液壓插盤在水下生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡夏琦，林影煉，魏　立，孫　維

(中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 珠海 519000)

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液壓插盤在水下生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡夏琦，林影煉，魏立，孫維

(中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 珠海 519000)

摘要：對于水下生產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目，平臺上輸送的液壓和化學(xué)藥劑通過水下臍帶纜、水下臍帶纜終端和液壓飛纜分配到各水下采油樹上，實(shí)現(xiàn)對水下采油樹的控制。通路的各個(gè)連接處通過液壓插盤進(jìn)行連接。選用適合的液壓插盤，對進(jìn)行系統(tǒng)液壓計(jì)算，實(shí)現(xiàn)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制和投產(chǎn)后的平穩(wěn)生產(chǎn)至關(guān)重要。對中國南海番禺35-2/35-1項(xiàng)目水下生產(chǎn)系統(tǒng)使用的液壓插盤選型、分類、用途及使用方法進(jìn)行了研究，希望為后續(xù)的深水氣田開發(fā)水下生產(chǎn)系統(tǒng)中液壓插盤的使用提供學(xué)習(xí)和借鑒。

關(guān)鍵詞：水下生產(chǎn)系統(tǒng)；水下外插盤；化學(xué)藥劑注入；液壓控制；快速接頭

番禺35-2/35-1氣田位于中國南海北部，氣田所在海域水深為190.2～338 m，采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)模式進(jìn)行開發(fā)(見圖1)[1]。其水下生產(chǎn)系統(tǒng)包括7棵水下采油樹及配套電、液飛纜，1整套平臺水下控制系統(tǒng)，2套水下臍帶纜終端單元，5條臍帶纜，1套中心管匯，2套終端管匯，2套在線管匯，3套管道終端，11個(gè)跨接管以及2條復(fù)合海管。

番禺35-2/35-1氣田在井下液壓、化學(xué)藥劑輸入要求上，應(yīng)輸入低壓液壓用于水下采油樹上液壓閥門的控制，輸入高壓液壓用于井下安全閥的控制，生產(chǎn)通道注入水合物抑制劑甲醇和乙二醇進(jìn)行水合物防治，井筒注入防垢劑用于防止井筒結(jié)垢。在電輸送方面需要電纜用于動力和信號的輸送。根據(jù)這一需求，設(shè)計(jì)的臍帶纜的界面圖如圖2所示[2]。水下生產(chǎn)系統(tǒng)的液壓和化學(xué)藥劑傳輸接口處，設(shè)計(jì)液壓插盤進(jìn)行連接。

1水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓插盤選型

1.1番禺35-2/35-1水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓插盤基本參數(shù)

插盤主要構(gòu)造包括接頭、插盤本體、插盤支持法蘭、隔離桿、定位銷和安裝指示桿等部件。設(shè)計(jì)依照ISO 13628—6和API 17D執(zhí)行。番禺35-2/35-1項(xiàng)目液壓插盤設(shè)計(jì)水深為500 m。設(shè)計(jì)壽命應(yīng)滿足氣田20 a設(shè)計(jì)壽命要求。在環(huán)境方面，考慮的環(huán)境溫度因素見表1，海生物生長見表2。系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度見表3。系統(tǒng)控制液為Castrol Transaqua HT2,注入的化學(xué)藥劑包括甲醇、乙二醇和防垢劑。

圖1　番禺35-2/35-1項(xiàng)目開發(fā)示意圖

圖2　番禺35-2/35-1水下臍帶纜截面圖

位置空氣溫度/℃最高溫度最低溫度泥面海水溫度/℃最高溫度最低溫度番禺35-13615.919.515番禺35-23615.911.69.5

表2　番禺35-2/35-1海生物生長

表3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度

1.2番禺35-2/35-1水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓插盤選型

番禺35-2/35-1氣田的臍帶纜內(nèi)設(shè)計(jì)有用于液壓動力和化學(xué)藥劑注入的11條液壓管，液壓管為雙向不銹鋼材質(zhì)，包括2條高壓控制管線、2條低壓控制管線、1條液壓控制回流管線、2條乙二醇注入管線、1條甲醇注入管線、1條防垢劑注入管線、1條化學(xué)藥劑注入備用管和1條放空管線。在管匯和采油樹上單獨(dú)設(shè)計(jì)壓力補(bǔ)償管。各管線的設(shè)計(jì)參數(shù)見表4(1 MPa=145 psi)。

表4　臍帶纜液壓管設(shè)計(jì)壓力

液壓插盤上的快速接頭設(shè)計(jì)應(yīng)滿足水下帶壓插拔的基本要求，帶壓插拔的最大壓力為液壓管的工作壓力。根據(jù)規(guī)范要求，可選擇自密封式快速接頭、非自密封快速接頭和可泄壓自密封式快速接頭。對水下采油樹井下安全閥控制管線和采油樹主閥、翼閥、環(huán)空閥控制管線的接頭，API 17D中7.20.2.9要求應(yīng)選擇解鎖時(shí)不憋壓和最小海水侵蝕的設(shè)計(jì)。排空管線的設(shè)計(jì)為了防止碎屑和海水侵蝕，一般推薦選擇自密封式快速接頭。對臥式水下采油樹井下安全閥控制管線，API 17D中9.2.9要求為自密封快速接頭形式。根據(jù)上述要求，番禺35-2/35-1項(xiàng)目對各管線的接頭選型見表5。不同類型的接頭對應(yīng)不同的Cv值，在水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓計(jì)算中應(yīng)按選擇接頭的對應(yīng)Cv值進(jìn)行液壓計(jì)算。

表5　管線插頭選型

2水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓插盤分類和使用方法

2.1番禺35-2/35-1水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓插盤分類

水下生產(chǎn)系統(tǒng)的液壓插盤按所處位置可以分成內(nèi)插盤和外插盤等2種。

內(nèi)插盤預(yù)制在水下結(jié)構(gòu)物上，這類插盤上的接頭形式為公接頭。其按功能可以分為：1)功能性內(nèi)插盤，安裝在水下結(jié)構(gòu)物上，給液壓和化學(xué)藥劑提供通路接口；2)停泊盤，安裝在水下結(jié)構(gòu)物上，用于在外部插盤插拔時(shí)安放外部插盤，保護(hù)外部插盤的內(nèi)件；3)測試插盤，用于與水下結(jié)構(gòu)物連接，進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)物的壓力測試、功能測試和沖洗等作業(yè)。

外部插盤主要用于與水下結(jié)構(gòu)物內(nèi)插盤的對接。這類插盤上的接頭形式為母接頭。外部插盤可以使用工作級ROV安裝到內(nèi)插盤上。其按功能可以分為：1)功能性外插盤，主要位于液壓飛纜，臍帶纜終端接頭上；2)保護(hù)插盤，主要用于臨時(shí)、永久的進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)物上的內(nèi)插盤保護(hù)，預(yù)防內(nèi)部插盤上生長海生物；3)測試插盤，主要用于與水下結(jié)構(gòu)物連接進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)物的壓力測試、功能測試和沖洗等作業(yè)；4)橋接插盤，主要用于IWOCS和采油樹連接，并進(jìn)行相關(guān)測試和閥門功能控制。

番禺35-2/35-1項(xiàng)目中使用到的液壓插盤見表6。

2.2番禺35-2/35-1水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓插盤的使用方法

在安裝液壓插盤前，應(yīng)先檢查內(nèi)、外插盤的外觀，并確保其沒有任何損壞。在進(jìn)行對準(zhǔn)時(shí)，內(nèi)、外插盤允許一定的安裝定位偏差，具體見表7。雖然液壓插盤的設(shè)計(jì)支持帶壓作業(yè)，但是為了降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)盡量在系統(tǒng)未充壓情況下進(jìn)行插盤操作。

安裝液壓插盤分為安裝和鎖定等2個(gè)步驟。安裝插盤前應(yīng)對ROV的轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行校驗(yàn)，水下可見度應(yīng)滿足ROV攝像頭觀測要求。

在安裝過程中，ROV攝像頭應(yīng)觀測外插盤，轉(zhuǎn)動外插盤確保導(dǎo)向銷釘朝上，外插盤上的鎖定裝置顯示為“未鎖定”狀態(tài)。ROV通過外插盤上的支架提起外插盤，將外插盤的防撞墊對準(zhǔn)水下結(jié)構(gòu)物上內(nèi)插盤的導(dǎo)向環(huán)，直到外插盤上的接口插入內(nèi)插盤上的導(dǎo)向銷。此后，通過ROV將外插盤向內(nèi)推進(jìn)，完全鎖定后，外插盤上的指示器會露出第1道黃線，顯示內(nèi)、外插盤安裝成功。

接下來，工作ROV用ROV 4級扭力工具插入外插盤ROV接口，以100 N·m的轉(zhuǎn)矩逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使扭力工具與外插盤內(nèi)的中心驅(qū)動桿相連。順時(shí)針轉(zhuǎn)動中心驅(qū)動桿，如果看到外插盤上的黑色指示臂也同時(shí)順時(shí)針轉(zhuǎn)動，則說明連接到位。繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動約7圈，可以看到黑色指示臂移動到指定位置，外插盤上的指示器開始露出第2道黃線。增加轉(zhuǎn)矩至450 N·m,繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約9.5圈，外插盤的位置顯示屏?xí)@示鎖定，外插盤上的指示器也會完全露出第2道黃線，此時(shí)證明內(nèi)、外插盤已完全鎖定。

在回收外插盤時(shí)，工作ROV用ROV 4級扭力工具插入外插盤ROV接口，以100 N·m的轉(zhuǎn)矩逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使扭力工具與外插盤內(nèi)的中心驅(qū)動桿相連。增加轉(zhuǎn)矩至450 N·m，繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)來回收外插盤。如果不能取出，則以100 N·m為單位慢慢增加轉(zhuǎn)矩(最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)≤1 100 N·m)，直至取出外插盤。一旦解鎖，可觀測到外插盤內(nèi)的中心驅(qū)動桿隨著扭力工具旋轉(zhuǎn)，此時(shí)降低轉(zhuǎn)矩到250 N·m，繼續(xù)轉(zhuǎn)動9.5圈。轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步下調(diào)到100 N·m，轉(zhuǎn)到0.2～0.3圈。外插盤上的黑色指示臂旋轉(zhuǎn)到解鎖位置，外插盤上的指示器的黃線由2道變?yōu)?道，此時(shí)證明內(nèi)、外插盤完全解鎖。

表6　番禺35-2/35-1項(xiàng)目液壓插盤

表7　番禺35-2/35-1項(xiàng)目液壓插盤允許定位偏差

3結(jié)語

水下生產(chǎn)系統(tǒng)是深水開發(fā)的重要手段。隨著海洋石油開發(fā)步伐的加快，中國已有多個(gè)水下生產(chǎn)系統(tǒng)在建和投產(chǎn)。要實(shí)現(xiàn)海洋石油的自主開發(fā)和發(fā)展，就需要對水下生產(chǎn)系統(tǒng)的各水下設(shè)施進(jìn)行深入研究。目前，國內(nèi)對水下設(shè)施分布和整體設(shè)計(jì)的研究較多，但對水下系統(tǒng)各關(guān)鍵部件的研究較少。水下生產(chǎn)系統(tǒng)液壓插盤的設(shè)計(jì)、建造和供貨主要還是由國外承包商壟斷。盡快啟動液壓插盤的相關(guān)研究，不但具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值，也可以帶動國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有明顯的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] Cui W C. A state-of-the-art review on fatigue life prediction methods for metal structures[J]. Journal of Marine Science and Technology, 2002,7(1):156-159.

[2] Scanlan R J, Boothman R M, Clarida D R. Corrosion monitoring experience in the refinery industry using the FSM technique[C]//NACE International: CORROSION, 2003.Norway:Det Norske Veritas,2003.

責(zé)任編輯鄭練

Application of Hydraulic Stabplate in Subsea Production System

HU Xiaqi, LIN Yinglian, WEI Li, SUN Wei

(CNOOC Deepwater Development Co., Ltd.， Zhuhai 519000, China)

Abstract：The general subsea production system is designed to realize subsea chemical injection and hydraulic control by injection chemical and hydraulic fluid from topside through subsea umbilical, subsea umbilical termination unit, and subsea hydraulic flying leading to each subsea tree. The chemical injection and hydraulic control tubing between subsea umbilical, subsea umbilical termination unit, subsea hydraulic flying lead and subsea tree are connected by subsea stabplate. Selecting correct stabplate will be essential to achieve target subsea tree function and important for long term stable production. This paper studies the subsea stabplate selection, configuration, application and mating/demating operation guidelines for a chosen South China Sea subsea Panyu 35-2/35-1 project. We hope it can provide reference for subsea stabplate design of future deepwater development projects.

Key words:subsea production system, subsea outboard stabplate, chemical injection, hydraulic control, quick coupling

收稿日期：2015-10-09

作者簡介：胡夏琦(1983-)，女，工程師，主要從事南海深水天然氣開發(fā)項(xiàng)目組水下開發(fā)部水下設(shè)備等方面的研究。

中圖分類號：TH 137.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B