电液飞线在水下生产设施中的应用与选型

王靖翔，叶永彪

（深圳海油工程水下技术有限公司，深圳 518067）

电气与自动化

电液飞线在水下生产设施中的应用与选型

王靖翔，叶永彪

（深圳海油工程水下技术有限公司，深圳 518067）

电液飞线（EFL/HFL）是水下生产设施中的重要组成部分，一般用于连接水下分配系统与水下控制系统，起到传递液压动力和电力、通信信号的作用，是关系到生产区块正常运行的重要“生命线”。过去由于国内油气田开发局限于浅海，水下生产系统较简单，未来随着深海油气田开发，尤其是代表未来趋势的水下系统，都会使得水下生产系统越来越复杂，电液飞线的应用前景广阔。通过对常见的水下生产设施中电液飞线布置方式的总结，分析电液飞线的应用现状与选型的考虑因素，并以西非海域某深水大型工程项目为例，分析了电液飞线的布置与选型的技术考虑，对未来我国深水油气田开发中电液飞线的布置与选型提供借鉴。

飞线；电液飞线；水下生产设施；电液分配终端

0 引 言

全球范围内，随着大型深水油气田的不断开发，水下众多的采油/气树以及管汇等水下生产设施的液力、电力、通信信号的输送和分配变得愈发重要，其稳定性直接关系到一个生产区块能否正常运行，电液飞线（EFL/HFL）正是承担这一作用的重要水下通道，是名副其实的水下“生命线”。

1 水下电、液终端

为实现水下生产设施各单元协调有序工作，需要水下控制系统（Subsea Production Control System，SPCS）进行控制，其用于操控水下生产设施的各类阀门，还可用于数据通信和监控温度、压力、液压油渗漏。水下控制模块（Subsea Control Module，SCM）是水下控制系统的核心部件，它通过传感器采集水下信息，发送给平台主控台（Main Control System，MCS），并接收其指令，通过驱动器，实现采油树阀门的开启、关闭操作。典型的水下生产设施［1］布置见图1。

图1　典型水下生产设施布置

由于多个水下控制系统都需要与主控台进行电信号、液压动力等传输，显然需要采用一条汇总的脐带缆在水下向各生产单元分配的方式，这就需要水下分配系统（Subsea Distribution System，SDS）发挥作用。水下分配系统与水下控制系统各控制单元通过电、液飞线连接在一起［2］。

一般来说，水下分配系统的液压动力应满足以下条件：至少需要高压和低压管线各一对，用于为阀门驱动器和地面控制的水下安全阀（Surface Controlled Subsea Safety Valve，SCSSV）输送液压动力。根据油田规模和分享相同脐带缆的钻井中心的数量，可以由两对或者三对液压动力管道来控制不同油田或者钻井中心。并且，为提供冗余功能，可以通过梭阀将两对高低压管道与一个水下控制模块相连。

电力分配要满足以下条件：至少有两个并联电源从供电单元（Electrical Power Unit，EPU）通过系统向水下电子模块（Subsea Electrical Module，SEM）、压力传感器、多项流量计等提供电力［3］。采用交流电进行电力传输，并在水下电子模块中将交流电转换为低压直流电，供一些传感器使用。交流变压器可能需要在靠近采油树/水下控制模块的位置升压，具体情况取决于跨接距离。

通信线路虽然与电力线路同时铺设，但却是脐带缆中的独立电缆，直到四芯线组分开并通过电力终端部件与水下脐带缆终端（Subsea Umbilical Termination Assembly，SUTA）相连。之后，电飞线电缆线路将包含电力和通信四芯线组，以确保冗余性。采用这种方式，可以将电力线路噪声降至最低限度。也可以使用光纤线路进行通信分配，如多相流量计，需要通过光纤线路完成高速信号传输。

2 电液飞线

水下分配系统和水下控制系统各控制单元在水下通常分别以脐带缆单元（Subsea Umbilical Termination Unit，SUTU）和采油/气树形式存在，电、液飞线就是起到连接二者的作用，液飞线是软管形式，电飞线除软管外还有电缆。一般来说HFL及EFL的设计水深都默认为3000m，适用于现在所有深海油气田开发。图2中左右侧对称的两根为SFL/HFL，中间两根为EFL。

图2　采油树上的电缆飞线

图3　典型的液飞线

液飞线（HFL），见图3，作用是从SUTU那里把液压动力输送到各采油/气树上以实现对采油/气树上各阀门的开启和气嘴开度的调节，还包括把甲醇输送到采气树上。液飞线通常前端有一段垂直的刚性段（SFL），顶端是横向的接口，接口上方有吊环/ROV把手。HFL与SUTU完成连接后，液压回路导通，飞线里的液压动力通过HFL进入SCM来实现对采油/气树阀门的控制。实际上是安装在Plate上的公母液压快速接头相互导通，液压动力和甲醇通过这些快速接头进入各功能管线里面。HFL需要获得至少NAS Class 6的洁净度［4］。

电飞线（EFL），见图4，就是从SUTU那里把电力、通信输送到各采油/气树上以实现对采油/气树的控制和监测。EFL由两部分组成，包括两头的电气快速接头和接头直接的电缆。其有4针或12针两种型式。

图4　典型的电飞线

3 电液飞线在西非某项目中的应用

某西非项目，水深1300～1400m，水下生产设施包括了5个采油钻井中心（Production Drill Centre，PDC），8个注水钻井中心（Water Injection Drill Centre，WDC），以及4个分别架设在两个PILT中间的气举管汇。

以PDC-1为例，其有两个采油管汇PM-01A和PM-01B（production manifold），分别连接6个采油树。这2个管汇和12个采油树均有电飞线、液飞线分别与EDM、HDM相连，其中液飞线为单股，电飞线为双股。EDM与HDM之间有12根电飞线相连。HDM有接口连接脐带缆UMB-1。这是从终点到原点的整体布置。

该项目的电液飞线长度最长285m，最短18m。Nerzic R.等对西非海域的涌浪环境特点进行了细致研究，给出了西非涌浪、风浪组合关系，指出由于西非海域在冬季会吸收来自北部以及西北部的北大西洋涌浪，在夏季会吸收来自北太平洋远处的远程涌浪，这些涌浪经过长距离的传播得到充分发展，常态下风浪和涌浪同时存在，对在这一海域工作的水下生产设施有重大影响［5］，基于此，该项目电、液飞线均采用了刚性段SFL。

4 结 语

从选型角度，电液飞线只需满足各控制单元的功率、流量等要求，其实际规格一般应根据当地地理及海况条件，并由设计公司与安装公司沟通，结合实际安装方案选择合适的电液飞线。以保证在最小弯曲半径情况下，达到工程总成本最低。

［1］ ISO 13628-1， Design and Operation of Subsea Production Systems-General Requirements and Recommendations， 2005，International Organization for Standardization： Geneva， Switzerland［S］.

［2］ 张维庆，等. 水下生产控制系统的比较与选择［J］. 中国海洋平台，2014 （3）： 47-48.

［3］ 张 理. 水下生产控制系统设计探讨［J］. 中国造船，2010 （4）： 187-190.

［4］ Tom Kelly. Overview of Subsea Systems Engineering ［J］. FMC， Subsea Tieback Forum， 2007.13-15.

［5］ Nerzic R， Frelin C， Prevosto M. Joint Distributions of Wind/Waves/Current in West Africa and Derivation Multivariate Extreme I-FORM Contours［C］//ISOPE， 2007.27-29.

规范与标准

Application and Selection of EFL/HFL in Subsea Production System

WANG Jing-xiang， YE Yong-biao
（Cooec Subsea Technology Co.， Ltd.， Shenzhen 518067）

EFL/HFL are important components of subsea production system. They are generally used to connect the subsea distribution systems and subsea control systems， to transfer hydraulic power， electric power and communication signals， being the “lifeline” for the normal operation of the production unit. Historically domestic oil and gas field exploration is limited to shallow waters， so the subsea production system is relatively simple. With the future exploration of deep sea oil and gas field， especially the development of subsea system that represents the future trend， the subsea production system will become more are more complex. Therefore， EFL/HFL will have a wide application prospect. Through the summary of EFL/HFL layout in common subsea production systems， this paper analyzes the current application status quo and considerations in type selections. Taking a deep water project in West Africa as an example， the EFL/HFL layout and selection technical considerations are analyzed， which can provide some reference for the EFL/HFL layout and selection of domestic deepwater oil and gas field exploration.

flying leads； EFL/HFL； subsea production system； EDM/HDM

TE54

B

2095-4069 （2016） 01-0056-03

10.14056/j.cnki.naoe.2016.01.011

2015-03-12

王靖翔，男，硕士，助理工程师，1987年生。2011年毕业于哈尔滨工业大学机械电子工程专业，现从事海洋石油安装与维修工程技术工作。