摘 要

摘　要：解決好番禺35-2／35-1深水開發(fā)項(xiàng)目水下生產(chǎn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題，可優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿足下一階段海上安裝和氣田生產(chǎn)的需要，保證深水氣田水下設(shè)施的

摘　要：解決好番禺35-2／35-1深水開發(fā)項(xiàng)目水下生產(chǎn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題，可優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿足下一階段海上安裝和氣田生產(chǎn)的需要，保證深水氣田水下設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性并降低風(fēng)險(xiǎn)。為此，在對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度、化學(xué)藥劑注入、硬管與軟管比選、連接器形式選擇以及海底管線在線管匯的安裝方案等方面問題進(jìn)行梳理和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目在基本設(shè)計(jì)階段的成果文件和目前設(shè)備供應(yīng)和海上安裝承包商的制造能力和優(yōu)勢(shì)，以及當(dāng)前世界深水開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方面初步總結(jié)出了一套適合該項(xiàng)目的方案。結(jié)論認(rèn)為：詳細(xì)設(shè)計(jì)階段需要對(duì)基本設(shè)計(jì)階段的成果進(jìn)一步進(jìn)行核實(shí)，并在全面考慮各方面影響因素的基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，以保證項(xiàng)目的順利開展，合理設(shè)計(jì)并節(jié)約投資。該成果為以后類似項(xiàng)目的開發(fā)提供了技術(shù)支撐與經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：番禺35-2／35-1氣田  水下生產(chǎn)系統(tǒng)  溫度  化學(xué)藥劑  通信  管線  管匯  安裝  水下連接器

An optimal design of a subsea production system in the Panyu 35-2／35-1 gas fields，South China Sea

Abstract：This paper aims to solve those key technical issues encountered in the engineering design of a subsea production system in the Panyu 35-2／35-1 Deepwater Development Project，South China Sea．This will help optimize the whole production system design to meet the requirements of gas field production and offshore installation in the coming phase，ensuring that high efficiency，low cost and low risk will be achieved by underwater facilities for deepwater gas field development．To this end，we first made an integrated analysis of design temperature，chemical injection，comparison and selection of rigid and flexible pipes，selection of connector types for an underwater production system as well as the installation method of online manifold in a subsea pipe line svstem．And by combining with basic engineering documents of this project，manufacturing capacity and advantages of the existing equipment suppliers and offshore installation contractors，and rich experience in other worldwide similar projects，we presented a solution suitable for this project from the key technologies and design optimization for a subsea production system in the detailed design phase，during which it is highlighted that all the key technical issues in the basic design phase need to be further investigated to ensure successful project execution and cost saving．The design idea and achievements will provide technical support for other subsea projects in the future．

Keywords：South China Sea，Panyu 35-2／35-1 gas fields，subsea production system，temperature，chemicals，communication，pipelines．manifold，installation．suhsea connector

番禺35-2／35-l氣田位于中國南海北部，氣田所在海域水深為l90.2～338.0m。該項(xiàng)目氣田一期計(jì)劃開發(fā)6口氣井，采甩半潛式鉆井平臺(tái)鉆完井和后期修井與鉆調(diào)整井作業(yè)，使用水下系統(tǒng)開發(fā)。生產(chǎn)的天然氣用海底管線輸往一個(gè)中心平臺(tái)后外輸陸地終端^[1]。項(xiàng)目開發(fā)示意圖如圖1所示。

 

水下生產(chǎn)設(shè)施為深水項(xiàng)目的主要設(shè)備，設(shè)計(jì)參數(shù)的確定直接影響到后期材料的采辦、設(shè)備的建造、海上安裝及調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)的工作。為了避免對(duì)后期項(xiàng)目整個(gè)工作開展造成重大的影響，在基本設(shè)計(jì)階段選擇合適的設(shè)計(jì)，并在詳細(xì)設(shè)計(jì)中根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化就顯得尤為重要。

1　水下生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1．1　深水油氣田水下生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)溫度確定方法

深水油氣田的開發(fā)主要以產(chǎn)出液體為主同時(shí)伴隨一定量的伴生氣產(chǎn)出。生產(chǎn)流體從油氣藏經(jīng)過生產(chǎn)油管到達(dá)井口位置，然后通過采油樹內(nèi)的各個(gè)閥組后再經(jīng)過生產(chǎn)控制閥節(jié)流然后進(jìn)入生產(chǎn)管匯，生產(chǎn)流體從油氣藏流經(jīng)數(shù)千米的生產(chǎn)油管及采油樹，達(dá)到生產(chǎn)管匯時(shí)會(huì)有一定的熱量通過各類方式傳遞到環(huán)境中并造成生產(chǎn)流體的溫度降低，同時(shí)考慮到生產(chǎn)節(jié)流閥的節(jié)流效應(yīng)，最終進(jìn)入生產(chǎn)管匯的流體溫度會(huì)有一定程度的低于油氣藏溫度。另外考慮到液體的熱容較大，且液體經(jīng)過生產(chǎn)節(jié)流閥后節(jié)流效應(yīng)相對(duì)氣體來講不是很明顯，深水油氣田井口處生產(chǎn)流體的溫度相比油氣藏的溫度不會(huì)有太多的降低。因此，大多數(shù)深水油氣田的水下生產(chǎn)設(shè)施一般采用油氣藏溫度作為設(shè)計(jì)溫度。

深水氣田相比油氣田最大的特點(diǎn)在于產(chǎn)出流體以輕烴為主。同時(shí)根據(jù)具體油氣藏的不同攜帶一部分凝析液體，由于氣體的熱容要小，這就決定了深水氣田開發(fā)系統(tǒng)以非保溫為主，因此流體從油氣藏流經(jīng)生產(chǎn)油管以及水下生產(chǎn)系統(tǒng)到達(dá)上部設(shè)施過程中熱損失較大，且在此過程中溫降很快。另外，考慮到氣體的可壓縮性，因此在生產(chǎn)流體流經(jīng)井口節(jié)流閥時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的壓降，從而導(dǎo)致井口節(jié)流閥前后的溫差很大。這樣在考慮井口節(jié)流閥前后設(shè)施的設(shè)計(jì)溫度時(shí)，就需要綜合考慮溫降的影響，井口節(jié)流閥前設(shè)施的最高設(shè)計(jì)溫度應(yīng)該以井口流溫作為參考設(shè)計(jì)溫度，井口節(jié)流閥后的設(shè)施可保守地取為井口流溫，而不能以油氣藏的溫度作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1．2　深水油氣田水下生產(chǎn)設(shè)施化學(xué)藥劑的選擇

海上油氣田的開發(fā)都離不開化學(xué)藥劑，這些藥劑主要用來添加到生產(chǎn)流體、海水等介質(zhì)中，以此來提高各有關(guān)處理設(shè)備的處理效率，保護(hù)設(shè)備與井口管線，以及延長設(shè)備的使用壽命等。常用的化學(xué)藥劑如表1所示。

 

1．3　主控制系統(tǒng)通信方式的選擇

主控制系統(tǒng)(MCS系統(tǒng))是水下控制系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)整個(gè)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，通過臍帶纜與水下設(shè)備通信。主控制系統(tǒng)MCS與平臺(tái)DCS系統(tǒng)通信通常采用OPC通信或者MOD-BUS RTU協(xié)議通信方式。這兩種通信方式都是成熟技術(shù)^[2-4]。

OPC(用于過程控制的OLE)已經(jīng)是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它基于微軟的0LE(現(xiàn)在的ActiveX)、COM(部件對(duì)象模型)和DCOM(分布式部件對(duì)象模型)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。目前OPC擁有一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，主要應(yīng)用于過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。OPC技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：①通信速率高，基于單根以太網(wǎng)或RS485總線即可滿足番禺項(xiàng)目4000點(diǎn)的通信要求；②實(shí)現(xiàn)了MCS和DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并架構(gòu)了統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠雙向通信和控制；③控制系統(tǒng)的擴(kuò)展能力，具備統(tǒng)一的開放接口；④OPC規(guī)范定義了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口。

OPC是以0LE／COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通信標(biāo)準(zhǔn)。OLE／COM是一種客戶／服務(wù)器模式，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的-種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。RTU(Remote Terminal Unit)是一種遠(yuǎn)端測控單元裝置，RTU具有的特點(diǎn)是：①通信協(xié)議簡單易用，特別方便PLC等工控機(jī)集成；②通過預(yù)定義統(tǒng)一的收發(fā)地址可以整合MCS和DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠雙向通信和控制；③模塊化設(shè)計(jì)，方便控制系統(tǒng)擴(kuò)展；④具備統(tǒng)一的開放接口。

1．4　深水油氣田海管和立管形式的選擇

隨著水下油氣田開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，柔性管道越來越多地被應(yīng)用在海底管線和立管。其機(jī)械性能良好，安裝程序相比金屬管線要簡單，為海管和立管設(shè)計(jì)提供了另一種選擇方案。柔性管道可選內(nèi)徑從Æ50.8mm～Æ508.0mm，服役壽命根據(jù)材料的差異從20～40a不等。

柔性管道主要分為兩種類型：內(nèi)層平滑型(圖2)和內(nèi)層褶皺型(圖3)。主要區(qū)別是：前者與介質(zhì)接觸的最內(nèi)層材料為塑性管道，而后者最內(nèi)層材料為金屬互鎖層。內(nèi)層褶皺型柔性管可以應(yīng)用于油田和氣田，通球時(shí)不會(huì)對(duì)內(nèi)壁造成影響，而內(nèi)層平滑型應(yīng)用于油田，氣田應(yīng)用較少，在通球和管線內(nèi)出現(xiàn)真空工況時(shí)，需要避免外力對(duì)內(nèi)壁的破壞。除了最內(nèi)層的區(qū)別外，其他各層材料及功能都是相似的，

 

 

1．5　深水油氣田管匯的設(shè)計(jì)

生產(chǎn)管匯的主要功能要求為：接受來自井口的生產(chǎn)氣體、提供關(guān)閉井口來流功能、提供溫壓監(jiān)控、承受系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力、承受由外部跨界管／漁網(wǎng)拖掛／地震等載荷、為清管或收發(fā)球提供平臺(tái)等。管匯的組成包括管匯基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)支撐和框架、管線和閥門、臨時(shí)收發(fā)球裝置、水下連接器系統(tǒng)和陽極保護(hù)。

水下連接器系統(tǒng)可分為水平連接器和垂直連接器，具體比較如表2所示。

 

水下管匯在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)在位工況分析、操作工況分析、測試工況分析、吊裝及吊耳計(jì)算、拖航工況、安裝動(dòng)力分析、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等7種工況進(jìn)行分析和計(jì)算。

1．6　深水在線管匯安裝方法選擇

在深水開發(fā)工程中，海上安裝具有資源投入多、技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高等特點(diǎn)。常規(guī)海底管線的鋪設(shè)技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)較為成熟，且以S-Lay鋪設(shè)方式為主，但對(duì)于在線管匯(In-Line Tee Manifold，簡稱ILTM)安裝經(jīng)驗(yàn)很少，技術(shù)尚未成熟。

影響在線管匯安裝的主要因素有：①船舶因素。目標(biāo)船舶的定位能力、張緊器能力、吊機(jī)能力、絞車能力、焊接作業(yè)線設(shè)置，決定了安裝能力，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)不能超出計(jì)算系數(shù)后的船舶安裝能力；②海況因素。海平面浪涌高度／頻率、海底底流、風(fēng)速等環(huán)境因素決定了安裝的動(dòng)態(tài)載荷；③成本、風(fēng)險(xiǎn)因素。在滿足安裝的基本要求前提下，需要選擇較低成本和風(fēng)險(xiǎn)的方案。

2　水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2．1　水下生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)溫度確定

在基本設(shè)計(jì)過程中，對(duì)番禺35-2／35-1水下生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)溫度確認(rèn)(表3)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)中，溫度的調(diào)整會(huì)導(dǎo)致水下設(shè)備(包括各類球閥和閘閥、水下連接器、水下管匯和水下采氣樹)及水下管線(生產(chǎn)管線和跨接管)設(shè)計(jì)的調(diào)整，不但影響項(xiàng)目后期的進(jìn)度和費(fèi)用，也會(huì)限制生產(chǎn)井的產(chǎn)能，從而不能按照預(yù)定配產(chǎn)進(jìn)行生產(chǎn)。

 

為確保詳細(xì)設(shè)計(jì)方認(rèn)同設(shè)計(jì)溫度的合理性，在招投標(biāo)階段，就需要要求在承包商詳細(xì)設(shè)計(jì)中對(duì)基本設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算核實(shí)，如有問題，在投標(biāo)階段整改。

2．2　水下化學(xué)藥劑系統(tǒng)

對(duì)于水下生產(chǎn)系統(tǒng)，要考慮設(shè)施的簡單可靠、可回收；盡量減小因?yàn)榛瘜W(xué)藥劑系統(tǒng)故障造成的海上回收作業(yè)。水下氣田常用的化學(xué)藥劑為甲醇、乙二醇(MEG)、防垢劑、防腐劑等；甲醇一般用來平衡生產(chǎn)井開井時(shí)的壓力，生產(chǎn)井初始啟動(dòng)或者再啟動(dòng)時(shí)水合物的預(yù)防，采油樹閥門的泄漏測試，以及采油樹和跨接管中生成水合物的補(bǔ)救；MEG主要用于正常生產(chǎn)情況下注入生產(chǎn)流體防止水合物的生成，MEG是水合物熱力學(xué)抑制劑，通過降低水合物的形成溫度來預(yù)防水合物的生成；防垢劑用于防止水下生產(chǎn)流體的結(jié)垢；防腐劑一般用于水下設(shè)備或者管線，降低腐蝕速率，當(dāng)項(xiàng)目使用合金管線或者抗腐蝕合金復(fù)合管時(shí)，可以省去防腐劑。

化學(xué)藥劑從水上輸送到水下的常見方法有：①每個(gè)注入點(diǎn)對(duì)應(yīng)一根臍帶纜管線；②單根臍帶纜管線對(duì)應(yīng)多個(gè)注入點(diǎn)；③一根管線混合兩種藥劑；④間歇注入的藥劑；⑤化學(xué)藥劑專門的注入管線?？紤]到番禺35-2／35-1項(xiàng)目的情況，采用了單根臍帶纜管線對(duì)應(yīng)多個(gè)注入點(diǎn)的方法。該技術(shù)一般用于水下井口較多的情況，也是目前水下生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)最常見的方式；一種藥劑通過臍帶纜管線輸送到水下，然后通過化學(xué)藥劑調(diào)節(jié)閥(CIMV)輸送到各注入點(diǎn)，CIMV可以起計(jì)量和調(diào)節(jié)的作用。另外，對(duì)化學(xué)藥劑的清潔度有一定要求，特別是防垢劑等注入量較小的CIMV，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中應(yīng)密切留意水下設(shè)備廠家CIMV的規(guī)格，在平臺(tái)設(shè)置高精度過濾器保證水下化學(xué)藥劑的清潔度要求。

2．3　主控制系統(tǒng)通信方式

基本設(shè)計(jì)中對(duì)中控系統(tǒng)的通信方式?jīng)]有特殊要求。在詳細(xì)設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目組對(duì)OPC和Modbus RTU通信的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比，OPC和Modbus RTU都有以下優(yōu)點(diǎn)：①通信都能實(shí)現(xiàn)整合MCS和DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠雙向通信和控制；②都能方便控制系統(tǒng)擴(kuò)展；③都具備統(tǒng)一的開放接口。

其中OPC相對(duì)Modbus RTU具有通信速率高、不影響CPU負(fù)載率的優(yōu)點(diǎn)，但其造價(jià)很高，需要額外為OPC配備2臺(tái)服務(wù)器。針對(duì)番禺35-2／35-1項(xiàng)目的具體情況，使用Modbus RTU就可以滿足通信要求。故在詳細(xì)設(shè)計(jì)中采用了RS485總線的Modbus RTU技術(shù)。

2．4　水下管線

柔性管在淺水范圍的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但其在深水領(lǐng)域(水深超過3000m)的開發(fā)還面臨著一系列挑戰(zhàn)，如抵抗外壓的能力，抵抗低溫的能力，以及管道總鶯量的增加等等。為了解決以上問題，生產(chǎn)廠家已研究出一些技術(shù)革新方案，例如可以通過使用高強(qiáng)度內(nèi)部金屬互鎖層和高強(qiáng)度金屬保護(hù)層來抵抗外壓；添加保溫層，循環(huán)加熱等方法使柔性管保溫；鎧裝層的材料由碳纖維代替碳鋼，可以明顯減少柔性管的懸浮重量等。

剛性管的設(shè)計(jì)比柔性管的設(shè)計(jì)更為成熟，番禺35-2／35-1項(xiàng)目的基本設(shè)計(jì)中水下管線設(shè)計(jì)部分考慮采用剛性管方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段也沿用該方案。但是柔性管的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)也比較明顯，特別是鋪設(shè)時(shí)間的節(jié)約，將大大節(jié)約整個(gè)項(xiàng)目的安裝費(fèi)。希望將來能繼續(xù)對(duì)柔性管深入認(rèn)識(shí)，為后續(xù)項(xiàng)目的開展提供參考。

2．5　水下管匯

番禺35-2／35-1水下管匯為氣田Æl52.4mm和Æ254.0mm海底管線之間的連接提供平臺(tái)，為整個(gè)氣田的清管與試壓設(shè)備提供收發(fā)球接口，并與生產(chǎn)井相連并提供預(yù)留接口。在管匯的設(shè)計(jì)過程中，由于地質(zhì)資料的變化、漁業(yè)保護(hù)要求、船舶安裝能力等因素的影響，給項(xiàng)目帶來了眾多挑戰(zhàn)。

2．5．1管匯基礎(chǔ)

由于地質(zhì)資料調(diào)查中遇到的困難，導(dǎo)致基本設(shè)計(jì)過程中采用了一些假設(shè)，從而為詳細(xì)設(shè)計(jì)帶來了一些變化及挑戰(zhàn)。根據(jù)模擬的地貌三維圖形的凹凸?fàn)顩r、地貌的平整度優(yōu)化了管匯的坐標(biāo)位置，管匯的最終位置與管匯地址調(diào)查的鉆孔位置相差32m。前期設(shè)計(jì)是得到的地址資料顯示管匯位置處，土質(zhì)較硬，因此基本設(shè)計(jì)管匯采用重力式基礎(chǔ)。為保證管匯服役期間的穩(wěn)定性問題，在基礎(chǔ)上施加配重，該方案導(dǎo)致管匯系統(tǒng)重量較大。但是根據(jù)最終的地址調(diào)查，在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)管匯最終位置處的表層土壤為較軟的黏土^[6]。因此，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中，通過對(duì)基本設(shè)計(jì)基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，采用帶裙板的防沉板基礎(chǔ)承載整個(gè)結(jié)構(gòu)，從而減少了安裝重量，減小了安裝風(fēng)險(xiǎn)。

2．5．2管線設(shè)計(jì)

基本設(shè)計(jì)中要求3D彎頭至少包含l.5倍管線內(nèi)徑、并不小于300mm的直管段，為了降低結(jié)構(gòu)整體的高度，在與詳設(shè)方多次澄清和基設(shè)方進(jìn)一步論證后，最終采用了至少l倍管線內(nèi)徑的直管段。

2．5．3水下連接器

基本設(shè)計(jì)階段，由于水下管匯處于漁業(yè)活動(dòng)區(qū)，需要考慮對(duì)接頭和跨界管進(jìn)行保護(hù)，采用了水平連接器設(shè)計(jì)方案，同時(shí)接受未來中標(biāo)的設(shè)備承包商可以根據(jù)自身?xiàng)l件，在滿足漁網(wǎng)拖掛保護(hù)要求的情況下進(jìn)行修改。隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，為滿足項(xiàng)目進(jìn)度要求，后續(xù)改用立式連接器，并修改了結(jié)構(gòu)的形式，對(duì)結(jié)構(gòu)和跨界管進(jìn)行了保護(hù)，并按照規(guī)范考慮了漁網(wǎng)拖掛載荷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校核。

垂直連接器的公接頭一般安裝在管匯／采油樹上，母接頭裝在跨接管上、安裝時(shí)與公接頭對(duì)接(圖4、5)。水下連接器保護(hù)帽分為不承壓和承壓兩種形式(圖6、7)。不承壓保護(hù)帽對(duì)水下連接器的公接頭起到保護(hù)作用，也可隨著接頭安裝到水下，一般建議在水下的停留時(shí)間不超過42d。承壓保護(hù)帽可用于長期的公接頭保護(hù)(期限與公接頭使用壽命相同)，根據(jù)密封形式的不同，也可用做隔斷使用，即橡膠密封的承壓保護(hù)帽可用作二級(jí)隔斷使用，金屬密封的承壓保護(hù)帽可用作一級(jí)隔斷使用。

 

 

 

 

基本設(shè)計(jì)階段，假設(shè)跨接管的安裝與采油樹和水下管匯的安裝時(shí)間較接近，故用于連接跨界管的公接頭都配備了不承壓的保護(hù)帽，用于連接未來井的接頭配備承壓保護(hù)帽。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，安裝計(jì)劃中采油樹和水下管匯的安裝時(shí)間和跨界管的安裝時(shí)間差距較大，超過半年，不承壓的保護(hù)帽不能滿足水下待產(chǎn)要求，故全部換成承壓保護(hù)帽。

2．6　深水在線管匯安裝

番禺35-1／35-2項(xiàng)目在線管匯結(jié)構(gòu)如圖8所示，其安裝相對(duì)于海管鋪設(shè)的最大難點(diǎn)就在于附加的閥門、連接器以及防沉板等，大大增加了整體尺寸以及重量，這對(duì)傳統(tǒng)靠張緊器進(jìn)行海管鋪設(shè)提出了挑戰(zhàn)。要求從設(shè)計(jì)階段就要考慮目標(biāo)船舶的安裝能力，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)在線管匯的結(jié)構(gòu)，并將安裝方式考慮進(jìn)去。在此基礎(chǔ)上，有效的安裝方式也是必不可少的^[7]。

 

除了在設(shè)計(jì)階段針對(duì)安裝船舶的情況對(duì)在線管匯的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，還需要考慮到安裝階段可能出現(xiàn)不同的情況。

2．6．1情況l

可折疊的防沉板可以通過作業(yè)線上的張緊器，此情況下在線管匯具有最好的可安裝性，設(shè)計(jì)安裝流程如下：①將水下測量系統(tǒng)的應(yīng)答器安裝在海管的一個(gè)確定的位置，并下放；②應(yīng)答器在海底就位后記錄其位置，并計(jì)算ILMT的接入海管的位置；③將ILMT送入焊接生產(chǎn)線；④按照焊接海管的方法將ILMT焊接到海管上；⑤張緊器按順序打開和關(guān)閉，使ILMT能正常通過；⑥進(jìn)行相關(guān)的無損檢測和節(jié)點(diǎn)防腐工作；⑦如果需要(基于安裝分析)，在ILMT到達(dá)鋪管船艉部時(shí)將浮筒連接其上，用于減小在下放時(shí)作用在海管上的張力；⑧在ILTM離泥面50m時(shí)(視具體情況而定)，通過ROV展開ILMT的防沉板；⑨通過ROV近距離監(jiān)控ILMT著地；⑩ILMT著地后，通過ROV進(jìn)行固定、釋放浮筒并回收應(yīng)答器。

2．6．2情況2

防沉板能不能通過張緊器但可以通過托管架，此情況與情況1的區(qū)別在于將防沉板在船艉進(jìn)行安裝，讓后再下放，其他流程和情況1一致。

2．6．3  情況3

防沉板不能通過張緊器和托管架。在此情況下，防沉板將與ILMT的本體分開安裝，具體安裝過程設(shè)計(jì)如下：(1)將水下測量系統(tǒng)的應(yīng)答器安裝在海管的一個(gè)確定的位置，并下放；(2)應(yīng)答器在海底就位后記錄其位置，并計(jì)算ILMT的接入海管的位置；(3)將ILMT送入焊接生產(chǎn)線；(4)按照焊接海管的方法將ILMT焊接到海管上；(5)張緊器按順序打開和關(guān)閉，使ILMT能正常通過；(6)進(jìn)行相關(guān)的無損檢測和節(jié)點(diǎn)防腐工作；(7)如果需要(基于安裝分析)，在ILMT到達(dá)鋪管船艉部時(shí)將浮筒連接其上，用于減小在下放時(shí)作用在海管上的張力；(8)在ILTM離泥面50m時(shí)(視具體情況而定)，將鋪管船移到旁邊；(9)用浮吊(可以是鋪管船自身，也可單獨(dú)用浮吊船)將防沉板吊起并下放到水下，可事先用標(biāo)志浮球進(jìn)行位置的預(yù)先定位以減小操作時(shí)間；(10)在防沉板下放的過程中，用ROV進(jìn)行監(jiān)控，并輔助其坐落到預(yù)定位置；(11)在防沉板著地后測量位置準(zhǔn)確性；(12)移動(dòng)鋪管船，使海管回到鋪設(shè)的原路徑，繼續(xù)進(jìn)行鋪設(shè)活動(dòng)；(13)使用ROV監(jiān)控和輔助ILTM降落到防沉板上；(14)一旦ILTM落到防沉板上，用ROV操作將ILMT鎖定到防沉板上；(15)通過ROV進(jìn)行固定、釋放浮筒并回收應(yīng)答器。

3　結(jié)論及建議

1)深水油氣田開發(fā)過程中水下生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)溫度的確定應(yīng)該綜合考慮油氣田的性質(zhì)及生產(chǎn)操作開發(fā)理念等各個(gè)因素，深水油氣田的水下生產(chǎn)設(shè)施溫度的確定應(yīng)該以油氣藏的最高溫度作為標(biāo)準(zhǔn)考慮，而氣田開發(fā)的水下生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)溫度則應(yīng)該按照井口的流溫的考慮。

2)化學(xué)藥劑從水上輸送到水下采用單根臍帶纜管線注入方式時(shí)，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中應(yīng)密切留意水下設(shè)備廠家CIMV的規(guī)格，在平臺(tái)設(shè)置高精度過濾器保證水下化學(xué)藥劑的清潔度要求。

3)主控制系統(tǒng)通信方式不需要超標(biāo)要求，在滿足通信要求的情況下可采用造價(jià)最節(jié)約的技術(shù)。

4)在非超深水項(xiàng)目的水下管線設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合分析剛性管和柔性管兩種設(shè)計(jì)理念，根據(jù)項(xiàng)目自身情況，選擇最優(yōu)方案。

5)水下管匯的設(shè)計(jì)中，地質(zhì)資料、安裝計(jì)劃對(duì)設(shè)計(jì)具有一定影響，需在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮。

6)深水在線管匯安裝需要綜合考慮船舶能力，預(yù)先準(zhǔn)備不同工況下的安裝方案。

綜上所述，在對(duì)一個(gè)深水油氣田進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，基本設(shè)計(jì)階段需充分考慮各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越點(diǎn)，選定最優(yōu)方案作為詳細(xì)設(shè)計(jì)的輸入。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段前期，應(yīng)對(duì)基本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)進(jìn)行核實(shí)和背書，再進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。進(jìn)一步設(shè)計(jì)過程中，由于項(xiàng)目工期、費(fèi)用等各方面的考慮，可能會(huì)對(duì)基本設(shè)計(jì)方案做適當(dāng)或較大調(diào)整，應(yīng)綜合考慮各方需求，選擇合理的方案，使得氣田開發(fā)方案最優(yōu)化。

 

參考文獻(xiàn)

[1]錢愛東．番禺34-1／35-2／36-1氣田鉆完井工程基本設(shè)計(jì)[R]．深圳：中海石油(中國)有限公司深圳分公司鉆井部鉆完井項(xiàng)目組，2011．

QIAN Aidong．Basic design of PY 34-1／35-2／35-1 drilling and completion engineering[R]．Shenzhen：Drilling&Completion Proj ect Department of Drilling Division，Shenzhen Branch of CNOOC，Ltd．，2011．

[2]International Standard Organization．ISO 13628-1 Design and operation of subsea production systems Part 1：General requirements and recommendations[S]．Geneva：ISO，2005．

[3]International Standard Organization．ISO 13628-6 Design and operation of subsea production systems Part 6：Subsea production control systems[S]．Geneva：ISO，2005．

[4]Ameriean Petroleum Institute．API l4C Recommended practice for analysis，design，installation and testing of basic surface safety systems for offshore production platforms[S]．Washington DC：API，2007．

[5]鄭利軍，段夢(mèng)蘭，劉軍鵬，等．水下生產(chǎn)系統(tǒng)選型影響因素研究[J]．石油礦場機(jī)械，2012，41(6)：67-71．

ZHENG Lijun，DUAN Menglan，LIU Junpeng，et al．Study of influencing factors on subsea production system selection[J]．Oil Field Equipment，2012，41(6)：67-71．

[6]International Standard Organization．ISO 13628-15 Subsea structures and manifolds[S]．Geneva：ISO，2005．

[7]International Standard Organization．ISO 13628-9 Remotely Operated Tool(ROT)intervention system[S]．Geneva：ISO，2005．

 

本文作者：林影煉  胡茂宏  顧永維  楊洪慶  郝偉修

作者單位：中海石油深海開發(fā)有限公司