淺談水下管匯建造與檢驗(yàn)測(cè)試要點(diǎn)

陳翔　洪鐘鳴

摘? ? 要：水下管匯是一種典型的海上油氣開(kāi)發(fā)重要設(shè)備，是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。本文以南海某項(xiàng)目深水管匯建造為載體，介紹管匯的結(jié)構(gòu)組成、功能原理和工廠建造質(zhì)量控制及測(cè)試要點(diǎn)，對(duì)水下管匯的建造、安裝、維護(hù)、測(cè)試等方面技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：水下管匯;測(cè)試流程;測(cè)試內(nèi)容

中圖分類(lèi)號(hào)：TE952? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Construction and Test of Subsea Manifold

CHEN Xiang，? HONG Zhongming

（ China Classification Society Industrial Corp. Zhanjiang Branch， Zhanjiang 524005 ）

Abstract： Subsea manifold is an important equipment for typical offshore oil and gas development， and a key component of subsea production system. Taking the construction of a deep-water manifold of a project in South China Sea as an example， this paper introduces the structural composition， functional principle， quality control of construction and test points of the manifold， and provides reference for the construction， installation， maintenance and test of subsea manifold.

Key words： Subsea manifold; Test process; Test content

1? ? 前言

隨著陸地油氣資源開(kāi)發(fā)力度的不斷加大及儲(chǔ)藏量的逐漸減少，海洋油氣資源的勘探開(kāi)采需求加劇，特別是近些年來(lái)海上油氣勘探開(kāi)發(fā)向深水化的方向發(fā)展步伐明顯加快。

在深水油氣田開(kāi)采方面，傳統(tǒng)的固定平臺(tái)或浮式生產(chǎn)設(shè)施的開(kāi)發(fā)方式存在著平臺(tái)負(fù)荷重、建造成本高、應(yīng)用局限性大等問(wèn)題，而采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)配合依托設(shè)施的開(kāi)發(fā)工程模式（如：SEMI+水下設(shè)施+外輸管線），可以避免建造昂貴的海上采油平臺(tái)，顯著降低開(kāi)發(fā)成本和后期的運(yùn)營(yíng)成本，縮短建造周期，且受自然災(zāi)害影響較小，可用于井位相對(duì)分散的場(chǎng)合。特別是隨著ROV技術(shù)的飛速發(fā)展，水下生產(chǎn)系統(tǒng)在深水、超深水海域的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)更為明顯，已在國(guó)內(nèi)外海洋領(lǐng)域的油氣田開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用和良好的實(shí)踐，是深水油氣田開(kāi)發(fā)的主要形式之一。水下管匯作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，能長(zhǎng)期服役于惡劣的工況，適用性強(qiáng)，附加值高，應(yīng)用場(chǎng)合廣泛。

2? ? 水下管匯的功能和結(jié)構(gòu)型式

水下管匯是在海底井群間分別通過(guò)跨接管連接，將單個(gè)井口產(chǎn)出的油氣集中起來(lái)，通過(guò)一條或多條海底管道回接到依托的設(shè)施，實(shí)現(xiàn)分配水下油氣田所需的化學(xué)藥劑、對(duì)不同井口進(jìn)行注水、注氣、進(jìn)行水下控制系統(tǒng)液壓分配及信號(hào)傳輸?shù)裙ぷ?，輸送油氣到依托的設(shè)施（如：SEMI、FPSO等）的重要水下設(shè)備。其主要功能為：

（1）單獨(dú)切換或匯集、控制井口產(chǎn)出的油氣，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流體的匯集、運(yùn)輸、分配和輸出;

（2）根據(jù)不同的作業(yè)工況，通過(guò)管匯管線向各個(gè)井口注入化學(xué)藥劑（如：防水合物、緩蝕劑等）、水合物解堵、放空等，滿足生產(chǎn)要求;

（3）通過(guò)管匯對(duì)井口的產(chǎn)液進(jìn)行測(cè)試和計(jì)量;

（4）通過(guò)清管作業(yè)，實(shí)現(xiàn)管匯管道清理;

（5） 實(shí)現(xiàn)在上部平臺(tái)或設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和遙控操作功能等。

水下管匯，一般由結(jié)構(gòu)框架、管匯主體、管匯基礎(chǔ)組成，如圖1所示：結(jié)構(gòu)框架為管匯支撐結(jié)構(gòu)，是管匯主體與管匯基礎(chǔ)之間的部分，為管系、閥門(mén)組件和連接器等提供支撐并保護(hù)其他部件，同時(shí)防止在某些海域漁網(wǎng)拖掛和重物墜落沖擊;管匯主體包含管線系統(tǒng)、閥門(mén)組件和控制系統(tǒng)等，由管線、閥門(mén)、連接接頭、監(jiān)控儀表、控制模塊等組成;管匯基礎(chǔ)用于傳遞管匯的荷載至海床，主要型式有樁基、防沉板和吸力錨，根據(jù)具體的水下土壤情況和載荷條件選型。

3? ? 水下管匯建造的驗(yàn)收測(cè)試

水下管匯建造的驗(yàn)收測(cè)試，是在水下管匯框架、主體及內(nèi)部部件安裝完成后出廠前進(jìn)行的較為系統(tǒng)的、全面的測(cè)試工作。本文以南海某深水管匯建造為對(duì)象，研究水下管匯建造的驗(yàn)收測(cè)試工藝。水下管匯服役水深約1 500 m，采用30年免維護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，主要由4套中心管匯、1套水下分配單元（SDU）、2套水下臍帶纜分配終端（SUTU）組成，如圖2所示。其中：西區(qū)水下采油樹(shù)產(chǎn)出的井液，匯合到水下生產(chǎn)管匯1，通過(guò)海底管道和水下控制模塊（SCR）立管輸送到上部半潛設(shè)施處理;東區(qū)水下采油樹(shù)產(chǎn)出的井液，先各自匯合到水下生產(chǎn)管匯2、3、4，再匯合到水下生產(chǎn)管匯2，通過(guò)海底管道和SCR立管輸送到上部半潛設(shè)施處理。其驗(yàn)收測(cè)試主要分為：工廠測(cè)試;擴(kuò)展工廠測(cè)試;現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)試。

3.1? ?工廠測(cè)試（FAT）

工廠測(cè)試（FAT）按專業(yè)內(nèi)容，分為：結(jié)構(gòu)FAT、管線FAT。主要測(cè)試內(nèi)容如下：

3.1.1? 結(jié)構(gòu)FAT

（1）關(guān)鍵尺寸檢驗(yàn)

主要驗(yàn)證管匯與管匯基礎(chǔ)的接觸部位、水平連接器（HCS）與臍帶纜安裝工具、垂直連接器（VCS）安裝角度、ROV操作通道和空間等尺寸，應(yīng)符合技術(shù)規(guī)格書(shū)、圖紙標(biāo)注的公差或ISO 13920的相關(guān)要求，確保能順利銜接;關(guān)鍵位置的尺寸，還需要進(jìn)行界面測(cè)試驗(yàn)證;

（2）透水孔與膠塞檢查

為防止水下結(jié)構(gòu)物由于內(nèi)外壓力差造成的壓力破壞，需要在密閉鏤空的結(jié)構(gòu)物上鉆透水孔，以平衡內(nèi)外的壓差。透水孔尺寸較大的位置，需安裝刻穿十字刻痕的膠塞，用于密閉艙室結(jié)構(gòu)進(jìn)液后阻隔海水與空氣流動(dòng)，減緩腐蝕;檢查箱型梁、犧牲陽(yáng)極支架、涂裝無(wú)法處理的狹小部位封板、欄桿等位置開(kāi)孔及膠塞安裝情況;

（3）ROV操作結(jié)構(gòu)、界面檢查

主要包括：水下管匯標(biāo)識(shí)、ROV抓手、拖拉吊耳安裝位置及涂裝顏色;吸力錨艙口蓋拆裝測(cè)試;吊裝卸扣與吊裝吊耳適配性測(cè)試等。必要時(shí)需使用dummy ROV或ROV操作工具模擬，確保操作通道順暢、沒(méi)有結(jié)構(gòu)物或零部件干擾操作、操作工具與操作接口配合良好;

（4）安裝輔助結(jié)構(gòu)物檢查

牛眼對(duì)中，即結(jié)構(gòu)物表面水平面安裝的靶向圓盤(pán)內(nèi)的球體調(diào)平對(duì)中，其準(zhǔn)確性可以為海上安裝提供現(xiàn)場(chǎng)安裝水平情況參考;信標(biāo)支架是海上安裝用的信標(biāo)底座，為安裝坐標(biāo)設(shè)備提供信息反饋，確保ROV模擬信標(biāo)安裝無(wú)干涉、穩(wěn)固、信號(hào)模擬測(cè)試收集順暢;

（5） 陽(yáng)極安裝

確認(rèn)犧牲陽(yáng)極的類(lèi)型、數(shù)量及安裝位置符合圖紙要求，確保管匯的犧牲陽(yáng)極起到全面的保護(hù)作用，有效防止、延緩管匯的腐蝕;

（6）螺栓力矩和電連續(xù)性

確保管匯與非焊接的部件螺栓聯(lián)接穩(wěn)固充分接觸，保證后期陰極保護(hù)的有效性;所有機(jī)械連接部位的電連續(xù)性檢測(cè)，需小于0.1 Ω;

（7）結(jié)構(gòu)完整性、稱重與重心

使用稱重法測(cè)量管匯的重量與重心。將管匯放置在由四個(gè)或更多稱重傳感器的承載平臺(tái)上，通過(guò)傳感器受力的數(shù)值測(cè)定管匯的重心;驗(yàn)證管匯的建造重量與設(shè)計(jì)核算的重量相符;設(shè)計(jì)及采辦的定制吊索具滿足要求，為海上平穩(wěn)安裝提供保障;稱重按設(shè)計(jì)的支撐點(diǎn)布置好承重平臺(tái)，至少進(jìn)行三次稱重作業(yè)，其結(jié)果偏差滿足設(shè)計(jì)要求，重量與重心結(jié)果取平均值。

3.1.2管線FAT

（1）管線通球

管線通球可以清除管道內(nèi)的雜物、積液、積污，提高管道輸送效率，減少摩阻損失和管道內(nèi)壁腐蝕，延長(zhǎng)管道的使用壽命。管線通球測(cè)試內(nèi)容包括：主管線（含清管回路）的通徑應(yīng)滿足要求，測(cè)試前主管路上所有的閥門(mén)打開(kāi)，端部連接器Hub上的壓力帽拆除;測(cè)試時(shí)使用尼龍繩牽引定制的清管球通過(guò)主管線，若過(guò)程中出現(xiàn)卡球，記錄卡阻的位置后反向牽出清管球，檢查卡球的原因后重新測(cè)試。若清管球順利通過(guò)，使用內(nèi)窺鏡檢查內(nèi)部有無(wú)破損，若無(wú)明顯損傷即滿足要求;

（2）管線沖洗

包含空氣吹掃、介質(zhì)帶壓串洗。管線沖洗前需檢查管線的走向、閥門(mén)的位號(hào)、安裝的位置和方向等與設(shè)計(jì)文件是否一致;確認(rèn)管匯的管線各部件連接安裝完畢且正確，無(wú)損檢測(cè)全部合格，外觀檢查合格，所有的接口密封面完好;管線沖洗的目的是去除管線內(nèi)部的金屬屑、焊渣等雜物。復(fù)雜的管線需根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，結(jié)合機(jī)具能力分段沖洗，在不同的介質(zhì)溫度選用相應(yīng)的沖洗流速正沖、反沖足夠的時(shí)間后取樣分析，接受標(biāo)準(zhǔn)為SAE AS 4059 Class 6 （B-F）以上（HW443R）/SAE AS 4059 Class 8 （B-F）以上（MEG）;

（3）管線試壓

管線系統(tǒng)試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5～1.25倍。管匯端部Hub上安裝壓力帽和測(cè)試帽，連接HPU或打壓泵，臨時(shí)管線安裝壓力表、傳感器及記錄儀、壓力表量程為試驗(yàn)壓力的1.5～2倍;保持管匯所有閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)，將管線內(nèi)注滿試壓介質(zhì)，排出管內(nèi)空氣，按試壓程序分段緩慢升壓至試驗(yàn)壓力，穩(wěn)壓2 h，確認(rèn)無(wú)泄漏、壓力變化在許可范圍內(nèi)，即滿足要求;

（4）閥門(mén)/閥芯密封測(cè)試

試壓壓力為工作壓力，所有閥門(mén)要進(jìn)行雙向最大壓差下的密封測(cè)試。試驗(yàn)在管線試壓的基礎(chǔ)上，調(diào)整閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，緩慢加壓至試驗(yàn)壓力，保壓5 min，確認(rèn)無(wú)泄漏、壓力變化在許可范圍內(nèi)，即滿足要求;

（5） 閥門(mén)功能測(cè)試

水下管匯閥門(mén)，分為液壓閥門(mén)和手動(dòng)閥門(mén)兩類(lèi)：液壓閥門(mén)是通過(guò)液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，手動(dòng)閥門(mén)通過(guò)ROV機(jī)械手進(jìn)行操作。測(cè)試閥門(mén)在手動(dòng)模式下開(kāi)啟、關(guān)閉的最大扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，液壓驅(qū)動(dòng)的閥門(mén)動(dòng)作時(shí)的最高供壓是否滿足設(shè)計(jì)要求，閥門(mén)指示在完全開(kāi)啟/關(guān)閉的情況下指針位置是否在O或S的位置。

3.2? ?擴(kuò)展工廠測(cè)試（EFAT）

擴(kuò)展工廠測(cè)試（EFAT）的主要目的，是檢查電氣設(shè)備、臍帶纜入口到臍帶纜出口插座的電力飛線、光纖飛線安裝及安裝路徑是否正確，以及上部模塊界面的通訊信號(hào)是否正確，可理解為控制設(shè)備的FAT。主要測(cè)試內(nèi)容包括：

（1）電飛線的測(cè)試

確保管匯內(nèi)敷設(shè)電路的電連續(xù)測(cè)試和電絕緣測(cè)試符合要求：電連續(xù)性測(cè)試推薦的電飛線容許的線規(guī)為0.010 04 Ω/m，電纜最大容許電阻≤（電纜電阻×電纜長(zhǎng)度）+（0.2×物理接頭）;電絕緣性測(cè)試，要求電路到電路以及電路到屏蔽≥10 GΩ。

（2）光飛線信號(hào)衰減測(cè)試

光纖通信的測(cè)試中心波長(zhǎng)為1 310～1 550 nm，單根光飛線容許衰減分析如下：

≤0.50 dB/物理接口? ?#接口數(shù)： 2 × 0.50= 1.00 dB

≤0.10 dB/拼接口 ? #接口數(shù)： 3 × 0.10= 0.30 dB

≤0.25 dB/密封壓頭? ?#道：? ? ? ? ? 0 × 0.25= 0.00 dB

接頭衰減經(jīng)計(jì)算可接受的數(shù)值≤1.30 dB，參考插入損耗檢查現(xiàn)場(chǎng)接收光飛線的性能，確保光飛線按要求包裝、運(yùn)輸、接收、敷設(shè)并實(shí)現(xiàn)良好的功能。

（3）內(nèi)部傳感器及通訊測(cè)試

目的是驗(yàn)證內(nèi)部傳感器安裝正確，全部功能正常，傳感器通道及讀數(shù)正常。信號(hào)傳輸回路為傳感器本體傳輸給水下控制模塊（SCM），SCM匯集水下管匯的線管信號(hào)通過(guò)控制電路傳輸給上部設(shè)施控制系統(tǒng)。測(cè)試中將管匯壓力升至一定值后測(cè)試傳感器輸出信號(hào)，計(jì)算比較壓力輸出是否符合要求。

（4）水下控制模塊（SCM）、配電單元（EDB）測(cè)試

SCM、EDB模塊組裝在殼體內(nèi)，在水下服役期間可以獨(dú)立回收和安裝。測(cè)試的目的是：按照相應(yīng)的編號(hào)就位及安裝固定，設(shè)備完好，內(nèi)部布線合理且完好，作業(yè)工具安裝、拆卸無(wú)干涉，模塊部件功能正常，軟件上傳的信息通暢正確，模塊相關(guān)的IP地址正確等。

（5） 液壓閥門(mén)功能測(cè)試

目的是檢查開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否正常，若閥門(mén)信號(hào)對(duì)應(yīng)、開(kāi)關(guān)正常，即滿足要求。

3.3? ?現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)試（SIT）

現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)試（SIT）的目的是：模擬建造的水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備能夠安裝、服役、維修更換;水下管匯的SIT測(cè)試，主要是HCS、VCS的連接和Dummy ROV操作閥門(mén)、工具，特殊的ROV工具操作等。具體內(nèi)容包括：HCS的仿真臍帶纜就位、安裝行程及回收;HCS壓力帽、保護(hù)帽的安裝、緊固及回收;VCS壓力帽、保護(hù)帽的安裝、緊固及回收;Dummy ROV配合UTH及壓力帽安裝使用扭矩工具、操作閥門(mén)、開(kāi)關(guān)艙口蓋、安裝拆除吊裝卸扣、使用清潔工具清潔連接器表面、更換化學(xué)注入閥、插拔電纜接頭、安裝拆卸仿真多路頭;SCM與EDB的安裝檢查及使用SCM作業(yè)工具拆裝等;部件安裝拆卸路徑及ROV操作通道順暢、操作工具與操作接口配合良好、動(dòng)作無(wú)卡阻，操作過(guò)程各器具動(dòng)作指示正確，鎖緊或保護(hù)裝置有效，即滿足要求。

4? ? ?水下管匯建造的測(cè)試流程

5? ? ?結(jié)束語(yǔ)

水下生產(chǎn)系統(tǒng)是一種技術(shù)高度密集、綜合功能很強(qiáng)的海洋工程核心裝備之一，在國(guó)內(nèi)外較深水域的油氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中受到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，適用于我國(guó)油藏儲(chǔ)層較深、海況及環(huán)境條件復(fù)雜的南海海域，具有廣闊的發(fā)展前景，能帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。水下管匯建造的質(zhì)量也越來(lái)越受到關(guān)注。本文以南海某深水氣田開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目水下管匯為例，介紹了水下管匯建造和檢驗(yàn)測(cè)試要點(diǎn)，為水下設(shè)備建造測(cè)試提供借鑒。

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