水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

1、水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析蘇鋒1 張凡2 周凱1 陳斌1 周冬冬1（1.海洋石油工程股份有限公司，天津，300451；2.杭州歐佩亞海洋工程有限公司，浙江杭州，310000）摘要：水下生產(chǎn)系統(tǒng)作為深水油氣田開發(fā)最為核心的組成部分其測(cè)試工作尤其重要，制定合理有效的測(cè)試要求和方法是確保測(cè)試工作能夠達(dá)到預(yù)期測(cè)試目的的前提條件。本文通過(guò)對(duì)國(guó)外水下生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)查研究，分別介紹了水下處理系統(tǒng)測(cè)試、水下分離與增壓系統(tǒng)測(cè)試、采油樹測(cè)試以及管道及管道連接器的保溫裝置測(cè)試等，深入理解水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試環(huán)節(jié)的測(cè)試目的、主要測(cè)試內(nèi)容以及測(cè)試方法和要求。關(guān)鍵詞：水下生產(chǎn)系統(tǒng)；測(cè)試系統(tǒng)；水下處理系統(tǒng)；分離與增壓系

2、統(tǒng)；測(cè)試場(chǎng)中圖分類號(hào)：te93； 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：b 文章編號(hào)：application analysis on subsea production system testing technologysu feng1, zhang fan2, zhou kai1, chen bin1, zhou dongdong1(1.china national offshore oil corporation, tianjin, 300451;2. offshore pipelines & risers inc., zhejiang, hangzhou, 310000)abstract: subsea

3、production system plays a crucial role in the deep water oil and gas production. thus，the tests on it are especially important. to ensure the test results can reach the testing target, it is of great importance to make reasonable testing requirements and excellent testing methods. by investigating a

4、nd studying of international subsea production testing cases, the article gives brief introductions of subsea processing system testing, subsea separation and boosting system testing, subsea tree testing, and subsea connector thermal testing,. by doing so, a thorough understanding of subsea producti

5、on system testing purpose, testing method and necessary requirements can be reached.key words: subsea production system；testing system；subsea processing system；subsea separation and boosting system；test pit水下生產(chǎn)系統(tǒng)（subsea production systems）作為水下油井最核心的組成部分，是深海油氣田開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一1。其主要由主控站、液壓動(dòng)力站、臍帶纜及臍帶纜分配單元、水下采

6、油樹、水下管匯及跨接管和水下控制系統(tǒng)等各子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)都包含了多種單元部件。制定合理的測(cè)試要求和測(cè)試方法，是確保水下生產(chǎn)系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行中的功能有效性及安全可靠性的關(guān)鍵因素2。目前，國(guó)內(nèi)不少采油平臺(tái)使用水下生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)模式，但這些生產(chǎn)系統(tǒng)從產(chǎn)品制造到安裝再到最終的生產(chǎn)調(diào)試，整個(gè)程序和技術(shù)都是由國(guó)外幾家公司提供，如流花11-1、陸豐22-1，這種模式對(duì)于我國(guó)深水油氣田開發(fā)造成很大掣肘。掌握水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試核心技術(shù)非常有必要。1.水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)概述水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試包括部件測(cè)試、工廠接收測(cè)試、擴(kuò)展工廠驗(yàn)收測(cè)試、系統(tǒng)集成測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)接收測(cè)試以及生產(chǎn)調(diào)試等內(nèi)容。其主要內(nèi)容包括壓力測(cè)試（包括內(nèi)

7、、外壓的測(cè)試）、電氣系統(tǒng)的絕緣檢查、機(jī)械/電氣接口檢查和控制系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試等3, 4, 5。2. 國(guó)外測(cè)試場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀目前國(guó)外已有多家石油公司和科研機(jī)構(gòu)擁有海洋測(cè)試中心，如vetcogray在美國(guó)nailsea擁有相當(dāng)于4000米水深測(cè)試能力的測(cè)試中心，英國(guó)balmoral大學(xué)更是擁有相當(dāng)于7000米水深測(cè)試能力的測(cè)試中心。這些測(cè)試中心的技術(shù)比較成熟，主要表現(xiàn)在有長(zhǎng)期的海洋設(shè)備測(cè)試經(jīng)驗(yàn)、完整的數(shù)據(jù)庫(kù)和專業(yè)技術(shù)，并且針對(duì)不同要求、規(guī)格的海洋裝備每個(gè)海洋測(cè)試中心擁有獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)以滿足測(cè)試需求6。下面主要介紹一下幾種典型的水下生產(chǎn)系統(tǒng)的測(cè)試方法。2.1 shell-aker水下處理系統(tǒng)測(cè)試該測(cè)試場(chǎng)位于

8、挪威ormen lange陸上天然氣處理廠內(nèi)。為了驗(yàn)證水下天然氣處理系統(tǒng)性能，shell公司專門建造了一個(gè)長(zhǎng)42m，寬28m，深17m的測(cè)試池。其總體布局如圖2.1所示7。圖2.1測(cè)試系統(tǒng)總體布局fig. 2.1 entire allocation of test system該測(cè)試系統(tǒng)配套設(shè)施主要由如下部分組成：· 42m（l） x 28m（w） x 17m（d）測(cè)試水池；· 變壓器；· 電子儀器和裝置集裝箱；· 臍帶纜存儲(chǔ)箱；· 噴淋系統(tǒng)；· n272處理模塊；· ko處理系統(tǒng)；· 履帶吊。水池內(nèi)的測(cè)試對(duì)象主要

9、包括以下幾個(gè)模塊：· 水下冷凝器；· 水下分離器；· 水下控制系統(tǒng)；· 水下壓縮機(jī)；· 水下vsd壓縮機(jī)；· 水下vsd泵；· 水下不間斷電源；· 水下環(huán)路截?cái)嗥鳎?#183; 水下lsps；模塊具體示意圖如圖2.2所示。圖2.2水下處理系統(tǒng)模塊fig. 2.2 subsea processing system module本測(cè)試屬于水下處理系統(tǒng)最終階段的技術(shù)測(cè)試，其測(cè)試系統(tǒng)如圖2.3所示。將水下設(shè)備全部浸入海水中之后，在兩年的時(shí)間里shell公司將采用閉環(huán)回路對(duì)水下處理系統(tǒng)的功能性、穩(wěn)定性和持續(xù)性進(jìn)行測(cè)試。圖2.

10、3水下處理系統(tǒng)測(cè)試fig. 2.3 subsea processing system test2.2 巴西水下分離與增壓系統(tǒng)測(cè)試該水下樣機(jī)測(cè)試是巴西水下分離與增壓系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目的最后一個(gè)階段，該測(cè)試的目的是為了驗(yàn)證所開發(fā)的水下分離、壓縮系統(tǒng)的可行性，具體為：· 驗(yàn)證系統(tǒng)硬件的完整性、可靠性；· 展示系統(tǒng)操作的技術(shù)及工具；· 驗(yàn)證水下系統(tǒng)的可控性；· 論證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；· 展示系統(tǒng)的優(yōu)越性。測(cè)試主體是一臺(tái)全尺寸水下樣機(jī)，將其安裝在選定的水下油田中，持續(xù)運(yùn)行10個(gè)月，并確保該系統(tǒng)2年中不出現(xiàn)大的故障。該樣機(jī)首先在意大利國(guó)家石油公司trecate測(cè)試場(chǎng)

11、進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)試之后被運(yùn)往位于巴西東北部的atalaia測(cè)試場(chǎng)進(jìn)行陸地測(cè)試，最后將樣機(jī)安裝在巴西近海的marimba油氣田進(jìn)行海試。測(cè)試條件為15口水下叢式井以及水下濕式采油樹，采用氣舉方式采油，通過(guò)6英寸輸油管線外輸?shù)桨霛撌狡脚_(tái)。水下衛(wèi)星井水深435m，連接到水下分離與增壓系統(tǒng)樣機(jī)（水深395m，距離采油樹550m）；新鋪設(shè)的4英寸管線將分離出來(lái)的氣體輸送到平臺(tái)，現(xiàn)有6英寸輸油管線負(fù)責(zé)輸送原油；管線長(zhǎng)1050m，柔性立管長(zhǎng)660m，平臺(tái)水深423m。將總長(zhǎng)65m，由12m長(zhǎng)的單節(jié)管組成的30英寸導(dǎo)管插入臨時(shí)導(dǎo)向基座中，插入深度為70m。油管基座是為了隔離油管，便于斷開油管后即可回收測(cè)試單元

12、。測(cè)試系統(tǒng)包括油管短節(jié)、閥門、大小頭、輪轂、液壓以及電氣系統(tǒng)。上部總成主要構(gòu)件包括分離器頂部、氣體膨脹室、節(jié)流閥、油管短節(jié)、液體/氣體出口連接、流體進(jìn)口連接、過(guò)程監(jiān)控裝置以及rov操作面板等。電潛泵通過(guò)ldt（液體泄放管）懸掛在分離器頂部的壓力帽下。壓力帽可以由電控從測(cè)試單元上分離，并連同ldt和esp一并移除。2.3 total公司pazflor水下分離器項(xiàng)目pazflor油氣田位于安哥拉深海，水深600至1500m，整個(gè)項(xiàng)目需要3套水下立式分離器。水下分離器通過(guò)fat測(cè)試之后，被運(yùn)往位于挪威horten的fmc測(cè)試基地進(jìn)行測(cè)試8。測(cè)試內(nèi)容包括： 系統(tǒng)集成測(cè)試； 冷卻測(cè)試； 功能測(cè)試； 淺水

13、測(cè)試； 擴(kuò)展工廠驗(yàn)收測(cè)試； 互換性測(cè)試。該項(xiàng)目的測(cè)試場(chǎng)地如圖2.4和2.5所示：該測(cè)試場(chǎng)位于挪威horten工業(yè)區(qū)，測(cè)試水池由horten船廠改建。水池長(zhǎng)243.20m，寬34.15m，主要配套設(shè)施包括：· 電力供應(yīng)；· 船塢閘門；· 保溫測(cè)試管道；· 履帶吊；· 深水池。圖2.4安裝水下分離器基盤fig. 2.4 subsea separator base plate installation圖2.5安裝水下分離器fig. 2.5 subsea separator installation測(cè)試的主要目的為：· 測(cè)試所有的水下安裝和干

14、預(yù)操作；· 測(cè)試設(shè)備所有的功能；· 提高實(shí)際安裝過(guò)程可靠性；· 對(duì)海上安裝人員進(jìn)行培訓(xùn)。2.4 statoil a/s公司水下分離器測(cè)試1992年statoil a/s對(duì)水下處理設(shè)備和控制系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。圖2.6 在干船塢內(nèi)的分離器原型機(jī)fig. 2.6 separator prototype in dry dock分離器的連續(xù)性測(cè)試和安裝測(cè)試都在干船塢內(nèi)進(jìn)行，先后進(jìn)行了干濕環(huán)境測(cè)試。旁邊的工廠提供多相流（氣、水、油），同時(shí)接收從分離器分離出的各種流體。當(dāng)時(shí)（1993年）唯一符合該測(cè)試條件的場(chǎng)地是位于英國(guó)middlesbrough的offshore technol

15、ogy centre。綜合測(cè)試程序包括3個(gè)部分：關(guān)鍵部件的fat，子系統(tǒng)裝配測(cè)試（包括泵、控制等）和系統(tǒng)集成測(cè)試。系統(tǒng)集成測(cè)試分別在干濕環(huán)境下開展。測(cè)試模擬了寬范圍的測(cè)試條件，包括正常流量范圍和一些特殊情況。原油流量10100m3/h，含水率080，gor3001500，出口壓力2.54.5mpa。2.5 dalia項(xiàng)目采油樹保溫測(cè)試dalia項(xiàng)目采油樹保溫測(cè)試在kvaerner公司 tranby測(cè)試水池內(nèi)開展。采油樹總成（包括油管掛）被安裝在測(cè)試樁上，并裝上測(cè)試井口頭。測(cè)試用跨接管連接至長(zhǎng)度為3m管徑為6英寸的管道并連接到采油樹上，以模擬邊界條件。水循環(huán)系統(tǒng)包括2寸管道、2個(gè)隔離閥、加熱裝置

16、（功率24kw，容量3000l）、2個(gè)循環(huán)泵（一備一用，流量700l/min）。共有34個(gè)高精度熱電偶對(duì)采油樹的溫度變化進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)水下液控單元連接到電氣測(cè)試單元以便監(jiān)控采油樹所有壓力溫度傳感器的動(dòng)作。圖2.7 采油樹保溫測(cè)試fig. 2.7 xmas tree heat preservation test具體測(cè)試步驟：1. 空氣中預(yù)熱到45ºc，保持12小時(shí)。2. 在水中加熱并保持溫度12小時(shí)3. 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)4. 冷卻測(cè)試2.6 西非開發(fā)項(xiàng)目水下采油樹安裝模擬該水下油氣田開發(fā)項(xiàng)目位于西非，在約366m水深的水域進(jìn)行。該油田屬于傳統(tǒng)的井組系統(tǒng)，油井分布在三個(gè)中央管匯周圍。從199

17、9年至2002年，采用系泊的移動(dòng)式海洋鉆井平臺(tái)安裝了28個(gè)水下采油樹。圖2.8所示為整個(gè)油氣田開發(fā)方案9。圖2.8 海底油氣田開發(fā)方案fig. 2.8 subsea oil field development program其中某一采油樹技術(shù)規(guī)格如表3.1所示。表3.1水下采油樹設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)table 3.1 xmas tree design datas采油樹類型臥式api材料等級(jí)采油樹上ff采油通道上hh（通過(guò)節(jié)流閥）額定壓力5,000 psiapi溫度級(jí)別v（35至250）生產(chǎn)井筒4"生產(chǎn)采油樹5"注水采油樹導(dǎo)向?qū)蛑?，無(wú)導(dǎo)向漏斗型承口朝下井口18-3/4"控

18、制裝置采油樹上的可回收水下控制模塊api產(chǎn)品規(guī)格等級(jí)采油樹產(chǎn)品規(guī)格等級(jí)2，油管懸掛器和閥門產(chǎn)品規(guī)格等級(jí)3節(jié)流采油樹上的可回收節(jié)流閥導(dǎo)向?qū)蛑希瑹o(wú)導(dǎo)向漏斗型承口朝下滲透dhpt的3個(gè)液壓裝置和1個(gè)電氣裝置此結(jié)構(gòu)中水下采油樹的運(yùn)輸尺寸為3.7m×5.5m×4.3m，運(yùn)輸凈重量為3.6噸，全下入重量為3.9噸。采油樹通過(guò)鉆桿直接安裝，井口為裸井（無(wú)導(dǎo)向架），安裝有防腐帽和防磨補(bǔ)心。為保證采油樹下放的安全，在安裝前對(duì)采油樹進(jìn)行了安裝模擬測(cè)試，具體測(cè)試程序如下：1）將采油樹移動(dòng)到輻式橫梁上（采油安裝在橫梁頂部，不需要提供專用懸掛裝置）。2）進(jìn)行采油樹最終結(jié)構(gòu)檢查。3）通過(guò)轉(zhuǎn)盤將采

19、油樹送入工具下放到模擬鉆桿上，將采油樹送入工具左旋5圈。4）掛好采油樹，縮回輻式橫梁并下放采油樹到海床上。5）將采油停放在井口上方，利用rov核實(shí)采油樹的方位，繼續(xù)下放并確認(rèn)采油樹安裝完畢。6）利用rov安裝和修井控制系統(tǒng)控制跨接管線。7）鎖定采油樹接頭，并對(duì)密封進(jìn)行壓力測(cè)試。8）右旋5圈對(duì)采油樹下入工具解鎖，回收采油樹下入工具和鉆桿。9）將采油樹帽下放到下行管線上，采用rov將其安裝到采油樹本體上（離線作業(yè)）。10）斷開安裝和修井控制系統(tǒng)跨接線（離線作業(yè)）。11）將滑橇鉆機(jī)挪到鄰近油井（與下一采油樹安裝作業(yè)同時(shí)進(jìn)行）。12）對(duì)下一采油樹重復(fù)以上操作。圖2.9 采油樹安裝測(cè)試仿真fig. 2.

20、9 xmas tree installation test simulation4. 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)國(guó)外水下設(shè)備測(cè)試實(shí)例的調(diào)查研究，分析和總結(jié)了水下生產(chǎn)系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)和測(cè)試方法?？梢钥闯?，水下生產(chǎn)系統(tǒng)各種測(cè)試的內(nèi)容、項(xiàng)目非常多，幾乎每項(xiàng)關(guān)鍵的測(cè)試都需要專用的測(cè)試支持平臺(tái)和專用于水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試的相關(guān)平臺(tái)和測(cè)試基地。目前國(guó)內(nèi)缺乏水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造經(jīng)驗(yàn)，以及相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)有的條件尚不能滿足自主研發(fā)水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的需求。因此，對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究以及主要專用測(cè)試平臺(tái)的建設(shè)不僅具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值，而且可以帶動(dòng)國(guó)內(nèi)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的相關(guān)研究工作，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。5.參考文獻(xiàn)1 iso 13628-1-2005 petroleum and natural gas industries design and operation of subsea production systems. part 1 general requirements and recommendationss20052 iso 13628-1-2005 petroleum and natural gas industries design and operation of subsea producti