GB T 21412.6-2009 石油天然气工业.水下生产系统的设计与操作.第6部分 水下生产控制系统.pdf
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1、lCS 7518010E 94 豆雷中华人民共和国国家标准GBT 2 1 4 1 26-2009IS0 1 36286:2000石油天然气工业水下生产系统的设计与操作第6部分:水下生产控制系统Petroleum and natural gas industries-Design and operation of subsea production systems-Part 6:Subsea production control systems2009-0316发布(ISO 136286:2000,IDT)2009-10-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局辔士中国国家标准化管理委员会
2、及仲GBT 214126-20091SO 13628-6:2000前言引言1范围一2规范性引用文件3术语和定义4缩略语一5系统要求6水上设备7水下设备8接口目 次9材料和制造10质量一11试验12标记、包装、储存和运输附录A(资料性附录) 控制系统类型及其选择附录B(资料性附录) 典型的控制和监视功能附录c(资料性附录) 控制渡的性能及其测试附录D(资料性附录)API缩写参考文献一-I-一l一1-2-4-5-13-17-23-24-25-25-一27-29-31-t33-38-39刖 罱GBT 214126-2009IS0 136286:2000GBT 21412(石油天然气工业水下生产系统的
3、设计与操作目前包括以下9个部分:第1部分:一般要求和推荐做法第2部分:水下柔性管系统第3部分:过出油管(TFL)系统第4部分:水下井口和采油树第5部分:脐带缆第6部分:水下生产控制系统第7部分:修井完井立管系统第8部分:水下生产系统中遥控作业机器人(ROV)操作界面第9部分:遥控作业工具(ROT)修井系统本部分是GBT 21412的第6部分。本部分等同采用ISO 136286:2000(石油天然气工业水下生产系统的设计与操作第6部分:水下生产控制系统。本部分的附录A、附录B、附录C、附录D均为资料性附录。本部分由中国石油天然气集团公司提出。本部分由全国石油天然气标准化技术委员会归口。本部分起草
4、单位:中海石油研究中心。本部分主要起草人:李清平、姚海元、陈可钦、俞曼丽、王珏。GBT 214126-20091150 13628-6:2000引 言本部分中的部件描述部分用于说明其功能要求。本部分不应被认为限制那些文献证明能够改进寿命周期内效益的方法。GBT 214126-2009IS0 13628-6:2000石油天然气工业水下生产系统的设计与操作第6部分:水下生产控制系统1范围GBT 21412的本部分适用于水下生产控制系统的设计、制造、测试、安装和操作,涵盖了安装在水面和水下的控制系统设备、控制流体。这些设备用于实现水下油气生产的控制和水下注水、注气作业。本部分也适用于多井系统的控制设
5、备。注:水下生产控制系统的主要组件在511中进行描述。本部分建立了系统、子系统、组件和控制流体的设计标准,其目的是为水下生产设备提供安全有效的控制功能。本部分包括各类与水下生产控制系统相关的信息,如下:用于介绍和资料目的、提供控制系统总体构造和一般功能概述的资料性数据;所有控制系统都应遵循的、基本的说明性资料;对控制系统类型敏感的、选择性的说明数据(只有相关时才选择);当使用者或制造商认为必要时才采纳的可选数据和要求。鉴于数据类型多种多样,建议控制系统的使用者、制造商从本部分中选取实际应用所需要的规定。如果不采纳本部分的规定可能导致超出规格要求和较高的购买成本。井下智能钻井井下控制设备不在本部
6、分的规定范围内。旧设备返工和修理不在本部分的规定范围内。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 21412的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。ISO 4406:1987液压油动力液体固相颗粒污染等级编码方法ISO 6073液压传动一 油液体积模量的预测ISO 10432石油天然气工业井下设备水下安全阀设备ISO 136285石油天然气工业水下生产系统的设计与操作第5部分:脐带缆API RP 1
7、4H水上和水下安全阀的安装、维护和维修API Spec 6A井口和采油树API Spec 17D水下井口和采油树ASME锅炉和压力容器规范第8部分第1分册:压力容器结构标准ASME锅炉和压力容器规范第9部分:焊接和铜焊资格ASTM D92闪点和燃点测试的克利夫兰开杯法ASTM D445透明和不透明液体运动黏度的测试方法(动力黏度的计算)ASTM D471橡胶特性试验方法液体效应ASTM D665水中矿物油抑制剂防锈特性的测试方法1GBT 214126-2009ISO 13628-6:2000ASTM D892润滑油起泡特性的测试方法ASTM D1293水的pH值测试方法ASTM D1889水的
8、浊度测试方法ASTM D2596润滑脂极压特性的测试方法ASTM I)4006测试原油含水率的蒸馏法ANSIASME B313工艺管线EN 287 1+A1焊缝验收试验 一氧炔焊第1部分:钢(包括A1:1997修订部分)EN 2872+A1焊缝验收试验氧炔焊第2部分:铝和铝合金(包括A1:1997修订部分)EN 288(所有应用部分)金属材料焊接程序规范和鉴定BS 72011液压传动充气式蓄能器第1部分:储水容积在05 L以上的无缝钢蓄能器规格BS 720I一2液压油动力气体蓄能器一一第2部分:出气口的尺寸IP 280石油产品和润滑剂氧化稳定性的确定NAs 163864美国航空标准液压系统的清
9、洁要求3术语和定义下列术语和定义适用于GBT 21412的本部分。31增压boost为改进关闭响应时问,水下执行机构弹簧复位侧需维持的压力。32命令关闭 commanded closure根据控制系统设计的水下安全阀和其他阀门的关闭。注:这些指令可以来自手动、自动或者紧急关断系统(ESD)。33控制路径长度control path length控制信号(电、光、液压)从上部控制系统传输到水下控制模块或者阀门执行机构的总距离。34设计压力额定工作压力design pressurerated working pressure大于或等于最大操作压力,即所有组件的额定工作压力。35直接液压控制dire
10、ct hydeaulic control液压压力通过脐带缆中管线直接作用于水下阀门执行机构的控制方法。注:在阀门执行机构弹簧恢复力的作用下,控制流体通过脐带缆返回水面设施。水下功能可以组合在一起从而减少脐带缆中管线的数量。36下游downstream远离压力源或液压流体源的方向。37电液控制electrohydraulic control电信号传输至水下系统用来打开或关闭电控液压阀的控制方法。注:液压油就地提供并作用于相应的水下周门执行机构。“就地提供液压油”可以是当地贮存的加压流体或由液压管缆供给。使用电液控制系统,可以进行高速数据自动测量记录。电信号的多路技术减少了电力脐带缆中的导线数。Z
11、GBT 214126-20091S0 13628-6:200038水压试验压力耐压hydrostatic test pre$ureproof pressure大于设计压力(额定工作压力)的最大测试压力。39最小操作压力minimum operating pressure正常工况下,系统内任何一点都能有效操作的最低操作压力。310分支 offset控制路径长度的水平部分。311响应时间response time信号传输时间和工作时间的总和。312作业工具running tool从水上进行水下设备的操作、回收、定位和连接的遥控作业工具。注:如水下控制模块作业工具。313工作时间shift time
12、控制信号到达水下位置并完成控制功能所消耗的时间。注:对于水下采油树,主要关心的是设计为水下安全阀的主阀或翼阀的执行动作的全行程时间。314信号传输时间signal time远程控制指令发出到水下控制功能开始操作所消耗的时间。315水下生产控制系统subsea production control system生产作业过程中用于水下生产系统操作的控制系统。316水上控制的井下安全阀surface-controlled subsurface safety valveSCSSV水上控制的井下安全阀是位于水下井口以下生产油管中的安全设备,就像ISO 10432中定义的那样,为卸压关闭。注:其功能是当水
13、下采油树总成供给的主要流动控制安全设备发生严重损坏或接到来自水面的命令,如。级紧急关断时关井。317井上安全阀surface safety valveSSV井上安全阀位于井口装置(平台上的井)以上的生产油管内,或位于水下生产井到平台登陆点,就像API RP 14H中定义的那样,为卸压关闭。318脐带缆umbilical一组电缆、软管或钢管(或与光缆)的单个或多个组合以便增加挠性,并通过铠装提高机械强度。3GBT 214126-2009IS0 136286:2000319水下安全阀underwater safety valveUSV在API RP 14H中将USV定义为安全阀总成,为卸压关闭。3
14、20上游upstream朝着压力源或液压流体源的方向。4缩略语ANSI美国国家标准化协会API美国石油协会ASME美国机械工程师协会ASTM美国材料和实验协会AWS美国焊接协会BER误比特率cfu群集型装置CIGRE大型电气系统国际会议C1U化学药剂注入单元CPL控制路径长度CRC循环冗余校验DCS集散式控制系统DCV方向控制阀DHPT井下压力和温度EPU供电单元ESD紧急关断EXT扩展FAT出厂验收测试FMECA失效模式的影响和危险分析HIPPS高完整性管线保护系统HP高压HPU液压动力单元IEC国际电工委员会IP石油协会LP低压MCS主控站MEA一乙醇胺MILSTD美国国防部军方标准NAS
15、美国航空标准协会NBR天然丁纳橡胶NPT标准管线螺纹PARCOMS巴黎委员会PC个人电脑PREP准备PSD过程关断GBT 214126-2009IS0 13628-6:2000PTFE聚四氟乙烯QA质量保证ROV遥控操作机器人SCM水下控制模块SCSSV水上控制水下安全阀SEM水下电子模块SSV水面安全阀STD标准TAN总酸值TBN总碱值THPu试验用液压动力单元TSA胰化(蛋白)胨大豆琼脂(Tryptone soya agar)UPS不间断电源usV水下安全阀VAC交流电压VDU视频显示单元5系统要求51 一般要求511概述水下生产控制系统包括以下部件:a)液压动力单元(HPU)HPU为水下
16、遥控操作阀提供稳定和清洁的液压流体。控制流体通过液压脐带缆输送到水下液压分配系统和水下控制模块,操作水下阀门执行机构。b)主控站(MCS)主控站是中心控制“节点”,包含用于控制和监视水下生产系统以及相关上部设备(如HPU、EPU等)所需的应用软件。c)集散式控制系统(DCS)DCS可以完成与MCS相同的功能,但采用分散布置。d)供电单元(EPU)EPU为水下用户提供所需电压和频率的电力。电力输送通过电缆和水下电力分配系统完成。e)调制解调器此装置调制发送去往和来自水下用户的通信。f)不问断电源(UPS)UPS确保为水下生产控制系统提供安全和可靠的电源。g)脐带缆脐带缆向水下生产系统中的水下设施
17、传送电力、信号、液压动力化学药剂。信号可以通过动力电缆(电力载波)、信号电缆或光纤传输。h)水下控制模块(SCM)在先导式液压、电液控制或电气控制系统中,SCM是按照来自MCS的命令引导液压流体操作水下阀门的单元。在电液控制系统中SCM收集水下传感器信息,并且将其传送至上部设施。i)水下分配系统分配系统将电、液压流体和化学药剂从脐带缆终端分配到水下采油树、管汇阀、注入点和水下生产控制系统的控制模块。5GBT 21,4126-2009I$0 13628-6:2000j)水下就地传感器安装在SCM或水下采油树或管汇上的传感器,提供用于水下生产系统的运行监视数据。k)控制流体油基或水基的液体,用于从
18、上部液压动力单元或本地蓄能器向SCM和阀门执行机构输送控制液压动力。1)控制浮体用于支撑发电、通信和化学注入(可选)设备的锚定浮体,它通过电力光纤液压脐带缆连接到水下生产系统的水下组件上,同时可通过声波、无线电、卫星或三者结合与上部生产设施通信。本部分涵盖了所有的液压和电液系统,只宜使用相关的条款。512作业条件5121工作条件的适合度水下控制系统的设计和操作应考虑其外部环境。对于上部设施,应包括气候条件、腐蚀、海生物、潮汐力、照明和危险区划分。对于水下环境,应考虑腐蚀、环境压力和温度、维护。所设计的产品应能在不降低、超过许用应力或为了系统设计寿命而损失其他性能要求的条件下,承受额定温度下的设
19、计压力(额定工作压力)。5122压力等级51221概述设计时应该考虑压力效应和其他压力诱发的负荷。还应考虑些特殊情况,例如在系统和组件接口处(如水下控制模块到接收盘、从脐带缆到安装在采油树上的终端接头)的压力等级的变化和由临时堵头和帽引起的增压。应考虑外部负荷(如弯曲和张力)周围的静水压力载荷和疲劳。液压系统允许的最大操作压力应至少小于设计压力(额定工作压力)10。51222液压控制组件除SCSSV回路外,液压控制组件的设计压力(额定工作压力)应为:103 MPa,207 MPa,或345 MPa(1 500 psi,3 000 psi或5 000 psi)或遵循制造商的规格书。SCSSV回路
20、液压控制组件的设计压力(额定工作压力)应遵循制造商的规格书。51223其他设备其他设备,例如作业、回收和测试工具的设计压力(额定工作压力)也应遵循制造商的规格书。5123温度等级(上部设施)51231非受控环境本部分包括的、安装在非受控环境中的上部设施应按表1所列的温度等级进行设计、测试、操作和储存。表1 额定温度安装在非受控环境中的上部设施电子 系统 (下) (下)设计a)标准的 040 (32104) O40 (32104)b)扩展的 一1870 f0158) 一1840 (O104)操作a)标准的 O40 (32104) 040 (32104)b)扩展的 540 (23104) 540
21、(23104)储存 1850 (0122) 一1850 (0122)GBT 214126-2009ISO 136286:2000温度与环境相关,并不是孤立的。应按照1212进行设备标记。51232受控环境本部分所涵盖的、安装于受控环境中的上部设备应按照特定受控环境的温度等级进行设计、测试、操作和储存。限于在受控环境中使用的设备总成或组件应该按照1213进行适当的标记。5124水下设备的温度等级本部分涵盖的水下设备应该按照表2所列的温度等级进行设计、测试、操作和储存。表2额定温度水下设备电子 系统 (下) (下)设计a)标准的 一1070 (14158) 040 (32104)b)扩展的 187
22、0 (O158) 一1840 (0104)测试a)标准的 1040 (14104) NA NAb)扩展的 一1840 (0-104)操作b)标准的 040 (32104) 040 (32104)b)扩展的 540 (23104) 540 (23104)储存 1850 (0122) 1850 (0122)表2中的温度与环境有关,并不是孤立的。用来监测产出或注人流体的水下传感器可以在给定温度范围外工作,它们也应该规定相应的额定温度。设备应按1212标记。5125储存测试温度推荐如果在其温度等级范围以外进行水上或水下设备的水面储存或测试,应联系制造商确定是否推荐专门的储存或测试程序。制造商应出据书面
23、材料提出任何专门的储存或水面测试所需考虑的因素。5126外部静水压力应用于水下时,外部静水压力可能会超过系统内部压力,应考虑外部载荷,特别是与密封设计、自密封连接和常压外壳相关的部分,同时也应考虑安装和作业时脐带缆的破裂。5127流体的相容性选择设备组件时应考虑其与控制流体和化学注入药剂的相容性。513液压系统5131液压流体选择液压流体时应该考虑其所能承受的井中最高温度和最大压力。液压系统中所有的部件和组件都应与所选择的液压流体相匹配。参见附录A。5132清洁度控制系统液体湿润部分的液压液清洁水平应该满足NAS 1638 64或ISO 4406中的规定。所选的清洁水平应在制造商的书面系统规格
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