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        淺談固定平臺井口管線及支吊架設(shè)計

        2020-06-10 08:54:34黃健文張金石李杰
        石油和化工設(shè)備 2020年4期
        關(guān)鍵詞:閥組吊架井口

        黃健文,張金石,李杰

        (海洋石油工程股份有限公司設(shè)計院, 天津 300451)

        海上固定鉆采平臺管線布置一般情況會根據(jù)不同材料進行支吊架選型設(shè)計。根據(jù)相關(guān)規(guī)格書要求,其中碳鋼和不銹鋼及雙相鋼分保溫(伴熱)/非保溫(伴熱)/人防支架選型;除此之外,玻璃鋼/銅鎳合金/PE管/CPVC/鋼骨架也有不同的支架選型。但井口管線及其相關(guān)管網(wǎng)比較特殊,支架選型設(shè)計需考慮人員操維,尤其是采油樹抬升位移,最后再考慮美觀。

        1 不同海域的平臺特點

        在不同海域,固定平臺在井口區(qū)的管線布置有所不同。渤海區(qū)域海水比較淺,采油樹抬升位移小,一般情況下,鉆完井考慮實際值+安全因子,會提供小于100mm的抬升位移值;井口區(qū)管線布置除了熱脹冷縮外,不會過多考慮由于采油樹抬升位移的原因所增加的管線柔性要求。南海東部和西部區(qū)域海水較深,采油樹抬升位移大。鉆完井提供的采油樹抬升位移值一般情況下都會大于120mm。因此,管線布置需要有足夠的柔性,甚至考慮用彈簧吊架,以防止管線過多脫空。

        2 油田和氣田的支吊架差異

        固定平臺在油田區(qū),根據(jù)支吊架規(guī)格書,保溫(伴熱)的井口區(qū)管線一般用管鞋,考慮到管鞋焊接面積或焊接長度較長,在小于2寸以下的小管,一般會采用U型卡。但需注意,小管雖然柔性比較好,但也要滿足采油樹抬升位移所需的柔性要求。

        固定平臺在氣田區(qū),一般的井口區(qū)管線不需要保溫(伴熱),僅為人防管線,管碼基本上不采用管鞋。由于氣田區(qū)井口管線一般采用材質(zhì)較好的管線,如雙相鋼S31803/S32205,甚至超級雙相鋼S32750等,管線與支架(支架材料為碳鋼)接觸面均需配PTFE板,以防止異種金屬接觸,具體設(shè)計需參考相關(guān)配管支吊架規(guī)格書。

        此外,根據(jù)工藝特點,油田區(qū)井口,包含化學(xué)注入、flowline(采油管線)、壓井、高壓取樣、低壓排放、高壓排放閥組、甚至有定壓放氣閥組等。工藝管線比較復(fù)雜,在管線布置上要求較高;既要滿足采油樹抬升位移和設(shè)計工況的熱脹冷縮的柔性要求,還要滿足正常的維修人員操作空間。而氣田區(qū)根據(jù)工藝特點,一般情況下,沒有化學(xué)注入、高壓排放和定壓放氣閥組。相對來說,管線在氣田井口區(qū)的布置考量上,要簡單的多。

        3 井口區(qū)管線布置特點及技巧

        井口區(qū)管線在布置上首先考慮盡量避免采油樹抬升對管線造成的影響,其次考慮管線的熱脹冷縮的柔性要求,最后考慮操維的便利。

        如渤中某平臺,根據(jù)工藝要求,均涵蓋如上所述系統(tǒng)。采油樹抬升位移為50mm,布置考慮將定壓放氣閥組在滿足采油樹抬升位移的柔性后固定管線,作為閥組的分界面。其次,低壓排放閥組遠離采油樹,在靠近管匯連接flowline。而flowline管線也是常規(guī)布置。這樣做的優(yōu)點是避免采油樹抬升對閥組造成拉力影響,閥組的法蘭泄漏校核較好通過。另外,管線為保溫(伴熱)管線,支架管碼采用管鞋,根據(jù)項目支吊架規(guī)格書要求,導(dǎo)向PS016功能標準設(shè)計擋塊高50mm,滿足采油樹抬升高度要求,無需非標設(shè)計。Flowline管線水平有效長度大于經(jīng)驗值,管線在油嘴至管匯之間,只有小局部支架脫空,滿足設(shè)計要求。

        圖2 渤中某平臺定壓閥組與低壓排放閥組布置

        大位移下的井口區(qū),如前所述,南海海域的平臺由于海水較深,鉆完井所提的抬升參數(shù)一般為120~150mm,但也有175~250mm。如文昌某采油平臺為175mm,番禺某平臺為200mm;惠州某采油平臺,采油樹抬升位移120mm,這時flowline管線就需要考慮繞井口布置,低壓排放在離采油樹油嘴最遠地方連接,靠近油嘴的導(dǎo)向和限位功能擋塊均需按非標設(shè)計(拉高擋塊),避免脫空造成功能失效。

        圖3 惠州某平臺flowline及低壓排放管線布置

        文昌某采油項目采油樹抬升位移175mm。根據(jù)經(jīng)驗,采油樹抬升位移≥150mm時,靠近油嘴flowline管線一般情況下均采用彈簧支吊架。其他系統(tǒng)管線由于材料屬性和空間問題,一般情況下均不采用彈簧吊架。另外,也可根據(jù)業(yè)主需求采用彈簧支吊架,但布置時均要考慮彈簧的空間和吊架高度問題。為避免采油樹抬升位移的影響,除上述項目的布置特點外,也要將高壓排放的閥門布置在遠離采油樹的地方。

        番禺氣田某項目采油樹抬升位移200mm,靠近采油樹油嘴的flowline管線也布置了彈簧支吊架。

        圖4 文昌某平臺flowline及高壓排放管線布置

        圖5 番禺某平臺flowline彈簧支吊架布置

        4 管線支架選型設(shè)計

        如前所述,采油樹抬升位移>150mm時,靠近采油樹的采油管線flowline則需用彈簧吊架(根據(jù)彈簧支吊架選型規(guī)則,選用恒力彈簧)。此外,靠近采油樹的所有管線支架,如計算支架節(jié)點抬升位移超過50mm時,都需采用非標設(shè)計。導(dǎo)向/限位擋塊設(shè)置到一定的高度,滿足計算值,防止支架功能失效。

        氣田井口區(qū)管線一般為非保溫(伴熱)管線,管碼與支架結(jié)構(gòu)為異種金屬,考慮支架結(jié)構(gòu)上墊PTFE板,采用PS009/PS013/PS029/PS030等支架組合(參考海洋工程具體項目支架規(guī)格書)。油田井口區(qū)管線選材一般為碳鋼,與支架支撐結(jié)構(gòu)為同類材料,支架組合則有更多選擇空間。

        圖6 靠近采油樹擋塊拉高

        5 小結(jié)

        固定平臺井口區(qū)是平臺最重要的區(qū)域,按照安全原則劃分,也是最危險區(qū)域。目前海洋工程固定平臺水深最多為300多米,采油樹抬升位移大小直接影響管線布置和支吊架選型設(shè)計,井口區(qū)管線和支吊架的設(shè)計根據(jù)計算值和周圍特有的環(huán)境進行優(yōu)化布置,不允許任何生搬硬套的連接形式和支架選型設(shè)計,以保證設(shè)計質(zhì)量和平臺安全。

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