海洋油氣開(kāi)發(fā)新技術(shù)驗(yàn)證及應(yīng)用

王凌寒，胡 鵬，車(chē) 強(qiáng)，簡(jiǎn)志勇

(1.中石化石油機(jī)械股份有限公司研究院，湖北 武漢 430223；2.中石化石油機(jī)械裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430223)

海洋油氣開(kāi)發(fā)新技術(shù)驗(yàn)證及應(yīng)用

王凌寒1,2，胡 鵬1,2，車(chē) 強(qiáng)1,2，簡(jiǎn)志勇1,2

(1.中石化石油機(jī)械股份有限公司研究院，湖北 武漢 430223；2.中石化石油機(jī)械裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430223)

海洋油氣開(kāi)發(fā)屬于高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，尤其是水下、井下系統(tǒng)的可靠性及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理已受到行業(yè)高度重視。技術(shù)驗(yàn)證(TQ)作為一種系統(tǒng)的技術(shù)評(píng)價(jià)規(guī)范，可作為海洋油氣新技術(shù)/新裝備開(kāi)發(fā)(尤其是水下領(lǐng)域)中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和過(guò)程控制的系統(tǒng)方法。通過(guò)對(duì)國(guó)外海洋油氣技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域技術(shù)驗(yàn)證的應(yīng)用范圍及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡述和分析，并對(duì)比國(guó)內(nèi)深水裝備研發(fā)現(xiàn)狀，總結(jié)得出技術(shù)驗(yàn)證在新技術(shù)/新裝備開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用方法, 提出我國(guó)在研制深水油氣新技術(shù)/新裝備時(shí)應(yīng)建立技術(shù)驗(yàn)證程序的建議。

海洋油氣；深水裝備；技術(shù)驗(yàn)證(TQ)

0 引 言

隨著海洋油氣行業(yè)向深水/超深水域的不斷發(fā)展，作業(yè)環(huán)境發(fā)生了很大的變化，相應(yīng)地出現(xiàn)一些新技術(shù)和新裝備。在深水/超深水油氣資源的開(kāi)采過(guò)程中，因新技術(shù)/新裝備可靠性引起的各種風(fēng)險(xiǎn)，如果不能進(jìn)行足夠的管理，將會(huì)導(dǎo)致事故，甚至是難于控制的災(zāi)難。因此，深水開(kāi)采裝備的可靠性是對(duì)安全生產(chǎn)、可用性和維修性的關(guān)鍵控制因素之一。為此，挪威船級(jí)社(DNV)吸收借鑒跨國(guó)石油公司在過(guò)去幾十年內(nèi)深水生產(chǎn)技術(shù)的可靠性和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的經(jīng)驗(yàn)，提出了一種系統(tǒng)的技術(shù)評(píng)價(jià)方法——技術(shù)驗(yàn)證(TQ)[1]。技術(shù)驗(yàn)證是一種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和過(guò)程控制的系統(tǒng)方法，通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和可靠性進(jìn)行評(píng)估分析，結(jié)合試驗(yàn)和驗(yàn)證程序，確定新技術(shù)/新裝備中存在的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，并可成功規(guī)避或減弱這些風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，從而提高新技術(shù)/新裝備的可靠性[2]。

本文分析總結(jié)國(guó)外海洋油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)驗(yàn)證的應(yīng)用范圍和應(yīng)用現(xiàn)狀，為我國(guó)研制深水油氣新技術(shù)/新裝備時(shí)應(yīng)用技術(shù)驗(yàn)證提供參考。

1 技術(shù)驗(yàn)證程序

挪威船級(jí)社推出技術(shù)驗(yàn)證規(guī)范DNV-RP-A203，提出采用技術(shù)驗(yàn)證程序(TQP)來(lái)管理驗(yàn)證的過(guò)程。TQP分為六個(gè)步驟：驗(yàn)證基礎(chǔ)、技術(shù)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、制訂驗(yàn)證計(jì)劃、執(zhí)行計(jì)劃、性能評(píng)估。

(1) 驗(yàn)證基礎(chǔ)：此步驟描述新技術(shù)/新裝備，定義預(yù)期的應(yīng)用環(huán)境、性能要求及接受的標(biāo)準(zhǔn)等，用來(lái)評(píng)估其他階段的驗(yàn)證活動(dòng)和決策。

(2) 技術(shù)評(píng)估：根據(jù)創(chuàng)新程度對(duì)新技術(shù)進(jìn)行分析并分類(lèi)，確定哪些創(chuàng)新元素需要技術(shù)驗(yàn)證，確定它們的關(guān)鍵挑戰(zhàn)性和不確定性。

(3) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：識(shí)別技術(shù)評(píng)估步驟中相關(guān)的失效模式及潛在的失效機(jī)理，并評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)。

(4) 制訂驗(yàn)證計(jì)劃：制訂驗(yàn)證事項(xiàng)計(jì)劃，驗(yàn)證事項(xiàng)提供的證據(jù)應(yīng)與第一步驟中提出的要求相符合。

(5) 執(zhí)行驗(yàn)證計(jì)劃：執(zhí)行驗(yàn)證事項(xiàng)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析和測(cè)試等方法收集數(shù)據(jù)，為每種失效模式確定工作安全系數(shù)。

(6) 性能評(píng)估：根據(jù)第一步驟提出的條件和要求對(duì)驗(yàn)證證據(jù)進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)已得證據(jù)和第一步驟要求之間的滿足程度，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和不確定性是否減少到可接受的程度，來(lái)確定新技術(shù)/新裝備在此階段能否通過(guò)驗(yàn)證。

技術(shù)驗(yàn)證程序TQP基本工作流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)驗(yàn)證程序基本工作流程Fig.1 Basic working process of technology qualification program

2 技術(shù)驗(yàn)證在海洋油氣領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用范圍

技術(shù)驗(yàn)證作為海洋油氣開(kāi)發(fā)行業(yè)(尤其是水下領(lǐng)域)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和過(guò)程控制的系統(tǒng)方法，主要應(yīng)用范圍如下。

(1) 驗(yàn)證新技術(shù)/新裝備。海洋油氣開(kāi)發(fā)新技術(shù)/新裝備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大、可靠性要求高，因此各階段實(shí)施技術(shù)驗(yàn)證TQ，可有效保證技術(shù)功能可靠性，提高工業(yè)應(yīng)用率。適用對(duì)象包括首創(chuàng)的新技術(shù)/新裝備、技術(shù)/裝備的創(chuàng)新集成等。

目前已應(yīng)用技術(shù)驗(yàn)證TQ的新技術(shù)/裝備包括：深水浮式采油系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用；海洋液化天然氣(LNG)低溫管線技術(shù)及儲(chǔ)存技術(shù)；水下混輸技術(shù)；海底管線，如節(jié)流壓井管線、水下襯管及大尺寸UOE鋼管；水下安裝技術(shù)；水下回接技術(shù)；水下除砂/完井技術(shù)；水下分離、增壓、回注技術(shù)；水下裝備，如水下臍帶纜、水下井口工具、水下閥門(mén)、水下管匯、水下壓縮/分離/增壓裝備、井下安全閥等[3-8]。

(2) 應(yīng)用于海底裝備完整性管理和廢棄管理[9]。運(yùn)營(yíng)商針對(duì)海底裝備的生命周期完整性管理和廢棄管理過(guò)程(OMP)，結(jié)合技術(shù)驗(yàn)證，可有效降低裝備運(yùn)行過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，并保證裝備風(fēng)險(xiǎn)處于最低合理可行狀態(tài)(ALARP)，延長(zhǎng)裝備生命周期，降低維護(hù)和更換成本。

(3) 作為海洋油氣企業(yè)戰(zhàn)略技術(shù)的篩選工具[10]。技術(shù)驗(yàn)證提供一個(gè)基于風(fēng)險(xiǎn)控制的工程決策平臺(tái)，有利于完善企業(yè)研發(fā)決策機(jī)制，避免主觀盲動(dòng)，為企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃提供一定的基礎(chǔ)保障。

2.2 國(guó)外油企的應(yīng)用現(xiàn)狀

海洋油氣開(kāi)發(fā)屬于高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，尤其是海底和井下系統(tǒng)的可靠性及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理已被行業(yè)高度重視。從技術(shù)可行性研究到投產(chǎn)實(shí)施的各個(gè)階段，都需進(jìn)行可靠性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，做出積極對(duì)策，將項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。這一做法已經(jīng)得到了國(guó)際深水油氣開(kāi)發(fā)商及工程承包商的一致認(rèn)可。

挪威船級(jí)社推出技術(shù)驗(yàn)證規(guī)范DNV-RP-A203，并已驗(yàn)證多項(xiàng)新技術(shù)，應(yīng)用于不同領(lǐng)域。針對(duì)深水/超深水油氣新技術(shù)/新裝備的技術(shù)驗(yàn)證，此規(guī)范作為一種確?？煽啃缘馁Y質(zhì)和管理方法，已被國(guó)內(nèi)外多家大型海洋油企采用。

挪威國(guó)家石油公司Statoil基于DNV-RP-A203和美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定了企業(yè)文件WR 1622，為自身研發(fā)新技術(shù)提供驗(yàn)證指導(dǎo)，同時(shí)為其技術(shù)供應(yīng)商提供驗(yàn)證[11]。主要應(yīng)用案例有：深水浮式采油系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用，重油流量控制裝置，水下節(jié)流壓井管線等。

雪佛龍石油公司Chevron于2005年開(kāi)始采用DNV-RP-A203規(guī)范，并根據(jù)自身需求制成企業(yè)文件，已驗(yàn)證多項(xiàng)新技術(shù)。技術(shù)驗(yàn)證已成為Chevron公司用來(lái)篩選戰(zhàn)略技術(shù)的工具，并提高了新技術(shù)的工程應(yīng)用率[12]。典型應(yīng)用案例有： Tahiti油田水下項(xiàng)目中采油樹(shù)、管匯、控制系統(tǒng)、井控系統(tǒng)、井下電潛泵、水下多相流泵、連接器、LNG低溫管線等的安裝與運(yùn)行。

水下裝備供應(yīng)商Aker Solutions公司于2006年基于DNV-RP-A203為其水下部門(mén)制定了技術(shù)驗(yàn)證文件，并沿用至今。

水下裝備供應(yīng)商FMC公司已開(kāi)發(fā)了具有行業(yè)引領(lǐng)能力的技術(shù)驗(yàn)證體系，其研發(fā)部門(mén)和工程團(tuán)隊(duì)有豐富的、執(zhí)行有效的技術(shù)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，典型的應(yīng)用案例有Tordis、Pazflor、Marlim等油田的水下分離、增壓、回注等裝備研發(fā)和安裝的技術(shù)驗(yàn)證[13]。

2.3 國(guó)內(nèi)油企的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)油企及科研院所積極研發(fā)深水油氣新技術(shù)/新裝備，尤其是水下技術(shù)/裝備，如水下井口工具、連接器、管匯、控制系統(tǒng)等，但鮮有投入工程應(yīng)用的案例，主要由于行業(yè)在研發(fā)過(guò)程中：①未能系統(tǒng)地識(shí)別新技術(shù)的失效模式和失效機(jī)理；②未能通過(guò) “反復(fù)試驗(yàn)、不斷摸索”進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證；③在態(tài)度上把技術(shù)驗(yàn)證作為“權(quán)宜之計(jì)”，未加重視；④產(chǎn)品測(cè)試多是功能測(cè)試，而非驗(yàn)證測(cè)試；⑤缺少集成新技術(shù)驗(yàn)證到工程應(yīng)用的系統(tǒng)方法(考慮到成本，計(jì)劃安排、風(fēng)險(xiǎn)、可靠性等)。研發(fā)制造模式大多如圖2所示。

圖2 國(guó)內(nèi)的水下新技術(shù)/新裝備研發(fā)流程Fig.2 Research and development process of subsea equipment in China

最終的結(jié)果是：①新技術(shù)/新裝備性能可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可靠性得不到保障，運(yùn)營(yíng)商使用信心不足;②研發(fā)制造時(shí)間和成本費(fèi)用可能超出預(yù)期，不能較好控制；③針對(duì)水下裝備，由于海試存在較大困難，首臺(tái)(套)水下油氣裝備很難投入工程應(yīng)用。

3 技術(shù)驗(yàn)證在技術(shù)研發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用

從選擇戰(zhàn)略技術(shù)到部署實(shí)施的每一個(gè)發(fā)展階段，技術(shù)驗(yàn)證程序循環(huán)迭代，直至合格，再進(jìn)入下一階段，直至所有階段均完成技術(shù)驗(yàn)證，方能部署實(shí)施。圖3為新技術(shù)/新裝備TQP集成到研發(fā)過(guò)程的示意圖。

通常新技術(shù)/新裝備的技術(shù)驗(yàn)證過(guò)程需要供應(yīng)商、運(yùn)營(yíng)商、承包商、第三方認(rèn)證等各方共同參與完成。

圖3 技術(shù)驗(yàn)證程序TQP集成到技術(shù)研發(fā)過(guò)程中示意圖Fig.3 Sketch map of integrating technology qualification program and technology development

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析國(guó)外油企在新技術(shù)/新裝備開(kāi)發(fā)階段應(yīng)用技術(shù)驗(yàn)證來(lái)減少和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，建議國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)和科研院所在研發(fā)深水油氣開(kāi)采新技術(shù)/新裝備時(shí)，建立嚴(yán)格的技術(shù)驗(yàn)證程序，這對(duì)于我國(guó)深水油氣開(kāi)發(fā)有重要意義。

技術(shù)驗(yàn)證作為深水油氣行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和過(guò)程控制的系統(tǒng)方法，是技術(shù)開(kāi)發(fā)商和運(yùn)營(yíng)商管理風(fēng)險(xiǎn)和有效工作的一種工具。技術(shù)驗(yàn)證是新技術(shù)/新裝備部署的第一步，針對(duì)深水技術(shù)研發(fā)的高可靠性要求，發(fā)展企業(yè)自身的技術(shù)驗(yàn)證方法很有必要。

如何將技術(shù)驗(yàn)證成功應(yīng)用在深水油氣開(kāi)采新技術(shù)/新裝備項(xiàng)目的各階段，通過(guò)分析國(guó)外海洋油氣裝備技術(shù)供應(yīng)商及運(yùn)營(yíng)商的應(yīng)用過(guò)程，建議如下。

(1) 技術(shù)驗(yàn)證方法的建立：需要DNV培訓(xùn)人員及油氣企業(yè)研發(fā)部門(mén)和工程團(tuán)隊(duì)密切合作，涉及多專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)等。

(2) 油氣開(kāi)發(fā)企業(yè)可根據(jù)自身情況，基于DNV-RP-A203及API相關(guān)規(guī)范中風(fēng)險(xiǎn)控制規(guī)范建立適合企業(yè)自身發(fā)展的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，成立專(zhuān)門(mén)的技術(shù)驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)，同時(shí)對(duì)技術(shù)人員開(kāi)展培訓(xùn)。驗(yàn)證過(guò)程不可一蹴而就，應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)驗(yàn)證流程執(zhí)行。

[1] Det Norske Veritas. DNV-RP-A203. Technology qualification [S]. 2013.

[2] Brandt H. Reliability management of deepwater subsea field developments [C]. OTC, 2003: 15343.

[3] Fantoft R, Hendriks T, Elde J. Technology qualification for the Tordis subsea separation, boosting, and injection system [C]. OTC, 2006: 17981.

[4] Moraes, Silva F D, Marins L, et al. Marlim 3 phase subsea separation system: subsea process design and technology qualification program [C]. OTC, 2012: 23417.

[5] Opawale A, Abdalla T. Innovative compact sand removal technology: developments, qualifications and successful applications [C]. SPE, 2014: 172402.

[6] Cunha L S, Felix T, Meuter P, et al. Development and qualification of a high differential pressure subsea pump [C]. OTC, 2013: 24401.

[7] Amling T T, Palanci A, Kovacs W. Weldless permanent mechanically attached fittings for subsea hydraulic piping [C]. OTC, 2014: 25154.

[8] Skaugset K, Gronlund P K, Melve B K, et al. Composite choke and kill lines: qualification and pilot installation [C]. OTC, 2013: 24110.

[9] Strouse J M, Sutherland J, Botto A. Obsolescence management through technology qualification processes [C]. OTC, 2014: 25170.

[10] Huyse L. Using technology classification and qualification status as a tool for strategic technology screening and selection [C]. OTC, 2014: 25419.

[11] Meling T S. Deepwater floating production systems in harsh environment: a look at a field development offshore norway and need for technology qualification [C]. OTC, 2013: 24511.

[12] Hey C, Rasmussen J, Tattersall S. Tahiti project subsea system design/qualification [C]. OTC, 2009: 19859.

[13] McGeorge D, Ahjem V, Viteri M, et al. Enhanced technology qualification: a reliable path when facing changing conditions and demands [C]. OTC, 2012: 23118.

ApplicationofNewTechnologyQualificationinOffshoreOilandGasExplorationField

WANG Ling-han1,2，HU Peng1,2，CHE Qiang1,2，JIAN Zhi-yong1,2

(1.ResearchInstituteofPetroleumMachineryCompany,SINOPEC,Wuhan,Hubei430223,China;2.KeyLaboratoryofPetroleumMachinery,SINOPEC,Wuhan,Hubei430223,China)

Offshore oil and gas development is of high risk, especially the subsea and downhole system. The reliability and risk management of technology for subsea and downhole system have been highly valued by the industry. Technology qualification (TQ), as a system of technical evaluation standards, can be used for the risk assessment and process control system of offshore oil and gas development of new technology/new equipment (especially in subsea field). Through describing and analyzing the present application scope and situation of technology qualification in foreign offshore oil and gas technology development field, and comparing those with the current status of research and development of subsea equipment in China, we summarize the application method of technology qualification in the development process, and put forward the advice that research institute in China should apply technology qualification in the development of new technology/new equipment in offshore oil and gas development.

offshore oil and gas; deepwater equipment; technology qualification

2016-10-20

湖北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“面向深海油氣開(kāi)發(fā)的水下閘閥設(shè)計(jì)及工程化研制”(2014BAA022)

王凌寒(1982—)，女，工程師，主要從事水下生產(chǎn)系統(tǒng)方面的研究。

TE58

A

2095-7297(2016)06-0367-04