普光氣田地面安全控制系統(tǒng)

朱明喜

（中原油田普光分公司采氣廠，四川達(dá)州636150）

普光氣田是目前國內(nèi)規(guī)模較大的海相整裝氣田，具有儲量豐度高、氣藏壓力高、H2S和CO2含量高、氣藏埋藏深的特點(diǎn)。目前，普光氣田主體共有39口開發(fā)井，每口井均安裝有井下安全閥和地面安全閥，16座集氣站分別采用FST氣控液型、FST液控液型、Cameron液控液型三種控制柜。每座集氣站只采用1套井口控制柜對該集氣站所有井下安全閥和地面安全閥進(jìn)行控制和操作。

1 地面安全控制系統(tǒng)簡介

該氣田所使用的井口控制柜有三種類型，根據(jù)不同的設(shè)計理念和原理，其組成部件也不盡相同，以Cameron液控液型為例介紹如下。

1.1 組 成

Cameron液控液型控制柜主要包括井口控制系統(tǒng)（PLC），供電系統(tǒng)，供油系統(tǒng)（液壓油箱、蓄能器、氣動液壓泵、手動增壓泵、液控三通閥、壓力開關(guān)），外接儀表輔件（高低壓限壓閥＋各儀表）等。

1.2 工作原理

Cameron液控液型控制系統(tǒng)通過2臺電動液壓泵（或手動增壓泵）將常壓的液壓油增壓至地面安全閥或井下安全閥開啟所需要的壓力儲存蓄能器內(nèi)，低壓泵最大輸出壓力約為41.4MPa，高壓泵最大輸出壓力約為68.9MPa。

低壓泵的液體經(jīng)減壓閥減壓后作為邏輯控制壓力（0.55～0.83MPa），此壓力有三種通路：操作壓力、高低壓限位閥先導(dǎo)壓力、易熔塞先導(dǎo)壓力。這三種壓力均作為邏輯控制壓力來控制液控三通閥，從而達(dá)到控制高壓的地面安全閥（或井下安全閥）的目的。同時，在地面安全閥（或井下安全閥）邏輯控制回路上有一個和液控三通閥串聯(lián)的電磁三通閥，用來控制地面安全閥（或井下安全閥）遠(yuǎn)程關(guān)斷。因此，緊急情況下可通過ESD－1／2／3命令使電磁閥失電，關(guān)斷地面安全閥（或井下安全閥）。控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

2 地面安全控制系統(tǒng)控制邏輯

Cameron液控液型控制系統(tǒng)采用井下安全閥和地面安全閥兩組安全控制系統(tǒng)。地面安全控制系統(tǒng)（ESD）能夠分別實(shí)現(xiàn)對同一個平臺1～3口井的單井關(guān)斷，并根據(jù)關(guān)斷邏輯設(shè)置關(guān)斷地面安全閥（SSV）或／和井下安全閥（SCSSV）。

ESD與SCADA系統(tǒng)相連，進(jìn)口溫度、壓力、油管頭側(cè)溫度、壓力，輸送管線壓力，SSV閥的閥位，易熔塞壓力等信號可遠(yuǎn)傳至站控系統(tǒng)SCS，采用4～20mA，0～24V信號傳輸。ESD根據(jù)SCS指令關(guān)斷SSV和SCSSV，安全閥的開啟順序?yàn)橄乳_井下安全閥，后開地面安全閥。

ESD與SCADA系統(tǒng)接入控制柜，實(shí)現(xiàn)對井下安全閥和地面安全閥的遠(yuǎn)程和就地控制，其控制邏輯見表1所列。

3 應(yīng)用特點(diǎn)

Cameron液控液型井口控制系統(tǒng)有ESD緊急關(guān)斷、本地手動開／關(guān)井、遠(yuǎn)程緊急關(guān)斷、火災(zāi)、H2S體積分?jǐn)?shù)超高安全關(guān)井、井口壓力異常關(guān)斷等功能。

井口安全控制系統(tǒng)是一個低壓邏輯控制的多井井口安全閥控制系統(tǒng)，四井地面控制系統(tǒng)在普光氣田的應(yīng)用特點(diǎn)如下：

表1 地面安全控制邏輯

a）四井地面控制系統(tǒng)具有ESD應(yīng)急關(guān)斷、RTU遠(yuǎn)程關(guān)斷、熔斷塞關(guān)斷、高低壓限壓關(guān)斷、井口壓力異常關(guān)斷功能，能分別對每口井的井下安全閥和地面安全閥實(shí)現(xiàn)部分關(guān)井和完全關(guān)井。

b）四井地面控制系統(tǒng)在任何一井發(fā)生火災(zāi)時都能同時關(guān)閉四口井。

c）每口井能手動依次打開井下安全閥、地面安全閥；關(guān)井時，依次關(guān)閉地面安全閥、井下安全閥。完全關(guān)井時，地面安全閥和井下安全閥的關(guān)井時間可在0～60s內(nèi)調(diào)節(jié)。

d）每口井的地面安全閥和井下安全閥的液壓控制回路能夠?qū)崿F(xiàn)完全相互獨(dú)立的自動補(bǔ)壓功能，以維持安全閥的正常開啟；能夠?qū)崿F(xiàn)完全相互獨(dú)立的超壓自動排放功能，以維持安全閥的正常開啟。

e）四井地面控制系統(tǒng)在井場停電狀態(tài)下，采用備用瓶裝氮?dú)夤猓梢岳^續(xù)維持液壓系統(tǒng)正常工作，采用備用24V可充電供電繼續(xù)維持RTU，ESD及傳感器等電器系統(tǒng)正常工作。

f）井下安全閥和地面安全閥控制回路相互獨(dú)立，互不干涉，正常生產(chǎn)時快速大流量液壓系統(tǒng)與高壓小流量液壓系統(tǒng)完全分離。在井口作業(yè)時，作業(yè)液壓系統(tǒng)和生產(chǎn)液壓系統(tǒng)同時工作，當(dāng)進(jìn)入生產(chǎn)階段時，關(guān)閉作業(yè)液壓控制系統(tǒng)，只需讓生產(chǎn)液壓系統(tǒng)工作即可。

g）四井地面控制系統(tǒng)中每口井在任何關(guān)井狀態(tài)下，必須手動復(fù)位后重新手動開井。

h）控制柜由不銹鋼材料制成，具備防塵、防雨、防盜功能。

i）每口井的地面安全閥和井下安全閥控制回路都裝有氣動指示器，能夠通過控制面板觀測到每口井的地面安全閥和井下安全閥的開關(guān)狀態(tài)。

j）四井地面控制系統(tǒng)能夠通過RTU采集到每口井的地面安全閥開關(guān)、井下安全閥開關(guān)和ESD遠(yuǎn)程關(guān)斷狀態(tài)，井口壓力和溫度信號，套管壓力和溫度信號，并傳送至中控室。同時也能接收中控室的遠(yuǎn)程信號，并輸出給ESD使井口關(guān)閉。

4 結(jié)束語

普光氣田是國內(nèi)開采的首例整裝型海相氣田，具有高溫（120～134℃）、高壓（關(guān)井壓力40MPa）、硫體積分?jǐn)?shù)高（12%～18%）的特點(diǎn)，為保證氣田安全平穩(wěn)投產(chǎn)運(yùn)行，采用地面安全控制系統(tǒng)。兩年來該系統(tǒng)應(yīng)用性能穩(wěn)定可靠、操作方便，可延續(xù)多年無故障使用。

［1］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.安全評價［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

［2］ 隋鵬程，陳寶智，隋旭.安全管理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［3］ 葉建國，趙建波.天然氣站場危險性評價及安全保障體系的建立［J］.煤氣與熱力，2007（03）：28－30.

［4］ 楊發(fā)平，王貴波.普光氣田地面集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測及控制體系［J］.天然氣工業(yè)，2012（01）：94－99.

［5］ 羅瑞振，韓建紅，李國平，等.普光氣田安全措施及管理［J］.天然氣工業(yè)，2009（07）：112－115.

［6］ 李順林，曹言光，石俊生，等.普光高含硫氣田叢式井場安全控制系統(tǒng)概述［M］.北京：石油化工出版社，2010.

［7］ 馬定福，以誠，楊小平.高壓抗硫油氣井口安全截斷系統(tǒng)概論［J］.石油礦場機(jī)械，2004（06）：118－119.

［8］ 陳俊.勝利淺海氣井安全控制系統(tǒng)的設(shè)置與應(yīng)用［J］.中國海上油氣工程，2003（02）：58－60.

［9］ 何生厚.普光高含H2S，CO2氣田開發(fā)技術(shù)難題及對策［J］.天然氣工業(yè)，2008（04）：82－85.

［10］ 孔凡群，王壽平，曾大乾.普光高含硫氣田開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2011（03）：1－4.