一種深水菊鏈式密集分布油氣群電分配設計方法

范玉楊 李剛 張汝彬 何寧強 劉立新

（海洋石油工程股份有限公司 天津塘沽 300451）

引言

水下控制系統(tǒng)是保障深海生產設施安全、高效進行的關鍵系統(tǒng)之一。水下控制系統(tǒng)包括主控站（MCS）、水上液壓動力站（HPU）、水上電力單元（EPU）、水下分配單元（SDU）、水下控制模塊（SCM）、水下儀表等。水下分配單元（SDU）對臍帶纜中的電力、信號進行分配，從而輸送到多個水下生產設施（采油樹，管匯等）中。

由于水下控制系統(tǒng)電力和通訊的是整個水下控制系統(tǒng)的血液和神經，對系統(tǒng)及其設備的可靠性和可用性要求極高，對于深水菊鏈式井口分布的大型油氣田群，一般會包括2到3個密集井位分布區(qū)，這些區(qū)域通常會設置一個中心管匯，在管匯上集成水下控制系統(tǒng)電液分配單元，電液分配模塊成串行回路分布。所以中心平臺或FPSO的電力和通訊線路要到達各個末端井口，需要經過2到3次的電分配，當上游電分配單元或臍帶纜故障維修時，必然會切斷下游油氣井的供電和通訊，從而降低整個油田群的系統(tǒng)可用性，影響油氣生產。水下控制系統(tǒng)維修時，需要工程船和ROV對故障點下游沿程回路的各處電接頭進行插拔連接進行測試排查，由于路由內有多個電接點，往往需要迂回幾十公里的區(qū)域進行作業(yè)，導致高額的海上船舶和ROV的作業(yè)費用，本文研究提出的技術方案通過系統(tǒng)設計優(yōu)化減少調試或運行期間操作維護的船舶費用，實現(xiàn)在故障點本地一處檢測維修，即可定位排查水下電分配系統(tǒng)的故障點。

圖1 菊鏈式井口分布油田群

1 陵水17-2的分配方案

陵水17-2項目東區(qū)為例，為避免分配回路對單一井區(qū)的影響，主臍帶纜中設置了Q1～Q8共8個4芯線（其中Q1-Q2供西區(qū)，Q3-Q5供東區(qū)，其余為未來預留），為每個井區(qū)的油氣井設置了一個單獨的4芯線供電，如圖2所示。其余芯線僅在上游管匯分配單元處連接，并不參與上游管匯井區(qū)的采油樹和設備的供電，這樣很大限度減少了飛線故障引起的線路中斷對沿程設備的影響。但是由于下游線路會經過上游管匯的分配單元，一旦上游分配單元故障需要回收維護依然對下游設備存在一定的影響。

圖2 陵水17-2項目供電分配示意圖

2 跳接備用接口方案

通過各級管匯上集成的備用回路電分配單元7將臍帶纜中的一路冷備電力通訊接口分配成多路備用接口。當任一供電通訊回路故障時，均可通過備用接口實現(xiàn)多路跳接。從而實現(xiàn)工程船及ROV在故障點本地一處操作，即可實現(xiàn)回路跳接，完成維修，無需幾十公里的船舶作業(yè)。

本文討論的菊鏈式井口分布電分配回路故障狀態(tài)如圖3所示，當連接二級管匯和三級管匯的臍帶纜上游終端接頭8線路出現(xiàn)故障時，三級管匯及以下設備所有的熱備冗余供電通訊回路均只有一路能夠正常工作。為保證系統(tǒng)冗余的要求，需要對線路進行維修。如圖4水下控制分配單元修復后狀態(tài)示意圖所示，工程船和ROV只需?？吭谌壒軈R12附近，下放ROV，將冷備電飛線14的水下電接頭5從三級管匯12的臍帶纜下游終端接頭3拔出，放置在電飛線停車位9處，將熱備冗余電飛線4跳接至臍帶纜下游終端接頭3的備用回路S上，通過水上電力單元1將冷備線路電力和通訊調試成正常工作狀態(tài)，由此完成整個線路的維修，從而保證整個控制系統(tǒng)的通訊和供電線路冗余。同時備用回路電分配單元7配置回路電測試接頭，可以通過ROV操作測試回路斷點。

圖3 水下控制系統(tǒng)電分配故障狀態(tài)示意圖

圖4 水下控制分配單元修復后狀態(tài)示意圖

同樣，當主控回路電分配單元6故障需要回收至水面上維修時，下游線路均會受此影響處于斷開狀態(tài)，此時，只需要將熱備冗余電飛線4跳接至備用回路電分配單元7上就實現(xiàn)了本級管匯連接的多個水下生產設施（水下控制模塊SCM 等）的供電和通訊需求，同時，工程船和ROV只需?？吭谌壒軈R附近，進行相同的跳接作業(yè)，通過水上電力單元1將冷備線路電力和通訊調試成正常工作狀態(tài)，由此完成整個線路的維修，從而保證整個控制系統(tǒng)的通訊和供電線路冗余。

現(xiàn)有技術中，通常沒有設置備用回路電分配單元7，在主控回路電分配單元6故障情況下，整個下游回路只能處于斷開或是一路線路工作，無法實現(xiàn)冗余，若要實現(xiàn)線路冗余，工程船需要對各級管匯上的電飛線進行重新連接，往往需要延程多處維修作業(yè)，長達幾十公里甚至上百公里的海上作業(yè)，工作量巨大，船舶和維修費用每天高達幾百萬，費用極高。

3 技術對比

在目前水下系統(tǒng)的設計中，通常因為工程造價的問題，沒有考慮設置備用回路電分配單元，在主控回路電分配單元故障情況下，整個下游回路只能處于斷開或是一路線路工作，無法實現(xiàn)冗余，若要快速回復實現(xiàn)線路冗余，工程船需要對各級管匯上的電飛線進行重新連接，往往需要延程多處維修作業(yè)，長達幾十公里甚至上百公里的海上作業(yè)，工作量巨大，船舶和維修費用每天高達幾百萬，費用極高。

與現(xiàn)有技術相比，設置可跳點的備用回路其優(yōu)勢在于：

（1）本技術方案的水下電分配單元集成了備用線路的供電通訊分配，實現(xiàn)了電/液控制信號的雙重冗余作用；

（2）本技術方案設有主控回路電分配單元和備用回路電分配單元系統(tǒng)，可實現(xiàn)多供電通訊回路的跳接；

（3）當臍帶纜上下游終端接頭線路故障時，能夠實現(xiàn)工程船和ROV在故障點本地一處操作，即可實現(xiàn)整個回路跳接，保障供電和通訊回路的冗余要求。

（4）當主控回路電分配單元線路故障時，工程船和ROV在延程線路中最多進行兩處維修操作，即可實現(xiàn)整個回路跳接，保障供電和通訊回路的冗余要求。

4 結束語

綜上所述，雖然目前各大水下系統(tǒng)供應商已有用于水下調試的電路檢測接頭，能夠進行電回路的絕緣和回路檢測，但是仍然無法解決快速定位故障點的問題，也無法在測試之后的快速復產。增加備用回路電分配單元費用約在50萬元左右，雖然會增加設備的費用，但是相對比故障后維修每日百萬的船舶費用，增加備用回路調接設備的費用仍然是非?？捎^的，但這需要都投資者進行綜合性的經濟評估來決定。