海洋油气开发新技术验证及应用

王凌寒，胡 鹏，车 强，简志勇

(1.中石化石油机械股份有限公司研究院，湖北 武汉 430223；2.中石化石油机械装备重点实验室，湖北 武汉 430223)

海洋油气开发新技术验证及应用

王凌寒1,2，胡 鹏1,2，车 强1,2，简志勇1,2

(1.中石化石油机械股份有限公司研究院，湖北 武汉 430223；2.中石化石油机械装备重点实验室，湖北 武汉 430223)

海洋油气开发属于高风险领域，尤其是水下、井下系统的可靠性及技术风险管理已受到行业高度重视。技术验证(TQ)作为一种系统的技术评价规范，可作为海洋油气新技术/新装备开发(尤其是水下领域)中风险评估和过程控制的系统方法。通过对国外海洋油气技术开发领域技术验证的应用范围及应用现状进行阐述和分析，并对比国内深水装备研发现状，总结得出技术验证在新技术/新装备开发过程中的应用方法, 提出我国在研制深水油气新技术/新装备时应建立技术验证程序的建议。

海洋油气；深水装备；技术验证(TQ)

0 引 言

随着海洋油气行业向深水/超深水域的不断发展，作业环境发生了很大的变化，相应地出现一些新技术和新装备。在深水/超深水油气资源的开采过程中，因新技术/新装备可靠性引起的各种风险，如果不能进行足够的管理，将会导致事故，甚至是难于控制的灾难。因此，深水开采装备的可靠性是对安全生产、可用性和维修性的关键控制因素之一。为此，挪威船级社(DNV)吸收借鉴跨国石油公司在过去几十年内深水生产技术的可靠性和技术风险管理的经验，提出了一种系统的技术评价方法——技术验证(TQ)[1]。技术验证是一种风险评估和过程控制的系统方法，通过对风险和可靠性进行评估分析，结合试验和验证程序，确定新技术/新装备中存在的风险和不确定性，并可成功规避或减弱这些风险和不确定性，从而提高新技术/新装备的可靠性[2]。

本文分析总结国外海洋油气开发技术验证的应用范围和应用现状，为我国研制深水油气新技术/新装备时应用技术验证提供参考。

1 技术验证程序

挪威船级社推出技术验证规范DNV-RP-A203，提出采用技术验证程序(TQP)来管理验证的过程。TQP分为六个步骤：验证基础、技术评估、风险评估、制订验证计划、执行计划、性能评估。

(1) 验证基础：此步骤描述新技术/新装备，定义预期的应用环境、性能要求及接受的标准等，用来评估其他阶段的验证活动和决策。

(2) 技术评估：根据创新程度对新技术进行分析并分类，确定哪些创新元素需要技术验证，确定它们的关键挑战性和不确定性。

(3) 风险评估：识别技术评估步骤中相关的失效模式及潜在的失效机理，并评估风险。

(4) 制订验证计划：制订验证事项计划，验证事项提供的证据应与第一步骤中提出的要求相符合。

(5) 执行验证计划：执行验证事项，通过经验、数据分析和测试等方法收集数据，为每种失效模式确定工作安全系数。

(6) 性能评估：根据第一步骤提出的条件和要求对验证证据进行评估。根据已得证据和第一步骤要求之间的满足程度，评估风险和不确定性是否减少到可接受的程度，来确定新技术/新装备在此阶段能否通过验证。

技术验证程序TQP基本工作流程如图1所示。

图1 技术验证程序基本工作流程Fig.1 Basic working process of technology qualification program

2 技术验证在海洋油气领域的应用

2.1 应用范围

技术验证作为海洋油气开发行业(尤其是水下领域)的风险评估和过程控制的系统方法，主要应用范围如下。

(1) 验证新技术/新装备。海洋油气开发新技术/新装备现场试验风险大、可靠性要求高，因此各阶段实施技术验证TQ，可有效保证技术功能可靠性，提高工业应用率。适用对象包括首创的新技术/新装备、技术/装备的创新集成等。

目前已应用技术验证TQ的新技术/装备包括：深水浮式采油系统在恶劣环境中的应用；海洋液化天然气(LNG)低温管线技术及储存技术；水下混输技术；海底管线，如节流压井管线、水下衬管及大尺寸UOE钢管；水下安装技术；水下回接技术；水下除砂/完井技术；水下分离、增压、回注技术；水下装备，如水下脐带缆、水下井口工具、水下阀门、水下管汇、水下压缩/分离/增压装备、井下安全阀等[3-8]。

(2) 应用于海底装备完整性管理和废弃管理[9]。运营商针对海底装备的生命周期完整性管理和废弃管理过程(OMP)，结合技术验证，可有效降低装备运行过程风险，并保证装备风险处于最低合理可行状态(ALARP)，延长装备生命周期，降低维护和更换成本。

(3) 作为海洋油气企业战略技术的筛选工具[10]。技术验证提供一个基于风险控制的工程决策平台，有利于完善企业研发决策机制，避免主观盲动，为企业的发展规划提供一定的基础保障。

2.2 国外油企的应用现状

海洋油气开发属于高风险领域，尤其是海底和井下系统的可靠性及技术风险管理已被行业高度重视。从技术可行性研究到投产实施的各个阶段，都需进行可靠性和风险评估，做出积极对策，将项目实施的风险降至最低。这一做法已经得到了国际深水油气开发商及工程承包商的一致认可。

挪威船级社推出技术验证规范DNV-RP-A203，并已验证多项新技术，应用于不同领域。针对深水/超深水油气新技术/新装备的技术验证，此规范作为一种确保可靠性的资质和管理方法，已被国内外多家大型海洋油企采用。

挪威国家石油公司Statoil基于DNV-RP-A203和美国石油学会(API)相关标准制定了企业文件WR 1622，为自身研发新技术提供验证指导，同时为其技术供应商提供验证[11]。主要应用案例有：深水浮式采油系统在恶劣环境下的应用，重油流量控制装置，水下节流压井管线等。

雪佛龙石油公司Chevron于2005年开始采用DNV-RP-A203规范，并根据自身需求制成企业文件，已验证多项新技术。技术验证已成为Chevron公司用来筛选战略技术的工具，并提高了新技术的工程应用率[12]。典型应用案例有： Tahiti油田水下项目中采油树、管汇、控制系统、井控系统、井下电潜泵、水下多相流泵、连接器、LNG低温管线等的安装与运行。

水下装备供应商Aker Solutions公司于2006年基于DNV-RP-A203为其水下部门制定了技术验证文件，并沿用至今。

水下装备供应商FMC公司已开发了具有行业引领能力的技术验证体系，其研发部门和工程团队有丰富的、执行有效的技术验证经验，典型的应用案例有Tordis、Pazflor、Marlim等油田的水下分离、增压、回注等装备研发和安装的技术验证[13]。

2.3 国内油企的应用现状

目前国内油企及科研院所积极研发深水油气新技术/新装备，尤其是水下技术/装备，如水下井口工具、连接器、管汇、控制系统等，但鲜有投入工程应用的案例，主要由于行业在研发过程中：①未能系统地识别新技术的失效模式和失效机理；②未能通过 “反复试验、不断摸索”进行设计和验证；③在态度上把技术验证作为“权宜之计”，未加重视；④产品测试多是功能测试，而非验证测试；⑤缺少集成新技术验证到工程应用的系统方法(考虑到成本，计划安排、风险、可靠性等)。研发制造模式大多如图2所示。

图2 国内的水下新技术/新装备研发流程Fig.2 Research and development process of subsea equipment in China

最终的结果是：①新技术/新装备性能可能达不到设计要求，可靠性得不到保障，运营商使用信心不足;②研发制造时间和成本费用可能超出预期，不能较好控制；③针对水下装备，由于海试存在较大困难，首台(套)水下油气装备很难投入工程应用。

3 技术验证在技术研发过程中的应用

从选择战略技术到部署实施的每一个发展阶段，技术验证程序循环迭代，直至合格，再进入下一阶段，直至所有阶段均完成技术验证，方能部署实施。图3为新技术/新装备TQP集成到研发过程的示意图。

通常新技术/新装备的技术验证过程需要供应商、运营商、承包商、第三方认证等各方共同参与完成。

图3 技术验证程序TQP集成到技术研发过程中示意图Fig.3 Sketch map of integrating technology qualification program and technology development

4 结 语

通过分析国外油企在新技术/新装备开发阶段应用技术验证来减少和规避风险，建议国内相关企业和科研院所在研发深水油气开采新技术/新装备时，建立严格的技术验证程序，这对于我国深水油气开发有重要意义。

技术验证作为深水油气行业风险评估和过程控制的系统方法，是技术开发商和运营商管理风险和有效工作的一种工具。技术验证是新技术/新装备部署的第一步，针对深水技术研发的高可靠性要求，发展企业自身的技术验证方法很有必要。

如何将技术验证成功应用在深水油气开采新技术/新装备项目的各阶段，通过分析国外海洋油气装备技术供应商及运营商的应用过程，建议如下。

(1) 技术验证方法的建立：需要DNV培训人员及油气企业研发部门和工程团队密切合作，涉及多专业技术人员和专家团队等。

(2) 油气开发企业可根据自身情况，基于DNV-RP-A203及API相关规范中风险控制规范建立适合企业自身发展的企业标准，成立专门的技术验证团队，同时对技术人员开展培训。验证过程不可一蹴而就，应严格按照技术验证流程执行。

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ApplicationofNewTechnologyQualificationinOffshoreOilandGasExplorationField

WANG Ling-han1,2，HU Peng1,2，CHE Qiang1,2，JIAN Zhi-yong1,2

(1.ResearchInstituteofPetroleumMachineryCompany,SINOPEC,Wuhan,Hubei430223,China;2.KeyLaboratoryofPetroleumMachinery,SINOPEC,Wuhan,Hubei430223,China)

Offshore oil and gas development is of high risk, especially the subsea and downhole system. The reliability and risk management of technology for subsea and downhole system have been highly valued by the industry. Technology qualification (TQ), as a system of technical evaluation standards, can be used for the risk assessment and process control system of offshore oil and gas development of new technology/new equipment (especially in subsea field). Through describing and analyzing the present application scope and situation of technology qualification in foreign offshore oil and gas technology development field, and comparing those with the current status of research and development of subsea equipment in China, we summarize the application method of technology qualification in the development process, and put forward the advice that research institute in China should apply technology qualification in the development of new technology/new equipment in offshore oil and gas development.

offshore oil and gas; deepwater equipment; technology qualification

2016-10-20

湖北省科技支撑计划项目“面向深海油气开发的水下闸阀设计及工程化研制”(2014BAA022)

王凌寒(1982—)，女，工程师，主要从事水下生产系统方面的研究。

TE58

A

2095-7297(2016)06-0367-04