油田水下生产设施管路冲洗测试系统

胡鹏军，郭 伟，贾建超，惠 巍

（1.中国石油化工股份有限公司物资装备部，北京 100728；2.渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280；3.西北（陕西）国际招标有限公司，陕西西安 710075）

0 引言

生产系统设施设备及水下安装平台的长期有效可靠运行，是目前深水油气田开发面临的一项重要挑战，水下安装平台用于支撑生产设施并将生产流体输送到这些设施。而水下生产系统可以提供一种具有成本竞争力的开发方案，可减少乃至完全消除（在个别情况下）对地面生产设施的需求。水下生产系统主要包含水下采油树、脐带缆、水下终端管汇（PLEM）、水下脐带缆终端（SUTU）和水下控制模块（SCM）等。水上的主控制模块主要通过脐带缆和水下终端相连，管路密集并且控制距离很远，这对所有运行设备的可靠性提出了更高的要求，也对设备维护保养维修提出了挑战。

管路冲洗测试系统正是保证水下生产设备安全和无故障的重要设备。管路冲洗是滤除管路测试和施工、安装过程中留存的污染物，提高系统清洁度，使油液清洁度保持在系统关键液压元件的污染耐受度以内，以保证水下设备可靠运行，延长设备使用寿命。管线冲洗测试是最大限度减少甚至消除设备早期故障的必要措施。

1 系统设备组成

管线冲洗测试系统设备包括一台液压动力站（HPU）、两台压力温度记录仪，以及加油泵、软管、转接头、备品配件等附属设施。设备分为低压冲洗回路和高压试压回路。低压冲洗回路用于tubing 管线冲洗、管线试压预冲压、提供液压动力等；高压试压回路则用于水下生产设施管线的试压。主要用于提供Max.35 MPa高压液压油。核心设备为电动液体增压泵，配置有换向阀、压力表、远程调压阀以及手动截止阀。增压泵由15 kW 四极电机驱动，可以将常压聚酯难燃液压油增压至35 MPa；电动液体增压泵为斜轴式柱塞泵，具有压力高、结构紧凑、效率高、工作可靠等特点；管路及连接件均为不锈钢材料，阀件选用国内外知名品牌，安全可靠，连接方便。

低压冲洗回路主要由电动液压泵、换向阀、压力表、过滤器、电动风冷器、安全阀、截止阀、单向阀等液压组件构成。

压力测试单元主要由高压的气驱液泵、压力表、安全阀、过滤阀、截止阀、单向阀等部件构成。

设备配置两台压力温度记录仪，可以实时显示并记录设备管线内油基液压油的温度、压力，便于操作者掌控设备状态及液压油对系统压力的影响。

2 系统配置参数

（1）HPU 压力等级。低压回路设计压力：5000 Psi（34.5 MPa）；高压回路设计压力：22 500 Psi（155.2 MPa）。

（2）HPU 流量范围。低压回路流量：35 L/min；工作介质：油基液压油。

（3）记录仪使用参数。压力等级：0～15 000 Psi（103.4 MPa）；温度范围：-10～60 ℃；实时显示精度：±0.2% F.S；追忆精度：±0.2% F.S。

（4）工作条件。电源供应：380 V，50 Hz，35 kW；环境温度：-20～60 ℃；环境湿度：20%～90%；液压油温度：≤60 ℃。

3 系统实施方案

冲洗测试系统为电-气综合控制设备，由电控系统、液压控制系统和气压驱动系统等组成。冲洗和测试设备具有低压和高压两组液压回路，低压回路用于水下管汇和控制管线的冲洗，使管线达到规定的清洁度要求；高压回路用于水下模块液压控制管线试压，保证设备工作期间的安全。

3.1 管道冲洗单元

设备压力等级为5000 Psi（34.5 MPa），由两路输出组成，通过换向阀实现输入和输出切换，并产生液压脉冲，增强管线的高压清洗效果。留有液压油取样接口，便于观察液压油的清洁度。系统可按客户要求实现多路输出功能。冲压和回油管路都采用二级过滤系统，配备10 μm 和3 μm 的两个过滤器，保证系统液压油清洁。二级过滤器的采用，既延长了过滤器的使用寿命，又保证了系统介质的清洁。液压单元不需拆接管路，可以直接进行管路试压。除了管路冲洗外，还可驱动液压油缸，做临时泵站使用等多功能用途，整机人性化设计，操作方便快捷。

3.2 压力测试单元

压力测试单元主要由高压气驱液泵、压力表、安全阀、过滤阀、截止阀、单向阀等元件构成。采用气驱泵作为压力源，配备安全阀保证系统内部不超压，截止阀控制设备动作。压力表实时显示系统内压力变化情况。

3.3 控制气单元

压力测试单元中高压气驱液泵，需要提供不低于0.7 MPa稳定、清洁和干燥的气源，以保证气驱泵达到预定工作压力，延长气驱单元使用寿命。压缩气体可以来自车间气站或移动式压缩机泵站，但气源供给要满足气驱泵的消耗。该单元包含空气输入截止调速阀、空气过滤器、精密调压阀和压力表。通过输入调节输入空气的压力，转而控制液压泵站的压力输出级别。

3.4 电控单元

电控单元的主要功能是控制电机泵、电动冷却器的启停，同时记录运行时间，判断并指示储液箱低液位，监测并显示储液箱温度，判断系统内部压力变化趋势，记录采集数据等。电动液压泵提供动力，控制电机的正常启动和停机；提供电动冷器的动力，保证风冷器的正常工作，确保液压介质温度不会超过设定温度，使冲洗单元正常工作，并建立足够压力。本单元可实现风冷器与温度传感器的关联和自主控制。

液位开关报警功能，液压油箱液面过高时，不利于泵站吸入，造成系统负荷增大；液面过低时，又容易造成泵站空吸，介质中进入空气，造成系统压力不稳定并产生气穴噪声，不利于液压泵的正常工作；液位开关給予的报警和停泵信号，保证液位在合理的范围。集中控制面板，将主要控制手柄、电源电气开关和声光信号器集成在一起，便于操作，面板含有简便的控制回路图和指示标牌，清晰明了。

3.5 移动车载单元

考虑到设备移运方便，连接使用便捷，设备采用车载框架式结构，底部装有重型负载行走轮。500 L 的顶置不锈钢油箱，满足测试和清洗系统的总容量，油箱带有输出开关阀和不锈钢丝滤网。同时安装油箱排空阀和连通功能的油箱盖，便于液压油更换。整个单元将做成一个清洗和试压橇，框架上设计吊耳，可整体进行吊装作业。

3.6 设备数据采集单元

该设备数据采集由压力温度记录仪完成，压力温度记录仪为无纸记录仪，使用220 V、50 Hz 供电，可自动生成记录数据，并根据需求完成图形打印。记录仪采用7 英寸真彩屏幕显示，预留USB通信端口，便于电脑设备连接及数据传输。此记录仪配置两套压力传感器，两套温度传感器具有断电保护功能，测试数据不丢失。

4 系统装置特点

采用品牌元件，压力可自动设定，采用PLC 及手动操作切换，系统性能稳定。系统配备100 m 供电电缆及电缆绞盘，方便野外矿场使用。控制采用电驱动，简单、可靠，随时启动停止。核心设备为电动泵，具有体积小、重量轻、结构紧凑、实用可靠等特点。集成撬装结构，仪表面板位于设备正面，设计合理，操作方便，外形美观，可灵活拆卸，调试维修方便。

5 现场应用

本系统设计开发充分考虑了现场施工使用工况，2015 年初应中海油服务公司现场施工需求，结合水下生产设施设备的使用运行工况，研发了一套现场应用接口多、操作方便、体积小、现场维修调试方便的撬装管路冲洗测试系统，现场应用以来得到一线操作员工的一致好评，搬迁移运方便，测试精度高。目前设备已应用于中海油服务公司、油田现场、深海作业船、大型施工场地、矿区作业服务等。