油田水下生產(chǎn)設(shè)施管路沖洗測試系統(tǒng)

胡鵬軍，郭 偉，賈建超，惠 巍

（1.中國石油化工股份有限公司物資裝備部，北京 100728；2.渤海石油裝備（天津）中成機械制造有限公司，天津 300280；3.西北（陜西）國際招標(biāo)有限公司，陜西西安 710075）

0 引言

生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備及水下安裝平臺的長期有效可靠運行，是目前深水油氣田開發(fā)面臨的一項重要挑戰(zhàn)，水下安裝平臺用于支撐生產(chǎn)設(shè)施并將生產(chǎn)流體輸送到這些設(shè)施。而水下生產(chǎn)系統(tǒng)可以提供一種具有成本競爭力的開發(fā)方案，可減少乃至完全消除（在個別情況下）對地面生產(chǎn)設(shè)施的需求。水下生產(chǎn)系統(tǒng)主要包含水下采油樹、臍帶纜、水下終端管匯（PLEM）、水下臍帶纜終端（SUTU）和水下控制模塊（SCM）等。水上的主控制模塊主要通過臍帶纜和水下終端相連，管路密集并且控制距離很遠，這對所有運行設(shè)備的可靠性提出了更高的要求，也對設(shè)備維護保養(yǎng)維修提出了挑戰(zhàn)。

管路沖洗測試系統(tǒng)正是保證水下生產(chǎn)設(shè)備安全和無故障的重要設(shè)備。管路沖洗是濾除管路測試和施工、安裝過程中留存的污染物，提高系統(tǒng)清潔度，使油液清潔度保持在系統(tǒng)關(guān)鍵液壓元件的污染耐受度以內(nèi)，以保證水下設(shè)備可靠運行，延長設(shè)備使用壽命。管線沖洗測試是最大限度減少甚至消除設(shè)備早期故障的必要措施。

1 系統(tǒng)設(shè)備組成

管線沖洗測試系統(tǒng)設(shè)備包括一臺液壓動力站（HPU）、兩臺壓力溫度記錄儀，以及加油泵、軟管、轉(zhuǎn)接頭、備品配件等附屬設(shè)施。設(shè)備分為低壓沖洗回路和高壓試壓回路。低壓沖洗回路用于tubing 管線沖洗、管線試壓預(yù)沖壓、提供液壓動力等；高壓試壓回路則用于水下生產(chǎn)設(shè)施管線的試壓。主要用于提供Max.35 MPa高壓液壓油。核心設(shè)備為電動液體增壓泵，配置有換向閥、壓力表、遠程調(diào)壓閥以及手動截止閥。增壓泵由15 kW 四極電機驅(qū)動，可以將常壓聚酯難燃液壓油增壓至35 MPa；電動液體增壓泵為斜軸式柱塞泵，具有壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、工作可靠等特點；管路及連接件均為不銹鋼材料，閥件選用國內(nèi)外知名品牌，安全可靠，連接方便。

低壓沖洗回路主要由電動液壓泵、換向閥、壓力表、過濾器、電動風(fēng)冷器、安全閥、截止閥、單向閥等液壓組件構(gòu)成。

壓力測試單元主要由高壓的氣驅(qū)液泵、壓力表、安全閥、過濾閥、截止閥、單向閥等部件構(gòu)成。

設(shè)備配置兩臺壓力溫度記錄儀，可以實時顯示并記錄設(shè)備管線內(nèi)油基液壓油的溫度、壓力，便于操作者掌控設(shè)備狀態(tài)及液壓油對系統(tǒng)壓力的影響。

2 系統(tǒng)配置參數(shù)

（1）HPU 壓力等級。低壓回路設(shè)計壓力：5000 Psi（34.5 MPa）；高壓回路設(shè)計壓力：22 500 Psi（155.2 MPa）。

（2）HPU 流量范圍。低壓回路流量：35 L/min；工作介質(zhì)：油基液壓油。

（3）記錄儀使用參數(shù)。壓力等級：0～15 000 Psi（103.4 MPa）；溫度范圍：-10～60 ℃；實時顯示精度：±0.2% F.S；追憶精度：±0.2% F.S。

（4）工作條件。電源供應(yīng)：380 V，50 Hz，35 kW；環(huán)境溫度：-20～60 ℃；環(huán)境濕度：20%～90%；液壓油溫度：≤60 ℃。

3 系統(tǒng)實施方案

沖洗測試系統(tǒng)為電-氣綜合控制設(shè)備，由電控系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和氣壓驅(qū)動系統(tǒng)等組成。沖洗和測試設(shè)備具有低壓和高壓兩組液壓回路，低壓回路用于水下管匯和控制管線的沖洗，使管線達到規(guī)定的清潔度要求；高壓回路用于水下模塊液壓控制管線試壓，保證設(shè)備工作期間的安全。

3.1 管道沖洗單元

設(shè)備壓力等級為5000 Psi（34.5 MPa），由兩路輸出組成，通過換向閥實現(xiàn)輸入和輸出切換，并產(chǎn)生液壓脈沖，增強管線的高壓清洗效果。留有液壓油取樣接口，便于觀察液壓油的清潔度。系統(tǒng)可按客戶要求實現(xiàn)多路輸出功能。沖壓和回油管路都采用二級過濾系統(tǒng)，配備10 μm 和3 μm 的兩個過濾器，保證系統(tǒng)液壓油清潔。二級過濾器的采用，既延長了過濾器的使用壽命，又保證了系統(tǒng)介質(zhì)的清潔。液壓單元不需拆接管路，可以直接進行管路試壓。除了管路沖洗外，還可驅(qū)動液壓油缸，做臨時泵站使用等多功能用途，整機人性化設(shè)計，操作方便快捷。

3.2 壓力測試單元

壓力測試單元主要由高壓氣驅(qū)液泵、壓力表、安全閥、過濾閥、截止閥、單向閥等元件構(gòu)成。采用氣驅(qū)泵作為壓力源，配備安全閥保證系統(tǒng)內(nèi)部不超壓，截止閥控制設(shè)備動作。壓力表實時顯示系統(tǒng)內(nèi)壓力變化情況。

3.3 控制氣單元

壓力測試單元中高壓氣驅(qū)液泵，需要提供不低于0.7 MPa穩(wěn)定、清潔和干燥的氣源，以保證氣驅(qū)泵達到預(yù)定工作壓力，延長氣驅(qū)單元使用壽命。壓縮氣體可以來自車間氣站或移動式壓縮機泵站，但氣源供給要滿足氣驅(qū)泵的消耗。該單元包含空氣輸入截止調(diào)速閥、空氣過濾器、精密調(diào)壓閥和壓力表。通過輸入調(diào)節(jié)輸入空氣的壓力，轉(zhuǎn)而控制液壓泵站的壓力輸出級別。

3.4 電控單元

電控單元的主要功能是控制電機泵、電動冷卻器的啟停，同時記錄運行時間，判斷并指示儲液箱低液位，監(jiān)測并顯示儲液箱溫度，判斷系統(tǒng)內(nèi)部壓力變化趨勢，記錄采集數(shù)據(jù)等。電動液壓泵提供動力，控制電機的正常啟動和停機；提供電動冷器的動力，保證風(fēng)冷器的正常工作，確保液壓介質(zhì)溫度不會超過設(shè)定溫度，使沖洗單元正常工作，并建立足夠壓力。本單元可實現(xiàn)風(fēng)冷器與溫度傳感器的關(guān)聯(lián)和自主控制。

液位開關(guān)報警功能，液壓油箱液面過高時，不利于泵站吸入，造成系統(tǒng)負荷增大；液面過低時，又容易造成泵站空吸，介質(zhì)中進入空氣，造成系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定并產(chǎn)生氣穴噪聲，不利于液壓泵的正常工作；液位開關(guān)給予的報警和停泵信號，保證液位在合理的范圍。集中控制面板，將主要控制手柄、電源電氣開關(guān)和聲光信號器集成在一起，便于操作，面板含有簡便的控制回路圖和指示標(biāo)牌，清晰明了。

3.5 移動車載單元

考慮到設(shè)備移運方便，連接使用便捷，設(shè)備采用車載框架式結(jié)構(gòu)，底部裝有重型負載行走輪。500 L 的頂置不銹鋼油箱，滿足測試和清洗系統(tǒng)的總?cè)萘?，油箱帶有輸出開關(guān)閥和不銹鋼絲濾網(wǎng)。同時安裝油箱排空閥和連通功能的油箱蓋，便于液壓油更換。整個單元將做成一個清洗和試壓橇，框架上設(shè)計吊耳，可整體進行吊裝作業(yè)。

3.6 設(shè)備數(shù)據(jù)采集單元

該設(shè)備數(shù)據(jù)采集由壓力溫度記錄儀完成，壓力溫度記錄儀為無紙記錄儀，使用220 V、50 Hz 供電，可自動生成記錄數(shù)據(jù)，并根據(jù)需求完成圖形打印。記錄儀采用7 英寸真彩屏幕顯示，預(yù)留USB通信端口，便于電腦設(shè)備連接及數(shù)據(jù)傳輸。此記錄儀配置兩套壓力傳感器，兩套溫度傳感器具有斷電保護功能，測試數(shù)據(jù)不丟失。

4 系統(tǒng)裝置特點

采用品牌元件，壓力可自動設(shè)定，采用PLC 及手動操作切換，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。系統(tǒng)配備100 m 供電電纜及電纜絞盤，方便野外礦場使用?？刂撇捎秒婒?qū)動，簡單、可靠，隨時啟動停止。核心設(shè)備為電動泵，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、實用可靠等特點。集成撬裝結(jié)構(gòu)，儀表面板位于設(shè)備正面，設(shè)計合理，操作方便，外形美觀，可靈活拆卸，調(diào)試維修方便。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

本系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)充分考慮了現(xiàn)場施工使用工況，2015 年初應(yīng)中海油服務(wù)公司現(xiàn)場施工需求，結(jié)合水下生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備的使用運行工況，研發(fā)了一套現(xiàn)場應(yīng)用接口多、操作方便、體積小、現(xiàn)場維修調(diào)試方便的撬裝管路沖洗測試系統(tǒng)，現(xiàn)場應(yīng)用以來得到一線操作員工的一致好評，搬遷移運方便，測試精度高。目前設(shè)備已應(yīng)用于中海油服務(wù)公司、油田現(xiàn)場、深海作業(yè)船、大型施工場地、礦區(qū)作業(yè)服務(wù)等。