆｆｅｒ．ＨｙｒａｕｌｉｃＢＯＰＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＤｅｅｐｗａｔｅｒＯｐｒｅａｔｉｏｎ，ＩＡＤＣ／ＳＰＥＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９０．３，ＩＡＤＣ／ＳＰＥ

１９９１８．

１０９

图４多路电液控制系统

【３】Ｇ．Ｓ．Ｓｔｉｖｅｒｓ，Ｃａｍｅｒｏｎ

Ｉｒｏｎ

Ｗｏｒｋｓ。Ｉｎｃ．，Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ

ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｒｅｍｓｆｏｒＳｕｂｓｅａ

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＳＰＥ－Ｅｕｒｏｐｅａｎ

电液控制的优点如下：ＳｐｒｉｎｇＭｅｅｔｉｎｇ，１９７２．３，ＳＰＥ３７６２．１－２

１）响应速度快。

ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＤｅｅｐｗａｔｅｒＢＯＰＳｔａｃｋｓ

ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ

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关键词是从其题名、层次标题和正文中选出来表，学术界早已约定利用主题概念词去检索最０的，能反映论文主题概念的词或词组。

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关键词是为了适应计算机检索的需要而或叙词，文献数据库就不会收录此类文章，读

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提出来的，位置在摘要之后。早在１９６３年，美者就检索不到。关键词选得是否恰当，关系到２国ＣｈｅｍｉｃａｌＡｂｓｔｒａｃｔｓ从第５８卷起，就开始采该文检索和该成果的利用率。

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用电子计算机编制关键词索引，提供快速检索

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深水防喷器组控制系统的发展

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

李博， 张作龙， LI Bo， ZHANG Zuo-long中国石油大学,华东,山东,东营,257061流体传动与控制

FLUID POWER TRANSMISSION AND CONTROL2008,29(4)1次

参考文献(3条)

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3. 美国工程技术协会海洋培训公司 海洋钻井和采用工艺 1983

引证文献(1条)

1. 盛磊祥. 许亮斌. 蒋世全. 刘正礼 深水水下防喷器控制系统蓄能器能力分析[期刊论文]-中国海上油气 2010(5)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ltcdykz200804015.aspx