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1、水下生产系统测试技术应用实例分析苏锋1 张凡2 周凯1 陈斌1 周冬冬1（1.海洋石油工程股份有限公司，天津，300451；2.杭州欧佩亚海洋工程有限公司，浙江杭州，310000）摘要：水下生产系统作为深水油气田开发最为核心的组成部分其测试工作尤其重要，制定合理有效的测试要求和方法是确保测试工作能够达到预期测试目的的前提条件。本文通过对国外水下生产测试系统的调查研究，分别介绍了水下处理系统测试、水下分离与增压系统测试、采油树测试以及管道及管道连接器的保温装置测试等，深入理解水下生产系统测试环节的测试目的、主要测试内容以及测试方法和要求。关键词：水下生产系统；测试系统；水下处理系统；分离与增压系
2、统；测试场中图分类号：TE93； 文献标志码：B 文章编号：Application Analysis on Subsea Production System Testing TechnologySu Feng1, Zhang Fan2, Zhou Kai1, Chen Bin1, Zhou Dongdong1(1.China National Offshore Oil Corporation, Tianjin, 300451;2. Offshore Pipelines & Risers Inc., Zhejiang, Hangzhou, 310000)Abstract: Subsea prod
3、uction system plays a crucial role in the deep water oil and gas production. Thus，the tests on it are especially important. To ensure the test results can reach the testing target, it is of great importance to make reasonable testing requirements and excellent testing methods. By investigating and s
4、tudying of international subsea production testing cases, the article gives brief introductions of subsea processing system testing, subsea separation and boosting system testing, subsea tree testing, and subsea connector thermal testing,. By doing so, a thorough understanding of subsea production s
5、ystem testing purpose, testing method and necessary requirements can be reached.Key words: subsea production system；testing system；subsea processing system；subsea separation and boosting system；test pit水下生产系统（subsea production systems）作为水下油井最核心的组成部分，是深海油气田开发的关键技术之一1。其主要由主控站、液压动力站、脐带缆及脐带缆分配单元、水下采油树、水
6、下管汇及跨接管和水下控制系统等各子系统组成，每个子系统都包含了多种单元部件。制定合理的测试要求和测试方法，是确保水下生产系统在生产运行中的功能有效性及安全可靠性的关键因素2。目前，国内不少采油平台使用水下生产系统的生产模式，但这些生产系统从产品制造到安装再到最终的生产调试，整个程序和技术都是由国外几家公司提供，如流花11-1、陆丰22-1，这种模式对于我国深水油气田开发造成很大掣肘。掌握水下生产系统测试核心技术非常有必要。1.水下生产系统测试技术概述水下生产系统测试包括部件测试、工厂接收测试、扩展工厂验收测试、系统集成测试、现场接收测试以及生产调试等内容。其主要内容包括压力测试（包括内、外压的
7、测试）、电气系统的绝缘检查、机械/电气接口检查和控制系统联合测试等3, 4, 5。2. 国外测试场应用现状目前国外已有多家石油公司和科研机构拥有海洋测试中心，如VetcoGray在美国NAILSEA拥有相当于4000米水深测试能力的测试中心，英国Balmoral大学更是拥有相当于7000米水深测试能力的测试中心。这些测试中心的技术比较成熟，主要表现在有长期的海洋设备测试经验、完整的数据库和专业技术，并且针对不同要求、规格的海洋装备每个海洋测试中心拥有独特的技术特点以满足测试需求6。下面主要介绍一下几种典型的水下生产系统的测试方法。2.1 Shell-Aker水下处理系统测试该测试场位于挪威Or
8、men Lange陆上天然气处理厂内。为了验证水下天然气处理系统性能，Shell公司专门建造了一个长42m，宽28m，深17m的测试池。其总体布局如图2.1所示7。图2.1测试系统总体布局Fig. 2.1 Entire allocation of test system该测试系统配套设施主要由如下部分组成： 42m（L） x 28m（W） x 17m（D）测试水池； 变压器； 电子仪器和装置集装箱； 脐带缆存储箱； 喷淋系统； N272处理模块； KO处理系统； 履带吊。水池内的测试对象主要包括以下几个模块： 水下冷凝器； 水下分离器； 水下控制系统； 水下压缩机； 水下VSD压缩机； 水下V
9、SD泵； 水下不间断电源； 水下环路截断器； 水下LSPS；模块具体示意图如图2.2所示。图2.2水下处理系统模块Fig. 2.2 Subsea processing system module本测试属于水下处理系统最终阶段的技术测试，其测试系统如图2.3所示。将水下设备全部浸入海水中之后，在两年的时间里Shell公司将采用闭环回路对水下处理系统的功能性、稳定性和持续性进行测试。图2.3水下处理系统测试Fig. 2.3 Subsea processing system test2.2 巴西水下分离与增压系统测试该水下样机测试是巴西水下分离与增压系统开发项目的最后一个阶段，该测试的目的是为了验证
10、所开发的水下分离、压缩系统的可行性，具体为： 验证系统硬件的完整性、可靠性； 展示系统操作的技术及工具； 验证水下系统的可控性； 论证系统的经济性； 展示系统的优越性。测试主体是一台全尺寸水下样机，将其安装在选定的水下油田中，持续运行10个月，并确保该系统2年中不出现大的故障。该样机首先在意大利国家石油公司Trecate测试场进行测试，通过测试之后被运往位于巴西东北部的Atalaia测试场进行陆地测试，最后将样机安装在巴西近海的Marimba油气田进行海试。测试条件为15口水下丛式井以及水下湿式采油树，采用气举方式采油，通过6英寸输油管线外输到半潜式平台。水下卫星井水深435m，连接到水下分离
11、与增压系统样机（水深395m，距离采油树550m）；新铺设的4英寸管线将分离出来的气体输送到平台，现有6英寸输油管线负责输送原油；管线长1050m，柔性立管长660m，平台水深423m。将总长65m，由12m长的单节管组成的30英寸导管插入临时导向基座中，插入深度为70m。油管基座是为了隔离油管，便于断开油管后即可回收测试单元。测试系统包括油管短节、阀门、大小头、轮毂、液压以及电气系统。上部总成主要构件包括分离器顶部、气体膨胀室、节流阀、油管短节、液体/气体出口连接、流体进口连接、过程监控装置以及ROV操作面板等。电潜泵通过LDT（液体泄放管）悬挂在分离器顶部的压力帽下。压力帽可以由电控从测试
12、单元上分离，并连同LDT和ESP一并移除。2.3 Total公司Pazflor水下分离器项目Pazflor油气田位于安哥拉深海，水深600至1500m，整个项目需要3套水下立式分离器。水下分离器通过FAT测试之后，被运往位于挪威Horten的FMC测试基地进行测试8。测试内容包括： 系统集成测试； 冷却测试； 功能测试； 浅水测试； 扩展工厂验收测试； 互换性测试。该项目的测试场地如图2.4和2.5所示：该测试场位于挪威Horten工业区，测试水池由Horten船厂改建。水池长243.20m，宽34.15m，主要配套设施包括： 电力供应； 船坞闸门； 保温测试管道； 履带吊； 深水池。图2.4
13、安装水下分离器基盘Fig. 2.4 subsea separator base plate installation图2.5安装水下分离器Fig. 2.5 subsea separator installation测试的主要目的为： 测试所有的水下安装和干预操作； 测试设备所有的功能； 提高实际安装过程可靠性； 对海上安装人员进行培训。2.4 Statoil A/S公司水下分离器测试1992年Statoil A/S对水下处理设备和控制系统进行了测试。图2.6 在干船坞内的分离器原型机Fig. 2.6 separator prototype in dry dock分离器的连续性测试和安装测试都在
14、干船坞内进行，先后进行了干湿环境测试。旁边的工厂提供多相流（气、水、油），同时接收从分离器分离出的各种流体。当时（1993年）唯一符合该测试条件的场地是位于英国Middlesbrough的Offshore Technology Centre。综合测试程序包括3个部分：关键部件的FAT，子系统装配测试（包括泵、控制等）和系统集成测试。系统集成测试分别在干湿环境下开展。测试模拟了宽范围的测试条件，包括正常流量范围和一些特殊情况。原油流量10100m3/h，含水率080，GOR3001500，出口压力2.54.5MPa。2.5 Dalia项目采油树保温测试Dalia项目采油树保温测试在Kvaerne
15、r公司 Tranby测试水池内开展。采油树总成（包括油管挂）被安装在测试桩上，并装上测试井口头。测试用跨接管连接至长度为3m管径为6英寸的管道并连接到采油树上，以模拟边界条件。水循环系统包括2寸管道、2个隔离阀、加热装置（功率24kw，容量3000L）、2个循环泵（一备一用，流量700L/min）。共有34个高精度热电偶对采油树的温度变化进行测量，同时水下液控单元连接到电气测试单元以便监控采油树所有压力温度传感器的动作。图2.7 采油树保温测试Fig. 2.7 Xmas tree heat preservation test具体测试步骤：1. 空气中预热到45C，保持12小时。2. 在水中加热
16、并保持温度12小时3. 达到稳定状态4. 冷却测试2.6 西非开发项目水下采油树安装模拟该水下油气田开发项目位于西非，在约366m水深的水域进行。该油田属于传统的井组系统，油井分布在三个中央管汇周围。从1999年至2002年，采用系泊的移动式海洋钻井平台安装了28个水下采油树。图2.8所示为整个油气田开发方案9。图2.8 海底油气田开发方案Fig. 2.8 subsea oil field development program其中某一采油树技术规格如表3.1所示。表3.1水下采油树设计数据Table 3.1 Xmas tree design datas采油树类型卧式API材料等级采油树上FF
17、采油通道上HH（通过节流阀）额定压力5,000 psiAPI温度级别V（35至250）生产井筒4生产采油树5注水采油树导向导向柱朝上，无导向漏斗型承口朝下井口18-3/4控制装置采油树上的可回收水下控制模块API产品规格等级采油树产品规格等级2，油管悬挂器和阀门产品规格等级3节流采油树上的可回收节流阀导向导向柱朝上，无导向漏斗型承口朝下渗透DHPT的3个液压装置和1个电气装置此结构中水下采油树的运输尺寸为3.7m5.5m4.3m，运输净重量为3.6吨，全下入重量为3.9吨。采油树通过钻杆直接安装，井口为裸井（无导向架），安装有防腐帽和防磨补心。为保证采油树下放的安全，在安装前对采油树进行了安装
18、模拟测试，具体测试程序如下：1）将采油树移动到辐式横梁上（采油安装在横梁顶部，不需要提供专用悬挂装置）。2）进行采油树最终结构检查。3）通过转盘将采油树送入工具下放到模拟钻杆上，将采油树送入工具左旋5圈。4）挂好采油树，缩回辐式横梁并下放采油树到海床上。5）将采油停放在井口上方，利用ROV核实采油树的方位，继续下放并确认采油树安装完毕。6）利用ROV安装和修井控制系统控制跨接管线。7）锁定采油树接头，并对密封进行压力测试。8）右旋5圈对采油树下入工具解锁，回收采油树下入工具和钻杆。9）将采油树帽下放到下行管线上，采用ROV将其安装到采油树本体上（离线作业）。10）断开安装和修井控制系统跨接线（
19、离线作业）。11）将滑橇钻机挪到邻近油井（与下一采油树安装作业同时进行）。12）对下一采油树重复以上操作。图2.9 采油树安装测试仿真Fig. 2.9 Xmas tree installation test simulation4. 结束语通过对国外水下设备测试实例的调查研究，分析和总结了水下生产系统的测试技术和测试方法。可以看出，水下生产系统各种测试的内容、项目非常多，几乎每项关键的测试都需要专用的测试支持平台和专用于水下生产系统测试的相关平台和测试基地。目前国内缺乏水下生产系统设计、建造经验，以及相关设备及系统的测试经验，现有的条件尚不能满足自主研发水下生产系统设备的需求。因此，对水下生产
20、系统测试技术研究以及主要专用测试平台的建设不仅具有较大的工程应用价值，而且可以带动国内水下生产系统的相关研究工作，产生明显的经济和社会效益。5.参考文献1 ISO 13628-1-2005 Petroleum and natural gas industries design and operation of subsea production systems. Part 1 general requirements and recommendationsS20052 ISO 13628-1-2005 Petroleum and natural gas industries design an
21、d operation of subsea production systems. Part1: General Requirements and recommendationsS. 2005:48503 ISO 13628-2-2006 Petroleum and natural gas industries Design and operation of subsea production systems Part2：Unbonded flexible pipe systems for subsea and marine applicationsS2006：54564 ISO 13628-
22、4-1999 Petroleum and natural gas industries design and operation of subsea production systems Part 2：subsea wellhead and tree equipmentS19995 ISO 13628-7-2005 Petroleum and natural gas industries design and operation of subsea production systems Part 2：completion/workover riser systemsS.2005 128-1296 梁稷,姚宝恒等.水下生产系统测试技术综述J.中国测试.2012.38(1).38-40.7 Jan Gjerde. Shell Norway Portfolio.8 Total. Pazflor Subsea Separation System.
