海洋石油生产平台在建造调试阶段，根据详细设计要求会进行水循环模拟调试，水循环模拟调试是用水、压缩空气或氮气模拟井产流体、由压力源向流程输入压力，投入尽可能多的流程设备和仪表，建立与正常操作时尽量相同的压力、温度、流量，模拟正常生产，并在水循环过程中，对控制仪表和关断系统进行调试^[1]。

一般情况下，工艺生产系统、计量系统、原油处理系统、原油外输系统、注水系统应进行水循环试验^[2]。对于海上油田生产平台，原油处理系统压力一般在0.5~1 MPa，系统中各处理罐内以液相为主，气相比例很小，水循环模拟调试危险性低，难度较小。而对于海上气田生产平台，天然气系统压力一般在5 MPa以上，系统中各处理罐内以气相为主，液相占一定比例，水循环模拟调试危险性高，难度较大^{[3, 4]}。

本文以丽水36-1CEP天然气生产平台为实例，以详细设计的调试大纲为依据，结合现场实际情况，进行优化分析，制定可行、安全、经济的水循环模拟调试方案。

1 水循环流程介绍

丽水36-1CEP天然气生产平台生产系统的水循环流程示意如图 1所示。

水循环操作过程是分别向闭排罐、生产分离器、测试分离器注淡水至正常操作液位，然后向开排罐注入淡水建立一定的液位，开启开排泵，将淡水泵入闭排罐。当闭排罐液位上升到一定液位时，闭排泵自动启动，闭排罐中的流体经闭排泵增压进入测试管汇、测试分离器、生产分离器、凝析油过滤器、凝析油聚结分离器、清管球发射器，通过闭排管线进入闭排罐，形成循环。

根据设计文件P&ID，水循环内各罐体和泵出口的最高操作压力分别为：闭排罐400 kPa；闭排泵7 850 kPa，测试管汇7 650 kPa，测试分离器7 650 kPa，生产分离器7 550 kPa，凝析油过滤器7 550 kPa，凝析油聚结分离器7 450 kPa，清管球发射器7 300 kPa。

2 水循环调试优化 2.1 优化临时管线连接方式

如图 1中所示，若要形成封闭循环，需要从闭排泵出口连接一根临时管线至测试管汇，此临时管线最高要承受7 850 kPa的压力，因此必须考虑临时管线的连接方法、管线及管件的材质、安全性、稳固性和经济性^[5]。

通过查阅设计资料和现场勘查，发现闭排泵和测试管汇不在同一层甲板，各设备所在甲板位置如图 2所示，如果从闭排泵出口直接连接临时管线至测试管汇，需要穿甲板，所需临时管线长度约25 m，预制和安装临时管线的工作量较大。

正式生产过程中，闭排罐的油相经闭排泵注入生产分离器加工分离，而生产分离器与测试管汇在同一层甲板且距离较近，则考虑利用闭排泵至生产分离器的正式工艺管线，减少临时管线连接长度和工作量。如图 2所示，从闭排泵至生产分离器的入口管线处拆掉一个阀门，生产分离器管口端用盲板封堵，工艺管线管口端用弯头换向，连接至测试管汇，形成封闭循环，此优化方案临时管线仅需约7 m，管件需求也相应减少，并大大降低管线加工与安装工作量，并提高了安全性。

优化前与优化后需求对比见表 1。

2.2 论证及优化氮气加注方案

依照调试大纲要求，在测试分离器和生产分离器上部空间加注氮气至最高操作压力，以建立整个循环系统的压力，模拟天然气生产。经计算，测试分离器需要7 650 kPa的氮气4.853 m³，生产分离器需要7 550 kPa的氮气12.870 m³。氮气源有两种提供方式，一种是常见的氮气瓶，每瓶规格为40 L、13 500 kPa，通过减压阀、高压软管等连接氮气瓶与被加注容器，另一种是液氮，需通过专业设备气化后，再由泵加压注入。选择何种方式进行本次水循环调试氮气加注，论证和优化选择过程如下。

（1）选用氮气瓶：

假定氮气注入过程符合理想气体状态，根据理想气体状态方程：

(1)

有：

(2)

式中：p_瓶为氮气瓶气体压力，kPa；V_瓶为氮气瓶体积，m³；p_罐为罐体的压力，kPa；V_气为罐体中气体的体积，m³；n为氮气瓶的数量，个。

可叠代计算出如选用氮气瓶，测试分离器加注一次需氮气瓶77个，生产分离器加注一次需氮气瓶200个，由于气体为非理想状态，加之过程中微量损耗，综合考虑一次加注两个分离器需氮气瓶约300个。

（2）选用液氮：

液氮气化为氮气比约为1: 700，即1 m³的液氮可以气化为700 m³的标准大气压（约100 kPa）氮气，同样将此过程视为理想气体状态，根据理想气体状态方程转化公式：

(3)

式中：p_标为标准大气压，kPa；V_液为液氮体积，m³；p_罐为罐体的压力，kPa；V_罐为罐体中气体体积，m³。

经计算可得出测试分离器加注一次液氮约需0.53 m³，生产分离器加注一次液氮约需1.39 m³，加上氮气泵、管线内气体置换和微量损耗，则一次加注两个分离器需液氮约2.5 m³。液氮装载于槽罐中运输，一般槽罐体积大于6 m³，因此一个槽罐液氮可加注2次以上。

根据基础计算，进行两种氮气加注方式的优劣势比较，如表 2所示。

因此，综合安全、经济、工期、空间因素，选择液氮作为注入气源进行水循环调试为最佳方案。

2.3 优化仪表功能测试方案

仪表功能测试是通过水循环调试，检测罐体上的液位计、液位报警计、液位高度与液位调节阀开关及泵启停之间的控制逻辑。

在详细设计的调试大纲中，仪表功能测试的主要过程为（以测试分离器为例）：

（1）检测流程中各阀门开关状态，确保与流程图一致。

（2）旁通一些影响调试流程的信号，如SDV关断阀关断、部分液位计等。

（3）连接注水软管。

（4）向罐内的水室注入淡水，至罐体的水室液位报警计低低液位报警线上停止，恢复水室液位报警计信号，通过罐体的闭排管线手动排水调整液位，检查并调试水室液位报警计。

（5）水室液位报警计调试完成后，继续注水，罐内液位上升并溢过油堰板，直至液位高过油室液位计低低油位报警线停止，恢复油室液位报警计信号，通过罐体的闭排管线手动排水调整油室液位，检查并调试油室液位报警计。

（6）油室液位报警计调试完成后，关闭油室输出管线液位控制阀前端的出口阀门，继续注水，当罐内液位上升至水室液位控制阀开启设定值后停止，恢复水室液位控制计及液位控制阀信号，检查并调试水室液位控制计和控制阀。

（7）水室液位控制计和控制阀调试完成后，关闭水室输出管线液位控制阀前端的出口阀门，继续注水，当罐内液位上升至油室液位控制阀开启设定值后停止，恢复油室液位控制计及液位控制阀信号，检查并调试油室液位控制计和控制阀。

由以上步骤可以看出，如果要完成液位计、液位报警计、液位控制计、液位控制阀的调试工作，需要反复向罐体注入和排放淡水，而且根据实际经验，这些仪表在安装后总会出现一些问题，包括仪表本身以及与中控的连接和通讯控制。因此为了完成某个仪表的调试，在逐项解决问题的过程中，会出现多次反复向罐体注入及排放淡水情况，在罐体比较大的情况下，从而造成淡水需求多，加注和排放时间长，工期延长，工作量大。另外，以上测试过程没有液位控制计和报警计的高液位、高高液位报警测试，而为实现仪表功能测试的完整性，高液位、高高液位报警测试是必要的，如果通过向罐体注入和排放淡水进行测试，将增加淡水需求量以及调试工作量。

在液位计类仪表计量标定时，计量工程师将液体直接注入液位柱里，通过排放和注入液体完成液位计类仪表计量标定，简单快捷、液体用量少。由此过程，调试工程师联想运用，优化水循环过程中液位计类仪表调试，具体优化措施为：

（1）关闭罐体与液位计联通阀门，直接从液位计的液位柱顶部向里加注淡水，底部泄放阀门排放淡水。

（2）通过液位柱加注和排放淡水，测试液位计、液位报警计、液位控制计的功能，包括液位高度值显示、低低液位报警、低液位报警、高液位报警、高高液位报警，并完成液位控制计与液位控制阀开关和泵启停的逻辑测试。

（3）确定所有仪表功能正常后，再按调试大纲要求，逐项完成各仪表功能测试，确保一次通过，以此减少水资源需求和所需人工工时。

通过以上优化，避免反复向罐体注入和向外排放淡水，可快捷解决所有仪表本身、与中控的连接和通讯控制问题，从而节约大量淡水，并缩短了工期和工作量。

3 总结

由于海洋石油生产平台建造方案和进度限制，大部分海上天然气生产平台的水循环调试都在海上安装完成后进行，丽水36-1CEP水循环调试同样如此。因调试过程中涉及动态高压作业，根据安全要求，调试过程中相关区域禁止交叉施工作业，此次水循环调试作业面几乎占据所有下甲板和中甲板，而且海上施工阶段，资源获取的成本和各方面施工成本都远高于陆地，所以尽量缩短工期将带来海上生活、资源、设备及船舶等其他各方面一系列的连环经济效益。

通过临时管线连接方案优化，节约了管线、管件等材料；通过氮气加注方案选择优化，提高了安全性、可实施性并缩短了工期；通过仪表功能测试方案优化，节约了水资源并缩短了工期。最后在现场调试实施过程中，实现了节约材料和资源、缩短工期的目的，达到了优化方案的预期。