我国水下生产系统测试技术进展(5)

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。

（2）为保证水下生产通信及供电系统的可靠性，涉及信号与电力传输的关键设备，包括水下控制模块、脐带缆，以及水下多相流量计等，需在FAT阶段对系统进行通信及电力传输特性测试。此外，在水下管汇、水下跨接管等设备与其未焊接的设备之间应进行电连续性测试，以确保水下生产系统设备之间具有良好的电学绝缘特性；

（3）对于传输水下液压动力的设备（脐带缆、水下控制模块等）以及传输井下物流的设备（水下采油树、水下管汇、跨接管、海底管道等）在控制水下阀门与输送井口物流方面发挥着重要作用，应严格保障管线内壁的清洁度，需在FAT测试阶段设置清洁度测试程序，确保实际生产过程中水下生产系统的运营安全。

（4）QT阶段所包含的试验内容多以温度/压力循环试验、静水压力试验及冲击振动试验为主。如上所述，为保证新技术研发或首台套水下生产系统设备的应用安全性和可靠性，需通过QT环节严格测试设备中每个组成部件的物理性能，以使其在严苛的水下环境中具有良好的抗压变、抗温变及抗疲劳特性。对于技术已成熟的，或已通过QT的水下产品，在FAT阶段主要关注完成集成组装的整体设备的抗压应变能力、系统功能运行状况以及机械加工工艺是否满足清洁度要求等，测试性质已由QT阶段的机械性能测试向功能运行测试转变。

2 我国水下生产系统测试技术现状

为保证水下生产系统在国产化示范应用过程中的运行安全性与可靠性，我国在开展水下生产系统关键设备自主研制的同时，也逐步建立起配套的测试技术体系。下面将以水下控制模块、水下多相流量计及水下采油树等设备为例，阐述我国水下生产系统测试技术现状。

2.1 水下控制模块（subsea control module, SCM）

我国当前已完成1500 m水深级水下复合电液式控制模块工程样机的研制，其测试流程与测试结果得到国际权威第三方挪威船级社（DNV GL）和德国劳氏船级社的现场认证。测试工作涵盖SCM样机整体功能及整体性能。其中，SCM样机整体功能测试包括FAT阶段的通用功能测试、数据采集与显示功能测试、SCM对阀门等的操控功能测试与系统应急关断功能测试，以及EFAT阶段的SCM下放安装与回收测试；SCM整体性能测试在FAT阶段完成，由绝缘性能测试、功耗测试、供电与通信冗余测试、故障安全测试以及SCM高压舱测试等组成。

为满足上述测试内容需求，国内已具有测试用主控站（master control station, MCS）、测试用电力单元（electrical power unit, EPU）、测试用液压动力单元（hydraulic power unit, HPU）、深海模拟高压舱、水下液压阀门驱动显示模拟平台、绝缘监测仪以及压力模拟测试装置等。表2给出了用于SCM测试的主要设备的详细信息。图1及图2所示分别为国产SCM高压舱测试及通信测试。

需要指出的是，SCM的主要功能为控制水下管汇及水下采油树阀门的开关动作，以及实时收集水下传感器数据信息。为验证SCM在上述功能实现过程中的运行特性，应在SIT阶段开展SCM与水下管汇及水下采油树的设备联合调试工作。我国已具备的测试能力包括SCM与水下管汇/采油树的通信测试、仪器仪表设备信号采集测试以及阀门驱动测试等。

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