专利名称：一种海底防喷器组及其控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种深水半潜式钻井平台的井控系统，特别是关于一种“海洋石油 981”深水半潜式钻井平台的海底防喷器组及其控制系统。
背景技术：
目前，深水半潜式钻井平台的海底防喷器组及其控制系统是平台的重要安全控制系统，世界各国的石油公司在设计之初及平台的后期营运管理过程中都需要对此系统重点关注。“海洋石油981”深水半潜式钻井平台是国内首艘中国海洋石油总公司(China National Offshore Oil Corporation，简称CN00C)具独立自主知识产权的3000m深水半潜式钻井平台。对于“海洋石油981”深水半潜式钻井平台来说，海底防喷器组及其控制系统是在深水钻井作业时执行海底井口控制作业、保证井口及平台安全运行的最为关键的设备与系统。而海底防喷器组及其控制系统的设计不仅需要满足平台的最大作业水深及相应的环境条件，同时还需要采取多种正常及应急关断方式，确保平台安全作业。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种“海洋石油981 ”深水半潜式钻井平台的海底防喷器组及其控制系统。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种海底防喷器组，其特征在于它包括下部隔水管总成和下部防喷器组两部分；所述下部隔水管总成包括通过隔水管依次连接的挠性接头、上万能防喷器和隔水管连接器；所述下部防喷器组包括通过隔水管依次连接的下万能防喷器、钻杆剪切间板、套管剪切间板、上钻杆间板、可变钻杆间板、下钻杆闸板、双面试压钻杆间板和井口连接器；所述下部隔水管总成和下部防喷器组以所述隔水管连接器和下万能防喷器为分界面，所述下部隔水管总成的上部与上部隔水管总成连接在一起，所述下部隔水管总成的下部通过所述隔水管连接器与所述下部防喷器组的连接；所述下部防喷器组的下部通过所述井口连接器与井口基盘连接在一起；所述下部隔水管总成两侧还设置有上防冻液管线、上压井管线和上放喷管线，且所述上防冻液管线、上压井管线和上放喷管线的出口均连接所述挠性接头上端的隔水管，所述上防冻液管线、上压井管线和上放喷管线上分别设置有一先导控制阀；与所述下部隔水管总成相对应，所述下部防喷器组两侧设置有下防冻液管线、下压井管线、下放喷管线以及试压管线；所述下防冻液管线的入口连接所述可变钻杆间板底部的隔水管，其上设置有至少一个控制阀；所述下压井管线包括上、中、下压井支路，其中所述上压井支路的入口连接所述套管剪切间板底部的隔水管，所述中压井支路的入口连接所述下钻杆间板底部的隔水管，所述下压井支路的入口连接所述双面试压钻杆间板底部的隔水管，上所述、中、下压井支路上均设置有至少一个控制阀；所述下放喷管线亦包括上、中、下放喷支路，其中所述上放喷支路的入口连接所述套管剪切间板底部的隔水管，所述中放喷支路的入口连接所述上钻杆间板底部的隔水管，所述下放喷支路的入口连接所述可变钻杆间板底部的隔水管，所述上、中、下放喷支路上均设置有至少一个控制阀；所述试压管线的入口连接所述双面试压钻杆间板底部的隔水管，出口连接所述下钻杆间板底部的隔水管，所述试压管线上设置有至少一个控制阀；所述上、下防冻液管线，所述上、下压井管线和所述上、下放喷管线在所述下部隔水管总成与所述下部防喷器组的分界面处均通过一液压连接器连接。所述挠性接头上端的隔水管上还设置有一增压管线，所述增压管线上设置有一增压阀。所述隔水管连接器上端的隔水管与所述上放喷管线之间并联有一排气管线，所述排气管线上设置有至少一个排气阀。—种上述海底防喷器组的控制系统，其特征在于它包括液压泵站、蓄能器组、电液控制盒和地面控制设备；所述液压泵站设置在平台甲板上，其包括一混液箱，所述混液箱上连接一循环泵；所述混液箱的入口分别通过液压泵连接乙二醇油箱、淡水箱和高纯度液压油箱，所述混液箱的出口通过液压泵和控制管线连接到所述电液控制盒，所述液压泵站根据需要泵送混合液、高纯度液压油或乙二醇，然后通过控制管线向所述海底防喷器组提供液压以控制所述海底防喷器组的动作；所述蓄能器组包括水上储能瓶和水下储能瓶，所述水上储能瓶和水下储能瓶均通过控制管线连接到所述电液控制盒；所述电液控制盒是海所述底防喷器组与所述地面控制设备的电与液压的转换中心，所述地面控制设备所有的控制信号均通过所述电液控制盒传递给所述海底防喷器组；所述地面控制设备包括一设置在司钻房内的主控制器和一设置在钻井队长室的备用控制器，所述主控制器和备用控制器通过所述电液控制盒与所述海底防喷器组的隔水管连接器、液压连接器和各管线并联连接。它还包括一声纳控制系统，所述声纳控制系统包括水下声纳控制盒、剪切储能器和地面声纳遥控装置，所述水下声纳控制盒连接所述剪切储能器，所述剪切储能器通过电磁阀连接所述电液控制盒；在“ARM”模式下，所述地面声纳遥控装置发出指令，所述水下声纳控制盒接收到信号并给所述电磁阀信号指令，控制所述电液控制盒操作，完成所述钻杆剪切闸板关闭、套管剪切闸板关闭、上钻杆闸板关闭和隔水管连接器应急解脱的功能控制； 在“DISARM”模式下所述声纳控制系不起作用。它还包括一应急液压备用控制系统，所述应急液压备用控制系统包括应急液压备用控制盒和应急液压备用储能器，所述应急液压备用控制盒连接所述应急液压备用储能器，所述应急液压备用储能器通过电磁阀连接所述电液控制盒；在“ARM”模式下，同时失去液压和电力信号情况下，所述应急液压备用控制盒自动给所述电磁阀信号指令，控制所述电液控制盒操作，完成所述钻杆剪切间板关闭、上钻杆间板关闭和隔水管连接器应急解脱的功能控制；在“DISARM”状态下，则所述应急液压备用控制系统不起作用。设计两套独立的功能完全相同的所述电液控制盒及控制管线，并采用蓝、黄两种不同颜色标识。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明将海底防喷器组分为下部隔水管总成与下部防喷器组两部分，下部隔水管总成的下部通过隔水管连接器与下部防喷器组连接，在隔水管偏移角度过大时，下部隔水管总成能够与下部防喷器组迅速解脱， 以确保平台钻井作业安全。2、本发明的海底防喷器组配置了双面试压闸板，不仅可以提高钻井效率，减少起下试压防喷器或井口头所需的试压塞的次数，而且还可以用于套管试压、 地层破裂压力等，从而提高其他井控设备(各种间板和万能防喷器)在关键时刻的可靠性。3、本发明的海底防喷器组设置了上、下压井管线和上、下放喷管线，当井筒出现不正常高压、井液异常外溢时进行封井后，按照关井和压井程序，选择压井或放喷作业，以保证井和平台的安全；同时，还配置了三根上、中、下压井支路和三根上、中、下放喷支路，可以让压井和放喷作业具有更多的选择性，保证压井和放喷作业的顺利实施。4、本发明不仅在司钻房及钻井队长室设置了隔水管正常解脱的控制器，还在水下设置了声纳控制系统和应急液压备用控制系统两套应急控制系统，使隔水管能通过应急解脱装置迅速与海底防喷器脱开。 本发明的海底防喷器组及控制系统具有多种有效控制方式设计，与国内其它常规作业水深半潜式钻井平台的系统相比具有压力等级、控制方式、冗余设计、应急措施等几方面的重大的区别。
图1是本发明海底防喷器组的结构示意2是本发明防喷器组控制系统的结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明的海底防喷器组包括下部隔水管总成11与下部防喷器组12 两部分。下部隔水管总成11包括通过隔水管3依次连接的挠性接头111、上万能防喷器112 和隔水管连接器113。下部防喷器组12包括通过隔水管3依次连接的下万能防喷器121、 钻杆剪切闸板122、套管剪切闸板123、上钻杆闸板124、可变钻杆闸板125、下钻杆闸板126、 双面试压钻杆闸板127和井口连接器128。下部隔水管总成11与下部防喷器组12以隔水管连接器113和下万能防喷器121为分界面，下部隔水管总成11的上部与上部隔水管总成 4连接在一起，能够实现海底防喷器组的载荷传递及隔水管系统的联通。下部隔水管总成 11的下部通过隔水管连接器113实现与下部防喷器组21的连接及应急解脱。下部防喷器组21的下部通过井口连接器1 与井口基盘连接在一起(图中未示出)。下部隔水管总成11两侧还设置有上防冻液管线101、上压井管线102和上放喷管线103，且上防冻液管线101、上压井管线102和上放喷管线103的出口均连接挠性接头111 上端的隔水管3，上防冻液管线101、上压井管线102和上放喷管线103上分别设置有一先导控制阀5。与下部隔水管总成11相对应，下部防喷器组12两侧设置有下防冻液管线201、下压井管线202、下放喷管线203以及试压管线204。下防冻液管线201的入口连接可变钻杆闸板125底部的隔水管3，其上设置有至少一个控制阀6。下压井管线202包括上、中、下压井支路2021、2022、2023，其中上压井支路2021的入口连接套管剪切闸板122底部的隔水管3，中压井支路2022的入口连接下钻杆间板1 底部的隔水管3，下压井支路2023的入口连接双面试压钻杆间板127底部的隔水管3，上、中、下压井支路2021、2022、2023上均设置有至少一个控制阀6。下放喷管线203亦包括上、中、下放喷支路2031、2032、2033，其中上放喷支路2031的入口连接套管剪切闸板123底部的隔水管3，中放喷支路2032的入口连接上钻杆间板1 底部的隔水管3，下放喷支路2033的入口连接可变钻杆间板125底部的隔水管3，上、中、下放喷支路2031、2032、2033上均设置有至少一个控制阀6。试压管线204的入口连接双面试压钻杆闸板127底部的隔水管3，出口连接下钻杆闸板1 底部的隔水管3，试压管线204上设置有至少一个控制阀6。上、下防冻液管线101、201，上、下压井管线102、202和上、下放喷管线103、203在下部隔水管总成11与下部防喷器组12的分界面处均通过一液压连接器7实现连接及应急解脱。上、下压井管线102、202和上、下放喷管线103、203的主要功能是当井筒出现不正常高压、井液异常外溢时进行封井后，按照关井和压井程序，选择压井或放喷作业，保证井和平台的安全；同时配置三根上、中、下压井支路 2021,2022,2023和三根上、中、下放喷支路2031、2032、2033，目的是让压井和放喷作业具有更多的选择性，保证压井和放喷作业的顺利实施。上述实施例中，挠性接头111上端的隔水管3上还设置有一增压管线301，增压管线301上设置有一增压阀302。上述实施例中，隔水管连接器1 上端的隔水管3与上放喷管线103之间并联有一排气管线401，排气管线401上设置有至少一个排气阀402。如图2所示，本发明的防喷器组控制系统包括液压泵站21、蓄能器组22、电液控制盒23和地面控制设备(图中未示出)。液压泵站21设置在平台甲板上，其包括一混液箱 211，混液箱211上连接一循环泵212。混液箱211的入口分别通过液压泵8连接乙二醇油箱213、淡水箱214和高纯度液压油箱215，混液箱211的出口通过液压泵8和控制管线9连接到电液控制盒23，液压泵站21可以根据需要泵送混合液、高纯度液压油或乙二醇等，然后通过控制管线9向海底防喷器组提供液压以控制海底防喷器组的动作。蓄能器组22包括水上储能瓶221和水下储能瓶222，水上储能瓶221和水下储能瓶222均通过控制管线9 连接到电液控制盒23，蓄能器组22是储存并在应急时供给海底防喷器组控制液的装置，它能够在液压泵组21失效的情况下满足海底防喷器组控制的需要。电液控制盒23是海底防喷器组与地面控制设备的电与液压的转换中心，地面控制设备所有的控制信号均通过此控制枢纽传递给海底防喷器组，以实现所有控制功能。地面控制设备包括一设置在司钻房内的主控制器和一设置在钻井队长室的备用控制器，主控制器和备用控制器通过电液控制盒 23与海底防喷器组的隔水管连接器113、液压连接器7和各管线并联连接，可以控制海底防喷器组的所有功能，并能调节和显示控制系统的所需的压力。本发明的防喷器组控制系统还包括声纳控制系统M和应急液压备用控制系统25 两套应急控制系统。声纳控制系统M包括水下声纳控制盒Ml、剪切储能器242和地面声纳遥控装置(图中未示出)，水下声纳控制盒241连接剪切储能器M2，剪切储能器242通过电磁阀10连接电液控制盒23。地面声纳遥控装置发出指令，水下声纳控制盒Ml接收到信号并给电磁阀10信号指令，控制电液控制盒23操作，完成钻杆剪切闸板122关闭、套管剪切闸板123关闭、上钻杆闸板IM关闭和隔水管连接器113应急解脱的功能控制。对于声纳控制系统，在“ARM (自动化管理程序)”模式下声纳控制系统起作用，在“DISARM”模式下声纳控制系不起作用。应急液压备用控制系统25能够在防喷器组控制系统同时失去液压和电力信号时有效控制海底防喷器组，其包括应急液压备用控制盒251和应急液压备用储能器252，应急液压备用控制盒251连接应急液压备用储能器252，应急液压备用储能器252通过电磁阀 10连接电液控制盒23。当在“ARM”模式下，同时失去液压和电力信号情况下，应急液压备用控制盒251自动给电磁阀10信号指令，控制电液控制盒23操作，完成钻杆剪切闸板122关闭、上钻杆闸板1 关闭和隔水管连接器113应急解脱的功能控制；在“DISARM”模式下， 则应急液压备用控制系统不起作用。上述实施例中，设计两套独立的功能完全相同的电液控制盒23及控制管线9，并采用蓝、黄两种不同颜色标识。本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种海底防喷器组，其特征在于它包括下部隔水管总成和下部防喷器组两部分； 所述下部隔水管总成包括通过隔水管依次连接的挠性接头、上万能防喷器和隔水管连接器；所述下部防喷器组包括通过隔水管依次连接的下万能防喷器、钻杆剪切间板、套管剪切闸板、上钻杆间板、可变钻杆间板、下钻杆间板、双面试压钻杆间板和井口连接器；所述下部隔水管总成和下部防喷器组以所述隔水管连接器和下万能防喷器为分界面，所述下部隔水管总成的上部与上部隔水管总成连接在一起，所述下部隔水管总成的下部通过所述隔水管连接器与所述下部防喷器组的连接；所述下部防喷器组的下部通过所述井口连接器与井口基盘连接在一起；所述下部隔水管总成两侧还设置有上防冻液管线、上压井管线和上放喷管线，且所述上防冻液管线、上压井管线和上放喷管线的出口均连接所述挠性接头上端的隔水管，所述上防冻液管线、上压井管线和上放喷管线上分别设置有一先导控制阀；与所述下部隔水管总成相对应，所述下部防喷器组两侧设置有下防冻液管线、下压井管线、下放喷管线以及试压管线；所述下防冻液管线的入口连接所述可变钻杆闸板底部的隔水管，其上设置有至少一个控制阀；所述下压井管线包括上、中、下压井支路，其中所述上压井支路的入口连接所述套管剪切间板底部的隔水管，所述中压井支路的入口连接所述下钻杆间板底部的隔水管，所述下压井支路的入口连接所述双面试压钻杆间板底部的隔水管，上所述、中、下压井支路上均设置有至少一个控制阀；所述下放喷管线亦包括上、中、下放喷支路，其中所述上放喷支路的入口连接所述套管剪切间板底部的隔水管，所述中放喷支路的入口连接所述上钻杆间板底部的隔水管，所述下放喷支路的入口连接所述可变钻杆闸板底部的隔水管，所述上、中、下放喷支路上均设置有至少一个控制阀；所述试压管线的入口连接所述双面试压钻杆间板底部的隔水管，出口连接所述下钻杆间板底部的隔水管， 所述试压管线上设置有至少一个控制阀；所述上、下防冻液管线，所述上、下压井管线和所述上、下放喷管线在所述下部隔水管总成与所述下部防喷器组的分界面处均通过一液压连接器连接。
2.如权利要求1所述的一种海底防喷器组，其特征在于所述挠性接头上端的隔水管上还设置有一增压管线，所述增压管线上设置有一增压阀。
3.如权利要求1所述的一种海底防喷器组，其特征在于所述隔水管连接器上端的隔水管与所述上放喷管线之间并联有一排气管线，所述排气管线上设置有至少一个排气阀。
4.如权利要求2所述的一种海底防喷器组，其特征在于所述隔水管连接器上端的隔水管与所述上放喷管线之间并联有一排气管线，所述排气管线上设置有至少一个排气阀。
5.一种如权利要求1 4之一所述的海底防喷器组的控制系统，其特征在于它包括液压泵站、蓄能器组、电液控制盒和地面控制设备；所述液压泵站设置在平台甲板上，其包括一混液箱，所述混液箱上连接一循环泵；所述混液箱的入口分别通过液压泵连接乙二醇油箱、淡水箱和高纯度液压油箱，所述混液箱的出口通过液压泵和控制管线连接到所述电液控制盒，所述液压泵站根据需要泵送混合液、高纯度液压油或乙二醇，然后通过控制管线向所述海底防喷器组提供液压以控制所述海底防喷器组的动作；所述蓄能器组包括水上储能瓶和水下储能瓶，所述水上储能瓶和水下储能瓶均通过控制管线连接到所述电液控制盒；所述电液控制盒是海所述底防喷器组与所述地面控制设备的电与液压的转换中心，所述地面控制设备所有的控制信号均通过所述电液控制盒传递给所述海底防喷器组；所述地面控制设备包括一设置在司钻房内的主控制器和一设置在钻井队长室的备用控制器，所述主控制器和备用控制器通过所述电液控制盒与所述海底防喷器组的隔水管连接器、液压连接器和各管线并联连接。
6.如权利要求5所述的一种海底防喷器组的控制系统，其特征在于它还包括一声纳控制系统，所述声纳控制系统包括水下声纳控制盒、剪切储能器和地面声纳遥控装置，所述水下声纳控制盒连接所述剪切储能器，所述剪切储能器通过电磁阀连接所述电液控制盒； 在“ARM”模式下，所述地面声纳遥控装置发出指令，所述水下声纳控制盒接收到信号并给所述电磁阀信号指令，控制所述电液控制盒操作，完成所述钻杆剪切间板关闭、套管剪切闸板关闭、上钻杆闸板关闭和隔水管连接器应急解脱的功能控制；在“DISARM”模式下所述声纳控制系不起作用。
7.如权利要求5所述的一种海底防喷器组的控制系统，其特征在于它还包括一应急液压备用控制系统，所述应急液压备用控制系统包括应急液压备用控制盒和应急液压备用储能器，所述应急液压备用控制盒连接所述应急液压备用储能器，所述应急液压备用储能器通过电磁阀连接所述电液控制盒；在“ARM”模式下，同时失去液压和电力信号情况下，所述应急液压备用控制盒自动给所述电磁阀信号指令，控制所述电液控制盒操作，完成所述钻杆剪切闸板关闭、上钻杆闸板关闭和隔水管连接器应急解脱的功能控制；在“DISARM”状态下，则所述应急液压备用控制系统不起作用。
8.如权利要求6所述的一种海底防喷器组的控制系统，其特征在于它还包括一应急液压备用控制系统，所述应急液压备用控制系统包括应急液压备用控制盒和应急液压备用储能器，所述应急液压备用控制盒连接所述应急液压备用储能器，所述应急液压备用储能器通过电磁阀连接所述电液控制盒；在“ARM”模式下，同时失去液压和电力信号情况下，所述应急液压备用控制盒自动给所述电磁阀信号指令，控制所述电液控制盒操作，完成所述钻杆剪切闸板关闭、上钻杆闸板关闭和隔水管连接器应急解脱的功能控制；在“DISARM”状态下，则所述应急液压备用控制系统不起作用。
9.如权利要求5或6或7或8所述的一种海底防喷器组的控制系统，其特征在于设计两套独立的功能完全相同的所述电液控制盒及控制管线，并采用蓝、黄两种不同颜色标识。
全文摘要
本发明涉及一种海底防喷器组及其控制系统，其特征在于海底防喷器组包括下部隔水管总成和下部防喷器组两部分；下部隔水管总成包括通过隔水管依次连接的挠性接头、上万能防喷器和隔水管连接器；下部防喷器组包括通过隔水管依次连接的下万能防喷器、钻杆剪切闸板、套管剪切闸板、上钻杆闸板、可变钻杆闸板、下钻杆闸板、双面试压钻杆闸板和井口连接器；海底防喷器组两侧还设置有防冻液管线、压井管线、放喷管线和试压管线；下部隔水管总成与下部防喷器组以隔水管连接器和下万能防喷器为分界面，下部隔水管总成的下部通过隔水管连接器连接下部防喷器组，压井管线和放喷管线通过一液压连接器连接；防喷器组控制系统具有多种有效控制方式设计，以确保平台钻井作业安全。
文档编号E21B33/064GK102226384SQ20111014427
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者傅成玉, 刘华祥, 周守为, 晏绍枝, 李浪清, 林瑶生, 粟京, 金晓剑, 黄映城 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油深海开发有限公司, 中海石油研究中心