水下控制系統(tǒng)上部?jī)x表管連接方案研究

李斌 張汝彬 蘇鋒 范玉楊 王立陳

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

引言

水下生產(chǎn)系統(tǒng)已在油氣開(kāi)發(fā)中應(yīng)用廣泛應(yīng)用，其中水下控制系統(tǒng)主要用于水下采油樹、水下管匯等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，調(diào)節(jié)水下油嘴，進(jìn)行井下壓力、溫度和水下設(shè)施運(yùn)行監(jiān)測(cè)等。平臺(tái)上部臍帶纜和上部臍帶纜終端總成（TUTA）之間、TUTA和液壓動(dòng)力單元（HPU）之間儀表管作為水下控制系統(tǒng)連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，上部連接平臺(tái)控制設(shè)備，下部連接臍帶纜，將控制液壓和化學(xué)藥劑通過(guò)臍帶纜運(yùn)輸?shù)剿略O(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下設(shè)備液壓閥門的控制和向水下井口輸送化學(xué)藥劑，因此上部?jī)x表管的正確選型和安裝能夠保證控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文對(duì)上部?jī)x表管的連接方案進(jìn)行研究，重點(diǎn)從儀表管材質(zhì)選擇、壓力等級(jí)選擇、清潔度等級(jí)要求、儀表管接頭選擇、儀表管托架選擇、路由規(guī)劃、施工要求等方面進(jìn)行研究，并結(jié)合南海某水下油田實(shí)際工程項(xiàng)目，制定儀表管連接方案。

1 儀表管及接頭選擇

儀表管及接頭的選型通常從壓力等級(jí)、管徑、材質(zhì)、清潔度等級(jí)等方面考慮。通常水下控制系統(tǒng)平臺(tái)上部?jī)x表管包括兩路高壓（HP）管線、兩路低壓（LP）管線、化學(xué)藥劑管線（Chemical Injection）、回油管線（Return）和備用管線（Spare）。儀表管的壓力等級(jí)根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力確定，通常為3000psi～10000psi，清潔度等級(jí)也是根據(jù)控制系統(tǒng)要求確定，通常液壓管線清潔度等級(jí)要求為SAE AS4059 6B-F (or NAS 1638 Class 6)，化學(xué)藥劑管線清潔度等級(jí)要求為SAE AS4059 8B-F。

圖1 水下控制系統(tǒng)上部?jī)x表管連接圖

儀表管的選型通常采用軟管或硬管材料。軟管儀表管彎曲半徑小，路由布置靈活，安裝簡(jiǎn)單方便，軟管儀表管兩端與設(shè)備連接的接頭通常采用JIC形式接頭，在安裝施工時(shí)需要將接頭擰緊到位，并將軟管整體固定在托架上，否則在軟管內(nèi)部液體加減壓時(shí)容易形成移位和旋轉(zhuǎn)，接頭變松導(dǎo)致泄漏。應(yīng)用在水下控制系統(tǒng)上部的硬管儀表管材質(zhì)通常選用316L不銹鋼和超級(jí)雙向鋼兩種，超級(jí)雙向鋼抗腐蝕能力強(qiáng)，承受壓力等級(jí)高，但價(jià)格較貴。根據(jù)各在役平臺(tái)使用的316L不銹鋼儀表管調(diào)研情況，南海地區(qū)濕度顯著大于渤海地區(qū)，鹽霧凝結(jié)現(xiàn)象明顯，南海和東海地區(qū)各處海洋設(shè)施（無(wú)論是國(guó)外設(shè)計(jì)建造的，還是國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)建造的）均不同程度的發(fā)生過(guò)316L不銹鋼儀表管腐蝕問(wèn)題。因此建議南海地區(qū)選用超級(jí)雙相鋼材質(zhì)儀表管，或使用316L不銹鋼儀表管加外部防護(hù)保護(hù)，其他海域建議使用316L不銹鋼儀表管。管線接頭根據(jù)儀表管的材質(zhì)和壓力等級(jí)選擇配套的形式，通常選用雙卡套形式或Cone&Thread形式。

2 儀表管托架選擇

儀表管托架通常有以下三種形式：

（1）梯級(jí)/孔型托架

軟管和硬管儀表管均可使用梯級(jí)或孔型托架，儀表管單排布置在托架上，托架寬度可根據(jù)管線布置進(jìn)行選擇，常用托架寬度有300mm、400mm等。

圖2 梯級(jí)/孔型托架

（2）導(dǎo)軌式托架

托架與儀表管和接頭可由同一廠家供貨，減少采辦流程和界面，安裝間距可調(diào)，安裝靈活，儀表管可雙排布置。

圖3 導(dǎo)軌式托架

（3）定制托架

針對(duì)儀表管布置位置及要求進(jìn)行托架定制，托架結(jié)構(gòu)不受儀表管布置限制，可多排分層布置，布置靈活，但對(duì)安裝要求較高，需要每根管的位置非常準(zhǔn)確。

圖4 定制托架

以上三種托架方案技術(shù)上均可性，但槽型托架和導(dǎo)軌式托架施工靈活和方便，推薦使用這兩種托架方案。

針對(duì)某南海項(xiàng)目，根據(jù)業(yè)主要求，托架選用導(dǎo)軌式托架及配套管卡，導(dǎo)軌式托架通過(guò)螺栓固定在型鋼支撐上，托架布置間距建議為1米。

3 儀表管路由規(guī)劃

針對(duì)某南海項(xiàng)目的TUTA和臍帶纜拖拉端間儀表管進(jìn)行路由規(guī)劃，先安裝路徑中托架及儀表管，最后連接兩端接頭部分。托架間距根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，建議托架支撐布置間距不大于1米。使用PDMS三維建模軟件進(jìn)行建模，路由布置方案如下圖所示。

圖5 儀表管路由

4 儀表管施工要求

對(duì)于新建項(xiàng)目，在兩端設(shè)備放置完成后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行彎管和連接。對(duì)于改造項(xiàng)目，從施工安全性和方便性，建議停產(chǎn)施工，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行彎管和連接，可先對(duì)路由中間部分的儀表管及支撐、托架進(jìn)行安裝，預(yù)留兩端接連位置，待中間部分安裝完成后再進(jìn)行停產(chǎn)連接兩端接頭，以縮短停產(chǎn)時(shí)間，關(guān)于各油田管線施工順序，由于臍帶纜拖拉端空間狹小，建議從里向外的順序進(jìn)行更換。

安裝的儀表管線串洗清潔度要求與控制系統(tǒng)清潔度要求一致。安裝前進(jìn)行沖洗，為節(jié)約沖洗時(shí)間，可將多根管線通過(guò)直通接頭相連同時(shí)清洗。對(duì)于儀表管壓力測(cè)試，根據(jù)ISO 13628-6標(biāo)準(zhǔn)要求，打壓至1.5倍設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行壓力測(cè)試，和打壓至1.1倍設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行泄漏測(cè)試，試驗(yàn)至少持續(xù)10分鐘，觀察有無(wú)泄漏。

5 質(zhì)量控制

（1)供貨商應(yīng)保證提供的儀表管在規(guī)定的操作條件下具有穩(wěn)定的性能和可靠性。儀表管的最小設(shè)計(jì)壽命為25年。

（2)供貨商應(yīng)按照最新ISO 9001標(biāo)準(zhǔn)或同等國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行質(zhì)量體系。

（3)供貨商負(fù)責(zé)根據(jù)適用文件的執(zhí)行要求進(jìn)行所有質(zhì)量保證和控制工作。

（4)供貨商應(yīng)具有有效的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制（QA/QC）計(jì)劃，明確規(guī)定質(zhì)量體系負(fù)責(zé)人的權(quán)力和責(zé)任。執(zhí)行質(zhì)量職能的人員應(yīng)具有充分和明確的權(quán)力，以執(zhí)行質(zhì)量要求，發(fā)起、識(shí)別、建議和提供質(zhì)量問(wèn)題的解決方案，并驗(yàn)證糾正措施的有效性。

（5)供貨商應(yīng)對(duì)整套設(shè)備及附件承擔(dān)責(zé)任和全面保證。

（6)供貨商應(yīng)提交生產(chǎn)試驗(yàn)的認(rèn)證報(bào)告。

（7)供貨商應(yīng)允許業(yè)主/承包商指定的檢驗(yàn)人員和代表自由訪問(wèn)與工程有關(guān)的所有設(shè)施、所有試驗(yàn)和程序、檢查材料以及檢查所有工程項(xiàng)目是否已制造和測(cè)試，所有工作均按照適用文件執(zhí)行。供貨商應(yīng)免費(fèi)向檢驗(yàn)人員提供所需的所有制造、檢驗(yàn)和測(cè)試文件。

（8)供貨商應(yīng)提供并實(shí)施檢驗(yàn)和測(cè)試計(jì)劃（ITP），以確保產(chǎn)品符合項(xiàng)目和制造商的質(zhì)量要求。

（9)施工時(shí)生產(chǎn)方需全程進(jìn)行安全監(jiān)督。施工方根據(jù)施工計(jì)劃進(jìn)行施工，管線連接后需使用專用工具進(jìn)行檢查，保證連接到位。施工后的調(diào)試工作需與中控密切配合，保證施工安全。

（10)管線安裝后如發(fā)現(xiàn)泄漏，應(yīng)進(jìn)行泄壓、接頭緊固，必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)器件更換。

6 結(jié)論

本文對(duì)上部?jī)x表管的連接方案進(jìn)行研究，從儀表管材質(zhì)選擇、壓力等級(jí)選擇、清潔度等級(jí)要求、儀表管接頭選擇、儀表管托架選擇、路由規(guī)劃、施工要求等方面進(jìn)行研究，并結(jié)合南海某水下油田實(shí)際工程項(xiàng)目，制定儀表管連接方案。本文研究方案已實(shí)際應(yīng)用到該南海水下油田工程項(xiàng)目中，為今后項(xiàng)目水下控制系統(tǒng)上部?jī)x表管方案設(shè)計(jì)提供參考，為儀表管現(xiàn)場(chǎng)施工安裝提供技術(shù)支持。