電液飛線在水下生產(chǎn)設(shè)施中的應(yīng)用與選型

王靖翔，葉永彪

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，深圳 518067）

電氣與自動(dòng)化

電液飛線在水下生產(chǎn)設(shè)施中的應(yīng)用與選型

王靖翔，葉永彪

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，深圳 518067）

電液飛線（EFL/HFL）是水下生產(chǎn)設(shè)施中的重要組成部分，一般用于連接水下分配系統(tǒng)與水下控制系統(tǒng)，起到傳遞液壓動(dòng)力和電力、通信信號(hào)的作用，是關(guān)系到生產(chǎn)區(qū)塊正常運(yùn)行的重要“生命線”。過去由于國(guó)內(nèi)油氣田開發(fā)局限于淺海，水下生產(chǎn)系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，未來隨著深海油氣田開發(fā)，尤其是代表未來趨勢(shì)的水下系統(tǒng)，都會(huì)使得水下生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，電液飛線的應(yīng)用前景廣闊。通過對(duì)常見的水下生產(chǎn)設(shè)施中電液飛線布置方式的總結(jié)，分析電液飛線的應(yīng)用現(xiàn)狀與選型的考慮因素，并以西非海域某深水大型工程項(xiàng)目為例，分析了電液飛線的布置與選型的技術(shù)考慮，對(duì)未來我國(guó)深水油氣田開發(fā)中電液飛線的布置與選型提供借鑒。

飛線；電液飛線；水下生產(chǎn)設(shè)施；電液分配終端

0 引 言

全球范圍內(nèi)，隨著大型深水油氣田的不斷開發(fā)，水下眾多的采油/氣樹以及管匯等水下生產(chǎn)設(shè)施的液力、電力、通信信號(hào)的輸送和分配變得愈發(fā)重要，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到一個(gè)生產(chǎn)區(qū)塊能否正常運(yùn)行，電液飛線（EFL/HFL）正是承擔(dān)這一作用的重要水下通道，是名副其實(shí)的水下“生命線”。

1 水下電、液終端

為實(shí)現(xiàn)水下生產(chǎn)設(shè)施各單元協(xié)調(diào)有序工作，需要水下控制系統(tǒng)（Subsea Production Control System，SPCS）進(jìn)行控制，其用于操控水下生產(chǎn)設(shè)施的各類閥門，還可用于數(shù)據(jù)通信和監(jiān)控溫度、壓力、液壓油滲漏。水下控制模塊（Subsea Control Module，SCM）是水下控制系統(tǒng)的核心部件，它通過傳感器采集水下信息，發(fā)送給平臺(tái)主控臺(tái)（Main Control System，MCS），并接收其指令，通過驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)采油樹閥門的開啟、關(guān)閉操作。典型的水下生產(chǎn)設(shè)施［1］布置見圖1。

圖1　典型水下生產(chǎn)設(shè)施布置

由于多個(gè)水下控制系統(tǒng)都需要與主控臺(tái)進(jìn)行電信號(hào)、液壓動(dòng)力等傳輸，顯然需要采用一條匯總的臍帶纜在水下向各生產(chǎn)單元分配的方式，這就需要水下分配系統(tǒng)（Subsea Distribution System，SDS）發(fā)揮作用。水下分配系統(tǒng)與水下控制系統(tǒng)各控制單元通過電、液飛線連接在一起［2］。

一般來說，水下分配系統(tǒng)的液壓動(dòng)力應(yīng)滿足以下條件：至少需要高壓和低壓管線各一對(duì)，用于為閥門驅(qū)動(dòng)器和地面控制的水下安全閥（Surface Controlled Subsea Safety Valve，SCSSV）輸送液壓動(dòng)力。根據(jù)油田規(guī)模和分享相同臍帶纜的鉆井中心的數(shù)量，可以由兩對(duì)或者三對(duì)液壓動(dòng)力管道來控制不同油田或者鉆井中心。并且，為提供冗余功能，可以通過梭閥將兩對(duì)高低壓管道與一個(gè)水下控制模塊相連。

電力分配要滿足以下條件：至少有兩個(gè)并聯(lián)電源從供電單元（Electrical Power Unit，EPU）通過系統(tǒng)向水下電子模塊（Subsea Electrical Module，SEM）、壓力傳感器、多項(xiàng)流量計(jì)等提供電力［3］。采用交流電進(jìn)行電力傳輸，并在水下電子模塊中將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，供一些傳感器使用。交流變壓器可能需要在靠近采油樹/水下控制模塊的位置升壓，具體情況取決于跨接距離。

通信線路雖然與電力線路同時(shí)鋪設(shè)，但卻是臍帶纜中的獨(dú)立電纜，直到四芯線組分開并通過電力終端部件與水下臍帶纜終端（Subsea Umbilical Termination Assembly，SUTA）相連。之后，電飛線電纜線路將包含電力和通信四芯線組，以確保冗余性。采用這種方式，可以將電力線路噪聲降至最低限度。也可以使用光纖線路進(jìn)行通信分配，如多相流量計(jì)，需要通過光纖線路完成高速信號(hào)傳輸。

2 電液飛線

水下分配系統(tǒng)和水下控制系統(tǒng)各控制單元在水下通常分別以臍帶纜單元（Subsea Umbilical Termination Unit，SUTU）和采油/氣樹形式存在，電、液飛線就是起到連接二者的作用，液飛線是軟管形式，電飛線除軟管外還有電纜。一般來說HFL及EFL的設(shè)計(jì)水深都默認(rèn)為3000m，適用于現(xiàn)在所有深海油氣田開發(fā)。圖2中左右側(cè)對(duì)稱的兩根為SFL/HFL，中間兩根為EFL。

圖2　采油樹上的電纜飛線

圖3　典型的液飛線

液飛線（HFL），見圖3，作用是從SUTU那里把液壓動(dòng)力輸送到各采油/氣樹上以實(shí)現(xiàn)對(duì)采油/氣樹上各閥門的開啟和氣嘴開度的調(diào)節(jié)，還包括把甲醇輸送到采氣樹上。液飛線通常前端有一段垂直的剛性段（SFL），頂端是橫向的接口，接口上方有吊環(huán)/ROV把手。HFL與SUTU完成連接后，液壓回路導(dǎo)通，飛線里的液壓動(dòng)力通過HFL進(jìn)入SCM來實(shí)現(xiàn)對(duì)采油/氣樹閥門的控制。實(shí)際上是安裝在Plate上的公母液壓快速接頭相互導(dǎo)通，液壓動(dòng)力和甲醇通過這些快速接頭進(jìn)入各功能管線里面。HFL需要獲得至少NAS Class 6的潔凈度［4］。

電飛線（EFL），見圖4，就是從SUTU那里把電力、通信輸送到各采油/氣樹上以實(shí)現(xiàn)對(duì)采油/氣樹的控制和監(jiān)測(cè)。EFL由兩部分組成，包括兩頭的電氣快速接頭和接頭直接的電纜。其有4針或12針兩種型式。

圖4　典型的電飛線

3 電液飛線在西非某項(xiàng)目中的應(yīng)用

某西非項(xiàng)目，水深1300～1400m，水下生產(chǎn)設(shè)施包括了5個(gè)采油鉆井中心（Production Drill Centre，PDC），8個(gè)注水鉆井中心（Water Injection Drill Centre，WDC），以及4個(gè)分別架設(shè)在兩個(gè)PILT中間的氣舉管匯。

以PDC-1為例，其有兩個(gè)采油管匯PM-01A和PM-01B（production manifold），分別連接6個(gè)采油樹。這2個(gè)管匯和12個(gè)采油樹均有電飛線、液飛線分別與EDM、HDM相連，其中液飛線為單股，電飛線為雙股。EDM與HDM之間有12根電飛線相連。HDM有接口連接臍帶纜UMB-1。這是從終點(diǎn)到原點(diǎn)的整體布置。

該項(xiàng)目的電液飛線長(zhǎng)度最長(zhǎng)285m，最短18m。Nerzic R.等對(duì)西非海域的涌浪環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致研究，給出了西非涌浪、風(fēng)浪組合關(guān)系，指出由于西非海域在冬季會(huì)吸收來自北部以及西北部的北大西洋涌浪，在夏季會(huì)吸收來自北太平洋遠(yuǎn)處的遠(yuǎn)程涌浪，這些涌浪經(jīng)過長(zhǎng)距離的傳播得到充分發(fā)展，常態(tài)下風(fēng)浪和涌浪同時(shí)存在，對(duì)在這一海域工作的水下生產(chǎn)設(shè)施有重大影響［5］，基于此，該項(xiàng)目電、液飛線均采用了剛性段SFL。

4 結(jié) 語(yǔ)

從選型角度，電液飛線只需滿足各控制單元的功率、流量等要求，其實(shí)際規(guī)格一般應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砑昂r條件，并由設(shè)計(jì)公司與安裝公司溝通，結(jié)合實(shí)際安裝方案選擇合適的電液飛線。以保證在最小彎曲半徑情況下，達(dá)到工程總成本最低。

［1］ ISO 13628-1， Design and Operation of Subsea Production Systems-General Requirements and Recommendations， 2005，International Organization for Standardization： Geneva， Switzerland［S］.

［2］ 張維慶，等. 水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)的比較與選擇［J］. 中國(guó)海洋平臺(tái)，2014 （3）： 47-48.

［3］ 張 理. 水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討［J］. 中國(guó)造船，2010 （4）： 187-190.

［4］ Tom Kelly. Overview of Subsea Systems Engineering ［J］. FMC， Subsea Tieback Forum， 2007.13-15.

［5］ Nerzic R， Frelin C， Prevosto M. Joint Distributions of Wind/Waves/Current in West Africa and Derivation Multivariate Extreme I-FORM Contours［C］//ISOPE， 2007.27-29.

規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

Application and Selection of EFL/HFL in Subsea Production System

WANG Jing-xiang， YE Yong-biao
（Cooec Subsea Technology Co.， Ltd.， Shenzhen 518067）

EFL/HFL are important components of subsea production system. They are generally used to connect the subsea distribution systems and subsea control systems， to transfer hydraulic power， electric power and communication signals， being the “l(fā)ifeline” for the normal operation of the production unit. Historically domestic oil and gas field exploration is limited to shallow waters， so the subsea production system is relatively simple. With the future exploration of deep sea oil and gas field， especially the development of subsea system that represents the future trend， the subsea production system will become more are more complex. Therefore， EFL/HFL will have a wide application prospect. Through the summary of EFL/HFL layout in common subsea production systems， this paper analyzes the current application status quo and considerations in type selections. Taking a deep water project in West Africa as an example， the EFL/HFL layout and selection technical considerations are analyzed， which can provide some reference for the EFL/HFL layout and selection of domestic deepwater oil and gas field exploration.

flying leads； EFL/HFL； subsea production system； EDM/HDM

TE54

B

2095-4069 （2016） 01-0056-03

10.14056/j.cnki.naoe.2016.01.011

2015-03-12

王靖翔，男，碩士，助理工程師，1987年生。2011年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，現(xiàn)從事海洋石油安裝與維修工程技術(shù)工作。