深水原油生產(chǎn)跨接管回收維修技術(shù)及應(yīng)用

原慶東，冒家友，馮麗梅

中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067

深水原油生產(chǎn)跨接管回收維修技術(shù)及應(yīng)用

原慶東，冒家友，馮麗梅

中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067

流花11-1油田是國(guó)內(nèi)海域第一個(gè)深水采油樹(shù)生產(chǎn)油田。運(yùn)行中檢查發(fā)現(xiàn)B-1跨接管（D 305 mm）閥門內(nèi)漏和BT-1跨接管（D 102 mm）閥門卡死，為此開(kāi)展了對(duì)這兩個(gè)跨接管的回收和維修方法研究。文章介紹了研制并首次使用跨接管拆除回收專用工具、跨接管專用維修夾具進(jìn)行跨接管的回收維修作業(yè)，內(nèi)容包括深水跨接管及連接器工作原理、跨接管拆除回收設(shè)備工作原理、跨接管拆除回收及其在平臺(tái)上維修等。

深水采油；跨接管；連接器；回收維修；拆除回收設(shè)備；跨接管維修夾具

0 引言

中海油流花11-1油田距離香港東南部230 km，油田作業(yè)水深大約310 m，于1996年投產(chǎn)。

流花11-1油田是國(guó)內(nèi)海域第一個(gè)水下采油樹(shù)生產(chǎn)油田，見(jiàn)圖1，共有25口水下油井，布局為水下中心管匯加分支管匯方式，水下25口井分別以A/B/C/D 4個(gè)分支按H型分布在兩側(cè)，其中C系列有7口井，其他系列分別有6口井。水下管匯分布示意見(jiàn)圖1。

圖1 流花11-1油田水下生產(chǎn)系統(tǒng)示意

隨著流花油田的生產(chǎn)運(yùn)行，水下生產(chǎn)設(shè)施需要進(jìn)行一定的維護(hù)和保養(yǎng)。檢查發(fā)現(xiàn)B分支管匯B-1生產(chǎn)跨接管（304.8 mm，12 in）有內(nèi)漏現(xiàn)象，以及BT-1測(cè)試跨接管（101.6 mm，4 in）上的閥門存在卡死無(wú)法操作問(wèn)題，見(jiàn)圖2。這兩個(gè)閥門不能正常工作影響了水下系統(tǒng)的隔離操作和油田的正常生產(chǎn)。為消除生產(chǎn)隱患，決定對(duì)上述兩個(gè)跨接管及閥門進(jìn)行維修并開(kāi)展回收維修研究工作。

圖2 水下生產(chǎn)跨接管出現(xiàn)泄漏和卡死的位置

1 深水跨接管及連接器工作原理

深水跨接管用于水下生產(chǎn)系統(tǒng)如采油樹(shù)、管匯、海管終端等設(shè)備之間的連接，它主要由主管、兩端的連接器及鎖緊/解鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門及ROV作業(yè)接口盤等組成，見(jiàn)圖3。根據(jù)使用工況不同，有些跨接管比較簡(jiǎn)單，跨接管上沒(méi)有閥門及ROV作業(yè)接口部分，兩端的連接器上采用液壓連接鎖緊，解鎖時(shí)也會(huì)比較簡(jiǎn)單。

圖3 水下原油生產(chǎn)跨接管總成

水深超過(guò)300 m的海底生產(chǎn)系統(tǒng)，無(wú)法采用潛水作業(yè)，常規(guī)的法蘭連接不再適用，因此出現(xiàn)了多種形式的跨接管連接方式?？缃庸馨此貌牧峡煞譃橛操|(zhì)鋼管和軟管，按連接布置形式可分為水平連接和立式連接，按連接方式可分為機(jī)械式連接和液壓遠(yuǎn)程控制連接，根據(jù)連接器的形式可分為卡箍式（clamp）、筒夾式（collet）和扇形塊+簧片式（segment+spring disc）等。具體連接方式可根據(jù)不同的應(yīng)用要求進(jìn)行選擇。

流花11-1油田水下采油樹(shù)之間及采油樹(shù)與中心管匯之間采用了硬質(zhì)鋼管立式連接方式，其連接器是FMC torus III系列產(chǎn)品機(jī)械扇形塊簧片式連接器。機(jī)械式連接器沒(méi)有液壓鎖緊/解鎖裝置，需要采用專用工具（JSCT）實(shí)現(xiàn)連接器在水下平穩(wěn)對(duì)接/鎖緊/解鎖/提升等功能。

跨接管連接器安裝在跨接管的兩端，用于與其他水下結(jié)構(gòu)物（如管匯或采油樹(shù)）的管口（HUB）連接。圖3中兩側(cè)棕紅色部分為連接器本體，上部淺黃色部分為連接器鎖緊/解鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它主要分兩部分：一部分是與連接器活塞連接的拉桿及護(hù)管，另一部分是與鎖緊/解鎖專用工具連接的管狀結(jié)構(gòu)。

連接器工作原理如圖4所示，左半圖：楔形活塞體（primary piston body）處于較上位置，由于鎖止環(huán)（locking segments）內(nèi)部由彈簧片相連，鎖止環(huán)在彈簧恢復(fù)變形力作用下處于漲開(kāi)狀態(tài)，遠(yuǎn)離管接頭外表面，接頭處于解鎖狀態(tài)；右半圖：楔形活塞體處于較下位置時(shí)，在活塞體的擠壓作用下，鎖止環(huán)壓縮彈簧片收縮緊貼管接頭外表面，接頭處于鎖緊狀態(tài)。

圖4 跨接管連接器工作原理示意

2 跨接管拆除與回收

經(jīng)過(guò)研究認(rèn)為，流花11-1油田水下跨接管維修應(yīng)首先將跨接管從現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)中拆下來(lái)，而后回收到平臺(tái)甲板上進(jìn)行閥門更換或維修，為此專門研究設(shè)計(jì)了一套專用設(shè)備進(jìn)行跨接管的拆除和回收，見(jiàn)圖5。

圖5 跨接管拆除回收設(shè)備總成

2.1 跨接管拆除回收設(shè)備工作原理

從圖5可知，跨接管拆除回收安裝設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)是：通過(guò)采用一個(gè)主結(jié)構(gòu)支架，把兩個(gè)跨接管連接器解鎖/脫離工具與一套水下控制模塊系統(tǒng)組合在一起。這套設(shè)備借助一根臍帶纜與平臺(tái)控制室相連接，當(dāng)進(jìn)行水下操作時(shí)由專業(yè)操作員進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、操作。

跨接管專用拆除回收設(shè)備長(zhǎng)約7 m，可以用于長(zhǎng)度6 m以內(nèi)的跨接管，對(duì)于不同長(zhǎng)度的跨接管，專用工具可在一定范圍內(nèi)組合變化。2個(gè)跨接管連接器解鎖/脫離工具分別置于跨接管兩端連接器的上方，用于連接跨接管連接器鎖緊/解鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并執(zhí)行連接器的解鎖作業(yè)。水下控制模塊則位于專用工具的上部，可控制連接器解鎖/脫離工具的操作。水下控制模塊通過(guò)一水下臍帶纜與平臺(tái)操作員控制盤相連接。平臺(tái)操作員可借助水下ROV的實(shí)時(shí)監(jiān)視攝像，通過(guò)遙控對(duì)跨接管專用拆除回收設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

使用跨接管專用拆除回收設(shè)備時(shí)，首先要采用一專用絞車，將整個(gè)跨接管專用拆除回收設(shè)備在平臺(tái)甲板上提起，然后通過(guò)平臺(tái)一專用月池下放到海底。跨接管專用拆除回收設(shè)備下部有軟著地工具，可以使它在下放到水下結(jié)構(gòu)上時(shí)平穩(wěn)著陸；下放前要根據(jù)跨接管的實(shí)際長(zhǎng)度調(diào)整2個(gè)跨接管連接器解鎖/脫離工具的距離，以保證能置于水下跨接管的上方，并成功對(duì)接跨接管上的鎖緊/解鎖機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨接管的解鎖和與其他水下結(jié)構(gòu)物的脫離?？缃庸苊撾x后，與跨接管專用拆除回收設(shè)備一起回收到平臺(tái)甲板進(jìn)行維修。

跨接管專用拆除回收設(shè)備的操作和使用比較復(fù)雜，操作人員必須有相關(guān)ROV水下操作經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，工具維修的備件要充分，并考慮至少半年的采購(gòu)期。

2.2 跨接管拆除回收

跨接管拆除回收基本順序：

（1）準(zhǔn)備跨接管專用拆除回收設(shè)備，針對(duì)所要進(jìn)行拆除回收的跨接管進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；要對(duì)跨接管拆除回收設(shè)備的功能進(jìn)行測(cè)試，還需對(duì)提升下放絞車的負(fù)載進(jìn)行測(cè)試。

（2）在平臺(tái)甲板通過(guò)月池下放跨接管專用拆除回收設(shè)備，見(jiàn)圖6。

圖6 跨接管專用拆除回收設(shè)備通過(guò)MIR月池下放

（3）通過(guò)水下跨接管導(dǎo)向桿，將跨接管專用拆除回收設(shè)備就位在跨接管上方。

（4）平臺(tái)上操作員操作控制盤使2個(gè)跨接管連接器解鎖/鎖止工具分別與跨接管兩端的連接器解鎖/鎖緊執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。

（5）解鎖跨接管連接器，并使之脫離水下結(jié)構(gòu)體管口，完成跨接管拆除工作。

（6）提升跨接管專用拆除回收設(shè)備和跨接管，回收跨接管到平臺(tái)甲板上。

跨接管的水下拆除和回收對(duì)油田生產(chǎn)的影響巨大，作業(yè)復(fù)雜，技術(shù)難度大，因此應(yīng)根據(jù)油田實(shí)際情況，慎重做出正確的選擇。

跨接管拆除前，首先應(yīng)對(duì)該跨接管的使用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，這種調(diào)查一般都是由水下ROV來(lái)完成的。圖7是B-1跨接管的采油樹(shù)端連接部分，跨接管上有部分海生物，跨接管上的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)朝向下方，管端連接器基本完好；連接器右側(cè)的導(dǎo)向桿沒(méi)有安裝，需要找到導(dǎo)向桿并預(yù)先安裝；另外跨接管上方還有水下液壓控制器的液壓線纜需要從跨接管上移開(kāi)。

圖7 水下生產(chǎn)跨接管及采油樹(shù)

跨接管拆除前，需要采取隔離措施，保證跨接管內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)液流，以避免在跨接管拆除時(shí)造成原油外漏污染環(huán)境。流花11-1油田B-1和BT-1跨接管在拆除前都使用高含水井進(jìn)行了預(yù)清洗。

跨接管拆除后，應(yīng)立即檢查與跨接管連接器相連的水下結(jié)構(gòu)（采油樹(shù)或水下管匯）管口密封面是否完好并進(jìn)行必要的清潔工作；留在管口的密封圈要用ROV回收上來(lái)并進(jìn)行檢查（見(jiàn)圖8）；兩端的管口要在檢查完畢后立即用預(yù)先準(zhǔn)備好的保護(hù)蓋蓋好，防止管口密封面受到任何損害。

圖8 BT-1跨接管回收到平臺(tái)

3 跨接管維修

跨接管維修的難點(diǎn)在于維修后能夠準(zhǔn)確回裝，跨接管兩端的管口位置已經(jīng)確定，不能有任何改變，另外跨接管維修時(shí)，還要保證連接器的管口密封面完好無(wú)損。為達(dá)到上述目的，研究使用了一套跨接管維修夾具，如圖9所示。

跨接管維修夾具主要由兩個(gè)液控模擬管口（圖9中黑色部分）組成，用于分別與跨接管兩端的連接器相連，頂端的模擬管口尺寸大小與流花11-1油田的304.8 mm跨接管口完全一致，管口的上下移動(dòng)、水平度和傾斜方向可以根據(jù)所回收的跨接管進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。與之配套的黃色部分結(jié)構(gòu)用于固定模擬管口，為跨接管專用拆除回收設(shè)備就位時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向并承接跨接管專用拆除回收設(shè)備的重量。

圖9 跨接管維修夾具（一邊）

跨接管專用拆除回收設(shè)備及拆除的跨接管一起回收到平臺(tái)后，首先要對(duì)跨接管進(jìn)行外觀檢查，檢查跨接管表面是否附有海生物及外腐蝕情況。經(jīng)過(guò)檢查，上述拆除的跨接管附有部分海生物如海蠣子等，但由于跨接管處于深水，海生物生長(zhǎng)并不多；跨接管表層油漆部分已鼓泡，整體狀況一般；連接器下部密封面檢查處于良好狀態(tài)。

跨接管通過(guò)外觀檢查后，跨接管連同跨接管專用拆除回收設(shè)備被放置在已預(yù)先設(shè)置好的跨接管維修夾具上。

通過(guò)調(diào)整維修夾具上的模擬管口，連接跨接管連接器與模擬管口，鎖緊后，跨接管專用拆除回收設(shè)備即可以脫離跨接管，并放置在平臺(tái)甲板備用。此時(shí)跨接管可以開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng)檢查和維修了。

在檢查B-1跨接管的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隔離閥泄漏發(fā)生在閥門密封面上。為減少維修工作量，曾按照廠家的建議嘗試采用注入特殊硅膠的方式，試圖修復(fù)閥門密封面，但是未能成功，閥門仍出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。為徹底解決閥門內(nèi)漏問(wèn)題，研究采用了切下整個(gè)閥門，換用新的備用閥門的方法，見(jiàn)圖10。

在檢查BT-1跨接管過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其中主隔離閥卡死，無(wú)法開(kāi)啟。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析原因，認(rèn)為卡死的原因可能是ROV操作不當(dāng)，因此按照常規(guī)方法，采用了加大操作扭矩的辦法，解決了主隔離閥卡死的問(wèn)題，隨后的壓力密封試驗(yàn)也都顯示閥門隔離良好，操作自如，沒(méi)有任何問(wèn)題。

圖10 B-1跨接管閥門更換

在回收維修跨接管的過(guò)程中，還研究了對(duì)跨接管的腐蝕狀況進(jìn)行檢查評(píng)估的方法，見(jiàn)圖11。檢查方法主要是將整個(gè)跨接管劃分為50 mm×50 mm的方格，然后在每一方格內(nèi)檢查管壁厚度。使用超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果顯示整個(gè)跨接管腐蝕防護(hù)狀況良好，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)很大的腐蝕坑，為整個(gè)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的評(píng)估提供了參考依據(jù)。

圖11 腐蝕評(píng)估檢查

為保證跨接管的良好狀況，對(duì)跨接管外表面重新進(jìn)行了清潔和刷漆處理，油漆采用了對(duì)海水腐蝕具有良好防護(hù)性能的佐敦環(huán)氧漆Jotamastic 87。

跨接管維修完成后，在跨接管回裝前，還要進(jìn)行最后的壓力測(cè)試，以檢查隔離閥的功能和密封性能，測(cè)試壓力為設(shè)計(jì)壓力（15.5 MPa）的1.5倍，即23.3 MPa?？缃庸苓B接器在重新下放安裝前，要對(duì)整個(gè)跨接管進(jìn)行細(xì)致的檢查，閥門處于開(kāi)啟狀態(tài)，連接器密封鋼圈預(yù)裝到位。

4 跨接管回裝和系統(tǒng)壓力測(cè)試

跨接管的回裝過(guò)程與拆除及回收的過(guò)程相反，跨接管隨跨接管專用拆除回收設(shè)備一起下放，通過(guò)導(dǎo)向繩和導(dǎo)向柱下放到預(yù)定位置，并用跨接管專用拆除回收設(shè)備上的軟著地工具，使之平穩(wěn)落到跨接管兩端的結(jié)構(gòu)上。

跨接管回裝后，需要對(duì)跨接管連接器的密封進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)由連接器外部向密封圈處打入3.45 MPa的壓力，并保持30 min，壓力未降低即認(rèn)為密封可靠。測(cè)試結(jié)束后，將跨接管專用拆除回收設(shè)備按程序回收到平臺(tái)甲板。

跨接管回裝完成后，還要采用壓力測(cè)試方法對(duì)系統(tǒng)泄漏情況進(jìn)行檢查，為防止水下生產(chǎn)系統(tǒng)其他部分管段因腐蝕而產(chǎn)生可能的泄漏，測(cè)試壓力確定為實(shí)際操作壓力5.0 MPa的1.1倍，即5.5 MPa。B-1跨接管和BT-1跨接管系統(tǒng)壓力測(cè)試都是一次性測(cè)試合格。

采用壓力測(cè)試進(jìn)行泄漏檢查合格后，跨接管即可投入生產(chǎn)運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

流花11-1油田跨接管的回收、維修和回裝工作是國(guó)內(nèi)首次成功對(duì)水下深水跨接管進(jìn)行的完整維修工作。工作中使用了跨接管拆除回收專用設(shè)備和跨接管專用夾具，克服了人員經(jīng)驗(yàn)少、技術(shù)難度大、維修工具復(fù)雜等困難，使流花油田水下跨接管得到了良好的維修和保養(yǎng)。

本文所述跨接管的回收維修技術(shù)應(yīng)用于剛性短跨接管，長(zhǎng)跨接管的柔性較好，不需要這種專用工具設(shè)備。

跨接管回收安裝作業(yè)需要ROV的配合和支持，ROV操作員的經(jīng)驗(yàn)和能力非常重要。

此次回收維修工作因回收安裝工具長(zhǎng)期不用，備件缺失，僅恢復(fù)功能就用了幾個(gè)月的時(shí)間，因此應(yīng)重視回收安裝工具的維護(hù)保養(yǎng)，備件要充足。

對(duì)所要回收維修的跨接管應(yīng)有充分了解并進(jìn)行相應(yīng)的回收維修準(zhǔn)備，如備件、清障等。備用閥門要進(jìn)行功能測(cè)試后才能使用，跨接管上臍帶纜的移開(kāi)作業(yè)應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。

隨著國(guó)內(nèi)油氣田開(kāi)發(fā)向深水的拓展，水下生產(chǎn)管匯將會(huì)越來(lái)越多，管匯跨接管的回收和維修也將會(huì)日漸增多，流花11-1油田跨接管的回收維修研究成果，可為其他油田的跨接管維修提供一定的借鑒。

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Retrieval and Repair Techniques of Jumper Used for Deepwater Oil Production and Their Application

Yuan Qingdong，Mao Jiayou，F(xiàn)eng Limei
CNOOC Shenzhen Company，Shenzhen 518067，China

Liuhua 11-1 Oilfield is the first deepwater oilfield applying Christmas trees in China.It was found through inspection that B-1 jumper（D 305 mm）valve leaked and BT-1 jumper valve（D 102 mm）got stuck.Therefore the research on retrieval and repair methods for the two jumpers were conducted.This paper introduces the research and the first application of special tool and clamper for jumper dismantlement and repair，such as the working principle of deepwater jumper and connector，the working principle of jumper dismantlement and retrieval devices，the operations of the jumper dismantlement and retrievalas wellas the jumper repair on the platform.

deepwater oil production；jumper；connector；retrieval and repair；machine of dismantlement and repair；clamper for jumper repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.005

原慶東（1963-），男，河北南宮人，高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于華東石油學(xué)院，現(xiàn)從事海洋油氣田油氣項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工作。

2014-01-16；

2014-09-10