深水原油生产跨接管回收维修技术及应用

原庆东，冒家友，冯丽梅

中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518067

深水原油生产跨接管回收维修技术及应用

原庆东，冒家友，冯丽梅

中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518067

流花11-1油田是国内海域第一个深水采油树生产油田。运行中检查发现B-1跨接管（D 305 mm）阀门内漏和BT-1跨接管（D 102 mm）阀门卡死，为此开展了对这两个跨接管的回收和维修方法研究。文章介绍了研制并首次使用跨接管拆除回收专用工具、跨接管专用维修夹具进行跨接管的回收维修作业，内容包括深水跨接管及连接器工作原理、跨接管拆除回收设备工作原理、跨接管拆除回收及其在平台上维修等。

深水采油；跨接管；连接器；回收维修；拆除回收设备；跨接管维修夹具

0 引言

中海油流花11-1油田距离香港东南部230 km，油田作业水深大约310 m，于1996年投产。

流花11-1油田是国内海域第一个水下采油树生产油田，见图1，共有25口水下油井，布局为水下中心管汇加分支管汇方式，水下25口井分别以A/B/C/D 4个分支按H型分布在两侧，其中C系列有7口井，其他系列分别有6口井。水下管汇分布示意见图1。

图1 流花11-1油田水下生产系统示意

随着流花油田的生产运行，水下生产设施需要进行一定的维护和保养。检查发现B分支管汇B-1生产跨接管（304.8 mm，12 in）有内漏现象，以及BT-1测试跨接管（101.6 mm，4 in）上的阀门存在卡死无法操作问题，见图2。这两个阀门不能正常工作影响了水下系统的隔离操作和油田的正常生产。为消除生产隐患，决定对上述两个跨接管及阀门进行维修并开展回收维修研究工作。

图2 水下生产跨接管出现泄漏和卡死的位置

1 深水跨接管及连接器工作原理

深水跨接管用于水下生产系统如采油树、管汇、海管终端等设备之间的连接，它主要由主管、两端的连接器及锁紧/解锁执行机构、阀门及ROV作业接口盘等组成，见图3。根据使用工况不同，有些跨接管比较简单，跨接管上没有阀门及ROV作业接口部分，两端的连接器上采用液压连接锁紧，解锁时也会比较简单。

图3 水下原油生产跨接管总成

水深超过300 m的海底生产系统，无法采用潜水作业，常规的法兰连接不再适用，因此出现了多种形式的跨接管连接方式。跨接管按所用材料可分为硬质钢管和软管，按连接布置形式可分为水平连接和立式连接，按连接方式可分为机械式连接和液压远程控制连接，根据连接器的形式可分为卡箍式（clamp）、筒夹式（collet）和扇形块+簧片式（segment+spring disc）等。具体连接方式可根据不同的应用要求进行选择。

流花11-1油田水下采油树之间及采油树与中心管汇之间采用了硬质钢管立式连接方式，其连接器是FMC torus III系列产品机械扇形块簧片式连接器。机械式连接器没有液压锁紧/解锁装置，需要采用专用工具（JSCT）实现连接器在水下平稳对接/锁紧/解锁/提升等功能。

跨接管连接器安装在跨接管的两端，用于与其他水下结构物（如管汇或采油树）的管口（HUB）连接。图3中两侧棕红色部分为连接器本体，上部浅黄色部分为连接器锁紧/解锁执行机构，它主要分两部分：一部分是与连接器活塞连接的拉杆及护管，另一部分是与锁紧/解锁专用工具连接的管状结构。

连接器工作原理如图4所示，左半图：楔形活塞体（primary piston body）处于较上位置，由于锁止环（locking segments）内部由弹簧片相连，锁止环在弹簧恢复变形力作用下处于涨开状态，远离管接头外表面，接头处于解锁状态；右半图：楔形活塞体处于较下位置时，在活塞体的挤压作用下，锁止环压缩弹簧片收缩紧贴管接头外表面，接头处于锁紧状态。

图4 跨接管连接器工作原理示意

2 跨接管拆除与回收

经过研究认为，流花11-1油田水下跨接管维修应首先将跨接管从现有生产系统中拆下来，而后回收到平台甲板上进行阀门更换或维修，为此专门研究设计了一套专用设备进行跨接管的拆除和回收，见图5。

图5 跨接管拆除回收设备总成

2.1 跨接管拆除回收设备工作原理

从图5可知，跨接管拆除回收安装设备的主体结构是：通过采用一个主结构支架，把两个跨接管连接器解锁/脱离工具与一套水下控制模块系统组合在一起。这套设备借助一根脐带缆与平台控制室相连接，当进行水下操作时由专业操作员进行远程控制、操作。

跨接管专用拆除回收设备长约7 m，可以用于长度6 m以内的跨接管，对于不同长度的跨接管，专用工具可在一定范围内组合变化。2个跨接管连接器解锁/脱离工具分别置于跨接管两端连接器的上方，用于连接跨接管连接器锁紧/解锁执行机构，并执行连接器的解锁作业。水下控制模块则位于专用工具的上部，可控制连接器解锁/脱离工具的操作。水下控制模块通过一水下脐带缆与平台操作员控制盘相连接。平台操作员可借助水下ROV的实时监视摄像，通过遥控对跨接管专用拆除回收设备进行远程操作。

使用跨接管专用拆除回收设备时，首先要采用一专用绞车，将整个跨接管专用拆除回收设备在平台甲板上提起，然后通过平台一专用月池下放到海底。跨接管专用拆除回收设备下部有软着地工具，可以使它在下放到水下结构上时平稳着陆；下放前要根据跨接管的实际长度调整2个跨接管连接器解锁/脱离工具的距离，以保证能置于水下跨接管的上方，并成功对接跨接管上的锁紧/解锁机构，实现跨接管的解锁和与其他水下结构物的脱离。跨接管脱离后，与跨接管专用拆除回收设备一起回收到平台甲板进行维修。

跨接管专用拆除回收设备的操作和使用比较复杂，操作人员必须有相关ROV水下操作经验并经过专门培训，工具维修的备件要充分，并考虑至少半年的采购期。

2.2 跨接管拆除回收

跨接管拆除回收基本顺序：

（1）准备跨接管专用拆除回收设备，针对所要进行拆除回收的跨接管进行适当调整；要对跨接管拆除回收设备的功能进行测试，还需对提升下放绞车的负载进行测试。

（2）在平台甲板通过月池下放跨接管专用拆除回收设备，见图6。

图6 跨接管专用拆除回收设备通过MIR月池下放

（3）通过水下跨接管导向杆，将跨接管专用拆除回收设备就位在跨接管上方。

（4）平台上操作员操作控制盘使2个跨接管连接器解锁/锁止工具分别与跨接管两端的连接器解锁/锁紧执行机构相连。

（5）解锁跨接管连接器，并使之脱离水下结构体管口，完成跨接管拆除工作。

（6）提升跨接管专用拆除回收设备和跨接管，回收跨接管到平台甲板上。

跨接管的水下拆除和回收对油田生产的影响巨大，作业复杂，技术难度大，因此应根据油田实际情况，慎重做出正确的选择。

跨接管拆除前，首先应对该跨接管的使用现状进行调查，这种调查一般都是由水下ROV来完成的。图7是B-1跨接管的采油树端连接部分，跨接管上有部分海生物，跨接管上的阀门执行机构朝向下方，管端连接器基本完好；连接器右侧的导向杆没有安装，需要找到导向杆并预先安装；另外跨接管上方还有水下液压控制器的液压线缆需要从跨接管上移开。

图7 水下生产跨接管及采油树

跨接管拆除前，需要采取隔离措施，保证跨接管内没有生产液流，以避免在跨接管拆除时造成原油外漏污染环境。流花11-1油田B-1和BT-1跨接管在拆除前都使用高含水井进行了预清洗。

跨接管拆除后，应立即检查与跨接管连接器相连的水下结构（采油树或水下管汇）管口密封面是否完好并进行必要的清洁工作；留在管口的密封圈要用ROV回收上来并进行检查（见图8）；两端的管口要在检查完毕后立即用预先准备好的保护盖盖好，防止管口密封面受到任何损害。

图8 BT-1跨接管回收到平台

3 跨接管维修

跨接管维修的难点在于维修后能够准确回装，跨接管两端的管口位置已经确定，不能有任何改变，另外跨接管维修时，还要保证连接器的管口密封面完好无损。为达到上述目的，研究使用了一套跨接管维修夹具，如图9所示。

跨接管维修夹具主要由两个液控模拟管口（图9中黑色部分）组成，用于分别与跨接管两端的连接器相连，顶端的模拟管口尺寸大小与流花11-1油田的304.8 mm跨接管口完全一致，管口的上下移动、水平度和倾斜方向可以根据所回收的跨接管进行相应调整。与之配套的黄色部分结构用于固定模拟管口，为跨接管专用拆除回收设备就位时进行导向并承接跨接管专用拆除回收设备的重量。

图9 跨接管维修夹具（一边）

跨接管专用拆除回收设备及拆除的跨接管一起回收到平台后，首先要对跨接管进行外观检查，检查跨接管表面是否附有海生物及外腐蚀情况。经过检查，上述拆除的跨接管附有部分海生物如海蛎子等，但由于跨接管处于深水，海生物生长并不多；跨接管表层油漆部分已鼓泡，整体状况一般；连接器下部密封面检查处于良好状态。

跨接管通过外观检查后，跨接管连同跨接管专用拆除回收设备被放置在已预先设置好的跨接管维修夹具上。

通过调整维修夹具上的模拟管口，连接跨接管连接器与模拟管口，锁紧后，跨接管专用拆除回收设备即可以脱离跨接管，并放置在平台甲板备用。此时跨接管可以开始进行相应检查和维修了。

在检查B-1跨接管的过程中，发现隔离阀泄漏发生在阀门密封面上。为减少维修工作量，曾按照厂家的建议尝试采用注入特殊硅胶的方式，试图修复阀门密封面，但是未能成功，阀门仍出现内漏现象。为彻底解决阀门内漏问题，研究采用了切下整个阀门，换用新的备用阀门的方法，见图10。

在检查BT-1跨接管过程中，发现其中主隔离阀卡死，无法开启。经过认真分析原因，认为卡死的原因可能是ROV操作不当，因此按照常规方法，采用了加大操作扭矩的办法，解决了主隔离阀卡死的问题，随后的压力密封试验也都显示阀门隔离良好，操作自如，没有任何问题。

图10 B-1跨接管阀门更换

在回收维修跨接管的过程中，还研究了对跨接管的腐蚀状况进行检查评估的方法，见图11。检查方法主要是将整个跨接管划分为50 mm×50 mm的方格，然后在每一方格内检查管壁厚度。使用超声波检测仪进行检查，检查结果显示整个跨接管腐蚀防护状况良好，并没有发现很大的腐蚀坑，为整个水下生产系统的评估提供了参考依据。

图11 腐蚀评估检查

为保证跨接管的良好状况，对跨接管外表面重新进行了清洁和刷漆处理，油漆采用了对海水腐蚀具有良好防护性能的佐敦环氧漆Jotamastic 87。

跨接管维修完成后，在跨接管回装前，还要进行最后的压力测试，以检查隔离阀的功能和密封性能，测试压力为设计压力（15.5 MPa）的1.5倍，即23.3 MPa。跨接管连接器在重新下放安装前，要对整个跨接管进行细致的检查，阀门处于开启状态，连接器密封钢圈预装到位。

4 跨接管回装和系统压力测试

跨接管的回装过程与拆除及回收的过程相反，跨接管随跨接管专用拆除回收设备一起下放，通过导向绳和导向柱下放到预定位置，并用跨接管专用拆除回收设备上的软着地工具，使之平稳落到跨接管两端的结构上。

跨接管回装后，需要对跨接管连接器的密封进行测试，测试时由连接器外部向密封圈处打入3.45 MPa的压力，并保持30 min，压力未降低即认为密封可靠。测试结束后，将跨接管专用拆除回收设备按程序回收到平台甲板。

跨接管回装完成后，还要采用压力测试方法对系统泄漏情况进行检查，为防止水下生产系统其他部分管段因腐蚀而产生可能的泄漏，测试压力确定为实际操作压力5.0 MPa的1.1倍，即5.5 MPa。B-1跨接管和BT-1跨接管系统压力测试都是一次性测试合格。

采用压力测试进行泄漏检查合格后，跨接管即可投入生产运行。

5 结束语

流花11-1油田跨接管的回收、维修和回装工作是国内首次成功对水下深水跨接管进行的完整维修工作。工作中使用了跨接管拆除回收专用设备和跨接管专用夹具，克服了人员经验少、技术难度大、维修工具复杂等困难，使流花油田水下跨接管得到了良好的维修和保养。

本文所述跨接管的回收维修技术应用于刚性短跨接管，长跨接管的柔性较好，不需要这种专用工具设备。

跨接管回收安装作业需要ROV的配合和支持，ROV操作员的经验和能力非常重要。

此次回收维修工作因回收安装工具长期不用，备件缺失，仅恢复功能就用了几个月的时间，因此应重视回收安装工具的维护保养，备件要充足。

对所要回收维修的跨接管应有充分了解并进行相应的回收维修准备，如备件、清障等。备用阀门要进行功能测试后才能使用，跨接管上脐带缆的移开作业应进行风险分析。

随着国内油气田开发向深水的拓展，水下生产管汇将会越来越多，管汇跨接管的回收和维修也将会日渐增多，流花11-1油田跨接管的回收维修研究成果，可为其他油田的跨接管维修提供一定的借鉴。

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[2]王立洋.深水和边际油气开发中的水下生产系统[A].中国石油学会石油工程专业委员会海洋工程工作部编.海洋石油工程技术论文（第4集）[C].北京：中国石化出版社，2012.903-906.

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[4]刘雪宜，秦勇，孙雪梅.单点系泊系统快速修复技术[J].石油工程建设，2014，40（4）：19-23.

Retrieval and Repair Techniques of Jumper Used for Deepwater Oil Production and Their Application

Yuan Qingdong，Mao Jiayou，Feng Limei
CNOOC Shenzhen Company，Shenzhen 518067，China

Liuhua 11-1 Oilfield is the first deepwater oilfield applying Christmas trees in China.It was found through inspection that B-1 jumper（D 305 mm）valve leaked and BT-1 jumper valve（D 102 mm）got stuck.Therefore the research on retrieval and repair methods for the two jumpers were conducted.This paper introduces the research and the first application of special tool and clamper for jumper dismantlement and repair，such as the working principle of deepwater jumper and connector，the working principle of jumper dismantlement and retrieval devices，the operations of the jumper dismantlement and retrievalas wellas the jumper repair on the platform.

deepwater oil production；jumper；connector；retrieval and repair；machine of dismantlement and repair；clamper for jumper repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.005

原庆东（1963-），男，河北南宫人，高级工程师，1983年毕业于华东石油学院，现从事海洋油气田油气项目开发工作。

2014-01-16；

2014-09-10