水下生產系統(tǒng)測試技術應用實例分析

1、水下生產系統(tǒng)測試技術應用實例分析蘇鋒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：水下生產系統(tǒng)作為深水油氣田開發(fā)最為核心的組成部分其測試工作尤其重要，制定合理有效的測試要求和方法是確保測試工作能夠達到預期測試目的的前提條件。本文通過對國外水下生產測試系統(tǒng)的調查研究，分別介紹了水下處理系統(tǒng)測試、水下分離與增壓系統(tǒng)測試、采油樹測試以及管道及管道連接器的保溫裝置測試等，深入理解水下生產系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)的測試目的、主要測試內容以及測試方法和要求。關鍵詞：水下生產系統(tǒng)；測試系統(tǒng)；水下處理系統(tǒng)；分離與增壓系

2、統(tǒng)；測試場中圖分類號：te93； 文獻標志碼：b 文章編號：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)的關鍵技術之一1。其主要由主控站、液壓動力站、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，每個子系統(tǒng)都包含了多種單元部件。制定合理的測試要求和測試方法，是確保水下生產系統(tǒng)在生產運行中的功能有效性及安全可靠性的關鍵因素2。目前，國內不少采油平臺使用水下生產系統(tǒng)的生產模式，但這些生產系統(tǒng)從產品制造到安裝再到最終的生產調試，整個程序和技術都是由國外幾家公司提供，如流花11-1、陸豐22-1，這種模式對于我國深水油氣田開發(fā)造成很大掣肘。掌握水下生產系統(tǒng)測試核心技術非常有必要。1.水下生產系統(tǒng)測試技術概述水下生產系統(tǒng)測試包括部件測試、工廠接收測試、擴展工廠驗收測試、系統(tǒng)集成測試、現(xiàn)場接收測試以及生產調試等內容。其主要內容包括壓力測試（包括內

7、、外壓的測試）、電氣系統(tǒng)的絕緣檢查、機械/電氣接口檢查和控制系統(tǒng)聯(lián)合測試等3, 4, 5。2. 國外測試場應用現(xiàn)狀目前國外已有多家石油公司和科研機構擁有海洋測試中心，如vetcogray在美國nailsea擁有相當于4000米水深測試能力的測試中心，英國balmoral大學更是擁有相當于7000米水深測試能力的測試中心。這些測試中心的技術比較成熟，主要表現(xiàn)在有長期的海洋設備測試經驗、完整的數(shù)據(jù)庫和專業(yè)技術，并且針對不同要求、規(guī)格的海洋裝備每個海洋測試中心擁有獨特的技術特點以滿足測試需求6。下面主要介紹一下幾種典型的水下生產系統(tǒng)的測試方法。2.1 shell-aker水下處理系統(tǒng)測試該測試場位于

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

9、包括以下幾個模塊：· 水下冷凝器；· 水下分離器；· 水下控制系統(tǒng)；· 水下壓縮機；· 水下vsd壓縮機；· 水下vsd泵；· 水下不間斷電源；· 水下環(huán)路截斷器；· 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本測試屬于水下處理系統(tǒng)最終階段的技術測試，其測試系統(tǒng)如圖2.3所示。將水下設備全部浸入海水中之后，在兩年的時間里shell公司將采用閉環(huán)回路對水下處理系統(tǒng)的功能性、穩(wěn)定性和持續(xù)性進行測試。圖2.

10、3水下處理系統(tǒng)測試fig. 2.3 subsea processing system test2.2 巴西水下分離與增壓系統(tǒng)測試該水下樣機測試是巴西水下分離與增壓系統(tǒng)開發(fā)項目的最后一個階段，該測試的目的是為了驗證所開發(fā)的水下分離、壓縮系統(tǒng)的可行性，具體為：· 驗證系統(tǒng)硬件的完整性、可靠性；· 展示系統(tǒng)操作的技術及工具；· 驗證水下系統(tǒng)的可控性；· 論證系統(tǒng)的經濟性；· 展示系統(tǒng)的優(yōu)越性。測試主體是一臺全尺寸水下樣機，將其安裝在選定的水下油田中，持續(xù)運行10個月，并確保該系統(tǒng)2年中不出現(xiàn)大的故障。該樣機首先在意大利國家石油公司trecate測試場

11、進行測試，通過測試之后被運往位于巴西東北部的atalaia測試場進行陸地測試，最后將樣機安裝在巴西近海的marimba油氣田進行海試。測試條件為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6英寸輸油管線外輸?shù)桨霛撌狡脚_。水下衛(wèi)星井水深435m，連接到水下分離與增壓系統(tǒng)樣機（水深395m，距離采油樹550m）；新鋪設的4英寸管線將分離出來的氣體輸送到平臺，現(xiàn)有6英寸輸油管線負責輸送原油；管線長1050m，柔性立管長660m，平臺水深423m。將總長65m，由12m長的單節(jié)管組成的30英寸導管插入臨時導向基座中，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試單元

12、。測試系統(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、流體進口連接、過程監(jiān)控裝置以及rov操作面板等。電潛泵通過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水下分離器項目pazflor油氣田位于安哥拉深海，水深600至1500m，整個項目需要3套水下立式分離器。水下分離器通過fat測試之后，被運往位于挪威horten的fmc測試基地進行測試8。測試內容包括： 系統(tǒng)集成測試； 冷卻測試； 功能測試； 淺水

13、測試； 擴展工廠驗收測試； 互換性測試。該項目的測試場地如圖2.4和2.5所示：該測試場位于挪威horten工業(yè)區(qū)，測試水池由horten船廠改建。水池長243.20m，寬34.15m，主要配套設施包括：· 電力供應；· 船塢閘門；· 保溫測試管道；· 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測試的主要目的為：· 測試所有的水下安裝和干

14、預操作；· 測試設備所有的功能；· 提高實際安裝過程可靠性；· 對海上安裝人員進行培訓。2.4 statoil a/s公司水下分離器測試1992年statoil a/s對水下處理設備和控制系統(tǒng)進行了測試。圖2.6 在干船塢內的分離器原型機fig. 2.6 separator prototype in dry dock分離器的連續(xù)性測試和安裝測試都在干船塢內進行，先后進行了干濕環(huán)境測試。旁邊的工廠提供多相流（氣、水、油），同時接收從分離器分離出的各種流體。當時（1993年）唯一符合該測試條件的場地是位于英國middlesbrough的offshore technol

15、ogy centre。綜合測試程序包括3個部分：關鍵部件的fat，子系統(tǒng)裝配測試（包括泵、控制等）和系統(tǒng)集成測試。系統(tǒng)集成測試分別在干濕環(huán)境下開展。測試模擬了寬范圍的測試條件，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項目采油樹保溫測試dalia項目采油樹保溫測試在kvaerner公司 tranby測試水池內開展。采油樹總成（包括油管掛）被安裝在測試樁上，并裝上測試井口頭。測試用跨接管連接至長度為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個隔離閥、加熱裝置

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

17、9年至2002年，采用系泊的移動式海洋鉆井平臺安裝了28個水下采油樹。圖2.8所示為整個油氣田開發(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規(guī)格如表3.1所示。表3.1水下采油樹設計數(shù)據(jù)table 3.1 xmas tree design datas采油樹類型臥式api材料等級采油樹上ff采油通道上hh（通過節(jié)流閥）額定壓力5,000 psiapi溫度級別v（35至250）生產井筒4"生產采油樹5"注水采油樹導向導向柱朝上，無導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產品規(guī)格等級采油樹產品規(guī)格等級2，油管懸掛器和閥門產品規(guī)格等級3節(jié)流采油樹上的可回收節(jié)流閥導向導向柱朝上，無導向漏斗型承口朝下滲透dhpt的3個液壓裝置和1個電氣裝置此結構中水下采油樹的運輸尺寸為3.7m×5.5m×4.3m，運輸凈重量為3.6噸，全下入重量為3.9噸。采油樹通過鉆桿直接安裝，井口為裸井（無導向架），安裝有防腐帽和防磨補心。為保證采油樹下放的安全，在安裝前對采油樹進行了安裝模擬測試，具體測試程序如下：1）將采油樹移動到輻式橫梁上（采油安裝在橫梁頂部，不需要提供專用懸掛裝置）。2）進行采油樹最終結構檢查。3）通過轉盤將采

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核實采油樹的方位，繼續(xù)下放并確認采油樹安裝完畢。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，并對密封進行壓力測試。8）右旋5圈對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）將滑橇鉆機挪到鄰近油井（與下一采油樹安裝作業(yè)同時進行）。12）對下一采油樹重復以上操作。圖2.9 采油樹安裝測試仿真fig. 2.

20、9 xmas tree installation test simulation4. 結束語通過對國外水下設備測試實例的調查研究，分析和總結了水下生產系統(tǒng)的測試技術和測試方法?？梢钥闯?，水下生產系統(tǒng)各種測試的內容、項目非常多，幾乎每項關鍵的測試都需要專用的測試支持平臺和專用于水下生產系統(tǒng)測試的相關平臺和測試基地。目前國內缺乏水下生產系統(tǒng)設計、建造經驗，以及相關設備及系統(tǒng)的測試經驗，現(xiàn)有的條件尚不能滿足自主研發(fā)水下生產系統(tǒng)設備的需求。因此，對水下生產系統(tǒng)測試技術研究以及主要專用測試平臺的建設不僅具有較大的工程應用價值，而且可以帶動國內水下生產系統(tǒng)的相關研究工作，產生明顯的經濟和社會效益。5.參考文獻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