吳露，安維崢，馬強

（中海油研究總院有限責任公司， 北京 100028）

我國水下生產(chǎn)系統(tǒng)核心設備長期依賴進口，核心設備均被國外幾家公司壟斷，價格昂貴，供貨周期長，且售后服務無法得到充分保障，這在一定程度上制約了我國深水油氣田的開發(fā)[1]，特別是如果國外公司對核心產(chǎn)品進行封鎖，將極大影響我國油氣資源的供應。

水下油氣生產(chǎn)管匯作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)中的關鍵設備，其設計及安裝等技術面臨著極大挑戰(zhàn)。我國先后在中國南海的流花油田、陸豐油田、惠州油田、荔灣氣田、崖城氣田等水下開發(fā)項目中成功應用了水下管匯[2]，在與國外公司的合作中積累了管匯設計及安裝經(jīng)驗。在隨后文昌氣田水下開發(fā)項目中，實現(xiàn)了國產(chǎn)化簡易水下管匯的成功應用。但在某些油氣田項目中所使用的水下復雜管匯的設計技術還缺少相關經(jīng)驗，隨著我國深水油氣田的開發(fā)，特別是邊際油氣田的開發(fā)，急需降低水下生產(chǎn)系統(tǒng)成本，迫切需要取得水下復雜管匯設備國產(chǎn)化的技術突破。

通過重大科研項目技術攻關，研制了一臺適用于水深1500m海域的水下復雜管匯國產(chǎn)化工程樣機（見圖1），實現(xiàn)集成了包括水下液控閥門、水下控制模塊、水下多相流量計等多個國產(chǎn)化核心設備。本文主要針對國產(chǎn)化研制的水下管匯測試技術進行研究，并結合現(xiàn)場實踐步驟進行詳細分析，以利于掌握水下管匯的試驗內(nèi)容及方法。

1 水下管匯測試分類

水下管匯出廠前需要分別開展工廠接收測試（Factory Acceptance Test，即FAT）和拓展工廠接收測試（Extended Factory Acceptance Test，即EFAT）。

圖1 水下復雜管匯工程樣機

水下管匯的工廠接收測試（FAT）也稱出廠試驗，是指在出廠前需要進行的用以驗證管匯的建造是否符合設計要求、管匯的各組成部件是否滿足相應功能要求的檢驗。水下管匯的擴展工廠接收測試（EFAT）是指在管匯的FAT完成后，對管匯與外部相連接的部件（如連接器）等，進行安裝及可靠性的測試[3-5]。同時，通過這些外部連接作業(yè)，可以對ROV的工作界面及ROV工具的作業(yè)界面進行相關的驗證。工廠接收測試是管匯測試的基礎，只有完成此項測試并合格后才可以進行擴展工廠接收測試。

2 水下管匯主要測試內(nèi)容及流程

2.1 外觀檢測

檢查管匯的各部件組裝及整體結構完整性是否符合要求，以便為下一步的管匯測試做好準備。主要包括閥門及管道周圍結構的操作空間；裝配管帽的管道連接器接口部位墊片是否有損傷或劃痕；外接面板上的所有標識及標記（如閥門名稱和開關標識、電液飛頭位置標識等）；管道走向是否正確及管路支撐和卡子是否牢固等。

2.2 清管及通球測試

清管及通球測試的目的在于清除主管道內(nèi)焊渣和雜物，并檢測主管道的過球性能及通徑。測試前為保證清管及通球過程順利進行，應完成如下工作：主管道上所有焊道已焊接完畢，并通過無損檢測；閥門處于全開狀態(tài)，并拆除主管道溫壓傳感器；主管道連接器hub端完成安裝；注水等測試設備完成調(diào)試。

2.2.1 清管器選型

使用直板測徑清管器進行主管道清管及測徑。測試前，應對清管器的每個測徑直板相隔90°測量兩處數(shù)值，確保清管器的外徑符合公差要求（一般過盈量大于最小內(nèi)徑的3%）。

2.2.2 測試流程

清管及通球示意見圖2，現(xiàn)場裝球及通球別見圖3及圖4。主要步驟如下：

(1)先使用壓縮空氣對工藝管道系統(tǒng)的分支管道吹掃，將焊渣及雜質(zhì)吹至主管道，以便集中清理，見圖5；

(2)將1號、2號水平連接器端法蘭拆開，將收球管箍、收球筒固定在2號Hub端上；

(3)將清管球推進1號端管道內(nèi)，安裝1號端密封法蘭，將水泵出水管線連接在密封法蘭進水口上；

(4)啟動注水泵，向1號端主管道內(nèi)注水，觀察記錄水壓和2號端出口情況；

(5)清管球從2號端沖出后，停止注水泵，將清管球從收球網(wǎng)內(nèi)取出，對外觀進行核實并記錄。

圖2 清管及通球示意圖

圖3 直板清管球裝球

圖4 現(xiàn)場清管及通球

2.3 水壓測試

水壓測試主要檢測水下管匯的管道系統(tǒng)焊接部位有無滲漏，驗證管道系統(tǒng)的密封和承壓強度、溫壓傳感器功能，以及水下管匯閥門和連接器的密封性能。通常水壓試驗采用淡水作為試驗介質(zhì)，在進行水壓試驗的同時，進行溫壓一體傳 感器的測試，保證溫壓一體傳感器的數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P功能正常運行。

圖5 水下管匯吹掃示意圖

2.3.1 測試要求及標準

依據(jù)ASME B31.8標準規(guī)范[6]，工藝管道水壓試驗壓力應為1.25倍設計壓力，保壓時間為8h。當滿足下述指標時，壓力試驗合格：

(1)系統(tǒng)無泄漏、滲漏或永久變形等現(xiàn)象，穩(wěn)壓期間，試驗壓力的波動范圍在±5%以內(nèi)；(2)保壓8h期間，系統(tǒng)壓力不小于試驗壓力，試驗可接受壓力波動在±1%范圍內(nèi)；(3)連接器和管道閥門閥體密封性能良好，且無泄漏現(xiàn)象發(fā)生。

2.3.2 測試主要步驟

水下管匯的靜水壓測試示意見圖6，測試主要步驟如下：

(1)打開閥門至半開。一般水壓測試要將水下管匯上所有的閥門打開至半開狀態(tài)，使得閥門中腔充滿流體，便于檢測判斷。(2)管道注水。將水平連接器2號端安裝盲板法蘭封死，高處的排氣閥門打開放氣；使用注水泵向主管道管內(nèi)注水，當氣體排凈，排氣閥開始跑水時，關閉高處的排氣閥。同時將注水球閥關閉，最后拆除注水管線。當排氣口的出水形成連續(xù)性水柱時，管線內(nèi)的空氣基本已排空。(3)連接打壓設備。將高壓泵管線與高壓集成艙連接，并將高壓集成艙外輸注水管線與1號端法蘭球閥連接。(4)增壓。增壓期間，增壓步幅應為1000psi左右，待每個壓力增幅穩(wěn)住后，再行增壓。當壓力達到測試壓力50%時，穩(wěn)壓一小時，檢查是否有泄漏，確定壓力無泄漏后，繼續(xù)增壓。增壓期間，壓力應以每分鐘最大0.1MPa的速度遞增，直至達到95%的試驗壓力，最后5%試驗壓力應以每分鐘低于0.1MPa的速度遞增，直至試驗壓力。壓力達到測試壓力95%時，穩(wěn)壓半個小時；如果在穩(wěn)壓期間產(chǎn)生了大于±0.5%的壓力變化，則應延長試驗時間直至一個可接受的壓力變化范圍。繼續(xù)增壓直到測試壓力。在系統(tǒng)保壓計時開始之前，應等待一段時間，以確認系統(tǒng)溫度和壓力已穩(wěn)定。如出現(xiàn)壓力異常升高，應停止加壓或保壓，必要時，打開閥門進行泄壓。(5)保壓。壓力穩(wěn)定后，保壓至少8h。保壓期間，壓力變化不超過±1%。當系統(tǒng)試驗體積少于5000m3，壓力維持期可以縮短，但最短不能少于4h。如果在測試階段結束時管道沒能保持指定的測試壓力，應重新測試，或者繼續(xù)進行一段附加時間的測試。(6)泄壓。泄壓時，應對降壓速率進行控制，通常以不超過每分鐘0.1MPa的速率泄壓。

管道壓力試驗完成以后應緩慢泄壓，打開1號端法蘭，進行清管，以防殘渣、有機物等在試驗后停留在管道里。

2.4液壓控制回路壓力測試和沖洗

水下管匯的液壓控制管線系統(tǒng)包括液壓動力單元（簡稱HPU）到水下控制模塊（簡稱SCM）的供油管路及SCM到閥門的液壓控制管路。依據(jù)ISO13628-1和ISO13628-6，應通過清潔總成和沖洗的方式對整個液壓系統(tǒng)進行清潔，并進行壓力測試。

2.4.1 HPU調(diào)試及沖洗

HPU的作用是對管匯的液壓系統(tǒng)進行清潔、沖洗，并能為管匯上的液控設施提供動力，見圖7。HPU設備的沖洗能力應滿足NAS1638-6級清潔度要求，且內(nèi)部過濾器為冗余設計，可以在不暫停沖洗功能的狀態(tài)下對濾芯進行更換，以節(jié)省沖洗時間。所選HPU的規(guī)格為最高壓力5000psi，所用沖洗壓力3-5MPa，沖洗流量40L/min。

圖6 管道靜水試壓示意圖

圖7 液壓動力單元（HPU）

2.4.2 壓力測試

對水下管匯所有液壓控制管線進行壓力試驗，驗證是否滿足壓力要求。試驗時，因SCM與閥門已完成出廠測試，故應避開SCM和閥門的液壓管線，將管匯上的液壓管線組成管線回路，連接到HPU進行試壓。一般穩(wěn)壓后保壓15min，如有泄漏，查找原因并再次進行壓力測試，直至無泄壓即通過。

2.4.3 液壓管線沖洗

圖8 便攜式粒子計數(shù)器

SCM與閥門出廠時液壓管線已完成并達到清洗要求，故清洗時繞過SCM設備和閥門設備，將HPU與管匯液壓管路連接成為一個閉路清洗。從HPU內(nèi)部的放油口采集液壓液的樣品，使用粒子計數(shù)器檢測沖洗結果（見圖8）。如果未能達到清潔度標準中的要求，則繼續(xù)重復沖洗，并根據(jù)情況更換回油濾清器濾芯，直至滿足清潔度標準。

2.5 導電性測試

為了保證水下管匯結構框架上的犧牲陽極為管匯上的所有部件提供陰極保護，以滿足水下防腐的需要，應進行導電性測試。要求陽極與各部件之間有良好的導電連接。導電性測試的電阻容許值應小于等于0.1Ω。對于不能滿足標準的元件，應采用接地母線形式或建立其他電連接（如點焊、星形墊圈）形式，然后再進行復測。

2.6 集成設備的功能性測試

本項目水下管匯集成的關鍵設備包括水下液控閥門、水下控制模塊（即SCM）、水下多相流量計、水下連接器等國產(chǎn)化設施。測試管匯集成設備及其之間的功能性，主要包括球閥及閘閥的開啟關閉測試和扭矩開關測試；連接器的安裝及密封件替換測試；SCM的下放安裝及回收測試；SCM與水下閥門的液壓開關控制測試；SCM與多相流量計的信號通訊測試等。

2.7 ROV操作性測試

通過使用Dummy ROV現(xiàn)場驗證ROV實際運動線路和可操作空間性，并進行ROV及其工具操作的功能測試。包括Dummy ROV輔助進行的連接器、閥門、SCM的操作測試等。

圖9 水下控制模塊下方安裝測試

圖10 Dummy ROV模擬現(xiàn)場操作

3 結語

水下管匯FAT測試主要包括外觀檢測、清管及通球測試、水壓測試、液壓管路測試、導電性測試、集成設備的功能性測試、ROV操作性測試等。通過國產(chǎn)化復雜水下管匯工程樣機的測試技術研究及實踐分析，掌握了水下管匯的主要測試內(nèi)容、測試方法及測試步驟，并提供了水下管匯的實踐測試經(jīng)驗，為國內(nèi)深水項目水下產(chǎn)品國產(chǎn)化實踐提供良好的技術基礎，有助于推進國產(chǎn)化水下復雜管匯在我國深水海域油氣田開發(fā)中的應用。