陳翔　洪鐘鳴

摘? ? 要：水下管匯是一種典型的海上油氣開發(fā)重要設備，是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的關鍵組成部分。本文以南海某項目深水管匯建造為載體，介紹管匯的結構組成、功能原理和工廠建造質(zhì)量控制及測試要點，對水下管匯的建造、安裝、維護、測試等方面技術提供參考。

關鍵詞：水下管匯;測試流程;測試內(nèi)容

中圖分類號：TE952? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Construction and Test of Subsea Manifold

CHEN Xiang，? HONG Zhongming

（ China Classification Society Industrial Corp. Zhanjiang Branch， Zhanjiang 524005 ）

Abstract： Subsea manifold is an important equipment for typical offshore oil and gas development， and a key component of subsea production system. Taking the construction of a deep-water manifold of a project in South China Sea as an example， this paper introduces the structural composition， functional principle， quality control of construction and test points of the manifold， and provides reference for the construction， installation， maintenance and test of subsea manifold.

Key words： Subsea manifold; Test process; Test content

1? ? 前言

隨著陸地油氣資源開發(fā)力度的不斷加大及儲藏量的逐漸減少，海洋油氣資源的勘探開采需求加劇，特別是近些年來海上油氣勘探開發(fā)向深水化的方向發(fā)展步伐明顯加快。

在深水油氣田開采方面，傳統(tǒng)的固定平臺或浮式生產(chǎn)設施的開發(fā)方式存在著平臺負荷重、建造成本高、應用局限性大等問題，而采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)配合依托設施的開發(fā)工程模式（如：SEMI+水下設施+外輸管線），可以避免建造昂貴的海上采油平臺，顯著降低開發(fā)成本和后期的運營成本，縮短建造周期，且受自然災害影響較小，可用于井位相對分散的場合。特別是隨著ROV技術的飛速發(fā)展，水下生產(chǎn)系統(tǒng)在深水、超深水海域的技術和經(jīng)濟性優(yōu)勢更為明顯，已在國內(nèi)外海洋領域的油氣田開發(fā)工程項目中得到廣泛的應用和良好的實踐，是深水油氣田開發(fā)的主要形式之一。水下管匯作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，能長期服役于惡劣的工況，適用性強，附加值高，應用場合廣泛。

2? ? 水下管匯的功能和結構型式

水下管匯是在海底井群間分別通過跨接管連接，將單個井口產(chǎn)出的油氣集中起來，通過一條或多條海底管道回接到依托的設施，實現(xiàn)分配水下油氣田所需的化學藥劑、對不同井口進行注水、注氣、進行水下控制系統(tǒng)液壓分配及信號傳輸?shù)裙ぷ鳎斔陀蜌獾揭劳械脑O施（如：SEMI、FPSO等）的重要水下設備。其主要功能為：

（1）單獨切換或匯集、控制井口產(chǎn)出的油氣，實現(xiàn)生產(chǎn)流體的匯集、運輸、分配和輸出;

（2）根據(jù)不同的作業(yè)工況，通過管匯管線向各個井口注入化學藥劑（如：防水合物、緩蝕劑等）、水合物解堵、放空等，滿足生產(chǎn)要求;

（3）通過管匯對井口的產(chǎn)液進行測試和計量;

（4）通過清管作業(yè)，實現(xiàn)管匯管道清理;

（5） 實現(xiàn)在上部平臺或設施進行遠程監(jiān)控和遙控操作功能等。

水下管匯，一般由結構框架、管匯主體、管匯基礎組成，如圖1所示：結構框架為管匯支撐結構，是管匯主體與管匯基礎之間的部分，為管系、閥門組件和連接器等提供支撐并保護其他部件，同時防止在某些海域漁網(wǎng)拖掛和重物墜落沖擊;管匯主體包含管線系統(tǒng)、閥門組件和控制系統(tǒng)等，由管線、閥門、連接接頭、監(jiān)控儀表、控制模塊等組成;管匯基礎用于傳遞管匯的荷載至海床，主要型式有樁基、防沉板和吸力錨，根據(jù)具體的水下土壤情況和載荷條件選型。

3? ? 水下管匯建造的驗收測試

水下管匯建造的驗收測試，是在水下管匯框架、主體及內(nèi)部部件安裝完成后出廠前進行的較為系統(tǒng)的、全面的測試工作。本文以南海某深水管匯建造為對象，研究水下管匯建造的驗收測試工藝。水下管匯服役水深約1 500 m，采用30年免維護設計標準，主要由4套中心管匯、1套水下分配單元（SDU）、2套水下臍帶纜分配終端（SUTU）組成，如圖2所示。其中：西區(qū)水下采油樹產(chǎn)出的井液，匯合到水下生產(chǎn)管匯1，通過海底管道和水下控制模塊（SCR）立管輸送到上部半潛設施處理;東區(qū)水下采油樹產(chǎn)出的井液，先各自匯合到水下生產(chǎn)管匯2、3、4，再匯合到水下生產(chǎn)管匯2，通過海底管道和SCR立管輸送到上部半潛設施處理。其驗收測試主要分為：工廠測試;擴展工廠測試;現(xiàn)場模擬測試。

3.1? ?工廠測試（FAT）

工廠測試（FAT）按專業(yè)內(nèi)容，分為：結構FAT、管線FAT。主要測試內(nèi)容如下：

3.1.1? 結構FAT

（1）關鍵尺寸檢驗

主要驗證管匯與管匯基礎的接觸部位、水平連接器（HCS）與臍帶纜安裝工具、垂直連接器（VCS）安裝角度、ROV操作通道和空間等尺寸，應符合技術規(guī)格書、圖紙標注的公差或ISO 13920的相關要求，確保能順利銜接;關鍵位置的尺寸，還需要進行界面測試驗證;

（2）透水孔與膠塞檢查

為防止水下結構物由于內(nèi)外壓力差造成的壓力破壞，需要在密閉鏤空的結構物上鉆透水孔，以平衡內(nèi)外的壓差。透水孔尺寸較大的位置，需安裝刻穿十字刻痕的膠塞，用于密閉艙室結構進液后阻隔海水與空氣流動，減緩腐蝕;檢查箱型梁、犧牲陽極支架、涂裝無法處理的狹小部位封板、欄桿等位置開孔及膠塞安裝情況;

（3）ROV操作結構、界面檢查

主要包括：水下管匯標識、ROV抓手、拖拉吊耳安裝位置及涂裝顏色;吸力錨艙口蓋拆裝測試;吊裝卸扣與吊裝吊耳適配性測試等。必要時需使用dummy ROV或ROV操作工具模擬，確保操作通道順暢、沒有結構物或零部件干擾操作、操作工具與操作接口配合良好;

（4）安裝輔助結構物檢查

牛眼對中，即結構物表面水平面安裝的靶向圓盤內(nèi)的球體調(diào)平對中，其準確性可以為海上安裝提供現(xiàn)場安裝水平情況參考;信標支架是海上安裝用的信標底座，為安裝坐標設備提供信息反饋，確保ROV模擬信標安裝無干涉、穩(wěn)固、信號模擬測試收集順暢;

（5） 陽極安裝

確認犧牲陽極的類型、數(shù)量及安裝位置符合圖紙要求，確保管匯的犧牲陽極起到全面的保護作用，有效防止、延緩管匯的腐蝕;

（6）螺栓力矩和電連續(xù)性

確保管匯與非焊接的部件螺栓聯(lián)接穩(wěn)固充分接觸，保證后期陰極保護的有效性;所有機械連接部位的電連續(xù)性檢測，需小于0.1 Ω;

（7）結構完整性、稱重與重心

使用稱重法測量管匯的重量與重心。將管匯放置在由四個或更多稱重傳感器的承載平臺上，通過傳感器受力的數(shù)值測定管匯的重心;驗證管匯的建造重量與設計核算的重量相符;設計及采辦的定制吊索具滿足要求，為海上平穩(wěn)安裝提供保障;稱重按設計的支撐點布置好承重平臺，至少進行三次稱重作業(yè)，其結果偏差滿足設計要求，重量與重心結果取平均值。

3.1.2管線FAT

（1）管線通球

管線通球可以清除管道內(nèi)的雜物、積液、積污，提高管道輸送效率，減少摩阻損失和管道內(nèi)壁腐蝕，延長管道的使用壽命。管線通球測試內(nèi)容包括：主管線（含清管回路）的通徑應滿足要求，測試前主管路上所有的閥門打開，端部連接器Hub上的壓力帽拆除;測試時使用尼龍繩牽引定制的清管球通過主管線，若過程中出現(xiàn)卡球，記錄卡阻的位置后反向牽出清管球，檢查卡球的原因后重新測試。若清管球順利通過，使用內(nèi)窺鏡檢查內(nèi)部有無破損，若無明顯損傷即滿足要求;

（2）管線沖洗

包含空氣吹掃、介質(zhì)帶壓串洗。管線沖洗前需檢查管線的走向、閥門的位號、安裝的位置和方向等與設計文件是否一致;確認管匯的管線各部件連接安裝完畢且正確，無損檢測全部合格，外觀檢查合格，所有的接口密封面完好;管線沖洗的目的是去除管線內(nèi)部的金屬屑、焊渣等雜物。復雜的管線需根據(jù)設計文件要求，結合機具能力分段沖洗，在不同的介質(zhì)溫度選用相應的沖洗流速正沖、反沖足夠的時間后取樣分析，接受標準為SAE AS 4059 Class 6 （B-F）以上（HW443R）/SAE AS 4059 Class 8 （B-F）以上（MEG）;

（3）管線試壓

管線系統(tǒng)試驗壓力為設計壓力的1.5～1.25倍。管匯端部Hub上安裝壓力帽和測試帽，連接HPU或打壓泵，臨時管線安裝壓力表、傳感器及記錄儀、壓力表量程為試驗壓力的1.5～2倍;保持管匯所有閥門處于全開狀態(tài)，將管線內(nèi)注滿試壓介質(zhì)，排出管內(nèi)空氣，按試壓程序分段緩慢升壓至試驗壓力，穩(wěn)壓2 h，確認無泄漏、壓力變化在許可范圍內(nèi)，即滿足要求;

（4）閥門/閥芯密封測試

試壓壓力為工作壓力，所有閥門要進行雙向最大壓差下的密封測試。試驗在管線試壓的基礎上，調(diào)整閥門開關狀態(tài)，緩慢加壓至試驗壓力，保壓5 min，確認無泄漏、壓力變化在許可范圍內(nèi)，即滿足要求;

（5） 閥門功能測試

水下管匯閥門，分為液壓閥門和手動閥門兩類：液壓閥門是通過液壓動力驅(qū)動，手動閥門通過ROV機械手進行操作。測試閥門在手動模式下開啟、關閉的最大扭矩及轉(zhuǎn)動圈數(shù)是否滿足設計要求，液壓驅(qū)動的閥門動作時的最高供壓是否滿足設計要求，閥門指示在完全開啟/關閉的情況下指針位置是否在O或S的位置。

3.2? ?擴展工廠測試（EFAT）

擴展工廠測試（EFAT）的主要目的，是檢查電氣設備、臍帶纜入口到臍帶纜出口插座的電力飛線、光纖飛線安裝及安裝路徑是否正確，以及上部模塊界面的通訊信號是否正確，可理解為控制設備的FAT。主要測試內(nèi)容包括：

（1）電飛線的測試

確保管匯內(nèi)敷設電路的電連續(xù)測試和電絕緣測試符合要求：電連續(xù)性測試推薦的電飛線容許的線規(guī)為0.010 04 Ω/m，電纜最大容許電阻≤（電纜電阻×電纜長度）+（0.2×物理接頭）;電絕緣性測試，要求電路到電路以及電路到屏蔽≥10 GΩ。

（2）光飛線信號衰減測試

光纖通信的測試中心波長為1 310～1 550 nm，單根光飛線容許衰減分析如下：

≤0.50 dB/物理接口? ?#接口數(shù)： 2 × 0.50= 1.00 dB

≤0.10 dB/拼接口 ? #接口數(shù)： 3 × 0.10= 0.30 dB

≤0.25 dB/密封壓頭? ?#道：? ? ? ? ? 0 × 0.25= 0.00 dB

接頭衰減經(jīng)計算可接受的數(shù)值≤1.30 dB，參考插入損耗檢查現(xiàn)場接收光飛線的性能，確保光飛線按要求包裝、運輸、接收、敷設并實現(xiàn)良好的功能。

（3）內(nèi)部傳感器及通訊測試

目的是驗證內(nèi)部傳感器安裝正確，全部功能正常，傳感器通道及讀數(shù)正常。信號傳輸回路為傳感器本體傳輸給水下控制模塊（SCM），SCM匯集水下管匯的線管信號通過控制電路傳輸給上部設施控制系統(tǒng)。測試中將管匯壓力升至一定值后測試傳感器輸出信號，計算比較壓力輸出是否符合要求。

（4）水下控制模塊（SCM）、配電單元（EDB）測試

SCM、EDB模塊組裝在殼體內(nèi)，在水下服役期間可以獨立回收和安裝。測試的目的是：按照相應的編號就位及安裝固定，設備完好，內(nèi)部布線合理且完好，作業(yè)工具安裝、拆卸無干涉，模塊部件功能正常，軟件上傳的信息通暢正確，模塊相關的IP地址正確等。

（5） 液壓閥門功能測試

目的是檢查開關動作是否正常，若閥門信號對應、開關正常，即滿足要求。

3.3? ?現(xiàn)場模擬測試（SIT）

現(xiàn)場模擬測試（SIT）的目的是：模擬建造的水下生產(chǎn)系統(tǒng)設備能夠安裝、服役、維修更換;水下管匯的SIT測試，主要是HCS、VCS的連接和Dummy ROV操作閥門、工具，特殊的ROV工具操作等。具體內(nèi)容包括：HCS的仿真臍帶纜就位、安裝行程及回收;HCS壓力帽、保護帽的安裝、緊固及回收;VCS壓力帽、保護帽的安裝、緊固及回收;Dummy ROV配合UTH及壓力帽安裝使用扭矩工具、操作閥門、開關艙口蓋、安裝拆除吊裝卸扣、使用清潔工具清潔連接器表面、更換化學注入閥、插拔電纜接頭、安裝拆卸仿真多路頭;SCM與EDB的安裝檢查及使用SCM作業(yè)工具拆裝等;部件安裝拆卸路徑及ROV操作通道順暢、操作工具與操作接口配合良好、動作無卡阻，操作過程各器具動作指示正確，鎖緊或保護裝置有效，即滿足要求。

4? ? ?水下管匯建造的測試流程

5? ? ?結束語

水下生產(chǎn)系統(tǒng)是一種技術高度密集、綜合功能很強的海洋工程核心裝備之一，在國內(nèi)外較深水域的油氣田開發(fā)項目中受到越來越廣泛的應用，適用于我國油藏儲層較深、海況及環(huán)境條件復雜的南海海域，具有廣闊的發(fā)展前景，能帶來顯著的經(jīng)濟效益。水下管匯建造的質(zhì)量也越來越受到關注。本文以南海某深水氣田開發(fā)工程項目水下管匯為例，介紹了水下管匯建造和檢驗測試要點，為水下設備建造測試提供借鑒。

參考文獻

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