寒帶海域中防噴器控制液的應(yīng)用

施鵬(中海油田服務(wù)股份有限公司鉆井事業(yè)部,廣東 湛江 524057)

寒帶海域中防噴器控制液的應(yīng)用

施鵬(中海油田服務(wù)股份有限公司鉆井事業(yè)部,廣東 湛江 524057)

在中國國內(nèi)海域開展鉆探時(shí)，水下ROV檢測(cè)到的水底溫度保持在5°-10°的范圍，對(duì)水下防噴器控制液的影響微乎其微，在寒帶海域作業(yè)時(shí)，水下ROV記錄的俄羅斯遠(yuǎn)東北緯57°海域在夏季6月份的溫度達(dá)到零下1.6°，寒帶海域的低溫能夠直接造成防噴器控制液結(jié)冰，導(dǎo)致水下防噴器失效。水下防噴器作為半潛式鉆井平臺(tái)的井控核心設(shè)備，對(duì)于海洋鉆井安全至關(guān)重要，為了避免由于寒帶作業(yè)海域的海底低溫導(dǎo)致的設(shè)備事故，本文從實(shí)際情況出發(fā)，利用在防噴器的控制液中添加防凍液，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行沖洗及后期合理監(jiān)控，討論了水下防噴器中控制液在寒帶海域中的應(yīng)用。

寒帶海域；防噴器；控制液；防凍液

Abstract:In China’s domestic sea drilling,ROV detect the water temperature in the range of 5 ° to 10 °,there isn’t influence on the BOP(blowout preventer) control fluid,but in the cold zone sea area,ROV records of Russia’s far east 57 ° north latitude in June in the summer sea temperature reached minus 1.6 °,the cold zone sea area of the low temperature can directly cause the blowout preventer control liquid freeze,is the one inducing the inefficiency of subsea blowout preventer.Subsea blowout preventer as well control of semi-submersible drilling platform core equipment,it’s very important to operation safety.In order to avoid the equipment accidents due to frigid ocean temperature,this article from the actual situation,use of antifreeze is added in the control fluid,to wash and enhance monitor during the operation,discuss the adhibition of BOP control fluid in the cold zone.

Key words:Cold zone sea area; Blowout preventer; Control fluid; Antifreeze

近年來，國內(nèi)海洋石油鉆井不再局限在中國海域，開始向俄羅斯的遠(yuǎn)東等海域提供鉆探服務(wù)，由于該海域特殊的寒帶氣候，致使常年在熱帶海域作業(yè)的平臺(tái)缺乏寒帶作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，易造成在鉆探工程和設(shè)備上的事故。以半潛式鉆井平臺(tái)的水下防噴器為例，在國內(nèi)海域鉆探時(shí)，水下ROV檢測(cè)到的水底溫度在5°-10°的范圍，對(duì)防噴器控制液的影響較小，在俄羅斯寒帶海域時(shí)，水下ROV記錄的俄遠(yuǎn)東北緯57°海域在6月份的溫度為零下1.6°，低溫能夠直接造成防噴器控制液在控制系統(tǒng)內(nèi)結(jié)冰，發(fā)生“冰堵”險(xiǎn)情導(dǎo)致水下防噴器失效，嚴(yán)重威脅作業(yè)安全和造成生產(chǎn)DOWNTIME。通過作業(yè)實(shí)踐驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在水下防噴器控制液中科學(xué)配比一定比例的防凍液(Anti-freeze Fluid)能夠有效地防止防噴器控制系統(tǒng)中的控制液結(jié)冰，避免發(fā)生防噴器控制系統(tǒng)冰堵失效問題，在加入一定比例的防凍液后，平臺(tái)現(xiàn)場工程師還需按照正確的方法全方位的沖洗水下防噴器控制系統(tǒng)，確保每條控制管線內(nèi)部的防凍液比例在水下防噴器控制液中滿足要求，另外，日常監(jiān)控好防噴器的防凍液濃度和防凍液的配比問題是本文討論的主要內(nèi)容。

1 防噴器控制液的簡要介紹

1.1 防噴器控制液

半潛式鉆井平臺(tái)的水下防噴器(BOP)控制液，作為控制系統(tǒng)中的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液體，依靠儲(chǔ)能瓶中壓力作用下，通過控制面板、臍帶纜、接頭盒、SPM閥等連接到防噴器各功能位上，在各個(gè)特定的區(qū)域通過操作控制面板，利用控制液作為驅(qū)動(dòng)液體來實(shí)現(xiàn)水下防噴器的特定功能。

早期的防噴器的控制液使用傳統(tǒng)的礦物油或者可溶油，隨著工業(yè)發(fā)展，海洋環(huán)境法規(guī)越發(fā)嚴(yán)格，油類化合物禁止排海，水基控制液隨之產(chǎn)生。由于深海鉆井水下防噴器的控制系統(tǒng)對(duì)控制液消耗太大，于是濃縮型水基控制液得到了廣泛應(yīng)用。

目前水下防噴器控制液分別用于地面防噴器的閉式系統(tǒng)和水下防噴器的開式系統(tǒng)，現(xiàn)各平臺(tái)較為常用的防噴器控制液是Erifon HD60系列，該產(chǎn)品是防爆水基液壓液體，用于海上油、氣工業(yè)中的防噴器控制系統(tǒng)。在現(xiàn)場該控制液配比為2%～3%(與水配比)，該控制液的主要成分構(gòu)造概況為45%的各種化學(xué)添加劑、30%乙二醇、25%的水濃縮而成，該控制液體可相互兼容，有出色的穩(wěn)定性，獲得水下設(shè)備主要制造商N(yùn)OV、Cameron、Hydrill等的許可使用，同時(shí)還具備較好的高性耐磨及抗擦傷性能，能有效地抵抗微生物污染，并可與海上井控設(shè)備所用的材料很好地相容。

2 控制液中的防凍液介紹及寒帶海域的應(yīng)用

2.1 控制液中的防凍液介紹

目前寒帶作業(yè)海域中防噴器控制液常用的防凍液主要是乙二醇防凍介質(zhì)(Glycol)，該類防凍液是無色無味的防凍介質(zhì)，是一種微粘液體，能與水以任意比例混合，在低溫下穩(wěn)定性好，高兼容性、對(duì)金屬及密封件不會(huì)產(chǎn)生任何影響，能夠和控制液兼容使用。

目前在寒帶作業(yè)時(shí)防噴器控制液的配比濃度為2%，按照作業(yè)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)廠家推薦，在該配比濃度下對(duì)應(yīng)不同的冰點(diǎn)溫度時(shí)的防凍液(乙二醇)的比例如表1所示：

表1

寒帶作業(yè)期間，在利用水下ROV及查詢相關(guān)水下溫度資料確定作業(yè)區(qū)域的水下溫度后，選用的溫度應(yīng)比水下溫度低10°-15°進(jìn)行乙二醇的配比，以確保后續(xù)作業(yè)系統(tǒng)時(shí)更高安全性。

2.2 控制液中防凍液的濃度測(cè)量應(yīng)用

為了確保后續(xù)作業(yè)安全，按照上述的配比在地面混液柜里完成后，并在進(jìn)行控制系統(tǒng)全面沖洗前，現(xiàn)場工程師還應(yīng)該對(duì)控制液中乙二醇的配比濃度的精準(zhǔn)性進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

目前行業(yè)內(nèi)對(duì)乙二醇濃度的常規(guī)測(cè)量儀器有日產(chǎn)的Master-BR折光率檢測(cè)儀、國產(chǎn)的WZ-413、WZ-415折光率檢測(cè)儀器，利用該檢測(cè)儀以及廠家配套的試劑，從已經(jīng)加入乙二醇的控制液中取樣，讀出此時(shí)控制液的真實(shí)濃度值，通常是以Brix%讀數(shù)形式來表示，由于控制液不同，在讀取時(shí)應(yīng)注意正確選擇，如圖1、圖2是兩種常用的水下防噴器控制液：Erifon HD603HP和Erifon HD856在加入相應(yīng)配比乙二醇后的Brix%讀數(shù)：

圖1 Erifon HD603HP的BRIX讀數(shù)

圖2 Erifon HD856的BRIX讀數(shù)

在使用折光率儀器讀取準(zhǔn)確的BRIX讀數(shù)后，將獲得地面系統(tǒng)中控制液真實(shí)準(zhǔn)確的濃度。結(jié)合讀取的控制液濃度，按照不同的控制液屬性，參照相應(yīng)的乙二醇濃度表可以讀出在該地面系統(tǒng)中已經(jīng)加入的乙二醇的準(zhǔn)確濃度值。例如上述兩種控制液Erifon HD603HP和Erifon HD856可以結(jié)合圖3來讀取乙二醇在地面系統(tǒng)中的真實(shí)濃度值。

利用上述圖表結(jié)合防噴器控制液的Brix讀數(shù)可以獲得乙二醇在地面控制系統(tǒng)中的相關(guān)濃度，再利用該濃度值，結(jié)合表1則可知道目前地面控制系統(tǒng)中控制液的冰點(diǎn)溫度。

圖3

按照上述方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為保障測(cè)量的準(zhǔn)確性以及確定地面混液柜控制液中乙二醇的均勻性，需要從混液柜中不同位置上層、中層、下層等分別取樣進(jìn)行測(cè)量，建議每層取2個(gè)樣，按照上述方法完成控制液中乙二醇的濃度測(cè)量，對(duì)6組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保沒有偏差，如偏差較大，可以采用外置循環(huán)泵的形式將地面混液柜中的控制液循環(huán)均勻后在取6組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。

2.3 沖洗水下防噴器控制系統(tǒng)

在ROV對(duì)水下溫度測(cè)量已經(jīng)完成，并已獲取水下溫度后，建議配置能夠抵御比水下溫度低10℃-15℃左右加入乙二醇的防噴器控制液，在混合柜中進(jìn)行配比時(shí)，要確?；旌瞎裰谢煲壕鶆?，可以采用在混液柜上安裝循環(huán)泵的方法來實(shí)現(xiàn)配比，循環(huán)配液完成后，還應(yīng)對(duì)混液柜不同深度處(上層、中層、下層)的液體進(jìn)行BRIX讀數(shù)的測(cè)量，確保乙二醇的均勻性。

對(duì)水下防噴器(水下防噴器現(xiàn)已經(jīng)位于地面)的控制系統(tǒng)進(jìn)行沖洗：

①現(xiàn)場已經(jīng)完成對(duì)地面系統(tǒng)內(nèi)控制液的沖洗和更換，地面儲(chǔ)能瓶內(nèi)全部替換為配比好的控制液，該控制液是按照所需抵御的低溫加入相應(yīng)濃度的乙二醇完成的配比，在加入乙二醇后還應(yīng)利用文中上述方法，對(duì)配比后的控制液乙二醇含量進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量的濃度滿足抵抗低溫要求；

②分別沖洗兩套控制系統(tǒng)的每根信號(hào)控制管線，將藍(lán)盒或黃盒控制系統(tǒng)中的一個(gè)地面跨接版(RBQ)脫開，完成一套控制系統(tǒng)的沖洗后，然后再繼續(xù)沖洗另一套控制系統(tǒng)；(注：嚴(yán)格禁止同時(shí)對(duì)兩套控制系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，避免兩套系統(tǒng)內(nèi)部管線摩阻不同造成沖洗不徹底。)

③在用配置好乙二醇比例的控制液沖洗時(shí)，為保障沖洗效果及后續(xù)作業(yè)安全性，現(xiàn)場工程師應(yīng)將控制盒的每一根SPM閥的信號(hào)管線接頭卸開，計(jì)算每根信號(hào)管線的沖洗容積；

④建立黃盒和藍(lán)盒每一根控制管線沖洗跟蹤表，并且通過計(jì)算的沖洗容積和現(xiàn)場工程師目測(cè)控制液顏色等方式完成對(duì)每條控制管線沖洗后的取樣，取樣后按照本文上述的對(duì)控制液中乙二醇含量的測(cè)量方法對(duì)每一個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行Brix讀數(shù)和乙二醇讀數(shù)的測(cè)量，避免管線中殘余的控制液降低乙二醇濃度，導(dǎo)致控制液的冰點(diǎn)不滿足作業(yè)溫度發(fā)生作業(yè)安全事件，具體如圖4所示。

圖4

⑤對(duì)調(diào)壓閥信號(hào)管線和反饋管線也需進(jìn)行沖洗；清洗完成后應(yīng)將每根管線接頭處上緊；

⑥確認(rèn)控制管線中控制液乙二醇的比例滿足現(xiàn)場作業(yè)要求后，在下入水下防噴器作業(yè)前，現(xiàn)場工程師還應(yīng)重新完成一次水下防噴器的所有功能地面測(cè)試(注：完成功能測(cè)試后，由于控制液會(huì)造成一定量的消耗，需要按照作業(yè)溫度要求，重新在地面混液柜中加入定量的乙二醇，混液柜中再添加乙二醇和控制液后，現(xiàn)場工程師需重新進(jìn)行3次分層測(cè)量，確保新補(bǔ)充的控制液滿足相關(guān)要求)。

3 結(jié)語

常規(guī)的半潛式鉆井平臺(tái)在寒帶海域作業(yè)期間，不能局限于僅考慮防噴器控制液由于海域低溫，造成水下防噴器液壓控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)結(jié)冰失控的影響，還需綜合考慮在作業(yè)前，現(xiàn)場工程師應(yīng)及時(shí)將防噴器中的相關(guān)密封件和隔水管密封等更換為能夠在-20°條件下工作的配件；另外，現(xiàn)場在下入水下防噴器作業(yè)期間，建議采用鹽水或較高濃度的乙二醇和水的配比液，對(duì)水下防噴器的阻流、壓井管匯邊管進(jìn)行試壓，避免在完成防噴器下入后造成阻流、壓井管匯結(jié)冰堵塞；現(xiàn)場完成水下防噴器的下入作業(yè)后，作業(yè)期間現(xiàn)場工程師每天還應(yīng)對(duì)水下防噴器的阻流壓井管匯采用泥漿進(jìn)行循環(huán)，保持暢通，如果當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，應(yīng)每6小時(shí)采用鹽水對(duì)阻流壓井管匯進(jìn)行循環(huán)并在阻流管匯內(nèi)部封存鹽水。參考文獻(xiàn):

[1]ERIFON STACK GLYCOY,et al.Recommended Fluid Mix Ratio[R].OMC 38,2015.

[2]ERIFON REFACTOMETER KIT,et al.Determination of Erifon BOP Mixed Fluid concentration[R].OMC 38,2015.

[3]ERIFON REFACTOMETER KIT,et al.Determination of% Glycol content in Mixed Erifon BOP Control Fluids with Glycol Anti-Freeze protection[R].OMC 38,2015.

Introduction to the BOP control fluid in the cold zone sea area

Shi Peng(China oil field service limited Drilling business division)

施鵬(1985- )，男，云南人，2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事海洋石油鉆探工作。