近海底配电图

作者:Svein Vatland,ABB17 六月 2019

海底配电将在海底移动石油和天然气生产设施

深度低至3000米的海底配电将很快成为现实。今年夏天,全尺寸原型将进行3000小时的测试。在此之后,假设一切按计划进行,将是商业发布的时候,可能对全球生产设施产生深远影响。它甚至可能最终使整个上层生产平台成为过去的记忆。

目前,挪威正在形成一种新的海上设施配电基础设施设计。在这里,ABB和一组合作伙伴正在开发设计用于海底的设备,深度可达3,000米,无需维护即可运行长达30年。海底配电系统可提供高达100兆瓦(MW)的电力,并可提供长达600公里的距离。联合工业项目(JIP)是ABB与Equinor及其合作伙伴Total和Chevron的合作项目。

该项目旨在通过先进的模块化海底设施代替传统平台和浮式生产系统,提高新海上设施的回收率并延长现有资产的使用寿命。

该项目的种子播种于2013年,当时ABB的任务是提高北海挪威地区Asgard油田的采收率。运营商Equinor发现井内压力正在以惊人的速度下降,尽管其余的储量相当可观。 ABB为人工增压的海底气体压缩设备提供动力,这是此类首创。

在海床没有任何动力分配的情况下,每个泵和压缩机最初都有一根电缆系在浮动生产平台上。随后解决了这个问题,所有工艺设备现在都位于海床上,由具有模块化配电的单根电缆供电。

新概念得到发展
成立JIP是为了进一步发展这一概念。由于海床上的配电基础设施,未来的海上生产可能不需要任何上部或浮动生产系统,从而提供显着的成本和安全效益。电源将由单根电缆供电,而不是每个负载一根电缆。所有用于中压配电,电力转换,自动化和辅助电源的设备都将安装在海底外壳中。海底的模块化配电系统将驱动泵,压缩机和其他过程工厂。

潜在的节省是相当可观的。在具有八种不同负载的项目中,例如泵或压缩机,资本支出节省可能约为5亿美元。随着负荷越来越靠近井,效率将得到显着提高。在30年的生命周期内,应该可以节省多达30%的资本支出和运营支出。

随着进一步发展,该概念最终可能形成一个自主的海底工厂,使用数字解决方案实现智能远程和无人操作。这将进一步降低资本支出和运营成本,同时提高回收率,提高安全性,提高可靠性,提高生产率并最大限度地减少对环境的影响。电源可以提供长达600公里的距离。使用这个概念,几乎可以达到世界上所有已知的资源。

(图片来源:ABB)

技术挑战
虽然有一个强大的商业案例可以将配电设备放置在海底,但这与拥有技术解决方案并不相同。必须克服许多障碍才能启动完整的原型测试。设计能够在3000米深度运行30年的电源基础设施意味着相当大的技术挑战,因为操作条件非常苛刻且可靠性要求严格。以前从未有过这样的事情,并且在此过程中获得了许多新的见解。

该系统包括海底控制系统和低压配电,海底中压开关设备和海底中压变速驱动器。在项目开始时,大部分设备都不存在。 2017年首次进行浅水测试时,这是中压变速驱动器首次在水下运行。

今年夏天将开始在浅水区进行3000小时的测试,其中包括全尺寸原型 - 中压开关设备,控制和低压配电设备以及两个并联变速驱动器(VSD)。预计第一个商业系统将于2023年投入运营。

长期测试
自2017年浅水测试以来,组件已经过验证,重新设计和优化。组件级别的长期测试一直在进行。

在环境开发和测试过程中的一个重大挑战是捕获导致测试偏差的精确条件,设备行为或组件值的变化,特别是当这些偏差是间歇性的并且仅在最恶劣的测试条件下显而易见时。这项工作通常在专业测试设施中进行。

所有组件均基于现有设备,适用于海底作业。该项目旨在使基本构建模块符合海底处理中使用的典型电压和额定功率,以及在非常苛刻的海底条件下运行。所有组件均按照API 17F进行测试。这包括温度,振动和压力测试,以及加速寿命测试。

项目活动遵循DNV RP-A203程序中定义的建议和技术准备水平(TRL)。这提供了一种系统方法,以确保技术在指定限制内可靠地运行。进展到全尺寸原型测试意味着该项目现在正从TRL3转向TRL4。

上层设备的现有要求通常适用,以及API17F海底生产控制系统标准。利用这些标准和方法,该项目开发了封装技术,为海底使用提供稳健,经济的配电和转换。目标是为行业提供该技术可以使用的证据。

强大的控制器
虽然控制系统基于现有产品,但该技术必须得到显着升级和修改。该系统还需要全新的机箱设计。虽然已有用于井控应用的海底电子模块,但与现有解决方案相比,此处设计的控制系统将提供更高级的功能。该系统比目前用于海底的任何最先进系统更强大。

海底VSD设计用于控制海底泵和压缩机的速度和扭矩,用于海水注入,增压和压缩应用。它们还有助于检索诊断数据。从VSD收集设备数据通常比从实际设备收集设备数据更有用。这有助于预测设备行为,优化操作并跟踪性能指标,构建弹性。

该项目现已进入最后阶段。随着全尺寸原型的浅水测试开始,该行业可以期待海底安装取代顶层平台的新时代,从而显着降低成本和与生产相关的风险。


作者
ABB的海底技术项目副总裁Svein Vatland

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