淺談固定平臺井口管線及支吊架設(shè)計(jì)

黃健文，張金石，李杰

（海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)院， 天津 300451）

海上固定鉆采平臺管線布置一般情況會根據(jù)不同材料進(jìn)行支吊架選型設(shè)計(jì)。根據(jù)相關(guān)規(guī)格書要求，其中碳鋼和不銹鋼及雙相鋼分保溫（伴熱）/非保溫（伴熱）/人防支架選型；除此之外，玻璃鋼/銅鎳合金/PE管/CPVC/鋼骨架也有不同的支架選型。但井口管線及其相關(guān)管網(wǎng)比較特殊，支架選型設(shè)計(jì)需考慮人員操維，尤其是采油樹抬升位移，最后再考慮美觀。

1 不同海域的平臺特點(diǎn)

在不同海域，固定平臺在井口區(qū)的管線布置有所不同。渤海區(qū)域海水比較淺，采油樹抬升位移小，一般情況下，鉆完井考慮實(shí)際值+安全因子，會提供小于100mm的抬升位移值；井口區(qū)管線布置除了熱脹冷縮外，不會過多考慮由于采油樹抬升位移的原因所增加的管線柔性要求。南海東部和西部區(qū)域海水較深，采油樹抬升位移大。鉆完井提供的采油樹抬升位移值一般情況下都會大于120mm。因此，管線布置需要有足夠的柔性，甚至考慮用彈簧吊架，以防止管線過多脫空。

2 油田和氣田的支吊架差異

固定平臺在油田區(qū)，根據(jù)支吊架規(guī)格書，保溫（伴熱）的井口區(qū)管線一般用管鞋，考慮到管鞋焊接面積或焊接長度較長，在小于2寸以下的小管，一般會采用U型卡。但需注意，小管雖然柔性比較好，但也要滿足采油樹抬升位移所需的柔性要求。

固定平臺在氣田區(qū)，一般的井口區(qū)管線不需要保溫（伴熱），僅為人防管線，管碼基本上不采用管鞋。由于氣田區(qū)井口管線一般采用材質(zhì)較好的管線，如雙相鋼S31803/S32205，甚至超級雙相鋼S32750等，管線與支架（支架材料為碳鋼）接觸面均需配PTFE板，以防止異種金屬接觸，具體設(shè)計(jì)需參考相關(guān)配管支吊架規(guī)格書。

此外，根據(jù)工藝特點(diǎn)，油田區(qū)井口，包含化學(xué)注入、flowline（采油管線）、壓井、高壓取樣、低壓排放、高壓排放閥組、甚至有定壓放氣閥組等。工藝管線比較復(fù)雜，在管線布置上要求較高；既要滿足采油樹抬升位移和設(shè)計(jì)工況的熱脹冷縮的柔性要求，還要滿足正常的維修人員操作空間。而氣田區(qū)根據(jù)工藝特點(diǎn)，一般情況下，沒有化學(xué)注入、高壓排放和定壓放氣閥組。相對來說，管線在氣田井口區(qū)的布置考量上，要簡單的多。

3 井口區(qū)管線布置特點(diǎn)及技巧

井口區(qū)管線在布置上首先考慮盡量避免采油樹抬升對管線造成的影響，其次考慮管線的熱脹冷縮的柔性要求，最后考慮操維的便利。

如渤中某平臺，根據(jù)工藝要求，均涵蓋如上所述系統(tǒng)。采油樹抬升位移為50mm，布置考慮將定壓放氣閥組在滿足采油樹抬升位移的柔性后固定管線，作為閥組的分界面。其次，低壓排放閥組遠(yuǎn)離采油樹，在靠近管匯連接flowline。而flowline管線也是常規(guī)布置。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是避免采油樹抬升對閥組造成拉力影響，閥組的法蘭泄漏校核較好通過。另外，管線為保溫（伴熱）管線，支架管碼采用管鞋，根據(jù)項(xiàng)目支吊架規(guī)格書要求，導(dǎo)向PS016功能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)擋塊高50mm，滿足采油樹抬升高度要求，無需非標(biāo)設(shè)計(jì)。Flowline管線水平有效長度大于經(jīng)驗(yàn)值，管線在油嘴至管匯之間，只有小局部支架脫空，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 渤中某平臺定壓閥組與低壓排放閥組布置

大位移下的井口區(qū)，如前所述，南海海域的平臺由于海水較深，鉆完井所提的抬升參數(shù)一般為120～150mm，但也有175～250mm。如文昌某采油平臺為175mm，番禺某平臺為200mm；惠州某采油平臺，采油樹抬升位移120mm，這時(shí)flowline管線就需要考慮繞井口布置，低壓排放在離采油樹油嘴最遠(yuǎn)地方連接，靠近油嘴的導(dǎo)向和限位功能擋塊均需按非標(biāo)設(shè)計(jì)（拉高擋塊），避免脫空造成功能失效。

圖3 惠州某平臺flowline及低壓排放管線布置

文昌某采油項(xiàng)目采油樹抬升位移175mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采油樹抬升位移≥150mm時(shí)，靠近油嘴flowline管線一般情況下均采用彈簧支吊架。其他系統(tǒng)管線由于材料屬性和空間問題，一般情況下均不采用彈簧吊架。另外，也可根據(jù)業(yè)主需求采用彈簧支吊架，但布置時(shí)均要考慮彈簧的空間和吊架高度問題。為避免采油樹抬升位移的影響，除上述項(xiàng)目的布置特點(diǎn)外，也要將高壓排放的閥門布置在遠(yuǎn)離采油樹的地方。

番禺氣田某項(xiàng)目采油樹抬升位移200mm，靠近采油樹油嘴的flowline管線也布置了彈簧支吊架。

圖4 文昌某平臺flowline及高壓排放管線布置

圖5 番禺某平臺flowline彈簧支吊架布置

4 管線支架選型設(shè)計(jì)

如前所述，采油樹抬升位移＞150mm時(shí)，靠近采油樹的采油管線flowline則需用彈簧吊架（根據(jù)彈簧支吊架選型規(guī)則，選用恒力彈簧）。此外，靠近采油樹的所有管線支架，如計(jì)算支架節(jié)點(diǎn)抬升位移超過50mm時(shí)，都需采用非標(biāo)設(shè)計(jì)。導(dǎo)向/限位擋塊設(shè)置到一定的高度，滿足計(jì)算值，防止支架功能失效。

氣田井口區(qū)管線一般為非保溫（伴熱）管線，管碼與支架結(jié)構(gòu)為異種金屬，考慮支架結(jié)構(gòu)上墊PTFE板，采用PS009/PS013/PS029/PS030等支架組合（參考海洋工程具體項(xiàng)目支架規(guī)格書）。油田井口區(qū)管線選材一般為碳鋼，與支架支撐結(jié)構(gòu)為同類材料，支架組合則有更多選擇空間。

圖6 靠近采油樹擋塊拉高

5 小結(jié)

固定平臺井口區(qū)是平臺最重要的區(qū)域，按照安全原則劃分，也是最危險(xiǎn)區(qū)域。目前海洋工程固定平臺水深最多為300多米，采油樹抬升位移大小直接影響管線布置和支吊架選型設(shè)計(jì)，井口區(qū)管線和支吊架的設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算值和周圍特有的環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化布置，不允許任何生搬硬套的連接形式和支架選型設(shè)計(jì)，以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和平臺安全。