番禺34-1氣田水下生產(chǎn)系統(tǒng)ESD0級(jí)關(guān)斷測(cè)試研究

陳加鑫，郝高正，韓 磊，王 釗

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 前言

水下生產(chǎn)系統(tǒng)(subsea production systems)作為深水油田開(kāi)發(fā)中重要的組成部分，如何依據(jù)現(xiàn)有的深水項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，制定出合理的測(cè)試程序與測(cè)試方法，使其在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中確保其安全可靠，成為進(jìn)軍深海的一個(gè)難題。

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造經(jīng)驗(yàn)，同樣也無(wú)相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，更沒(méi)有專(zhuān)攻水下生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)試的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。本文作者著重解決水下生產(chǎn)系統(tǒng)ESD0級(jí)關(guān)斷測(cè)試方法與程序。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

（1）APISERIES 17 SUBSEA PRODUCTION SYSTEM；

（2）深水工程手冊(cè)（中國(guó)海洋石油總公司）；

（3）番禺34-1項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書(shū)、調(diào)試大綱。

2 水下生產(chǎn)系統(tǒng)組成

水下生產(chǎn)系統(tǒng)主要由主控站、液壓動(dòng)力站、電力單元、臍帶纜及臍帶纜分配單元、水下采油樹(shù)、水下管匯及跨接管和水下控制系統(tǒng)等各子系統(tǒng)組成，并且每個(gè)子系統(tǒng)都包含多種單元部件[1]。

3 測(cè)試方法與程序

3.1 ESD關(guān)斷順序&關(guān)斷觸發(fā)

應(yīng)急關(guān)斷和應(yīng)級(jí)關(guān)斷觸發(fā)對(duì)于不同的項(xiàng)目而言，均會(huì)在“ESD”畫(huà)面上顯示：PanYu 35-1、PanYu 35-2。ESD關(guān)斷和關(guān)斷觸發(fā)，在相關(guān)的ESD操作畫(huà)面上均可以顯示。相關(guān)的ESD順序和關(guān)斷觸發(fā)順序均可參照ESD因果圖。因果流程圖主要用于定義水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)（SCS）的關(guān)斷順序，并可在主控站（MCS）系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行編程。

關(guān)斷的觸發(fā)條件可通過(guò)3種方式啟動(dòng)：來(lái)自ESD的硬線輸入、來(lái)自集散控制系統(tǒng)（DCS）的“SOFT”信號(hào)以及來(lái)自MCS的設(shè)定點(diǎn)報(bào)警觸發(fā)。如果由于ESD/DCS或者內(nèi)部產(chǎn)生的報(bào)警使MCS觸發(fā)關(guān)斷，觸發(fā)的關(guān)斷信號(hào)會(huì)傳遞到MCS。一旦在關(guān)斷順序中最后一個(gè)閥門(mén)關(guān)閉后，MCS將發(fā)送一個(gè)“關(guān)斷完成”信號(hào)至DCS[2]。

在進(jìn)行關(guān)斷測(cè)試前，可通過(guò)相應(yīng)的“Config”按鈕打開(kāi)相關(guān)聯(lián)的“Shutdown configuration”窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Disable”和“Apply”按鈕完成對(duì)關(guān)斷信號(hào)的“禁止”操作，關(guān)斷執(zhí)行信號(hào)如圖1所示。在ESD畫(huà)面中，藍(lán)色方塊區(qū)域用于顯示已被“Disable”關(guān)斷的測(cè)試。

圖1 ESD 0信號(hào)未觸發(fā)狀態(tài)

提示：在模擬任何級(jí)別的關(guān)斷條件前，使用SCM模擬模式下的PETU完成對(duì)相關(guān)閥門(mén)狀態(tài)的確認(rèn)，確認(rèn)閥門(mén)處于“Open”狀態(tài)，并且閥門(mén)所對(duì)應(yīng)的井口功能正常。

提示：不同的關(guān)斷信號(hào)可以在ESD關(guān)斷狀態(tài)畫(huà)面上以相應(yīng)的方框區(qū)域顯示。如果信號(hào)沒(méi)有觸發(fā)，方塊區(qū)域是綠色；如果信號(hào)觸發(fā)，方塊區(qū)域變?yōu)榧t色。

關(guān)斷信號(hào)將從平臺(tái)ESD/DCS系統(tǒng)產(chǎn)生，以下測(cè)試用于證明通過(guò)硬線輸入信號(hào)至MCS，引起上部ESD/DCS觸發(fā)ESD關(guān)斷，該關(guān)斷將切斷來(lái)自所有來(lái)自井口，進(jìn)入生產(chǎn)設(shè)備的通道。此外，相關(guān)硬線輸入信號(hào)的“Disable”特性也可在這些測(cè)試中得到驗(yàn)證[3]。

3.2 ESD0級(jí)關(guān)斷

送至MCS的0級(jí)關(guān)斷信號(hào)在不同的項(xiàng)目中，均可依據(jù)前面提到的因果圖預(yù)先定義“Open”閥狀態(tài)。緊急關(guān)斷級(jí)別和關(guān)斷觸發(fā)均可以在相應(yīng)的ESD畫(huà)面上顯示，如：PanYu 35-1和PanYu 35-2。

3.2.1 目的

下面的測(cè)試將證明“CEP ESD Level0”信號(hào)會(huì)以硬線輸入的形式從DCS/ESD系統(tǒng)送至MCS，在系統(tǒng)工作正常的情況下，阻止來(lái)自所有井口的流體進(jìn)入生產(chǎn)設(shè)備。此外，測(cè)試還將證明“Disable”對(duì)硬線輸入的“CEP ESD Level 0”信號(hào)作出禁止的能力，以及在關(guān)斷執(zhí)行過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)閥門(mén)的開(kāi)啟操作。

3.2.2 方法

相關(guān)的“CEP ESD Level0”關(guān)斷信號(hào)可以在ESD操作畫(huà)面上打開(kāi)“Shutdown Configuration”窗口后，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Disable”和“Apply”按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)斷信號(hào)的禁止操作，此操作過(guò)程中要求登錄者的身份至少是“Engineer”以上級(jí)別。

相關(guān)的“CEP ESD Level0”關(guān)斷信號(hào)可以在ESD操作畫(huà)面上打開(kāi)“Shutdown Configuration”后，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊“enable”和“Apply”按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)斷信號(hào)的激活操作，此操作過(guò)程中要求登錄者的身份至少是“Engineer”以上級(jí)別[4]。

提示：如果以下測(cè)試步驟中，功能狀態(tài)未經(jīng)確認(rèn)，并與要求不相匹配時(shí)，可在測(cè)試過(guò)程中，預(yù)先通過(guò)手動(dòng)設(shè)置完成。

在緊急關(guān)斷畫(huà)面中，可查看“CEP ESD Level0”是否處于“Disable”狀態(tài)。

在MCS監(jiān)控器上，打開(kāi)相關(guān)的“Well Select”畫(huà)面，選擇一個(gè)井口進(jìn)行如下操作：

（1）在不同的鉆井平臺(tái)，不同的水下控制模塊上，參考先前對(duì)閥門(mén)的功能測(cè)試，完成對(duì)所有閥門(mén)的開(kāi)啟操作，確保閥門(mén)均處于開(kāi)啟位置。確認(rèn)閥門(mén)的可操作性，先前對(duì)閥門(mén)的互鎖限制功能測(cè)試除外。

（2）在相關(guān)ESD畫(huà)面上，鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Config”按鈕，打開(kāi)相應(yīng)的“Shutdown Configuration”窗口，按以上的描述完成對(duì)“CEP ESD Level0”信號(hào)的“Disable”操作，通過(guò)DCS/ESD系統(tǒng)發(fā)送瞬時(shí)的關(guān)斷信號(hào)至MCS。確認(rèn)相關(guān)聯(lián)關(guān)斷響應(yīng)沒(méi)有執(zhí)行，并且鉆井平臺(tái)內(nèi)所有井口的閥門(mén)均沒(méi)有發(fā)生狀態(tài)的改變。

（3）在相關(guān)“ESD”畫(huà)面上，鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Config”按鈕，打開(kāi)相應(yīng)的“Shutdown Configuration”窗口，按以上的描述完成對(duì)“CEP ESD Level 0”信號(hào)的“Enable”操作，通過(guò)DCS/ESD系統(tǒng)重新發(fā)送瞬時(shí)的關(guān)斷信號(hào)至MCS。確認(rèn)MCS屏幕上相關(guān)的報(bào)警指示點(diǎn)亮，具體如圖2所示，驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)是所有井口的閥門(mén)狀態(tài)均變?yōu)椤癈LOSE”，并且鉆井平臺(tái)內(nèi)其他井口的閥門(mén)在ESD順序執(zhí)行過(guò)程中均沒(méi)有發(fā)生狀態(tài)的改變。

圖2 ESD 0觸發(fā)關(guān)斷后狀態(tài)

（4）在關(guān)斷順序執(zhí)行過(guò)程中，要求閥門(mén)均處于“Open”狀態(tài)，在關(guān)斷命令執(zhí)行后，彈出的“Valve Control”窗口內(nèi)，包含一個(gè)名為“Status&Interlocks”的區(qū)域，一條“Interlock”信息將會(huì)自動(dòng)彈出。顯示命令不被執(zhí)行，并無(wú)法對(duì)閥門(mén)進(jìn)行操作。即便沒(méi)有“Defeat Interlock”窗口彈出，同樣無(wú)法對(duì)閥門(mén)進(jìn)行操作，當(dāng)以“Supervisor”或更高級(jí)別的用戶(hù)登錄時(shí)，閥門(mén)控制窗口將另外彈出一條“Notdefeatable interlock present”信息。

（5）在關(guān)斷順序執(zhí)行后（在“Step Description”欄中顯示“Finished”標(biāo)志），確認(rèn)在“Finished”左側(cè)的方塊區(qū)域變?yōu)檠蠹t色，同時(shí)“CEP ESD Level0 Complete”信號(hào)將從MCS發(fā)送至DCS/ESD系統(tǒng)。確認(rèn)可以在ESD控制畫(huà)面內(nèi)打開(kāi)相關(guān)的“Shutdown Configuration”窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Clear”和“Apply”按鈕完成對(duì)關(guān)斷報(bào)警的清除操作，此操作過(guò)程中需以“Engineer”或更高級(jí)別的用戶(hù)登錄。通過(guò)DCS/ESD系統(tǒng)完成對(duì)“CEP ESD Level0”輸入信號(hào)的禁止操作后，確認(rèn)可以打開(kāi)先前被關(guān)閉的水下采油樹(shù)上的閥門(mén)，并且MCS上的“CEP ESD Level0”關(guān)斷信號(hào)也已經(jīng)復(fù)位。

圖3 ESD 0關(guān)斷完成狀態(tài)

4 HPU功能測(cè)試中注意事項(xiàng)

（1）在進(jìn)行水下生產(chǎn)系統(tǒng)ESD0級(jí)關(guān)斷測(cè)試前，MCS主控站與DCS/ESD系統(tǒng)、HPU單元的通訊需全部測(cè)試完成；

（2）水下生產(chǎn)設(shè)備上的相關(guān)儀表反饋在MCS畫(huà)面上均顯示正常，井口上部的液壓閥門(mén)均已完成相應(yīng)的測(cè)試，動(dòng)作、反饋正常；

（3）因ESD0零級(jí)關(guān)斷為棄平臺(tái)關(guān)斷，平臺(tái)將在關(guān)斷操作后30 min內(nèi)全部失電，在此過(guò)程中需盡快對(duì)水下關(guān)斷順序、響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行快速確認(rèn)；

（4）對(duì)于平臺(tái)其他級(jí)別的關(guān)斷測(cè)試如：ESD1、ESD2、ESD3均可參照ESD0級(jí)關(guān)斷進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試。

5 結(jié)束語(yǔ)

主要介紹水下生產(chǎn)系統(tǒng)ESD0級(jí)關(guān)斷的測(cè)試程序與方法，ESD0級(jí)關(guān)斷測(cè)試的順利完成是平臺(tái)具備投產(chǎn)條件的重要里程碑點(diǎn)，既是對(duì)平臺(tái)功能的一次重要考量，也是對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)具備開(kāi)井能力的一次驗(yàn)證，同時(shí)也為日后自主完成水下生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)試工作提供寶貴的參考和經(jīng)驗(yàn)！