液壓插盤在水下生產系統中的應用

胡夏琦，林影煉，魏　立，孫　維

(中海石油深海開發有限公司，廣東 珠海 519000)

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液壓插盤在水下生產系統中的應用

胡夏琦，林影煉，魏立，孫維

(中海石油深海開發有限公司，廣東 珠海 519000)

摘要：對于水下生產系統項目，平臺上輸送的液壓和化學藥劑通過水下臍帶纜、水下臍帶纜終端和液壓飛纜分配到各水下采油樹上，實現對水下采油樹的控制。通路的各個連接處通過液壓插盤進行連接。選用適合的液壓插盤，對進行系統液壓計算，實現水下生產系統的穩定控制和投產后的平穩生產至關重要。對中國南海番禺35-2/35-1項目水下生產系統使用的液壓插盤選型、分類、用途及使用方法進行了研究，希望為后續的深水氣田開發水下生產系統中液壓插盤的使用提供學習和借鑒。

關鍵詞：水下生產系統；水下外插盤；化學藥劑注入；液壓控制；快速接頭

番禺35-2/35-1氣田位于中國南海北部，氣田所在海域水深為190.2～338 m，采用水下生產系統模式進行開發(見圖1)[1]。其水下生產系統包括7棵水下采油樹及配套電、液飛纜，1整套平臺水下控制系統，2套水下臍帶纜終端單元，5條臍帶纜，1套中心管匯，2套終端管匯，2套在線管匯，3套管道終端，11個跨接管以及2條復合海管。

番禺35-2/35-1氣田在井下液壓、化學藥劑輸入要求上，應輸入低壓液壓用于水下采油樹上液壓閥門的控制，輸入高壓液壓用于井下安全閥的控制，生產通道注入水合物抑制劑甲醇和乙二醇進行水合物防治，井筒注入防垢劑用于防止井筒結垢。在電輸送方面需要電纜用于動力和信號的輸送。根據這一需求，設計的臍帶纜的界面圖如圖2所示[2]。水下生產系統的液壓和化學藥劑傳輸接口處，設計液壓插盤進行連接。

1水下生產系統液壓插盤選型

1.1番禺35-2/35-1水下生產系統液壓插盤基本參數

插盤主要構造包括接頭、插盤本體、插盤支持法蘭、隔離桿、定位銷和安裝指示桿等部件。設計依照ISO 13628—6和API 17D執行。番禺35-2/35-1項目液壓插盤設計水深為500 m。設計壽命應滿足氣田20 a設計壽命要求。在環境方面，考慮的環境溫度因素見表1，海生物生長見表2。系統設計溫度見表3。系統控制液為Castrol Transaqua HT2,注入的化學藥劑包括甲醇、乙二醇和防垢劑。

圖1　番禺35-2/35-1項目開發示意圖

圖2　番禺35-2/35-1水下臍帶纜截面圖

位置空氣溫度/℃最高溫度最低溫度泥面海水溫度/℃最高溫度最低溫度番禺35-13615.919.515番禺35-23615.911.69.5

表2　番禺35-2/35-1海生物生長

表3　系統設計溫度

1.2番禺35-2/35-1水下生產系統液壓插盤選型

番禺35-2/35-1氣田的臍帶纜內設計有用于液壓動力和化學藥劑注入的11條液壓管，液壓管為雙向不銹鋼材質，包括2條高壓控制管線、2條低壓控制管線、1條液壓控制回流管線、2條乙二醇注入管線、1條甲醇注入管線、1條防垢劑注入管線、1條化學藥劑注入備用管和1條放空管線。在管匯和采油樹上單獨設計壓力補償管。各管線的設計參數見表4(1 MPa=145 psi)。

表4　臍帶纜液壓管設計壓力

液壓插盤上的快速接頭設計應滿足水下帶壓插拔的基本要求，帶壓插拔的最大壓力為液壓管的工作壓力。根據規范要求，可選擇自密封式快速接頭、非自密封快速接頭和可泄壓自密封式快速接頭。對水下采油樹井下安全閥控制管線和采油樹主閥、翼閥、環空閥控制管線的接頭，API 17D中7.20.2.9要求應選擇解鎖時不憋壓和最小海水侵蝕的設計。排空管線的設計為了防止碎屑和海水侵蝕，一般推薦選擇自密封式快速接頭。對臥式水下采油樹井下安全閥控制管線，API 17D中9.2.9要求為自密封快速接頭形式。根據上述要求，番禺35-2/35-1項目對各管線的接頭選型見表5。不同類型的接頭對應不同的Cv值，在水下生產系統液壓計算中應按選擇接頭的對應Cv值進行液壓計算。

表5　管線插頭選型

2水下生產系統液壓插盤分類和使用方法

2.1番禺35-2/35-1水下生產系統液壓插盤分類

水下生產系統的液壓插盤按所處位置可以分成內插盤和外插盤等2種。

內插盤預制在水下結構物上，這類插盤上的接頭形式為公接頭。其按功能可以分為：1)功能性內插盤，安裝在水下結構物上，給液壓和化學藥劑提供通路接口；2)停泊盤，安裝在水下結構物上，用于在外部插盤插拔時安放外部插盤，保護外部插盤的內件；3)測試插盤，用于與水下結構物連接，進行水下結構物的壓力測試、功能測試和沖洗等作業。

外部插盤主要用于與水下結構物內插盤的對接。這類插盤上的接頭形式為母接頭。外部插盤可以使用工作級ROV安裝到內插盤上。其按功能可以分為：1)功能性外插盤，主要位于液壓飛纜，臍帶纜終端接頭上；2)保護插盤，主要用于臨時、永久的進行水下結構物上的內插盤保護，預防內部插盤上生長海生物；3)測試插盤，主要用于與水下結構物連接進行水下結構物的壓力測試、功能測試和沖洗等作業；4)橋接插盤，主要用于IWOCS和采油樹連接，并進行相關測試和閥門功能控制。

番禺35-2/35-1項目中使用到的液壓插盤見表6。

2.2番禺35-2/35-1水下生產系統液壓插盤的使用方法

在安裝液壓插盤前，應先檢查內、外插盤的外觀，并確保其沒有任何損壞。在進行對準時，內、外插盤允許一定的安裝定位偏差，具體見表7。雖然液壓插盤的設計支持帶壓作業，但是為了降低作業風險，應盡量在系統未充壓情況下進行插盤操作。

安裝液壓插盤分為安裝和鎖定等2個步驟。安裝插盤前應對ROV的轉矩值進行校驗，水下可見度應滿足ROV攝像頭觀測要求。

在安裝過程中，ROV攝像頭應觀測外插盤，轉動外插盤確保導向銷釘朝上，外插盤上的鎖定裝置顯示為“未鎖定”狀態。ROV通過外插盤上的支架提起外插盤，將外插盤的防撞墊對準水下結構物上內插盤的導向環，直到外插盤上的接口插入內插盤上的導向銷。此后，通過ROV將外插盤向內推進，完全鎖定后，外插盤上的指示器會露出第1道黃線，顯示內、外插盤安裝成功。

接下來，工作ROV用ROV 4級扭力工具插入外插盤ROV接口，以100 N·m的轉矩逆時針旋轉，使扭力工具與外插盤內的中心驅動桿相連。順時針轉動中心驅動桿，如果看到外插盤上的黑色指示臂也同時順時針轉動，則說明連接到位。繼續順時針轉動約7圈，可以看到黑色指示臂移動到指定位置，外插盤上的指示器開始露出第2道黃線。增加轉矩至450 N·m,繼續順時針旋轉約9.5圈，外插盤的位置顯示屏會顯示鎖定，外插盤上的指示器也會完全露出第2道黃線，此時證明內、外插盤已完全鎖定。

在回收外插盤時，工作ROV用ROV 4級扭力工具插入外插盤ROV接口，以100 N·m的轉矩逆時針旋轉，使扭力工具與外插盤內的中心驅動桿相連。增加轉矩至450 N·m，繼續逆時針旋轉來回收外插盤。如果不能取出，則以100 N·m為單位慢慢增加轉矩(最大轉矩應≤1 100 N·m)，直至取出外插盤。一旦解鎖，可觀測到外插盤內的中心驅動桿隨著扭力工具旋轉，此時降低轉矩到250 N·m，繼續轉動9.5圈。轉矩進一步下調到100 N·m，轉到0.2～0.3圈。外插盤上的黑色指示臂旋轉到解鎖位置，外插盤上的指示器的黃線由2道變為1道，此時證明內、外插盤完全解鎖。

表6　番禺35-2/35-1項目液壓插盤

表7　番禺35-2/35-1項目液壓插盤允許定位偏差

3結語

水下生產系統是深水開發的重要手段。隨著海洋石油開發步伐的加快，中國已有多個水下生產系統在建和投產。要實現海洋石油的自主開發和發展，就需要對水下生產系統的各水下設施進行深入研究。目前，國內對水下設施分布和整體設計的研究較多，但對水下系統各關鍵部件的研究較少。水下生產系統液壓插盤的設計、建造和供貨主要還是由國外承包商壟斷。盡快啟動液壓插盤的相關研究，不但具有較大的工程應用價值，也可以帶動國內相關產業的發展，具有明顯的社會和經濟效益。

參考文獻

[1] Cui W C. A state-of-the-art review on fatigue life prediction methods for metal structures[J]. Journal of Marine Science and Technology, 2002,7(1):156-159.

[2] Scanlan R J, Boothman R M, Clarida D R. Corrosion monitoring experience in the refinery industry using the FSM technique[C]//NACE International: CORROSION, 2003.Norway:Det Norske Veritas,2003.

責任編輯鄭練

Application of Hydraulic Stabplate in Subsea Production System

HU Xiaqi, LIN Yinglian, WEI Li, SUN Wei

(CNOOC Deepwater Development Co., Ltd.， Zhuhai 519000, China)

Abstract：The general subsea production system is designed to realize subsea chemical injection and hydraulic control by injection chemical and hydraulic fluid from topside through subsea umbilical, subsea umbilical termination unit, and subsea hydraulic flying leading to each subsea tree. The chemical injection and hydraulic control tubing between subsea umbilical, subsea umbilical termination unit, subsea hydraulic flying lead and subsea tree are connected by subsea stabplate. Selecting correct stabplate will be essential to achieve target subsea tree function and important for long term stable production. This paper studies the subsea stabplate selection, configuration, application and mating/demating operation guidelines for a chosen South China Sea subsea Panyu 35-2/35-1 project. We hope it can provide reference for subsea stabplate design of future deepwater development projects.

Key words:subsea production system, subsea outboard stabplate, chemical injection, hydraulic control, quick coupling

收稿日期：2015-10-09

作者簡介：胡夏琦(1983-)，女，工程師，主要從事南海深水天然氣開發項目組水下開發部水下設備等方面的研究。

中圖分類號：TH 137.9

文獻標志碼:B