范玉楊 李剛 張汝彬 何寧強(qiáng) 劉立新

（海洋石油工程股份有限公司 天津塘沽 300451）

引言

水下控制系統(tǒng)是保障深海生產(chǎn)設(shè)施安全、高效進(jìn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。水下控制系統(tǒng)包括主控站（MCS）、水上液壓動(dòng)力站（HPU）、水上電力單元（EPU）、水下分配單元（SDU）、水下控制模塊（SCM）、水下儀表等。水下分配單元（SDU）對(duì)臍帶纜中的電力、信號(hào)進(jìn)行分配，從而輸送到多個(gè)水下生產(chǎn)設(shè)施（采油樹(shù)，管匯等）中。

由于水下控制系統(tǒng)電力和通訊的是整個(gè)水下控制系統(tǒng)的血液和神經(jīng)，對(duì)系統(tǒng)及其設(shè)備的可靠性和可用性要求極高，對(duì)于深水菊鏈?zhǔn)骄诜植嫉拇笮陀蜌馓锶海话銜?huì)包括2到3個(gè)密集井位分布區(qū)，這些區(qū)域通常會(huì)設(shè)置一個(gè)中心管匯，在管匯上集成水下控制系統(tǒng)電液分配單元，電液分配模塊成串行回路分布。所以中心平臺(tái)或FPSO的電力和通訊線路要到達(dá)各個(gè)末端井口，需要經(jīng)過(guò)2到3次的電分配，當(dāng)上游電分配單元或臍帶纜故障維修時(shí)，必然會(huì)切斷下游油氣井的供電和通訊，從而降低整個(gè)油田群的系統(tǒng)可用性，影響油氣生產(chǎn)。水下控制系統(tǒng)維修時(shí)，需要工程船和ROV對(duì)故障點(diǎn)下游沿程回路的各處電接頭進(jìn)行插拔連接進(jìn)行測(cè)試排查，由于路由內(nèi)有多個(gè)電接點(diǎn)，往往需要迂回幾十公里的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，導(dǎo)致高額的海上船舶和ROV的作業(yè)費(fèi)用，本文研究提出的技術(shù)方案通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化減少調(diào)試或運(yùn)行期間操作維護(hù)的船舶費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)在故障點(diǎn)本地一處檢測(cè)維修，即可定位排查水下電分配系統(tǒng)的故障點(diǎn)。

圖1 菊鏈?zhǔn)骄诜植加吞锶?/p>

1 陵水17-2的分配方案

陵水17-2項(xiàng)目東區(qū)為例，為避免分配回路對(duì)單一井區(qū)的影響，主臍帶纜中設(shè)置了Q1～Q8共8個(gè)4芯線（其中Q1-Q2供西區(qū)，Q3-Q5供東區(qū)，其余為未來(lái)預(yù)留），為每個(gè)井區(qū)的油氣井設(shè)置了一個(gè)單獨(dú)的4芯線供電，如圖2所示。其余芯線僅在上游管匯分配單元處連接，并不參與上游管匯井區(qū)的采油樹(shù)和設(shè)備的供電，這樣很大限度減少了飛線故障引起的線路中斷對(duì)沿程設(shè)備的影響。但是由于下游線路會(huì)經(jīng)過(guò)上游管匯的分配單元，一旦上游分配單元故障需要回收維護(hù)依然對(duì)下游設(shè)備存在一定的影響。

圖2 陵水17-2項(xiàng)目供電分配示意圖

2 跳接備用接口方案

通過(guò)各級(jí)管匯上集成的備用回路電分配單元7將臍帶纜中的一路冷備電力通訊接口分配成多路備用接口。當(dāng)任一供電通訊回路故障時(shí)，均可通過(guò)備用接口實(shí)現(xiàn)多路跳接。從而實(shí)現(xiàn)工程船及ROV在故障點(diǎn)本地一處操作，即可實(shí)現(xiàn)回路跳接，完成維修，無(wú)需幾十公里的船舶作業(yè)。

本文討論的菊鏈?zhǔn)骄诜植茧姺峙浠芈饭收蠣顟B(tài)如圖3所示，當(dāng)連接二級(jí)管匯和三級(jí)管匯的臍帶纜上游終端接頭8線路出現(xiàn)故障時(shí)，三級(jí)管匯及以下設(shè)備所有的熱備冗余供電通訊回路均只有一路能夠正常工作。為保證系統(tǒng)冗余的要求，需要對(duì)線路進(jìn)行維修。如圖4水下控制分配單元修復(fù)后狀態(tài)示意圖所示，工程船和ROV只需?？吭谌?jí)管匯12附近，下放ROV，將冷備電飛線14的水下電接頭5從三級(jí)管匯12的臍帶纜下游終端接頭3拔出，放置在電飛線停車位9處，將熱備冗余電飛線4跳接至臍帶纜下游終端接頭3的備用回路S上，通過(guò)水上電力單元1將冷備線路電力和通訊調(diào)試成正常工作狀態(tài)，由此完成整個(gè)線路的維修，從而保證整個(gè)控制系統(tǒng)的通訊和供電線路冗余。同時(shí)備用回路電分配單元7配置回路電測(cè)試接頭，可以通過(guò)ROV操作測(cè)試回路斷點(diǎn)。

圖3 水下控制系統(tǒng)電分配故障狀態(tài)示意圖

圖4 水下控制分配單元修復(fù)后狀態(tài)示意圖

同樣，當(dāng)主控回路電分配單元6故障需要回收至水面上維修時(shí)，下游線路均會(huì)受此影響處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)，只需要將熱備冗余電飛線4跳接至備用回路電分配單元7上就實(shí)現(xiàn)了本級(jí)管匯連接的多個(gè)水下生產(chǎn)設(shè)施（水下控制模塊SCM 等）的供電和通訊需求，同時(shí)，工程船和ROV只需?？吭谌?jí)管匯附近，進(jìn)行相同的跳接作業(yè)，通過(guò)水上電力單元1將冷備線路電力和通訊調(diào)試成正常工作狀態(tài)，由此完成整個(gè)線路的維修，從而保證整個(gè)控制系統(tǒng)的通訊和供電線路冗余。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常沒(méi)有設(shè)置備用回路電分配單元7，在主控回路電分配單元6故障情況下，整個(gè)下游回路只能處于斷開(kāi)或是一路線路工作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余，若要實(shí)現(xiàn)線路冗余，工程船需要對(duì)各級(jí)管匯上的電飛線進(jìn)行重新連接，往往需要延程多處維修作業(yè)，長(zhǎng)達(dá)幾十公里甚至上百公里的海上作業(yè)，工作量巨大，船舶和維修費(fèi)用每天高達(dá)幾百萬(wàn)，費(fèi)用極高。

3 技術(shù)對(duì)比

在目前水下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通常因?yàn)楣こ淘靸r(jià)的問(wèn)題，沒(méi)有考慮設(shè)置備用回路電分配單元，在主控回路電分配單元故障情況下，整個(gè)下游回路只能處于斷開(kāi)或是一路線路工作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余，若要快速回復(fù)實(shí)現(xiàn)線路冗余，工程船需要對(duì)各級(jí)管匯上的電飛線進(jìn)行重新連接，往往需要延程多處維修作業(yè)，長(zhǎng)達(dá)幾十公里甚至上百公里的海上作業(yè)，工作量巨大，船舶和維修費(fèi)用每天高達(dá)幾百萬(wàn)，費(fèi)用極高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)置可跳點(diǎn)的備用回路其優(yōu)勢(shì)在于：

（1）本技術(shù)方案的水下電分配單元集成了備用線路的供電通訊分配，實(shí)現(xiàn)了電/液控制信號(hào)的雙重冗余作用；

（2）本技術(shù)方案設(shè)有主控回路電分配單元和備用回路電分配單元系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多供電通訊回路的跳接；

（3）當(dāng)臍帶纜上下游終端接頭線路故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)工程船和ROV在故障點(diǎn)本地一處操作，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)回路跳接，保障供電和通訊回路的冗余要求。

（4）當(dāng)主控回路電分配單元線路故障時(shí)，工程船和ROV在延程線路中最多進(jìn)行兩處維修操作，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)回路跳接，保障供電和通訊回路的冗余要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然目前各大水下系統(tǒng)供應(yīng)商已有用于水下調(diào)試的電路檢測(cè)接頭，能夠進(jìn)行電回路的絕緣和回路檢測(cè)，但是仍然無(wú)法解決快速定位故障點(diǎn)的問(wèn)題，也無(wú)法在測(cè)試之后的快速?gòu)?fù)產(chǎn)。增加備用回路電分配單元費(fèi)用約在50萬(wàn)元左右，雖然會(huì)增加設(shè)備的費(fèi)用，但是相對(duì)比故障后維修每日百萬(wàn)的船舶費(fèi)用，增加備用回路調(diào)接設(shè)備的費(fèi)用仍然是非?？捎^的，但這需要都投資者進(jìn)行綜合性的經(jīng)濟(jì)評(píng)估來(lái)決定。