液压插盘在水下生产系统中的应用

胡夏琦，林影炼，魏　立，孙　维

(中海石油深海开发有限公司，广东 珠海 519000)



液压插盘在水下生产系统中的应用

胡夏琦，林影炼，魏立，孙维

(中海石油深海开发有限公司，广东 珠海 519000)

摘要：对于水下生产系统项目，平台上输送的液压和化学药剂通过水下脐带缆、水下脐带缆终端和液压飞缆分配到各水下采油树上，实现对水下采油树的控制。通路的各个连接处通过液压插盘进行连接。选用适合的液压插盘，对进行系统液压计算，实现水下生产系统的稳定控制和投产后的平稳生产至关重要。对中国南海番禺35-2/35-1项目水下生产系统使用的液压插盘选型、分类、用途及使用方法进行了研究，希望为后续的深水气田开发水下生产系统中液压插盘的使用提供学习和借鉴。

关键词：水下生产系统；水下外插盘；化学药剂注入；液压控制；快速接头

番禺35-2/35-1气田位于中国南海北部，气田所在海域水深为190.2～338 m，采用水下生产系统模式进行开发(见图1)[1]。其水下生产系统包括7棵水下采油树及配套电、液飞缆，1整套平台水下控制系统，2套水下脐带缆终端单元，5条脐带缆，1套中心管汇，2套终端管汇，2套在线管汇，3套管道终端，11个跨接管以及2条复合海管。

番禺35-2/35-1气田在井下液压、化学药剂输入要求上，应输入低压液压用于水下采油树上液压阀门的控制，输入高压液压用于井下安全阀的控制，生产通道注入水合物抑制剂甲醇和乙二醇进行水合物防治，井筒注入防垢剂用于防止井筒结垢。在电输送方面需要电缆用于动力和信号的输送。根据这一需求，设计的脐带缆的界面图如图2所示[2]。水下生产系统的液压和化学药剂传输接口处，设计液压插盘进行连接。

1水下生产系统液压插盘选型

1.1番禺35-2/35-1水下生产系统液压插盘基本参数

插盘主要构造包括接头、插盘本体、插盘支持法兰、隔离杆、定位销和安装指示杆等部件。设计依照ISO 13628—6和API 17D执行。番禺35-2/35-1项目液压插盘设计水深为500 m。设计寿命应满足气田20 a设计寿命要求。在环境方面，考虑的环境温度因素见表1，海生物生长见表2。系统设计温度见表3。系统控制液为Castrol Transaqua HT2,注入的化学药剂包括甲醇、乙二醇和防垢剂。

图1　番禺35-2/35-1项目开发示意图

图2　番禺35-2/35-1水下脐带缆截面图

位置空气温度/℃最高温度最低温度泥面海水温度/℃最高温度最低温度番禺35-13615.919.515番禺35-23615.911.69.5

表2　番禺35-2/35-1海生物生长

表3　系统设计温度

1.2番禺35-2/35-1水下生产系统液压插盘选型

番禺35-2/35-1气田的脐带缆内设计有用于液压动力和化学药剂注入的11条液压管，液压管为双向不锈钢材质，包括2条高压控制管线、2条低压控制管线、1条液压控制回流管线、2条乙二醇注入管线、1条甲醇注入管线、1条防垢剂注入管线、1条化学药剂注入备用管和1条放空管线。在管汇和采油树上单独设计压力补偿管。各管线的设计参数见表4(1 MPa=145 psi)。

表4　脐带缆液压管设计压力

液压插盘上的快速接头设计应满足水下带压插拔的基本要求，带压插拔的最大压力为液压管的工作压力。根据规范要求，可选择自密封式快速接头、非自密封快速接头和可泄压自密封式快速接头。对水下采油树井下安全阀控制管线和采油树主阀、翼阀、环空阀控制管线的接头，API 17D中7.20.2.9要求应选择解锁时不憋压和最小海水侵蚀的设计。排空管线的设计为了防止碎屑和海水侵蚀，一般推荐选择自密封式快速接头。对卧式水下采油树井下安全阀控制管线，API 17D中9.2.9要求为自密封快速接头形式。根据上述要求，番禺35-2/35-1项目对各管线的接头选型见表5。不同类型的接头对应不同的Cv值，在水下生产系统液压计算中应按选择接头的对应Cv值进行液压计算。

表5　管线插头选型

2水下生产系统液压插盘分类和使用方法

2.1番禺35-2/35-1水下生产系统液压插盘分类

水下生产系统的液压插盘按所处位置可以分成内插盘和外插盘等2种。

内插盘预制在水下结构物上，这类插盘上的接头形式为公接头。其按功能可以分为：1)功能性内插盘，安装在水下结构物上，给液压和化学药剂提供通路接口；2)停泊盘，安装在水下结构物上，用于在外部插盘插拔时安放外部插盘，保护外部插盘的内件；3)测试插盘，用于与水下结构物连接，进行水下结构物的压力测试、功能测试和冲洗等作业。

外部插盘主要用于与水下结构物内插盘的对接。这类插盘上的接头形式为母接头。外部插盘可以使用工作级ROV安装到内插盘上。其按功能可以分为：1)功能性外插盘，主要位于液压飞缆，脐带缆终端接头上；2)保护插盘，主要用于临时、永久的进行水下结构物上的内插盘保护，预防内部插盘上生长海生物；3)测试插盘，主要用于与水下结构物连接进行水下结构物的压力测试、功能测试和冲洗等作业；4)桥接插盘，主要用于IWOCS和采油树连接，并进行相关测试和阀门功能控制。

番禺35-2/35-1项目中使用到的液压插盘见表6。

2.2番禺35-2/35-1水下生产系统液压插盘的使用方法

在安装液压插盘前，应先检查内、外插盘的外观，并确保其没有任何损坏。在进行对准时，内、外插盘允许一定的安装定位偏差，具体见表7。虽然液压插盘的设计支持带压作业，但是为了降低作业风险，应尽量在系统未充压情况下进行插盘操作。

安装液压插盘分为安装和锁定等2个步骤。安装插盘前应对ROV的转矩值进行校验，水下可见度应满足ROV摄像头观测要求。

在安装过程中，ROV摄像头应观测外插盘，转动外插盘确保导向销钉朝上，外插盘上的锁定装置显示为“未锁定”状态。ROV通过外插盘上的支架提起外插盘，将外插盘的防撞垫对准水下结构物上内插盘的导向环，直到外插盘上的接口插入内插盘上的导向销。此后，通过ROV将外插盘向内推进，完全锁定后，外插盘上的指示器会露出第1道黄线，显示内、外插盘安装成功。

接下来，工作ROV用ROV 4级扭力工具插入外插盘ROV接口，以100 N·m的转矩逆时针旋转，使扭力工具与外插盘内的中心驱动杆相连。顺时针转动中心驱动杆，如果看到外插盘上的黑色指示臂也同时顺时针转动，则说明连接到位。继续顺时针转动约7圈，可以看到黑色指示臂移动到指定位置，外插盘上的指示器开始露出第2道黄线。增加转矩至450 N·m,继续顺时针旋转约9.5圈，外插盘的位置显示屏会显示锁定，外插盘上的指示器也会完全露出第2道黄线，此时证明内、外插盘已完全锁定。

在回收外插盘时，工作ROV用ROV 4级扭力工具插入外插盘ROV接口，以100 N·m的转矩逆时针旋转，使扭力工具与外插盘内的中心驱动杆相连。增加转矩至450 N·m，继续逆时针旋转来回收外插盘。如果不能取出，则以100 N·m为单位慢慢增加转矩(最大转矩应≤1 100 N·m)，直至取出外插盘。一旦解锁，可观测到外插盘内的中心驱动杆随着扭力工具旋转，此时降低转矩到250 N·m，继续转动9.5圈。转矩进一步下调到100 N·m，转到0.2～0.3圈。外插盘上的黑色指示臂旋转到解锁位置，外插盘上的指示器的黄线由2道变为1道，此时证明内、外插盘完全解锁。

表6　番禺35-2/35-1项目液压插盘

表7　番禺35-2/35-1项目液压插盘允许定位偏差

3结语

水下生产系统是深水开发的重要手段。随着海洋石油开发步伐的加快，中国已有多个水下生产系统在建和投产。要实现海洋石油的自主开发和发展，就需要对水下生产系统的各水下设施进行深入研究。目前，国内对水下设施分布和整体设计的研究较多，但对水下系统各关键部件的研究较少。水下生产系统液压插盘的设计、建造和供货主要还是由国外承包商垄断。尽快启动液压插盘的相关研究，不但具有较大的工程应用价值，也可以带动国内相关产业的发展，具有明显的社会和经济效益。

参考文献

[1] Cui W C. A state-of-the-art review on fatigue life prediction methods for metal structures[J]. Journal of Marine Science and Technology, 2002,7(1):156-159.

[2] Scanlan R J, Boothman R M, Clarida D R. Corrosion monitoring experience in the refinery industry using the FSM technique[C]//NACE International: CORROSION, 2003.Norway:Det Norske Veritas,2003.

责任编辑郑练

Application of Hydraulic Stabplate in Subsea Production System

HU Xiaqi, LIN Yinglian, WEI Li, SUN Wei

(CNOOC Deepwater Development Co., Ltd.， Zhuhai 519000, China)

Abstract：The general subsea production system is designed to realize subsea chemical injection and hydraulic control by injection chemical and hydraulic fluid from topside through subsea umbilical, subsea umbilical termination unit, and subsea hydraulic flying leading to each subsea tree. The chemical injection and hydraulic control tubing between subsea umbilical, subsea umbilical termination unit, subsea hydraulic flying lead and subsea tree are connected by subsea stabplate. Selecting correct stabplate will be essential to achieve target subsea tree function and important for long term stable production. This paper studies the subsea stabplate selection, configuration, application and mating/demating operation guidelines for a chosen South China Sea subsea Panyu 35-2/35-1 project. We hope it can provide reference for subsea stabplate design of future deepwater development projects.

Key words:subsea production system, subsea outboard stabplate, chemical injection, hydraulic control, quick coupling

收稿日期：2015-10-09

作者简介：胡夏琦(1983-)，女，工程师，主要从事南海深水天然气开发项目组水下开发部水下设备等方面的研究。

中图分类号：TH 137.9

文献标志码:B