再谈防喷器远程控制台三位四通转阀手柄位置问题

2 0 1 5 年 第 4 4 卷 第 1 期第 6 8页 石 油矿 oI L FI ELD 场机 械 E QUI P MENT 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 5 0 1 0 0 6 8 0 6 再谈 防喷器 远程控 制 台三位 四通 转阀手柄位 置问题 张桂林 郝荣明 韩兴伟 陈志 宁 中石化胜利石油工程有 限公 司 技术装备处 山东 东营 2 5 7 0 0 1 摘要 为正确操作和合理使用防喷器 确保防喷器工作可靠和关井封 井安全 以 防喷器控制装置三 位四通转阀手柄位置分析 一文为例 进一步论证 了正常钻井中手柄位置问题 通过液压控制原理 分析并查阅文献资料 认为该文的观点值得商榷 国外标准在该方面也存在 问题 指 出了正常钻井 中防喷器与液动阀三位四通转 阀手柄的合理位置为中位 位 于开位和关位都存在井控安全隐患 关 键 词 防喷 器远程控 制 台 三位 四通 阀 手柄 位置 中图 分类 号 TE 9 2 1 9 文献标 识码 B d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 3 8 4 2 2 0 1 5 O 1 O 1 7 Di s c u s s i o n o n t he Po s i t i o n o f Th r e e p o s i t i o n a n d Fo u r wa y Va l v e o n t h e Bl o wo u t Pr e v e n t e r Re mo t e Co n s o l e ZHANG Gui l i n HA O Ron gmi n g H AN Xi ng we i CHEN Zhi ni ng Pe t r o l e u m Te c h n o l o g y a n d Eq u i pme n t De p a r t me n t o f SI NOPEC Oi l f i e l d S e r v i c e S h e n g l i Co r p o r a t i o n Do n g y i n g 2 5 7 0 0 1 Ch i n a 可以检测管道 的变形 还可以检测一些管壁内缺陷 焊缝 以及 大 的裂纹 具 备 了部 分 智 能 管 道 检 测设 备 的功能 随着国内运行管线 的大量 老龄化 以及对 安全生产要求的不断提高 管道 检测作业将会越来 越普遍 这种兼具普通通径检测 器和部分智能检测 功能的产品可以提供精确的检测数据 甚至可 以在 某些场合取代智能检测设备 简化管道检测流程 必 将具有广阔的市场前景 参考文献 1 李影 李 国义 马文鑫 我 国油 气管 道建设 现状及 发展 趋势E J 中国西部科技 2 0 0 9 8 1 4 6 7 2 郑 贤 斌 油 气 长输 管 道工 程 安 全评 价 及其 确 定方 法 J 石油矿场机械 2 0 0 7 3 6 8 5 1 0 3 胡徐 彦 张 炜强 蒋 满 军 等 X 6 5管 线 钢在微 量 H S 环境 中的腐蚀行 为试验 研究 E J 石 油矿场机 械 2 0 1 3 42 9 64 68 4 张剑波 袁超红 海底管 道检 测与维修技术 J 1 石油 科 技 论 坛 2 0 0 5 3 4 5 6 1 0 E 5 3 洪险峰 严舒 管道通径检测技术及其 在新 线上 的应 用 I j 石 油科技论 坛 2 0 0 8 1 5 2 5 5 6 郭 晓 丽 油 气 管 道 通 径 仪 研 究 D 天 津 天 津 大 学 2 0 0 7 E 7 代莉 莎 张仕 民 朱 霄霄 等 油气 管道通径检测器 技术 研究进展 E J 油气储运 2 0 1 2 3 1 1 1 8 0 8 8 1 3 E 8 白港生 新 型管 道测 径清 管器 E J 化工 设备 与管道 2 0 0 8 4 5 5 5 9 6 O E 9 刘然 王长江 张连 宇 油 气管 道弯管试 压技 术方 案研 究E J 石油矿场机械 2 0 1 3 4 2 5 1 2 1 5 1 O 许冯平 邓宗全 管道机 器人 在弯道处 通过 性 的研究 I j 机器人 2 0 0 4 2 6 2 1 5 5 1 6 0 1 1 周燕 董怀荣 周志 刚 等 油气 管道 内检测 技术 的发 展 I j I 石油 机械 2 0 1 1 3 9 3 7 4 7 7 E 1 2 潘 忠元 传 感 器 密 封材 料 的 比较 与选 用 J 衡 器 2 0 0 7 3 6 4 4 8 4 9 1 3 张 弘 基 于 C AN 总 线 的信 号 采集 与 处理 模 块 研 究 E D 南京 南京航空航天大学 2 0 0 7 E 1 4 张锦生 对 国外几何形状检测清 管器 的分 析E J 油 气 储 运 1 9 8 5 4 1 6 2 6 5 收 稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 5 作者 简介 张桂林 1 9 5 9 一 男 山东寿光人 教 授级高级工程师 主要从 事钻 井工 程技 术管理与研究工作 第 4 4卷第 1 期 张桂林 等 再谈防喷器远程控制 台三位 四通转 阀手柄 位置问题 Ab s t r a c t Fo r t he c or r e c t o p e r a t i o n a n d r e a s on a bl e us e o f t he BOPs e n s u r i n g BOPs wo r k r e l i ab l y a nd c l os e t he w e l l s a f e l y t he p a pe r o f The Ana l y s i s a bo ut t h e Po s i t i o n o f Thr e e Pos i t i on a nd Fo ur W a y Va l ve o n t he Bl o wo ut Pr e ve nt e r Re mot e Con s o l e i s t a k e n a s 3 c a s e t o f ur t h e r d e mon s t r a t e t he ha nd l e po s i t i o n p r ob l e m d ur i ng n or ma l d r i l l i ng o pe r a t i o ns Thr o ug h t he h yd r a ul i c c on t r ol pr i n c i p l e a n a l y s i s a n d c o ns ul t i n g l i t e r a t ur e d a t a t h e vi e wpo i n t s i n t he a r t i c l e s h ou l d b e d e l i b e r a t e d f o r e i g n s t a nd a r ds a l s o ha s t he pr o bl e m i n t hi s a s pe c t I t wa s po i n t e d o ut t h a t t he r e a s on a b l e p o s i t i o n o f t h e B OPs a n d h y d r a u l i c t h r e e p o s i t i o n a n d f o u r wa y v a l v e i s n e u t r a l d u r i n g n o r ma l d r i l l i n g o pe r a t i on s Th e we l l c on t r ol s a f e t y r i s ks e xi t i f t he c o nt r o l va l v e s a r e l oc a t e d i n op e n a nd c l o s e p o s i t i on Ke y wo r d s b l owou t p r e ve nt e r r e mot e c o ns ol e t h r e e po s i t i o n a nd f ou r wa y v a l v e v a l ve p os i t i on 石油矿场机械 2 0 1 3年第 4 2卷第 2期发表了 防喷 器 控 制 装 置 三 位 四通 转 阀 手 柄 位 置 分 析 一 文 1 笔者研读之余 认 为该文 的观点还需 商榷 可 以说 井控设备是保证安全必备的设备 对其有效 保护和正确控制 是确保井控安全 的重 中之重 要 实 现正 确开 关井 操 作 与 控 制 最 核 心 的问题 就 是 要 有足够的液压油压力和油量 保持设备处于完好状 态 在确保防喷器处于正确位 置后 应采取有利 于 保持压力 保存油量的措施 尽最大可能保护液控管 线与防喷器 现对该文进行分析并提 出建议 不足 之处请原文作者和读者批评指正 1 1 对原 文的分 析 研读原文 认 为对防喷器控制装置及其三位 四 通转 阀工作原理介 绍很清楚 对 国内外井控规范 的 说明也客观实际 对参考文献分析很到位 但对于 原文 中对转阀的位置 分析 和文章结论部分 需要讨 论和商榷 特别是转阀置于中位时的 4个方面弊端 和结论第 1 部分 难 以得到认可 现进行如下分析 1 1关 于 防喷器 控 制原理 原文 对 防喷 器控 制 原 理 进 行 了分 析 应 该 说 很 透彻也很正确 实 际上 控制 系统 中最核心 的控制 元件是三位四通转 阀 该 阀的设计非常科 学 在液 压控制机械中广泛使用 如在大型 吊车等液压起重 机 械 中 三 位 四通 阀采 用 O 型 中位 机 能 通 过 控 制 操 作杆 的前 中 后 不 同位置 实 现重 物 的起升 或 起 重 臂 的伸 出 下放 或起 重 臂 的 回缩 和悬 停 锁 定 状态 待命位置为中位 在地面防喷器控制装置中 三位 四通转阀也采用 O 型 中位机能 手柄 3个位置 控制 4个油 口的连通与截止 实现防喷器的开关和锁 定 这种转阀 手柄在中位能够保持被控制对象的锁 定状态 既 防止 了防喷 器 的误 动作 液 压 油 的漏 失 消 耗 也保护了设备 因此合理待命位置应为中位 1 2关 于 国外标 准 原文 介 绍 的 国 外 井 控 标 准 AP I R P 5 3 1 9 9 7和壳牌公司钻井 规范 都提到钻井作业期 间防喷器控制阀应处于开位 节流管线控制 阀应处 于关位 也讲到了这样做的 3个原 因 可将防喷 器液 缸锁 定在 相应 的位 置 可 以 清 晰地 显 示 防 喷 器或阀的工作状态 能够监测阀 管线或防喷器的 漏失 情况 对 于这 样 做 的 3个 方 面 原 因 应 该 认 真 进 行 分析 1 对于防喷器位置的锁定问题 将防喷器打 开到位后再将手柄扳至 中位 开启腔 内仍稍有压力 并且各油 口处于截止状态 防喷器将一直保持在打 开状态 2 显 示 开关状 态 问题 只是 为 了显示 开关情 况就将控制系统始终处于连通状态下工作 带来 油 量消耗 压力降低 以及设备损伤等井控的隐患 实属 没 有必 要 3 监测阀 管线或 防喷器的漏失问题 井控 的关键是保持液压油量和液控压力 最要害的是保 证 关 闭防喷 器这 条 通 路 的完 好 对 打 开 侧 管线 与 打 开 腔 的长期 监控 没有 意义 因此 上 述 3个 方 面 的原 因没 有 涉及 井 控 的关 键 不应成为置于开位 的理 由 国外标准是否科学合理 要进行研究分析 不能 完全认可和照搬 可以说 对 于液压控制系统 最重 要 最关 键 的是液 压 油 量 充 足 压 力 足够 只有 液 压 油 没有 消耗 压力 保持 良好 才 能保证 液压 控制 的可 靠性 手柄在中位时各腔互不相通 能够锁定 防喷 器和液动阀在相应 的位置 有效 防止管线系统油量 的损耗 而国外标准规定正常钻井作业时手柄置于 开位 这意味着长年累月在此状态下工作 一旦发生 管线 损坏 将造 成液 压油 快速 漏失 压力 迅速 卸掉 直 接导 致无 法关 井 的严重后 果 第 4 4卷第 1期 张桂林 等 再谈 防喷器远程控制 台三位 四通转 阀手柄位置 问题 中位 远控台控制闸板 液动闸阀的换 向阀待命工 况宜 位 于 中位 1 3 3相 关 文 章 2 0 0 8年 2 0 1 1年 天然气勘探与开发 和 石油 钻探技术 分别发表 了 防喷器操作手柄最佳位置的 讨论 和 关 于两 个井 控争议 问题 的讨论 2篇 文 章 8 对防喷器控制原理进行了分析 对三位 四通转 阀进行了剖析 对手柄在开位和中位的优缺点进行了 分析与比较 得出了正常钻井 中手柄最佳位置为 中 位 处于 开 位存在很大井控隐患的认识与结论 1 4关 于北 石厂 的说 明 书 北京石油机械厂 的 地面防喷器控制装置 使用 手册 l 介绍了控制装置的原理 提出了安装与使 用要求 在 使用手册 7 1 使用须 知 中提出 在 正常钻进情况下 远程控制台各转 阀的手柄位置是 各防喷器处于 开 位 放喷阀处于 关 位 旁通阀处 于 关 位 该手 册 执行 标 准 是 S Y T 5 O 5 3 2 2 O O 7 钻井井 口控制设备及分流设备控制系统规范 该 标准等 同采用 AP I S p e c 1 6 D 2 n d E d i t i o n 但查 阅 S Y T 5 0 5 3 2 2 O 0 7和 等 同采用 的 AP I S p e c 1 6 D 2 n d E d i t i o n 都未提出关于手柄位置 的规定 原文 中提到的 地面防喷器控制装置液压元器 件使用手册 是关 于液压元器件原 理与使用 的手 册 该手册指出 在正常钻进时 控制 闸板防喷器 与环形防喷器的三位 四通转 阀的手柄务必在 开位 而控制液动放喷 阀的三 位 四通转 阀的手柄应在关 位 这样考虑 对于保护转阀阀芯及各油 口是有好 处的 但对井控安 全是不利 的 轻则有少量 缓慢 的 消耗 重则在管线突然断 爆 裂时发生快速耗尽油 箱内液压油的情况 总之 文章对 阀的工作原理 和控制原理分析得 很透彻 很正确 但对阀的位置对井控安全的影响的 认识还不够深入 特别是认 为转阀在 中位存在 的几 方面弊端是不正确的 现进行 分析并与原文作者进 行 探讨 商榷 2 对 原文 中观点 的分 析 原文第 5 部分是转阀位置的分析 在这一部分 中 原文分析了手柄不同位置时管线 内的压力情况 指出了管线和防喷器液缸耐压能力满足液控压力要 求 指出了钻井 中将转阀置于中位 的弊端 笔者分 析认 为 原文 的一些 观点 需要 探讨 现 分析 如下 2 1 手柄在 中位 时液缸 中 的压 力问题 根据三位 四通转阀工作原理 若将手柄从 开位 回到 中位 防 喷器 开启 管 线 和 开启 腔 压 力 并 没 有 卸 荷 控制管线 液缸开启腔仍然在高压下工作 无论 手 柄在 开关 位还 是 在 中位 液压 管 线 都 是 在 高压 下 工作口 实际并非如此 对此问题 笔者在胜利油 田井控 培训基地进行 了现场测试试验 主要设备有 F KQ3 2 0 4 G 型控制 台 2 F Z 2 8 3 5型防喷器 2只量程为 1 6 MP a的压力 表 分别连接于防喷器开启管线和关 闭管线 汇流 管压力 1 0 5 MP a 用不同速度将手柄从开位扳至 中 位观察剩余压力 试验数据如表 1 表 1 管线压力测试结果 次 数 1 2 3 4 5 回位时间 s 开启 管线剩余压力 MP a O 5 1 O 2 O 3 O 5 O 3 8 1 O 0 0 O 该试验证实了将手柄从开位快速扳 回中位时管 线 内仍有剩余压力 但操作时 间大于 1 S 后 压力表 显示管线内的压力降为 0 从关位 回中位试验结果 基本一致 回位时间 0 5 S 压力降为 1 5 MP a 回位 时间 2 s 压力降为 0 在钻井现场 操作时间一般大 于 1 S 开启 管线 中压 力应该 很低 或接 近 为 0 这只是 1个试验验证 给出 1个 明确 的结果 实际上 管线中不带压 的道理十分简单 液体是基 本不可压缩的 微小的体积改变 即可使压力产生很 大变化 在三位四通换向阀手柄 由关位或开位扳向 中位 过程 中 阀盘孔 口将 相对 阀座 孔 口转移 当阀盘 孔 口一部分已移离 阀座孔 口 而另一部分却仍与 阀 座孔 口相通时 与阀座油 口相连管路里 的压力油就 绕经阀盘孔 口溢流 回油箱 结果导致管路里 的油压 迅速降低 这就是闸板防喷器在关井 手动锁紧后 只需将三位 四通换 向阀手柄扳至 中位 就可使液控 管路压力油泄压的缘故 5 如 图 3 因此 将手柄 从开位扳至 中位过程 中 开启腔 内的压力 已经释放 已经不存在高压力 开位 I o a 打开防喷器 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 5年 1 月 中位 I P B 0 b 中位锁定 位 C 关 闭防喷器 由 关 位 板 向 中 位 1 0 d 压 力 泄 漏 图 3 三位四通 换向阀工作原理 2 2 操作 不便 利 防喷 器位 置不 明确 问题 防喷器控制装置基本配置是司钻控制台和远程 控制台 大型钻机 高压深井钻井需同时配备 司钻 控制台和远程控制台 一般小型钻机 低压浅井钻井 只配置远程控制台 司钻控制台的三位四通气转阀 进行开 关井操作后 司钻台手柄 自动 回中位 不能 停在其他位置 远程控制 台三位 四通转阀可 以通过 司钻控制 台控制其开 关井操作 也可 以手动进行 开 关井操作 操作完后其手柄可以停在开 中 关任 一 位 置 若通过远程控制 台打开防喷器 在打开到位后 直接将手柄扳 回中位 然后进行钻井作业 若用司钻 控制台打开防喷器 打开到位松手后 司钻台手柄 自 动回中位 远程 台手柄在开位 此时 只需人工将远 程控制台手柄扳 回中位即可 这些操作是很规范 很简单也是很习惯 的操作 长期以来一直沿用 不存 在操作不便利的问题 防喷器在钻井现场安装完成后 首先要按设计 进行 试压 环形 防 喷器 半 封 闸板 防喷 器 关 闭 进行 封钻杆试压 全封与剪切闸板 防喷器关闭进 行封空 井试压 试压达到要求后 打开防喷器 进行钻进作 业 在进行钻进作业情况下 防喷器一定是打开状 态 不存在位置不明确 的问题 2 3液压 管线 泄漏 问题 原文提出 因转 阀置于中位后防喷器控制装置 和液压 管线 不连 通 管 线 泄 漏后 液压 油 无 法 供 给 到 防喷器开启腔或关闭腔 恰恰这就是将手柄置于中 位 的最重要原因和理 由 只有手柄在 中位 才能保 护油量不消耗 保持压力不 降低 关键 时候能关井 反之 若钻井中手柄置于开位 管线泄漏后液压油消 耗 压力降低 随后泵启动加压补充 这样更加速了 油量 的 消耗 严 重 的漏 失 不 被 发 现 时 将 导 致油 箱 内 油量全部耗光 这是井控安全绝对不允许 的 要 防 止发生这种问题 最好的办法就是将手柄置于中位 使其互不相通 确保液压油量和压力 再者 原文提 出的腔体 内的液压油压力可能低 于防喷器 的最 小操 作压 力 问题 因为转 阀在 中位 时 防喷器的开启腔 关闭腔形成了密闭空间 防喷器已 经处于锁定状态 不管压力是否低于防喷器最小操 作压力 因为没有液压油的流动 防喷器此时是不能 活 动 的 绝对 不会 影 响防 喷器 的开关 操作 2 4液压 管线 升压 问题 手柄置于中位后 因后面的管线 防喷器腔体为 密闭空 间 随着 环境 温 度 的变 化 可 能会 产 生 液 压 油 体积膨胀的现象 目前采用的液压油是添加 了阻燃 剂 消泡剂的专用液压油 一般 为 3 2号低凝抗磨液 压油 热膨胀系数很低 环境昼夜温差引起的液控管 线系统 中液体的膨胀量很小 液控管线采用的是 3 层钢缠 的橡胶软管 弹性较大 可靠性很高 这种微 小的膨胀对管线没有任何影 响 同时 防喷器液缸 活塞两端基本不存在压力和压差 对密封圈保护最 为有利 温度的变化不会影响防喷器的工作状态 相反 按原文的考虑将手柄至于工作位 防喷器 开启侧与关闭侧将长期存在 8 5 1 0 5 MP a的压 差 这就将发生井 喷时才用 的专用关井设备 防 喷器变成 了长期带压设备 对于活塞密封圈的损伤 管线本体与密封的损伤 以及造成的液压油漏失等问 题将是难 以避免的 2 5防喷器 误动 作 问题 1 锁紧装置与中位的关系 原文讲到了液压 锁紧 机械锁 紧 并与正 常钻进 时没有 锁紧进行联 系 认为手柄置 于中位就可能出现误动作 这样 分 析没有道理 锁紧只是在关井时采用 钻进时是不用 锁紧的 产生误动作与是否在中位是没有关系的 2 活塞的浮动问题 原文认 为 手柄在 中位 第 4 4卷第 1 期 张桂林 等 再 谈防喷器远程控制 台三位 四通转 阀手柄位 置问题 时 开启腔 关闭腔与压力油不连通情况下若活塞密 封损坏 将会 出现 活塞 浮动进 而出现误动 作 问题 实际上 这是不可能发生的事情 正常钻井前 进行 的是 防喷器打开后手柄 回中位 的操作 防喷器开启 腔 内稍 有压 力 关 闭腔 内 无 压 力 活 塞 是 不 能 浮 动 的 且因不受高压力的作用 此时活塞密封是不应 该损坏的 也不会造成 闸板 的动作 同时 活塞密封 与液缸 的摩擦力 活塞杆密封处的摩擦力将 限制活 塞 的移动 因此说 不存在活塞达到浮动的状态 也 不存在误动作的问题 3 全封闸板将钻杆挤压变形的事故 曾经出 现了这样一个莫名的事故 就给出了是 全封闸板防 喷器 的油缸密封损坏导致 的结论 实在难 以接受 试想 全封闸板将钻杆挤压变形需要多大 的力 这 个力一定要 由关闭腔 中的液压力提供 这 个液压力 一 定要三位四通 阀 P口与 A 口连通提供压力油才 能产生 与此 同时 开启腔 内一定是低 压 并且 B 口与 O 口一定要 连通 使液压油 回油箱 才能进行 可以说 只有转阀在关位时 才能有这样 的情形 分析认为 因活塞 2 个方向都采用 了质量好 可 靠性高的 Y 形密封 圈 在将手柄从开位扳至 中位 防喷器液缸内基本不存在压力 的情况下 防喷器不 但不会产生误动作 也没有影响关井可靠性的因素 2 6原 文的 结论 问题 原文结论是 钻井作业 中防喷器控制 台三位 四 通转阀置于开位 液动阀三位四通转 阀置于关位 这 样可以直观地看到 防喷器的开关状态 也可 以防止 管线温升问题和防喷器误操作问题 对于防喷器开 关状态的观察和对于管线的温升与防喷器的误动作 问题 上文已进行了分析 不再赘述 这里再分析一 下液动阀的手柄位置问题 井控管汇中 有手动和液动 2种平板阀 控制某 条管线的全开全关状态 这种 阀阀芯相同都为平板 型 需要浮动密封 手动平板阀开 关 到底后 应 回 转 1 4圈 1 2圈 使其处于浮动状态 提高压力密 封可 靠性 并 且开 关应 1次 完成 不 允许半 开半 闭 1 手动控制可 以进行 回转操作 达到 阀芯 的浮 动状态 液动 阀因结 构原 因无法 实现 阀芯的浮动 在这种情况下 关 闭到位后完全可以使 手柄 回到 中 位 长期使其处于关位保持液压连通状态 实属没有 必 要 1 3认识与建议 1 正常钻井 中 防喷器远程控制台各防喷器 液动平板 阀操作手柄应置于 中位 保护液压油量 保 持液控压力 保护井控管线与设备 确保发现溢流后 及时可靠关井 若使其置于开位 和关位 虽然液控 管线耐压能力满足使用要求 但容易造成油量损耗 和压力损失 不利 于管线与设备保 护 将造 成井控 隐患 2 对 国外标准应进行研究和分析 不能一概 认可 不能一概引用 特别是事关井控安全 的重要 标准 应从原理科学 技术先进 操作方便 符合习惯 等 方面 进行 研究 论证 不科 学 不合 理 的规 定应 进行 修改完善 不能盲 目对号照搬 对于 国内具有显著 优势的做法 不应因与国外的不同而改变 3 S Y T5 0