浅析在BMC375自升式钻井平台上的阻流压井管汇升级改造

工艺与设备

2018·05

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Chenmical Intermediate

当代化工研究

浅析在BMC375自升式钻井平台上的阻流压

井管汇升级改造

＊刘洪波　王飞

（中海油田服务股份有限公司钻井事业部 天津 300452）

摘要：众所周知，井喷是海洋石油钻井众多高风险的作业中最危险的一种，如何确保钻井人员及设备的安全一直以来都是油气行业的首

要研究对象。阻流压井管汇作为井控设备不可缺少的重要组成部分，在整个钻井作业过程中对于控制井内压力、预防井涌及井喷起着关键作用。本文正是结合了最新的API STD 53规范及部分世界知名油公司的主流要求，探讨了在BMC375钻井平台上如何最经济的实现从单阻流单压井管汇升级改造至双阻流双压井管汇的一种具体实施方案。

关键词：自升式钻井平台；阻流压井管汇；双阻流双压井；防冲蚀管；泄压管线；缓冲罐

中图分类号：T 文献标识码：A

Analysis of the Upgrading and Reforming of Choke and Kill Manifold in BMC375 Jack-up

Drilling Platform

Liu Hongbo, Wang Fei

(Drilling Department of CNOOC Service CO., LTD., Tianjin, 300452)

Abstract ：many high-risk operations of offshore oil drilling, and how to ensure the safety of drilling personnel and equipment has always

been the primary research object of oil and gas industry. As an indispensable part of well control equipment, choke and kill manifold plays a key role in controlling well pressure, preventing well kick and blowout during the whole drilling operation. This article is based on the latest API STD 53 specification and the mainstream requirements of some world-renowned oil companies, and discusses a concrete implementation scheme of how to upgrade and reform the single choke and kill manifold to double choke and kill manifold in the most economical way on BMC 375 drilling platform.

Key words ：jack-up drilling platform ；choke and pressure well manifold ；double choke and kill manifold ；anti-erosion pipe ；pressure relief pipeline ；buffer tank

1.改造背景

Coslpower，是一条具有悬臂梁结构的BMC375型自升式海洋钻井平台，最大设计作业水深为375英尺，最大设计钻井深度为30000英尺。其现有的阻流管汇是10年前随船设计建造的，截止改造前从未大修重新认证。众所周知，近10年来，由于井控因素造成的事故较多，且大多事故都是具有毁灭性、灾难性，如墨西哥湾的“深水地平线号”爆炸事故。这些事故之后，API53规范于2012年由“推荐做法”（Recommended Practice)改为“标准规范”（Standards)， 并对井控设备提出更高要求。而且，油公司及钻井公司对井控设备的标准和要求也越来越高，越来越严格，为提高井控设备的可靠性，越来越多的油公司倾向于双阻流、双压井的配置。

鉴于以上因素，为保持COSLPOWER平台在市场中的高端性能，提高竞争能力，原阻流管汇计划在最大可能利用现有的阀和管汇的基础上，以设备重新取证为契机，按照API STD 53、API 16C规范并结合甲方要求用最经济的形式升级成双阻流双压井管汇。

2.升级改造依据

(1)原阻流压井管汇介绍

管汇配置取决于平台类型及尺寸、地面控制系统、BOP 及管汇的压力等级、相关法规要求及生产厂家的设计标准等一系列参数。但一般情况下，管汇配置包括进口管线的位置及数量、阀门、阻流阀、压力表、压力传感器、缓冲罐及出口管线。为了可以更好的了解接下来将要介绍的改造方案，

这里将对原管汇的配置及技术参数做一简单介绍。

图1 原阻流压井示意图

原阻流压井管汇配置：

①压力等级：15000/10000 psi；②2个手动节流阀、2个液动节流阀，节流阀的上游端及下游端各有一个3-1/16”的隔离阀；③下游端的缓冲罐为整体形式，中间无隔离阀； ④上游端至下游端无旁通管线；⑤节流阀与缓冲罐之间没有防冲蚀短接。⑥单阻流、单压井。

(2)设计依据

按照最新的API STD 53(2012版)、API 16C及部分油公

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司（如道达尔、壳牌、ENI）的主流要求，结合原阻流管汇配置，新的阻流管汇的设计依据及重点要求如下：

①在阻流管汇的下游安装缓冲罐，实现各条泄放管线汇接，引导流体路径。缓冲罐通过隔离阀分为两部分，以隔离缓冲罐故障；②缓冲罐应能提供至泥浆反流槽、油气分离器及舷外的管线通道，所有通道的压力等级应与管汇下游端保持一致；③当存在腐蚀、堵塞或部件失效等问题，阻流管汇配置应允许在不中断流量控制的情况下，可通过另一路节流阀实现放喷；④压力等级大约等于15K psi的管汇应至少配置2个遥控节流阀，每个节流阀由阻流控制盘上的遥控阀单独控制。⑤为防止对节流阀下游端隔离阀的冲蚀，节流阀的排出口和紧随其后的隔离阀间应安装防冲蚀短接；⑥节流阀的入口及出口的压力等级应一致，且在每个节流阀的下游端应至少安装一个隔离阀，其压力等级应与节流阀一致，从而实现有效隔离；⑦阻流管汇的上游端和缓冲罐之间，应提供一条不经过节流阀的旁通通道，此管线的压力等级应和BOP一致；⑧阻流管汇的上游端配有乙二醇（或类似物）注入口；

下图即为一API STD 53规范中给出的典型的阻流管汇配

置图：

图2 不低于10K额定工作压力用的节流管汇总成——地面防

喷装置示例

3.升级改造方案

(1)新阻流压井管汇的技术参数

因为升级改造是在原系统的基础上，且是最大化的尽可能的利用原系统的阀门、管汇，所以新的阻流管汇的技术参数及设计要点确定如下：

①压条力等级：15000/10000 psi；②公称通径：3-1/ 16”；③4条控制路径：双阻流、双压井；④2个具有与节流阀相同压力等级的闸阀安装于每个节流阀的上游段；⑤节流阀的出口端与缓冲罐间安装一个与节流阀同样压力等级的闸阀；⑥上游端至下游端具有旁通管线；⑦缓冲罐被隔离成两部分，且可实现引导流动路径，隔离缓冲罐故障，其内径大于上游端，为4-1/16”；而且下游端也配置一条旁通管线，以实现任一部分缓冲罐或阀门故障时，仍可引导流体，实现压井；⑧为防止对节流阀下游端隔离阀的冲蚀，节流阀的排出口和其后的隔离阀间安装一至少2.5ft长1.25寸厚的防冲蚀管；⑨阻流管汇上游端配有乙二醇注入口，实现管线或管汇防冻。

(2)新阻流压井管汇的工作流程

基于以上所述的设计依据及原管汇配置，同时参考一

些主流设计，所设计的新的阻流压井管汇流程图如下所示：

图3 新阻流压井管汇原理图

压井时，高压地层流体将会通过钻井四通或者BOP的侧出口经过阻流或压井管线流入阻流压井管汇。具有冗余设计的（双阻流、双压井及旁通管线）阻流压井管汇提供4个阻流路径及1个旁通管线来控制地层流体压力，且这些流体引导路径可互相切换，以增加系统安全可靠性。高压地层流体可通过2个手动节流阀或2个液动节流阀引导至缓冲罐，然后通过以下4种方式被进一步处理：

①路径一：进入油气分离器以使泥浆和气体分离，然后气体将通过延伸至天车上的放喷管线排出，而泥浆将被留在油气分离器底部，并回流至泥浆固控系统做进一步处理。②路径二：进入排出管线，然后回流至泥浆固控系统。③路径三：进入测井管线，然后引导至试油管线和燃烧臂进行放喷。④路径四：直接通过旁通管线进行泄压放喷至舷外或回流至泥浆返流槽，但这仅用于应急情况下或井内地层压力较高时。

在一些情况下，如果缓冲罐某一部分的阀门失效，阻流管汇下游段的旁通管线也可用于循环或引导流体以实现压井，这也是为什么缓冲罐需被隔离成两部分的原因所在。

而且，压井时，操作者可调节节流阀的开启度以使井内保持合适的备压来维持井内压力平衡。当操作者调节正确时，由于井内保持有适度的备压，井内受侵的泥浆或钻井液可被循环出去。如有必要，也可通过接入泥浆泵或固井泵以向井内灌入重泥浆或钻井液也可实现压井，阻止地层流体进一步入侵井内。以达到控制溢流、井涌的目的。

(3)升级改造方案的实施

新阻流压井管汇主要由23个3-1/16”15K的闸阀、2个3-1/16”手动节流阀、2个3-1/16”液动节流阀、1个3-1/16”10K的液动闸阀、1个2-1/16”15K的闸阀、3个4-1/16”10K的闸阀、一些个3-1/16”10K的闸阀、2个通径为4-1/16”的缓冲罐、压力表、压力传感器及一些管汇构成。

所有的阀门、管汇及高压管线的材质均为防硫化氢的，并由合适的支撑或管卡来固定。由于阻流管汇仍保持在原位置不变，且管汇的输入输出口与固井、立管管汇的连接管线接口均保持不变，导致阻流管汇下层部分的位置及尺寸也需保持不变，为尽量降低成本，改造的过程也是依托现场实际情况本着最大可能利用原管汇及阀门，减少周围其它设施的改动，同时也便于后期操作和维修。