海洋平台渤中29－4项目全线通球调试实践

陈 丽， 赵晓亮， 丁 杰

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

BZ29－4项目中，在海底管道施工期间已经完成了分段清管试压，在海底管道与平台立管整体连接完成后，为了保证管道内的清洁，验证管道整体通过能力，在海洋平台投产前对海底管道及与平台连接立管整体进行全线通球作业，从发射器发射1个符合设计要求的清管器，收球器收到的清管器无裂缝，磨损不严重，作为海管机械完工的标志，可以进入投产流程。

1 海管概况

BZ29－4 项 目 主 要 包 括3 个 平 台：BZ29－4 WHPA 井口平台、BZ29－4 WHPB井口平台、BZ28－2南BOP增压平台，BOP平台与BZ28－2南CEP中心平台由栈桥相连。BZ29－4项目油田群平台分布示意图见图1。该项目中有两条海底管道需要进行全线通球作业：第一条为从BOP平台至WHPA 平台的6″注水海底管道；第二条为从WHPA 平台至BOP平台的12″油气混输海底管道。海管长度约为15km，两条管道规格均为API 5L X65 的管道，6″海管外径为168.3mm，壁厚9.5mm，12″海管外径为323.9mm，壁厚12.7mm。

2 清管器的选取及主要技术参数的确定

2.1 试验介质

开启CEP平台水源井供水，并保证水源井水不含可燃气体和有毒介质。

图1 BZ29－4项目油田群平台分布示意图Fig.1 The platform distribution diagram of BZ29－4 oil field project

2.2 清管器选型

整体通球作业选择JIP 型泡沫清管器，该清管器是一种经济的清管工具，与刚性清管器相比，它有很好的变形能力和弹性，在压力作用下与管壁形成很好的密封，能够顺利通过各种弯头、阀门和管道变形段，当发生卡球时方便加压碎球［1］，并且不会对管道造成损伤。一般情况下清管器外径相对管道内径过盈量选择3%～5%［2－3］，清管器长度不大于管径的1.5 倍［4］。试验用清管器参数如表1所示。

表1 试验用清管器Table 1 Pig for commissioning

2.3 试验参数计算

2.3.1 水源井开启数量计算 为了保证清管器运行平稳、安全，同时根据清管器厂家资料及国内外清管器运行速度，确定清管器运行速度控制在0.5 m／s［5－6］。

根据流量计算公式：

式中，Q—流量，m3／h；

u—流速，m／s；

d—海管内径，mm。

经过计算6″注水海底管道通球作业所需最小水流量为31.5m3／h，12″混输海底管道所需最小水流量125.9m3／h。

由于单口水源井最大流量为80m3／h，因此，当对6″注水海底管道进行通球试验时，开1口水源井即可满足试验要求，当进行12″混输海底管道通球试验时，需开2口水源井方能满足试验要求。

2.3.2 压降计算及动力源选择 长输管道的摩阻损失包括两部分：一是通过直管段所产生的摩阻损失，即沿程摩阻；二是通过各种阀门部件所产生的摩阻损失即局部摩阻。海管通球主要考虑的是沿程摩阻损失。

利用列宾宗公式［7］计算沿程摩阻损失：

其中

式中，h—沿程摩阻损失，m；

λ—水力摩阻系数；

L—海管长度，m；

d—海管内径，m；

V—流体在管道内的平均流速，m／s；

g—重力加速度，9.81m／s2；

q—体积流量，m3／s。

（2）式中的变量系数根据海管内介质流态来确定。

根据编制的海管通球计算程序，计算界面见图2。经计算确定6″注水海管的压降为215.84kPa，所需通球动力源最小压力为265.84kPa。12″混输海管通球所需动力源最小压力为356.63kPa。

对于动力源的选择，除考虑压降外还应考虑流量的要求，由于单台注水增压泵的最大流量为80 m3／h，出口压力1 000kPa，6″注水海底管道通球作业所需水流量为31.5m3／h，12″混输海底管道所需水流量125.9m3／h，因此，6″海管通球时开启1台注水增压泵即可达到通球所需的动力要求，12″混输海管通球时需要同时开启2台注水增压泵。

图2 海管通球计算界面Fig.2 Pigging calculation interface for subsea pipeline

3 通球试验路径

由于海上通球作业资源紧缺，条件艰苦，所以为了减少临时设施的使用，最大限度地利用现有平台的设施和工艺流程，最终确定完全利用平台现有的工艺流程完成通球作业。BOP 平台与CEP 平台通过栈桥相连，因此利用CEP平台上的注水系统作为水源供给，首先完成6″注水海管的通球作业，然后利用6″注水海管通球的工艺流程向12″混输海管的清管器发射器端注入海水进行12″混输海管的通球作业，通球试验路径如下。

3.1 6″注水海底管道通球试验路径

开启水源井CEP－WH－1025，地下水经旋流除砂器CEP－HC－4101粗滤后，再经注水细滤器CEP－F－4101A 过滤，进入注水缓冲罐CEP－T－4101，然后经注水增压泵CEP－P－4105A 增压，至清管器发射器BOP－PL－4101后，通过要进行通球试验的6″注水海底管道到达清管器接收器WHPA－PR－4101。试验路径如图3所示。

3.2 12″混输海底管道通球试验路径

开 启 水 源 井CEP－WH－1025 和 水 源 井CEPWH－1026，地下水 经 旋 流 除 砂 器CEP－HC－4101 粗滤后，再 经 注 水 细 滤 器CEP－F－4101A 和CEP－F－4101B过滤，进入注水缓冲罐CEP－T－4101，然后经注水增压泵CEP－P－4105A／B增压，至清管器发射器BOP－PL－4101后，通过已完成通球试验的6″注水海底管 道，经 清 管 器 接 收 器WHPA－PR－4101 到 达WHPA 平台上的清管器发射器WHPA－PL－2001，通过要进行通球试验的12″混输海底管道后，到BOP上的接收终端BOP－PR－2001。试验路径见图4。

图3 6″注水海底管道通球试验路径Fig.3 The test path for 6″water injection subsea pipeline

图4 12″混输海底管道通球试验路径Fig.4 The test path for 12″multiphase subsea pipeline

3.3 清管试验过程

清管试验过程见图5［8］。

图5 海管通球试验过程Fig.5 The pigging test process for subsea pipeline

4 通球效果

2010年4月12 日对6″海管进行通球作业：16点10分BOP平台清管器发射器过球指示器显示通过，21点10分在WHPA 收到清管器，历时5h。

2010年4月13日对12″海管进行通球作业，15点21分水源井打开，20点21分水源井水通过6″注水海底管道到达WHPA 平台上的清管器接收器，开始对12″混输海管进行通球，BOP 平台于4月14日7点48分收球，历时16h27min左右。

整个通球作业实施顺利，清管器未发生卡阻，接收到的清管器无裂缝，没有严重磨损，证明该项目通球取得了较好的效果。

5 注意的问题

（1）为了保障通球试验的安全，对调试过程中可能出现的各类风险进行辨识和分析，并制定相应的应急预案，以保证及时解决故障。在召开调试准备会和风险分析会上，明确各类风险并公布相应的应急预案。在试验进行中，需做到与通球作业无关人员和无关系统的隔离。

（2）需准备相同型号的备用清管器，一旦发生卡阻事故，在采用其它解卡措施失效的情况下，可以再发出一个清管器顶出前一个清管器。

（3）在海上进行海管整体通球时，尽量利用平台上的工艺流程完成通球作业，减少使用或避免使用临时设施。

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