海洋平臺渤中29－4項目全線通球調(diào)試實踐

陳 麗， 趙曉亮， 丁 杰

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

BZ29－4項目中，在海底管道施工期間已經(jīng)完成了分段清管試壓，在海底管道與平臺立管整體連接完成后，為了保證管道內(nèi)的清潔，驗證管道整體通過能力，在海洋平臺投產(chǎn)前對海底管道及與平臺連接立管整體進行全線通球作業(yè)，從發(fā)射器發(fā)射1個符合設(shè)計要求的清管器，收球器收到的清管器無裂縫，磨損不嚴重，作為海管機械完工的標志，可以進入投產(chǎn)流程。

1 海管概況

BZ29－4 項 目 主 要 包 括3 個 平 臺：BZ29－4 WHPA 井口平臺、BZ29－4 WHPB井口平臺、BZ28－2南BOP增壓平臺，BOP平臺與BZ28－2南CEP中心平臺由棧橋相連。BZ29－4項目油田群平臺分布示意圖見圖1。該項目中有兩條海底管道需要進行全線通球作業(yè)：第一條為從BOP平臺至WHPA 平臺的6″注水海底管道；第二條為從WHPA 平臺至BOP平臺的12″油氣混輸海底管道。海管長度約為15km，兩條管道規(guī)格均為API 5L X65 的管道，6″海管外徑為168.3mm，壁厚9.5mm，12″海管外徑為323.9mm，壁厚12.7mm。

2 清管器的選取及主要技術(shù)參數(shù)的確定

2.1 試驗介質(zhì)

開啟CEP平臺水源井供水，并保證水源井水不含可燃氣體和有毒介質(zhì)。

圖1 BZ29－4項目油田群平臺分布示意圖Fig.1 The platform distribution diagram of BZ29－4 oil field project

2.2 清管器選型

整體通球作業(yè)選擇JIP 型泡沫清管器，該清管器是一種經(jīng)濟的清管工具，與剛性清管器相比，它有很好的變形能力和彈性，在壓力作用下與管壁形成很好的密封，能夠順利通過各種彎頭、閥門和管道變形段，當發(fā)生卡球時方便加壓碎球［1］，并且不會對管道造成損傷。一般情況下清管器外徑相對管道內(nèi)徑過盈量選擇3%～5%［2－3］，清管器長度不大于管徑的1.5 倍［4］。試驗用清管器參數(shù)如表1所示。

表1 試驗用清管器Table 1 Pig for commissioning

2.3 試驗參數(shù)計算

2.3.1 水源井開啟數(shù)量計算 為了保證清管器運行平穩(wěn)、安全，同時根據(jù)清管器廠家資料及國內(nèi)外清管器運行速度，確定清管器運行速度控制在0.5 m／s［5－6］。

根據(jù)流量計算公式：

式中，Q—流量，m3／h；

u—流速，m／s；

d—海管內(nèi)徑，mm。

經(jīng)過計算6″注水海底管道通球作業(yè)所需最小水流量為31.5m3／h，12″混輸海底管道所需最小水流量125.9m3／h。

由于單口水源井最大流量為80m3／h，因此，當對6″注水海底管道進行通球試驗時，開1口水源井即可滿足試驗要求，當進行12″混輸海底管道通球試驗時，需開2口水源井方能滿足試驗要求。

2.3.2 壓降計算及動力源選擇 長輸管道的摩阻損失包括兩部分：一是通過直管段所產(chǎn)生的摩阻損失，即沿程摩阻；二是通過各種閥門部件所產(chǎn)生的摩阻損失即局部摩阻。海管通球主要考慮的是沿程摩阻損失。

利用列賓宗公式［7］計算沿程摩阻損失：

其中

式中，h—沿程摩阻損失，m；

λ—水力摩阻系數(shù)；

L—海管長度，m；

d—海管內(nèi)徑，m；

V—流體在管道內(nèi)的平均流速，m／s；

g—重力加速度，9.81m／s2；

q—體積流量，m3／s。

（2）式中的變量系數(shù)根據(jù)海管內(nèi)介質(zhì)流態(tài)來確定。

根據(jù)編制的海管通球計算程序，計算界面見圖2。經(jīng)計算確定6″注水海管的壓降為215.84kPa，所需通球動力源最小壓力為265.84kPa。12″混輸海管通球所需動力源最小壓力為356.63kPa。

對于動力源的選擇，除考慮壓降外還應(yīng)考慮流量的要求，由于單臺注水增壓泵的最大流量為80 m3／h，出口壓力1 000kPa，6″注水海底管道通球作業(yè)所需水流量為31.5m3／h，12″混輸海底管道所需水流量125.9m3／h，因此，6″海管通球時開啟1臺注水增壓泵即可達到通球所需的動力要求，12″混輸海管通球時需要同時開啟2臺注水增壓泵。

圖2 海管通球計算界面Fig.2 Pigging calculation interface for subsea pipeline

3 通球試驗路徑

由于海上通球作業(yè)資源緊缺，條件艱苦，所以為了減少臨時設(shè)施的使用，最大限度地利用現(xiàn)有平臺的設(shè)施和工藝流程，最終確定完全利用平臺現(xiàn)有的工藝流程完成通球作業(yè)。BOP 平臺與CEP 平臺通過棧橋相連，因此利用CEP平臺上的注水系統(tǒng)作為水源供給，首先完成6″注水海管的通球作業(yè)，然后利用6″注水海管通球的工藝流程向12″混輸海管的清管器發(fā)射器端注入海水進行12″混輸海管的通球作業(yè)，通球試驗路徑如下。

3.1 6″注水海底管道通球試驗路徑

開啟水源井CEP－WH－1025，地下水經(jīng)旋流除砂器CEP－HC－4101粗濾后，再經(jīng)注水細濾器CEP－F－4101A 過濾，進入注水緩沖罐CEP－T－4101，然后經(jīng)注水增壓泵CEP－P－4105A 增壓，至清管器發(fā)射器BOP－PL－4101后，通過要進行通球試驗的6″注水海底管道到達清管器接收器WHPA－PR－4101。試驗路徑如圖3所示。

3.2 12″混輸海底管道通球試驗路徑

開 啟 水 源 井CEP－WH－1025 和 水 源 井CEPWH－1026，地下水 經(jīng) 旋 流 除 砂 器CEP－HC－4101 粗濾后，再 經(jīng) 注 水 細 濾 器CEP－F－4101A 和CEP－F－4101B過濾，進入注水緩沖罐CEP－T－4101，然后經(jīng)注水增壓泵CEP－P－4105A／B增壓，至清管器發(fā)射器BOP－PL－4101后，通過已完成通球試驗的6″注水海底管 道，經(jīng) 清 管 器 接 收 器WHPA－PR－4101 到 達WHPA 平臺上的清管器發(fā)射器WHPA－PL－2001，通過要進行通球試驗的12″混輸海底管道后，到BOP上的接收終端BOP－PR－2001。試驗路徑見圖4。

圖3 6″注水海底管道通球試驗路徑Fig.3 The test path for 6″water injection subsea pipeline

圖4 12″混輸海底管道通球試驗路徑Fig.4 The test path for 12″multiphase subsea pipeline

3.3 清管試驗過程

清管試驗過程見圖5［8］。

圖5 海管通球試驗過程Fig.5 The pigging test process for subsea pipeline

4 通球效果

2010年4月12 日對6″海管進行通球作業(yè)：16點10分BOP平臺清管器發(fā)射器過球指示器顯示通過，21點10分在WHPA 收到清管器，歷時5h。

2010年4月13日對12″海管進行通球作業(yè)，15點21分水源井打開，20點21分水源井水通過6″注水海底管道到達WHPA 平臺上的清管器接收器，開始對12″混輸海管進行通球，BOP 平臺于4月14日7點48分收球，歷時16h27min左右。

整個通球作業(yè)實施順利，清管器未發(fā)生卡阻，接收到的清管器無裂縫，沒有嚴重磨損，證明該項目通球取得了較好的效果。

5 注意的問題

（1）為了保障通球試驗的安全，對調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的各類風險進行辨識和分析，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，以保證及時解決故障。在召開調(diào)試準備會和風險分析會上，明確各類風險并公布相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。在試驗進行中，需做到與通球作業(yè)無關(guān)人員和無關(guān)系統(tǒng)的隔離。

（2）需準備相同型號的備用清管器，一旦發(fā)生卡阻事故，在采用其它解卡措施失效的情況下，可以再發(fā)出一個清管器頂出前一個清管器。

（3）在海上進行海管整體通球時，盡量利用平臺上的工藝流程完成通球作業(yè)，減少使用或避免使用臨時設(shè)施。

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