水下高完整性壓力保護系統的功能檢測和恢復裝置及方法與流程
2023-11-11 02:22:48 2
1.本技術涉及深水油氣田生產系統技術領域，具體涉及水下高完整性壓力保護系統(hipps)的檢測系統和檢測方法。
背景技術：
2.在深水高溫高壓氣田開發過程中，生產井關井壓力非常高，因此水下生產井口到登平臺關斷閥間的跨接管、管匯、海管等水下生產設施設計壓力，通常採用所有單井的最大關井壓力值p1，即全壓設計。
3.採用全壓設計，水下生產設施及管道雖不會超壓，但對關井壓力特別高的油氣田，在設計階段，需要設計懸掛重量更大的深水立管，設計壁厚更大的回接海管，設計重量更大的管匯。在施工階段中，需要懸掛重量大的深水立管，增加了安裝難度，提高了船舶施工吊裝要求，縮小了安裝資源的選擇性，甚至限制到浮式平臺開發方案的可行性；壁厚大的回接海管，增加了焊接難度，降低了施工效率；重量大的管匯，對安裝船舶吊裝能力提出更高要求，這些都無疑增加深水油氣田開發的工程投資成本。
4.水下高完整性壓力保護系統，可以實現水下生產系統的降壓，使得海底管段及其回接海管乃至深水立管段的設計壓力顯著降低，從而減小深水立管和回接海管的管壁厚度，可大幅減少工程投資。
5.水下高完整性壓力保護系統一旦失效,可能導致嚴重的環境破壞和巨大經濟損失，因而對水下高完整性壓力保護系統安全可靠性要求非常高。需每年對高完整性壓力保護系統進行全功能檢測，以顯示高完整性壓力保護系統正常工作並監測運行狀態。高完整性壓力保護系統全功能檢測包括壓力傳感器測試、關斷壓力響應測試、關斷閥嚴密性測試等。
6.水下高完整性壓力保護系統具有很高的靈敏性和安全性，一旦井發生事故或者管道有堵塞工況，監測到壓力達到觸發設定值，水下高完整性壓力保護系統即會啟動，保護下遊生產設施安全，在重新恢復生產前，需對水下高完整性壓力保護系統的功能進行恢復。
技術實現要素：
7.針對上述問題，本技術的目的是針對深水油氣田開發中的水下高完整性壓力保護系統，提供一種功能檢測和恢復的系統與方法，此系統可採用一套集成式管路，同時完成水下高完整性壓力保護系統功能的測試與恢復。
8.為實現上述目的，本技術採取以下技術方案：
9.一種水下高完整性壓力保護系統的功能檢測和恢復裝置，包括：
10.管道，管道包括從甲醇注入系統分出的一條甲醇管道，用於水合物解堵的甲醇通過甲醇管道注入到水下高完整性壓力保護系統的功能檢測和恢復裝置，在管道上安裝測試閥；
11.觸發器，觸發器的一端連接到管道；
12.邏輯解算器，觸發器的另一端連接到邏輯解算器；和
13.執行設施，執行設施設置在管道上，邏輯解算器控制執行設施以關閉和/或連通管道。
14.執行設施包括間隔設置在所述管道上第一關斷閥和第二關斷閥，觸發器包括第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器和第五壓力傳感器，第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器順序地安裝在第一關斷閥之前，第四壓力傳感器安裝在第一關斷閥和第二關斷閥之間，用於嚴密性檢測過程中壓力的遠傳顯示，第五壓力傳感器安裝在測試閥與第二關斷閥之間。
15.在水下高完整性壓力保護系統與下遊管匯連接的管道上安裝測試閥。
16.在甲醇管道上設置化學藥劑注入閥，用於控制水下高完整性壓力保護系統檢測和功能恢復過程中甲醇注入的開始和停止，化學藥劑注入閥處於常閉狀態。
17.在甲醇管道上設置化學藥劑注入計量閥，用於控制甲醇注入的流量。
18.在甲醇管道上設置止回閥，用於防治洩壓過程中油氣介質竄入至甲醇注入系統。
19.在甲醇管道上分設三路甲醇注入管道，分別連接至井口與第一關斷閥之間、第一關斷閥和第二關斷閥之間、第一關斷閥和測試閥之間，對水下高完整性壓力保護系統功能恢復期間閥門之間管道的洩壓速度進行測試和控制。
20.在三路甲醇注入管道的每路分支甲醇注入管道上各設置一個閥門，在第一分支甲醇注入管道上設置第一洩壓閥、在第二分支甲醇注入管道上設置第二洩壓閥、在第三分支甲醇注入管道上設置第三洩壓閥，用於各生產關斷的功能檢測和洩壓控制，第一洩壓閥、第二洩壓閥和第三洩壓閥處於常閉狀態。
21.一種水下高完整性壓力保護系統的功能檢測方法，使用以上的水下高完整性壓力保護系統的功能檢測和恢復裝置，包括：
22.關閉採油樹的生產閥門，對水下生產井口關井停產；
23.關閉測試閥，在採油樹生產閥門和測試閥之間管路上形成有限容積的封閉空間；
24.打開測試閥、注入閥和第一洩壓閥，以甲醇對檢測空間充壓，觀察第一壓力傳感器、第二傳感器數據、第三傳感器數據的壓力數據是否一致，如果一致，壓力傳感器測試成功，如果不一致，則以三選二的原則判斷，兩個壓力顯示相同的判定為測試成功，另外一個則判定為故障，壓力傳感器測試工作完成；
25.當壓力傳感器的壓力到達觸發壓力後，觀察第一關斷閥和第二關斷閥的響應關閉情況，如成功關斷則確定關斷壓力響應檢測成功，否則判斷水下高完整性壓力保護系統功能失效，關斷壓力響應測試，測試檢測工作完成；
26.關斷壓力響應檢測成功後，繼續注入甲醇，壓力上升至閥門嚴密性檢測壓力後，關閉測試閥、注入閥和第一洩壓閥，觀察第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器顯示壓力在持續五分鐘內無衰減，則判定水下高完整性壓力保護系統中第一關斷閥完全密封；
27.打開第二洩壓閥和注入閥，壓力上升至嚴密性檢測壓力後關閉測試閥、注入閥和第二洩壓閥，觀察第四壓力傳感器顯示壓力在持續五分鐘內無衰減，則判定水下高完整性壓力保護系統中第二關斷閥完全密封，關斷閥嚴密性測試工作完成。
28.一種水下高完整性壓力保護系統的功能恢復方法，包括：
29.檢查確保測試閥打開；
30.打開注入閥，用於在洩壓管道中的甲醇注入，以防止天然氣在高壓和低壓系統間降壓產生低溫，引起水合物堵塞洩壓管道；
31.依次打開第三洩壓閥和第二洩壓閥，將第一關斷閥和第二關斷閥之間的高壓流體洩放至第二關斷閥下遊，待第四壓力傳感器的壓力降低至與第五壓力傳感器相同時，關閉第二洩壓閥，第一關斷閥和第二關斷閥之間管段洩壓完成；關斷第一關斷閥和第二關斷閥之間的管段，洩壓完成；
32.再打開第一洩壓閥洩放第一關斷閥上遊積聚的壓力；
33.待第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器的壓力降低至與第五壓力傳感器相同時，關閉第一洩壓閥和第三洩壓閥，關閉注入閥，關斷第一關斷閥上遊管段，洩壓完成；
34.打開第一關斷閥和第二關斷閥，水下高完整性壓力保護系統測試功能恢復。
35.本技術由於採取以上技術方案，其具有以下優點：
36.在保證水下高完整性壓力保護系統關斷、測試、恢復等功能需要的基礎上，可簡化系統，減輕水下高完整性壓力測試系統的本體重量，提高安裝船舶資源選擇的靈活性，同時生產期可簡化測試程序，減少管路和閥門的安裝數量，同時檢測期間可簡化程序，節省功能檢測和恢復的時間，保證氣田生產時率，提高產量。
附圖說明
37.通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本技術的限制。在整個附圖中，用相同的附圖標記表示相同的部件。在附圖中：
38.圖1為根據本技術的實施例的高完整性壓力保護系統基本配置示意圖；
39.圖2為根據本技術的實施例的水下高完整性壓力保護系統的功能檢測和恢復系統；
40.圖3為根據本技術的實施例的水下高完整性壓力保護系統的功能檢測方法示意圖；
41.圖4為根據本技術的實施例的水下高完整性壓力保護系統的功能恢復方法示意圖。
42.附圖中各標記表示如下：
43.1、管道；2、觸發器；3、邏輯解算器；4、執行設施；11、第一跨接管；12、第二跨接管；21、第一壓力傳感器；22、第二壓力傳感器；23、第三壓力傳感器；24、第四壓力傳感器；25、第五壓力傳感器；41、第一關斷閥；42、第二關斷閥；43、第一洩壓閥；44、第二洩壓閥；45、第三洩壓閥；46、注入閥；47、測試閥。
具體實施方式
44.下面將參照附圖更詳細地描述本技術的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本技術的示例性實施方式，然而應當理解，可以以各種形式實現本技術而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本技術，並且能夠將本申
請的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
45.圖1是一種深水油氣田水下生產降壓系統及其降壓方法的水下高完整性壓力保護系統基本配置示意圖。該水下高完整性壓力保護系統包括配套管道1、觸發器2、邏輯解算器3和最終執行設施4。
46.圖2是本技術的水下高完整性壓力保護系統的功能檢測和恢復的系統，其中第一關斷閥41和第二關斷閥42對應的圖1中的最終執行設施4的兩個閥門。第一壓力傳感器21、第二壓力傳感器22、第三壓力傳感器23對應於圖1中的觸發器2。
47.水下高完整性壓力保護系統功能檢測與恢復裝置
48.在水下高完整性壓力保護系統與下遊管匯連接的管道1上安裝測試閥47，在測試閥47與關斷閥42間安裝第五壓力傳感器25，在高完整性壓力保護系統的兩個關斷閥，第一關斷閥41和第二關斷閥42之間安裝第四壓力傳感器24，用於嚴密性檢測過程中壓力的遠傳顯示。
49.因水下生產系統中用於水合物解堵的甲醇注入系統操作壓力，可滿足高完整性壓力保護系統檢測的壓力需求，因此自甲醇注入系統分出一條內徑31.75mm甲醇管道，到水下高完整性壓力保護系統。
50.在甲醇管道上設置一個化學藥劑注入閥46，用於控制水下高完整性壓力保護系統檢測和功能恢復過程中甲醇注入的開始和停止，注入閥46處於常閉狀態。
51.在甲醇管道上設置一個化學藥劑注入計量閥，用於控制甲醇注入的流量。
52.在甲醇管道上設置一個止回閥，用於防治洩壓過程中油氣介質竄入至甲醇注入系統。
53.在甲醇管道上分設三路內徑25.4mm的甲醇注入管道，分別連接至井口與關斷閥41之間、關斷閥41和關斷閥42之間、關斷閥42和測試閥47之間，用於水下高完整性壓力保護系統檢測和功能恢復過程中的洩壓管路，適度尺寸的管道，可對水下高完整性壓力保護系統功能恢復期間閥門之間管道的洩壓速度進行控制，避免壓力下降過快、水下生產系統換熱不及時，導致管道操作溫度低於設計溫度-29℃，而破壞管材。
54.三路甲醇注入管道的尺寸可以根據需要而特殊設計，不限於以上示例的內徑25.4mm的限定。
55.在三路甲醇注入管道的每路分支甲醇注入管道上各設置一個閥門，如圖2所示，在第一分支甲醇注入管道上設置第一洩壓閥43、在第二分支甲醇注入管道上設置第二洩壓閥44、在第三分支甲醇注入管道上設置第三洩壓閥45，用於各生產關斷的功能檢測和洩壓控制，第一洩壓閥43、第二洩壓閥44和第三洩壓閥45處於常閉狀態。
56.水下高完整性壓力保護系統功能檢測方法
57.水下高完整性壓力保護系統作為一種超壓保護設施，一旦失效,可能導致嚴重的環境破壞和巨大經濟損失，因而對水下高完整性壓力保護系統安全可靠性要求非常高。需每年對高完整性壓力保護系統進行全功能檢測，以顯示高完整性壓力保護系統正常工作並監測運行狀態。高完整性壓力保護系統全功能檢測包括壓力傳感器測試、關斷壓力響應測試、關斷閥嚴密性測試等。
58.①
關閉採油樹的生產閥門，對水下生產井口關井停產；
59.②
關閉測試閥47，在採油樹生產閥門和測試閥47之間管路上形成有限容積的封閉
空間；
60.③
打開第一洩壓閥43，以甲醇對檢測空間充壓，觀察第一壓力傳感器21、第二壓力傳感器22、第三壓力傳感器23的壓力數據是否一致，如果一致，壓力傳感器測試成功，如果不一致，則以三選二的原則判斷，兩個壓力顯示相同的判定為測試成功，另外一個則判定為故障，壓力傳感器測試工作完成；
61.④
當壓力傳感器的壓力到達觸發壓力後，觀察第一關斷閥41和第一關斷閥42的響應關閉情況，如成功關斷則確定關斷壓力響應檢測成功，否則判斷水下高完整性壓力保護系統功能失效，關斷壓力響應測試測試工作完成；
62.⑤
關斷壓力響應檢測成功後，繼續注入甲醇，壓力上升至閥門嚴密性檢測壓力後，關閉注入閥46，觀察第一壓力傳感器21、第二壓力傳感器22、第三壓力傳感器23顯示壓力在持續5分鐘內無衰減，則判定水下高完整性壓力保護系統中第一關斷閥41完全密封；
63.⑥
關閉第一洩壓閥43，打開第二洩壓閥442和注入閥46，壓力上升至嚴密性檢測壓力後關閉注入閥46，觀察第四壓力傳感器顯示壓力在持續5分鐘內無衰減，則判定水下高完整性壓力保護系統中第二關斷閥42完全密封，關斷閥嚴密性測試工作完成。
64.水下高完整性壓力保護系統功能恢復方法
65.一旦高壓生產井發生事故或者管道有堵塞工況，監測到壓力達到觸發設定值，水下高完整性壓力保護系統即會啟動，保護下遊生產設施安全，在重新恢復生產前，需對水下高完整性壓力保護系統的功能進行恢復，將水下高完整性壓力保護系統本體及上遊的高壓物流洩放至下遊的低壓空間中。
66.在恢復生產前，洩壓分兩段進行，
67.①
檢查確保測試閥打開；
68.②
打開甲醇注入閥46，用於在洩壓管道中的注入甲醇，以防止天然氣在高壓和低壓系統間降壓產生低溫，引起水合物堵塞洩壓管道；
69.③
依次打開第三洩壓閥45和第二洩壓閥44，將第一關斷閥41和第二關斷閥42間的高壓流體洩放至第二關斷閥42下遊，待第四壓力傳感器24的壓力降低至與第五壓力傳感器25相同時，關閉第二洩壓法42，關斷第一關斷閥41和第二關斷閥42之間的管段，洩壓完成；
70.④
再打開第一洩壓閥43洩放第一關斷閥41上遊積聚的壓力。
71.⑤
待第一壓力傳感器21、第二壓力傳感器22、第三壓力傳感器23的壓力降低至與第五壓力傳感器25相同時，關閉第一洩壓閥43和第三洩壓閥45，關閉注入閥46，關斷第一關斷閥41上遊管段，洩壓完成。
72.⑥
打開第一關斷閥41和第二關斷閥42，水下高完整性壓力保護系統測試功能恢復。
73.最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本技術的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本技術進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本技術各實施例技術方案的精神和範圍。