CN110208101A - 一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备 - Google Patents

一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备 Download PDF

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奉虎
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王军
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张海波
李友行
徐壮
朱绍华
邓重强
兰学杰
柳斌
李秀乾
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Abstract

本发明公开了一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，包括：满足水下2000m以浅海底管道预调试作业，用于试压压力分配及保压监测的水下作业装置，可实现不低于75MPa的试压压力及数据监测功能。主要系统包括Downline连接系统、安全泄放系统、隔离放空系统、保压监测系统、辅助系统，内部集成了水下阀门、水下温度和压力监测装置、数据采集系统、水下拓展系统等所有水下温度压力测试模块支持设备。以上部件均按照最大2000水深应用进行设计并满足水下防腐材质要求，并通过撬装模块化设计，实现作业设备的高度集成，以满足海底管道对于作业设备在尺寸和重量上的要求；本发明实现水下多条管道同时试压作业，同时具有Downline接口，满足大流量试压作业的通道要求，减少常规海管预调试作业地面设备多、占用空间大、投入成本高、高压安全隐患多等缺点，提高深水管道预调试作业效率。

Description

一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备
技术领域
本发明涉及海工及深海领域，尤其涉及一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备。
背景技术
全球深海装备技术正在蓬勃发展，技术创新层出不穷，作业水深更加深远，海洋装备向自动化、绿色化、集成化、智能化方向发展。
深海是未来海洋石油开发的“主战场”。受制于工程装备能力和技术水平等因素限制，我国海上油气田开发水深暂时集中在300米以内，随着国内外深海区域油气田资源的大力开发，海底管道和海底水下装置的广泛应用，海底管道清管、试压等预调试工作量也在逐年增加。新铺设的海底管线均需要在投产前对其进行清管、试压处理施工，以保证海底管线内部清洁、压力稳定、管道无缺陷的,为海上平台投用海底管线创造了良好的条件,保证了海底管线的正常使用。
随着海洋钻井向深海发展，与之相关的管道预调试工作越来越困难，地面预调试设备可满足陆地和浅水管道的预调试作业要求，对于深水管道预调试作业，所需要的地面设备数量较多，为了克服深水压力及沿程阻力，需要大功率成套作业设备，对船舶布置空间、大功率设备投入成本提出较高要求，同时，地面设备由于高压等工况对作业人员的人身安全造成威胁。目前国内还没有地面设备可以满足深海、长距离管道的预调试作业要求，同时适用于深水的管道预调试装备也是空白。
深水油气勘探开发尚处于起步阶段，急需先进的技术和装备进行支撑。越来越多的深海管道试压作业，迫切需要一种可以在水下作业的试压作业设备。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，即水下温度压力测试模块，可实现水下多条管道同时试压作业，同时具有Downline接口，满足大流量试压作业的通道要求，减少常规海管预调试作业地面设备多、占用空间大、投入成本高、高压安全隐患多等缺点，提高深水管道预调试作业效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，包括：Downline连接系统，船舶Downline水下试压通道以及水下试压装备试压通道，其特征在于，所述Downline连接系统至少包括Downline水下快速热插拔接头以及Downline隔离装置，所述水下温度压力测试模块能够快速连接downline管或水下试压装备，撬装模块化的内管的后端设置若干条试压通道，所述试压通道至少包括安全泄放系统、隔离放空系统、保压监测系统。
本发明一个较佳实施例中，所述downline管或所述水下试压装备与水下温度压力测试模块快速连接，并在橇装模块内管路的后端有1路1inch试压管路和1路2inch(downline)试压管路以及2路1inch拓展通道。
本发明一个较佳实施例中，每一所述试压通道均设计所述安全泄放系统、所述隔离放空系统、所述保压监测系统，所述安全泄放系统包括压力隔离装置、安全泄放装置，可实现至少三种以上的安全泄放值的设定，且在安全泄放装置前设计压力隔离装置，可保证每条管道上的安全泄放装置互为备用，增加设备作业安全稳定性。所述隔离放空系统包括双端压力隔离装置以及压力泄放装置，可根据作业实际要求单独对试压管道内部以及压力泵送系统的压力进行泄放，起到双隔离作用。所述保压监测系统包括温度和压力监测及传输装置，可在试压结束后对管道内部压力和温度变化实时监测并反馈。
本发明一个较佳实施例中，所述水下温度压力测试模块连接保压控制系统，所述保压控制系统包括双隔离装置、温度和压力传感检测装置以及安全泄放装置。所述保压控制系统可实现试压结束后的保压、检测，并可实现至少三种以上的安全泄放值的设定。
本发明一个较佳实施例中，数据采集及传输系统，包括管道内部海水压力、管道内部海水温度、海水深度及温度计量系统、水下数据显示系统、水下数据无线传输系统。整套系统可对作业过程中的压力、深度、内部和外部温度等数据进行实时采集，并通过水声发送器发送，通过ROV上水声接收器接收数据，通过脐带缆传送至船上控制中心，可实现水下实时显示以及水上数据下载等功能。此设备还创新设计了与ROV对接平台和供ROV操作的阀门和仪表界面，以实现ROV对水下水下清管设备的操作。
本发明一个较佳实施例中，辅助系统包括防沉板、防腐保护、外部设备连接等。整套设备设计有适应海底不同土质的防沉板，可将接触压力控制在5kpa以内，对不同地质能够完全保障作业稳定性。整套设备设计两套防腐措施，一是设计适用于水下设备的阳极保护，利用牺牲阳极的方式保护设备及部件，整体设计寿命不低于5年，另一方面，按照水下设备表层喷涂及防腐要求设计喷涂。为适应水下快速装卸，温度压力测试模块上延伸出软管作为充水管，在充水管端部设计有水下热插拔的快速接头，可通过ROV辅助实现与发球筒上接口的水下快速连接。在作业完毕后，冲水软管可直接缠绕在设备周围，减少了水下ROV作业的工作量。
本发明一个较佳实施例中，水下拓展系统可实现对管道数量、数据采集数量的拓展，至少可以实现4通道的拓展功能及对应数据接口的拓展。
本发明一个较佳实施例中，满足水下2000m以浅海底管道预调试作业，用于试压压力分配及保压监测的水下作业装置，可实现不低于75MPa的试压压力及数据监测功能。主要系统包括Downline连接系统、安全泄放系统、隔离放空系统、保压监测系统、辅助系统，内部集成了水下阀门、水下温度和压力监测装置、数据采集系统、水下拓展系统等所有水下温度压力测试模块支持设备。以上部件均按照最大2000水深应用进行设计并满足水下防腐材质要求，并通过撬装模块化设计，实现作业设备的高度集成，以满足海底管道对于作业设备在尺寸和重量上的要求。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明中全套设备可直接应用于水下2000米水深，可避免因为水深增加而导致地面试压作业设备数量多、所需功率大、占用船舶面积达、投入成本高、高压力作业风险等缺点，将作业所需资源最小化，赋予海管试压更加安全、经济的作业方式，提升深水海管预调试作业的经济性，同时大幅降低试压作业投资。
(2)本发明可实现试压管道由单一分为多个，可同时对多条管道进行试压、保压、温度、压力监测功能，同时可满足Downline水下连接通道，极大提升水下管道预调试作业效率。
(3)本发明安全泄放系统可实现至少三种以上的安全泄放值的设定，能够保证每条管道上的安全泄放装置互为备用，增加设备作业安全稳定性；隔离放空系统可根据作业实际要求单独对试压管道内部以及压力泵送系统的压力进行泄放，起到双隔离作用；保压监测系统可在试压结束后对管道内部压力和温度变化实时监测并反馈；保压控制系统可实现试压结束后的保压、检测，并可实现至少三种以上的安全泄放值的设定。
(4)本发明数据采集及传输系统能够对作业过程中的压力、深度、内部和外部温度等数据进行实时采集，并通过水声发送器发送，通过ROV上水声接收器接收数据，通过脐带缆传送至船上控制中心，可实现水下实时显示以及水上数据下载等功能。此设备还创新设计了与ROV对接平台和供ROV操作的阀门和仪表界面，以实现ROV对水下水下清管设备的操作。
(5)本发明辅助系统设计有适应海底不同土质的防沉板，可将接触压力控制在5kpa以内，对不同地质能够完全保障作业稳定性。整套设备设计两套防腐措施，一是设计适用于水下设备的阳极保护，利用牺牲阳极的方式保护设备及部件，整体设计寿命不低于5年，另一方面，按照水下设备表层喷涂及防腐要求设计喷涂。为适应水下快速装卸，温度压力测试模块上延伸出软管作为充水管，在充水管端部设计有水下热插拔的快速接头，可通过ROV辅助实现与发球筒上接口的水下快速连接。在作业完毕后，冲水软管可直接缠绕在设备周围，减少了水下ROV作业的工作量。
(6)本发明可实现水下多条管道同时试压作业，同时具有Downline接口，满足大流量试压作业的通道要求，减少地面设备建设、降低空间占用面积、降低成本、减少高压安全隐患，提高深水管道预调试作业效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明的优选实施例的立体结构图；
图2是本发明的优选实施例的原理示意图；
图中：防沉板1；保护架2；ROV操作水下阀门3；ROV仪表面板4；试压通道5；水下数采系统6；阳极保护7。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
需要说明的是，当部件被称为“固定于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者也可以存在居中的部件。当一个部件被认为是“连接”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。本文所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1、图2所示，一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，包括：Downline连接系统，船舶Downline水下试压通道5以及水下试压装备试压通道5，其特征在于，Downline连接系统至少包括Downline水下快速热插拔接头以及Downline隔离装置，水下温度压力测试模块能够快速连接downline管或水下试压装备，撬装模块化的内管的后端设置若干条试压通道5，试压通道5至少包括安全泄放系统、隔离放空系统、保压监测系统。
具体地，downline管或水下试压装备与水下温度压力测试模块快速连接，并在橇装模块内管路的后端有1路1inch试压管路和1路2inch(downline)试压管路以及2路1inch拓展通道。
具体地，每一试压通道5均设计安全泄放系统、隔离放空系统、保压监测系统，安全泄放系统包括压力隔离装置、安全泄放装置，可实现至少三种以上的安全泄放值的设定，且在安全泄放装置前设计压力隔离装置，可保证每条管道上的安全泄放装置互为备用，增加设备作业安全稳定性。隔离放空系统包括双端压力隔离装置以及压力泄放装置，可根据作业实际要求单独对试压管道内部以及压力泵送系统的压力进行泄放，起到双隔离作用。保压监测系统包括温度和压力监测及传输装置，可在试压结束后对管道内部压力和温度变化实时监测并反馈。
具体地，水下温度压力测试模块连接保压控制系统，保压控制系统包括双隔离装置、温度和压力传感检测装置以及安全泄放装置。保压控制系统可实现试压结束后的保压、检测，并可实现至少三种以上的安全泄放值的设定。
具体地，数据采集及传输系统，包括管道内部海水压力、管道内部海水温度、海水深度及温度计量系统、水下数据显示系统、水下数据无线传输系统。整套系统可对作业过程中的压力、深度、内部和外部温度等数据进行实时采集，并通过水声发送器发送，通过ROV上水声接收器接收数据，通过脐带缆传送至船上控制中心，可实现水下实时显示以及水上数据下载等功能。此设备还创新设计了与ROV对接平台和供ROV操作的阀门和仪表界面，以实现ROV对水下水下清管设备的操作。
具体地，辅助系统包括防沉板1、防腐保护、外部设备连接等。整套设备设计有适应海底不同土质的防沉板1，可将接触压力控制在5kpa以内，对不同地质能够完全保障作业稳定性。整套设备设计两套防腐措施，一是设计适用于水下设备的阳极保护7，利用牺牲阳极的方式保护设备及部件，整体设计寿命不低于5年，另一方面，按照水下设备表层喷涂及防腐要求设计喷涂。为适应水下快速装卸，温度压力测试模块上延伸出软管作为充水管，在充水管端部设计有水下热插拔的快速接头，可通过ROV辅助实现与发球筒上接口的水下快速连接。在作业完毕后，冲水软管可直接缠绕在设备周围，减少了水下ROV作业的工作量。
具体地，水下拓展系统可实现对管道数量、数据采集数量的拓展，至少可以实现4通道的拓展功能及对应数据接口的拓展。
具体地，满足水下2000m以浅海底管道预调试作业，用于试压压力分配及保压监测的水下作业装置，可实现不低于75MPa的试压压力及数据监测功能。主要系统包括Downline连接系统、安全泄放系统、隔离放空系统、保压监测系统、辅助系统，内部集成了水下阀门3、水下温度和压力监测装置、数据采集系统、水下拓展系统等所有水下温度压力测试模块支持设备。以上部件均按照最大2000水深应用进行设计并满足水下防腐材质要求，并通过撬装模块化设计，实现作业设备的高度集成，以满足海底管道对于作业设备在尺寸和重量上的要求。
如图1所示，水下温度压力测试模块具有船舶Downline水下试压通道5以及水下试压设备试压通道5两种试压分配功能；在水下温度压力测试模块前端部带有水下的快速接头，可以实现downline管或水下温度压力测试模块与水下温度压力测试模块快速连接，并可实现至少4条试压管道的拓展空间；所有管线可在ROV的辅助下可实现水下快速连接。在ROV辅助充水状态或完成深海管道冲水之后，通过ROV实现downline管或水下温度压力测试模块与水下温度压力测试模块及深海管道的连接；在管道试压过程中，该设备会对压力/温度等进行检测，并将数据显示在设备的显示屏上以及把采集的数据记录在橇上的数据采集系统上。为了实现ROV对水下温度压力测试模块的操作，在橇上设计有ROV对接平台和供ROV操作的阀门和仪表界面；
如图2所示，温度压力测试模块可实现至少2个通道以上的管道同时试压作业，可直接通过ROV操作与水下试压设备连接对管道进行试压。此外当海底管道需要大流量和高压力试压作业时，可将船舶上的地面试压装备通过Downline与温度压力测试模块连接。将试压设备或者船舶Downline系统通过温度压力测试模块的Downline连接系统连接，可根据具体试压作业的管道定位选择开启其中一条试压通道5，打开Downline连接系统中的隔离装置、安全泄放系统中的压力隔离装置、隔离放空系统中的隔离装置。当试压结束之后关闭隔离放空系统中的后置隔离装置，并打开前置隔离装置以及放空装置，对试压泵的压力进行放空，并对试压管道进行保压监控，记录保压数据。当保压结束后关闭隔离放空系统中的前置隔离装置，打开后置隔离放空装置以及放空装置，对试压管道内的压力进行放空，试压结束。以上所有作业均设计安全泄放装置。
以上作业，均可由图2中的水下ROV控制面板直接操作，减少ROV的运动范围和运动量，避免水下缠缆的风险。同时，作业过程中的压力、深度、内部和外部温度等数据进行实时采集，并通过水声发送器发送，通过ROV上水声接收器接收数据，通过脐带缆传送至船上控制中心，可实现水下实时显示以及水上数据下载等功能。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，关键设备即为水下温度压力测试模块，包括：Downline连接系统，船舶Downline水下试压通道以及水下试压装备试压通道，其特征在于，所述Downline连接系统至少包括Downline水下快速热插拔接头以及Downline隔离装置，所述水下温度压力测试模块能够快速连接downline管或水下试压装备，撬装模块化的内管的后端设置若干条试压通道，所述试压通道至少包括安全泄放系统、隔离放空系统、保压监测系统。
2.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述安全泄放系统至少包括压力隔离装置、安全泄放装置，所述安全泄放装置前部连接所述压力隔离装置，能够设定不小于三种的安全泄放值。
3.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述隔离放空系统至少包括双端压力隔离装置以及压力泄放装置。
4.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述保压监测系统包括温度和压力监测及传输装置。
5.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述水下温度压力测试模块连接数据采集及传输系统，所述数据采集及传输系统至少包括管道内部海水压力、管道内部海水温度、海水深度及温度计量系统、水下数据显示系统、水下数据无线传输系统。
6.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述水下温度压力测试模块在橇上设计有ROV对接平台和供ROV操作的阀门和仪表面板。
7.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述水下温度压力测试模块连接保压控制系统，所述保压控制系统包括双隔离装置、温度和压力传感检测装置以及安全泄放装置。
8.根据权利要求7所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述保压控制系统能够设定不低于三种的安全泄放值。
9.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述水下温度压力测试模块连接辅助系统，所述辅助系统至少包括防沉板、防腐保护、外部设备连接。
10.根据权利要求1所述的一种应用于深海油气管道预调试作业的关键设备，其特征在于：所述水下温度压力测试模块连接水下拓展系统，所述拓展系统能够对管道数量、数据采集数量的进行拓展。
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