試壓介質(zhì)溫度變化對海底管道水壓試驗的影響

張海波* 李 凱 雷 林

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

該段海管位于南海東部海域，用于連接兩個石油平臺，海底管道中間通過500 m跨接管線連接成1條海管，該水域水深約100 m左右。該海管于1995年投產(chǎn)運行，跨接管線于2010年投產(chǎn)。該海管承擔著2個平臺的產(chǎn)出液的輸送的任務(wù)，全長14.5 km，管外徑為273.1 mm。海管具體參數(shù)如表1所示。

表1 海底管道詳細參數(shù)

位于平臺側(cè)的立管由于運行后被腐蝕需要更換。更換完成后，為了檢測海底管線的強度及其連接處（如閥門、法蘭、接頭、立管維修點、4#解堵閥修復點）是否存在滲漏，同時滿足該段海管的安全取證要求，需要對該海管進行壓力強度試驗，最終保障油田生產(chǎn)安全。該段海管截面如圖1所示。

圖1 海管截面圖

1 試壓準備

海管試壓作業(yè)計劃以其中1個平臺作為注水加壓端，以另1個平臺作為泄壓端。試壓作業(yè)時，試壓設(shè)備在加壓端平臺發(fā)球筒處就位，通過高壓軟管與試壓盲板連接，在泄壓端平臺收球端連接排水管線，用于排空氣體以及試壓作業(yè)結(jié)束后排水。

試驗壓力選取海管偶發(fā)壓力的1.05倍，即1.7 MPa×1.05=1.785 MPa，加壓過程分段進行，壓力升值過程如表2所示。

表2 升壓過程壓力取值

試壓前，用盲板將與試壓系統(tǒng)無關(guān)的設(shè)備和管線進行隔離，并將無關(guān)的儀器儀表拆除。此次試壓選擇在加壓端的過球三通處安裝盲板，并且連接圓圖記錄儀、試壓泵、壓力表等設(shè)備，泄壓端同樣安裝盲板，并配壓力表，作為泄壓放氣點。試壓開始前用警示隔離帶將試壓區(qū)域以及泄壓區(qū)域進行隔離，防止無關(guān)人員進入造成人員傷害，并確保兩端的操作人員通信暢通。開始試壓前，需要提前對試壓設(shè)備進行功能測試，往試壓泵水箱注水，啟動試壓泵，檢查設(shè)備狀態(tài)是否正常，確認無誤后，緩慢關(guān)小閥門開度，待壓力升高至0.535 5 MPa時，停止試壓泵，對試壓出口軟管及閥門等進行檢查，確認沒有泄漏點后，緩慢打開閥門泄壓，準備進行海管試壓作業(yè)。

海管試壓時，在兩個平臺在注水升壓期間以及穩(wěn)壓期間需進行排水排氣檢查，不間斷地用泡沫水監(jiān)測法蘭等連接點，檢查是否存在泄漏點。

2 試驗過程

打開進水閥門，啟動試壓泵注入化學藥劑處理過的海水（或生產(chǎn)水）。開始升壓，升壓速度應(yīng)均勻不超過0.150 MPa/min，升壓過程中每隔一段時間記錄時間、壓力數(shù)據(jù)。當壓力升高到試壓壓力的30%時，停止試壓泵，關(guān)閉試壓泵出口針閥，檢查海管及各管線閥門連接處有無泄漏情況，并穩(wěn)壓10 min，如果海管壓力無明顯下降，則繼續(xù)升壓，否則需進行泄壓，重新注水升壓。打開試壓泵出口針閥，啟動試壓泵繼續(xù)注水升壓，保持原升壓速度，當壓力升高到試壓壓力的60%時，穩(wěn)壓10 min，如果海管壓力無明顯下降，則繼續(xù)升壓，降低升壓速度。達到試壓壓力后停止試壓泵，關(guān)閉泵出口針閥，斷開與針閥連接的高壓軟管，檢查各連接處有無泄漏。升壓結(jié)束后，海管內(nèi)壓力、溫度將逐步趨于穩(wěn)定，期間每隔30 min記錄時間、壓力、溫度等數(shù)據(jù)。試壓流程圖如圖2所示。

圖2 試壓流程圖

待海管內(nèi)溫度平衡、壓力穩(wěn)定后進行正式保壓狀態(tài)，保壓時間為4 h。保壓期間，每隔30 min將時間、壓力、海水溫度和空氣溫度等數(shù)據(jù)記錄到表格中。對水上法蘭結(jié)點的外觀進行檢查，不能有任何可見滲漏。試壓過程的壓力以及溫度的記錄如表3所示。

表3 升壓過程壓力及溫度變化

海管在試壓的過程中可能出現(xiàn)泄漏，因此需要從加壓端平臺海管入口注入含染色劑的海水物流，并應(yīng)急啟動巡線檢查工作，若出現(xiàn)該類情況，由ROV（水下機器人）進行巡線以檢測泄漏點。

3 壓力變動原因分析

平臺立管修復完成后，需進行相應(yīng)的無損探傷作業(yè)，且立管的泄壓點和打壓點處的螺栓、法蘭等在試壓實施過程中，均需進行緊固處理，所有水面以上的潛在泄漏點均已被排除。近年來，水下管線運行穩(wěn)定，性能及狀態(tài)良好。因此，此次試壓穩(wěn)壓過程中壓力變動的主要原因為溫度變化，依據(jù)現(xiàn)有海管數(shù)據(jù)并參照海底管道預(yù)調(diào)試計算模型初步得出，溫度變化范圍為1℃，壓力波動范圍為0.615 1 MPa，推導過程如表4所示。

表4 壓力變化分析過程

4 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)，在保壓過程中壓力下降值為0.028 MPa，溫度變化幅度較小，約為29.42-29.37=0.05 ℃，根據(jù)模型推算由溫度變化引起的壓力變化值為0.03 MPa。同時考慮海管在立管段、跨接段壁厚與平管段壁厚參數(shù)不一致等原因帶來的計算偏差，此次海管試壓結(jié)果符合要求。

海管試驗的壓力變化是制約試壓結(jié)果被接受的重要因素，因此在海管試壓的過程中，要依據(jù)試壓的具體要求，根據(jù)該段海域海水水深以及溫度的變化特點，提前分析溫度變化可能會對壓力變化產(chǎn)生的影響，為試壓的成功率提供保障。