我国水下生产系统测试技术进展

0 引 言

在海洋油气资源开发中，水下生产系统以其可靠性高、能有效降低平台负荷等优势而得到广泛应用。它由水下控制系统、水下井口、水下采油树及脐带缆等组成。在上述水下生产系统设备制造和组装后需进行测试和试验，监测其在模拟真实环境条件下的失效情况，明确失效原因，并及时采取修复措施，以保障产品质量。因此，开展水下生产系统测试技术的研究和规范水下生产系统测试程序，对保证该系统的平稳运行具有重要意义。

在API 17及ISO-系列水下生产系统设计标准中，对水下生产系统测试提出了明确要求[1-12]。测试项目包括合格性测试（qualification test, QT）、工厂验收测试（factory acceptance test, FAT）、扩展工厂验收测试（extended factory acceptance test, EFAT）、系统完整性测试（system integration test, SIT）及现场接收测试（site received test, SRT）[13-16]。其中，QT系指针对水下生产系统设备每个原始组件的测试；FAT为在设备出厂前对其所有部件及整体的功能测试，该测试作为设备供应方及接收方在产品交接过程中的重要步骤，需交接方客户代表参加测试的现场见证；EFAT系指水下生产系统设备间的界面接口测试，如连接压力测试、可回收模块的更换试验及锁紧/解锁机构测试等；为保证各供应方提供的水下生产系统设备（水下管汇、水下控制模块、水下阀门等）之间的正常通讯及液压、电力传输，从评估水下生产系统总体可操作性的角度出发，需要开展SIT，以确保水下生产系统整体功能的安全运转；当水下生产系统设备到达接收方场地后，应开展包括设备开箱验收、设备机械功能及液压功能测试在内的SRT，确认设备在运输过程中未受到机械损伤或出现功能失效。对于技术较为成熟的水下产品，无需再进行其原始组件的测试，通过FAT、EFAT、SIT及SRT即可投入实际生产应用；对于包含新技术研发或首台（套）应用的水下产品，由于其技术成熟度水平相对较低，为严格保证产品运行的可靠性，必须从制造源头做好质量监督工作。因此，需在加工开始阶段严格执行原始组件的测试（QT），在认证通过后才可进行后续FAT、EFAT、SIT及SRT相应工作。此外，在SRT结束后，对于新研发的设备理应进行现场海上测试工作，以评价其在真实海洋环境中的运行情况，并为后期在海洋油气田的实际应用提供工程经验。

我国水下生产系统研究起步相对较晚。长期以来，水下生产系统关键设备严重依赖进口，极大制约了我国海洋油气资源开发技术的发展。近年来我国在水下生产系统领域技术方面不断进步，已基本具备500 ~ 1 500 m水深级水下生产系统设备自主研发、设计、制造及测试的能力[17]。为打破外国技术垄断，除加快更深水级、更前沿的水下生产系统设备的自主研制技术体系外，建立配套的、权威的水下生产系统测试技术体系非常重要。据此，本文基于水下生产系统设计标准中对设备测试内容的要求，详细梳理了当前国内水下生产系统测试技术现状，针对国内水下生产系统测试现状，建议制定统一的测试标准及建立权威的测试及海试基地。

1 水下生产系统测试标准中的要求

针对水下采油树、水下控制模块、脐带缆等水下生产系统关键设备，API 17及ISO-系列标准给出了它们在QT阶段和FAT阶段的测试内容和要求，如表1所示。

表1 水下生产系统设备测试要求序号水下生产系统设备QT阶段测试内容FAT阶段测试内容参考标准 1水下井口装置和水下采油树静水压试验功能测试API 6AAPI 17D 气压试验清洁度测试 温度压力循环试验ROV接口操作测试 载荷和机械循环试验通径测试 2水下管汇阀门、配件及控制系统部件等独立设备的测试测径/通球测试API 17DAPI 17PISO -6ISO -15 水压测试 管汇及管汇基盘的合格性预测试阀门泄漏测试 电连续性测试 3水下控制模块静水压力试验环境应力筛选试验API 17FISO -6 冲击测试内部泄露试验 振动测试功能及连续性试验 温度测试 4脐带缆脐带缆样缆环境及载荷测试（包括弯曲刚度测试、冲击测试、张紧器滑动测试及动态疲劳测试等）低压/中压电缆电学性能测试API 17E 液压管线压力测试 液压管线流动测试 液压管线清洁度测试 5水下多相流量计额定压力和温度鉴定静水压壳体测试API 17S 高压舱测试气压测试 电子系统合格验证高压舱测试 软件合格验证电气应力筛选测试 检查和功能测试

由表1可以看出，水下生产系统设备的测试技术特点可归结为如下4个方面：

（1）在实际生产过程中，水下生产系统设备多安置在海床上，其长期承受深水高压，并处于温度变化环境中。因此，在QT及FAT阶段多涉及内压/外压试验，以及高低温循环测试试验，以保障系统设备具有较高的对温度及压力变化适应的能力。

文章来源：《测试技术学报》 网址: http://www.csjsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0622/1072.html