海洋油氣開發新技術驗證及應用

王凌寒，胡 鵬，車 強，簡志勇

(1.中石化石油機械股份有限公司研究院，湖北 武漢 430223；2.中石化石油機械裝備重點實驗室，湖北 武漢 430223)

海洋油氣開發新技術驗證及應用

王凌寒1,2，胡 鵬1,2，車 強1,2，簡志勇1,2

(1.中石化石油機械股份有限公司研究院，湖北 武漢 430223；2.中石化石油機械裝備重點實驗室，湖北 武漢 430223)

海洋油氣開發屬于高風險領域，尤其是水下、井下系統的可靠性及技術風險管理已受到行業高度重視。技術驗證(TQ)作為一種系統的技術評價規范，可作為海洋油氣新技術/新裝備開發(尤其是水下領域)中風險評估和過程控制的系統方法。通過對國外海洋油氣技術開發領域技術驗證的應用范圍及應用現狀進行闡述和分析，并對比國內深水裝備研發現狀，總結得出技術驗證在新技術/新裝備開發過程中的應用方法, 提出我國在研制深水油氣新技術/新裝備時應建立技術驗證程序的建議。

海洋油氣；深水裝備；技術驗證(TQ)

0 引 言

隨著海洋油氣行業向深水/超深水域的不斷發展，作業環境發生了很大的變化，相應地出現一些新技術和新裝備。在深水/超深水油氣資源的開采過程中，因新技術/新裝備可靠性引起的各種風險，如果不能進行足夠的管理，將會導致事故，甚至是難于控制的災難。因此，深水開采裝備的可靠性是對安全生產、可用性和維修性的關鍵控制因素之一。為此，挪威船級社(DNV)吸收借鑒跨國石油公司在過去幾十年內深水生產技術的可靠性和技術風險管理的經驗，提出了一種系統的技術評價方法——技術驗證(TQ)[1]。技術驗證是一種風險評估和過程控制的系統方法，通過對風險和可靠性進行評估分析，結合試驗和驗證程序，確定新技術/新裝備中存在的風險和不確定性，并可成功規避或減弱這些風險和不確定性，從而提高新技術/新裝備的可靠性[2]。

本文分析總結國外海洋油氣開發技術驗證的應用范圍和應用現狀，為我國研制深水油氣新技術/新裝備時應用技術驗證提供參考。

1 技術驗證程序

挪威船級社推出技術驗證規范DNV-RP-A203，提出采用技術驗證程序(TQP)來管理驗證的過程。TQP分為六個步驟：驗證基礎、技術評估、風險評估、制訂驗證計劃、執行計劃、性能評估。

(1) 驗證基礎：此步驟描述新技術/新裝備，定義預期的應用環境、性能要求及接受的標準等，用來評估其他階段的驗證活動和決策。

(2) 技術評估：根據創新程度對新技術進行分析并分類，確定哪些創新元素需要技術驗證，確定它們的關鍵挑戰性和不確定性。

(3) 風險評估：識別技術評估步驟中相關的失效模式及潛在的失效機理，并評估風險。

(4) 制訂驗證計劃：制訂驗證事項計劃，驗證事項提供的證據應與第一步驟中提出的要求相符合。

(5) 執行驗證計劃：執行驗證事項，通過經驗、數據分析和測試等方法收集數據，為每種失效模式確定工作安全系數。

(6) 性能評估：根據第一步驟提出的條件和要求對驗證證據進行評估。根據已得證據和第一步驟要求之間的滿足程度，評估風險和不確定性是否減少到可接受的程度，來確定新技術/新裝備在此階段能否通過驗證。

技術驗證程序TQP基本工作流程如圖1所示。

圖1 技術驗證程序基本工作流程Fig.1 Basic working process of technology qualification program

2 技術驗證在海洋油氣領域的應用

2.1 應用范圍

技術驗證作為海洋油氣開發行業(尤其是水下領域)的風險評估和過程控制的系統方法，主要應用范圍如下。

(1) 驗證新技術/新裝備。海洋油氣開發新技術/新裝備現場試驗風險大、可靠性要求高，因此各階段實施技術驗證TQ，可有效保證技術功能可靠性，提高工業應用率。適用對象包括首創的新技術/新裝備、技術/裝備的創新集成等。

目前已應用技術驗證TQ的新技術/裝備包括：深水浮式采油系統在惡劣環境中的應用；海洋液化天然氣(LNG)低溫管線技術及儲存技術；水下混輸技術；海底管線，如節流壓井管線、水下襯管及大尺寸UOE鋼管；水下安裝技術；水下回接技術；水下除砂/完井技術；水下分離、增壓、回注技術；水下裝備，如水下臍帶纜、水下井口工具、水下閥門、水下管匯、水下壓縮/分離/增壓裝備、井下安全閥等[3-8]。

(2) 應用于海底裝備完整性管理和廢棄管理[9]。運營商針對海底裝備的生命周期完整性管理和廢棄管理過程(OMP)，結合技術驗證，可有效降低裝備運行過程風險，并保證裝備風險處于最低合理可行狀態(ALARP)，延長裝備生命周期，降低維護和更換成本。

(3) 作為海洋油氣企業戰略技術的篩選工具[10]。技術驗證提供一個基于風險控制的工程決策平臺，有利于完善企業研發決策機制，避免主觀盲動，為企業的發展規劃提供一定的基礎保障。

2.2 國外油企的應用現狀

海洋油氣開發屬于高風險領域，尤其是海底和井下系統的可靠性及技術風險管理已被行業高度重視。從技術可行性研究到投產實施的各個階段，都需進行可靠性和風險評估，做出積極對策，將項目實施的風險降至最低。這一做法已經得到了國際深水油氣開發商及工程承包商的一致認可。

挪威船級社推出技術驗證規范DNV-RP-A203，并已驗證多項新技術，應用于不同領域。針對深水/超深水油氣新技術/新裝備的技術驗證，此規范作為一種確?？煽啃缘馁Y質和管理方法，已被國內外多家大型海洋油企采用。

挪威國家石油公司Statoil基于DNV-RP-A203和美國石油學會(API)相關標準制定了企業文件WR 1622，為自身研發新技術提供驗證指導，同時為其技術供應商提供驗證[11]。主要應用案例有：深水浮式采油系統在惡劣環境下的應用，重油流量控制裝置，水下節流壓井管線等。

雪佛龍石油公司Chevron于2005年開始采用DNV-RP-A203規范，并根據自身需求制成企業文件，已驗證多項新技術。技術驗證已成為Chevron公司用來篩選戰略技術的工具，并提高了新技術的工程應用率[12]。典型應用案例有： Tahiti油田水下項目中采油樹、管匯、控制系統、井控系統、井下電潛泵、水下多相流泵、連接器、LNG低溫管線等的安裝與運行。

水下裝備供應商Aker Solutions公司于2006年基于DNV-RP-A203為其水下部門制定了技術驗證文件，并沿用至今。

水下裝備供應商FMC公司已開發了具有行業引領能力的技術驗證體系，其研發部門和工程團隊有豐富的、執行有效的技術驗證經驗，典型的應用案例有Tordis、Pazflor、Marlim等油田的水下分離、增壓、回注等裝備研發和安裝的技術驗證[13]。

2.3 國內油企的應用現狀

目前國內油企及科研院所積極研發深水油氣新技術/新裝備，尤其是水下技術/裝備，如水下井口工具、連接器、管匯、控制系統等，但鮮有投入工程應用的案例，主要由于行業在研發過程中：①未能系統地識別新技術的失效模式和失效機理；②未能通過 “反復試驗、不斷摸索”進行設計和驗證；③在態度上把技術驗證作為“權宜之計”，未加重視；④產品測試多是功能測試，而非驗證測試；⑤缺少集成新技術驗證到工程應用的系統方法(考慮到成本，計劃安排、風險、可靠性等)。研發制造模式大多如圖2所示。

圖2 國內的水下新技術/新裝備研發流程Fig.2 Research and development process of subsea equipment in China

最終的結果是：①新技術/新裝備性能可能達不到設計要求，可靠性得不到保障，運營商使用信心不足;②研發制造時間和成本費用可能超出預期，不能較好控制；③針對水下裝備，由于海試存在較大困難，首臺(套)水下油氣裝備很難投入工程應用。

3 技術驗證在技術研發過程中的應用

從選擇戰略技術到部署實施的每一個發展階段，技術驗證程序循環迭代，直至合格，再進入下一階段，直至所有階段均完成技術驗證，方能部署實施。圖3為新技術/新裝備TQP集成到研發過程的示意圖。

通常新技術/新裝備的技術驗證過程需要供應商、運營商、承包商、第三方認證等各方共同參與完成。

圖3 技術驗證程序TQP集成到技術研發過程中示意圖Fig.3 Sketch map of integrating technology qualification program and technology development

4 結 語

通過分析國外油企在新技術/新裝備開發階段應用技術驗證來減少和規避風險，建議國內相關企業和科研院所在研發深水油氣開采新技術/新裝備時，建立嚴格的技術驗證程序，這對于我國深水油氣開發有重要意義。

技術驗證作為深水油氣行業風險評估和過程控制的系統方法，是技術開發商和運營商管理風險和有效工作的一種工具。技術驗證是新技術/新裝備部署的第一步，針對深水技術研發的高可靠性要求，發展企業自身的技術驗證方法很有必要。

如何將技術驗證成功應用在深水油氣開采新技術/新裝備項目的各階段，通過分析國外海洋油氣裝備技術供應商及運營商的應用過程，建議如下。

(1) 技術驗證方法的建立：需要DNV培訓人員及油氣企業研發部門和工程團隊密切合作，涉及多專業技術人員和專家團隊等。

(2) 油氣開發企業可根據自身情況，基于DNV-RP-A203及API相關規范中風險控制規范建立適合企業自身發展的企業標準，成立專門的技術驗證團隊，同時對技術人員開展培訓。驗證過程不可一蹴而就，應嚴格按照技術驗證流程執行。

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[13] McGeorge D, Ahjem V, Viteri M, et al. Enhanced technology qualification: a reliable path when facing changing conditions and demands [C]. OTC, 2012: 23118.

ApplicationofNewTechnologyQualificationinOffshoreOilandGasExplorationField

WANG Ling-han1,2，HU Peng1,2，CHE Qiang1,2，JIAN Zhi-yong1,2

(1.ResearchInstituteofPetroleumMachineryCompany,SINOPEC,Wuhan,Hubei430223,China;2.KeyLaboratoryofPetroleumMachinery,SINOPEC,Wuhan,Hubei430223,China)

Offshore oil and gas development is of high risk, especially the subsea and downhole system. The reliability and risk management of technology for subsea and downhole system have been highly valued by the industry. Technology qualification (TQ), as a system of technical evaluation standards, can be used for the risk assessment and process control system of offshore oil and gas development of new technology/new equipment (especially in subsea field). Through describing and analyzing the present application scope and situation of technology qualification in foreign offshore oil and gas technology development field, and comparing those with the current status of research and development of subsea equipment in China, we summarize the application method of technology qualification in the development process, and put forward the advice that research institute in China should apply technology qualification in the development of new technology/new equipment in offshore oil and gas development.

offshore oil and gas; deepwater equipment; technology qualification

2016-10-20

湖北省科技支撐計劃項目“面向深海油氣開發的水下閘閥設計及工程化研制”(2014BAA022)

王凌寒(1982—)，女，工程師，主要從事水下生產系統方面的研究。

TE58

A

2095-7297(2016)06-0367-04