深海水下采油树下放安装过程分析与研究_龚铭煊
水下采油树在深海油气田开发中的应用
水下采油树在深海油气田开发中的应用摘要：在飞速发展的今天，人们越来越意识到陆地上油气资源的匮乏，越来越多的人将目光投向了油气资源丰富的海洋。
我国海洋疆域十分辽阔，同时其中蕴藏有丰富的油气资源。
尤其在我国南海，其油气蕴藏量约占我国陆地油气资源总量的三分之一，故在世界上享有“中国的波斯湾”之美誉。
但是，在各种不稳定因素的作用下我国在海洋上的油气开发并不尽如人意。
其中，科技因素的制约最为关键。
水下采油树技术作为深海采油气最为合理的方式一直以来被国外先进科研机构掌控着。
在笔者看来，深海油气田开发注定将以水下采油树技术为主导。
因此，我国想要在深海采油中取得突破必须攻克水下采油树这一难题。
在此，笔者通过调查整理介绍了水下采油树在深海油气田开发中的应用，希望能为我国水下采油树技术的进步提供一些灵感和思路。
关键词：水下采油树;油气田开发;发展趋势前言我们国家的海洋油气开发已有近五十年的历史了。
但是，开采的范围大部分还仅仅局限于近海区域，对于深海油气的开发不是很理想。
当前世界海洋油气开发领域大多数对深海的标准定义为三百米。
而我国超过深海标准的海域有近一千五百万平方千米，但是由于技术原因至今仍有很大一片区域并未勘察到位。
随着一个个技术难题的攻破，我国未来的深海油气田的开发事业必将面临一个鼎盛的时期。
1.水下采油树的种类和特点众所周知，在深海油气田开发过程中，水下设备是必不可少的。
这其中包括水下采油树、水下控制系统、原油输出管道、跨接管、水下分离设备等等。
其中又以水下采油树最为关键。
自从上世纪六十年代第一台水下采油树诞生始，至今已有大约五十年的历史。
水下采油树经过近五十年的研究发展，从开始时实用水深仅三十米到现在实用水深近三千米。
从不足到完善的过程中，水下采油树也产生了许多种类令水下采油树的实用性得到了最大的提升。
在世界油气开发领域把这些不同种类的水下采油树大致分为两大类。
1.1按照采油树工作方式来分由于世界各地的水域环境不尽相同，因此，人们研究出各种适用于不同环境的水下采油树。
深水水下采油树下放作业窗口研究
０ 引 言
水下采油树下放作业存在多种方式， 可以通过
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石 油 机 械
ＣＨＩＮＡ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
２０１５ 年 第 ４３ 卷 第 ８ 期
深水水下采油树下放作业窗油大学 （华东） 海洋油气装备与安全技术研究中心）
月池、 绞车或运输驳船等设备借助钻杆、 钢丝绳或 完井立管等连接在采油树下放工具上进行。 如果采 油树尺寸能通过月池， 则可优先选用钻杆将其通过 月池进行下放， 否则， 需要通过绞车或起重机将其
∗ 基金项目： 国家科技重大专项 “ 深水钻井隔水管作业管理及安全评价技术” （ ２０１１ＺＸ０５０２６－ ００１－ ０５） ； 中央高校基本科研业务费专
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄｓ ｆｏｒ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｓｕｂｓｅａ Ｘ’ｍａｓ ｔｒｅｅ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｃｏｍｐｌｅｘ， ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ������ Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ， ｒｕｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｓｕｂｓｅａ Ｘ’ｍａｓ ｔｒｅｅ ｉｓ ａｎａ⁃ ｌｙｚｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｐｉｐｅ ｓｔｒｉｎｇ ｒｕｎｎｉｎｇ， ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｘ’ｍａｓ ｔｒｅｅ ａｎｄ ｅｓｔａｂ⁃ ｌｉｓｈ Ｘ’ｍａｓ ｔｒｅｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ������ Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ａ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｘ’ ｍａｓ ｔｒｅｅ ｑｕａｌｉｔｙ， ｗａｖｅ ｐｅｒｉｏｄ， ｗａｖｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｘ ’ ｍａｓ ｔｒｅｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｉｎ⁃ ｄｏｗ������ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｂｅｌｏｗ ０������ ８５ ｍ ／ ｓ ａｎｄ ｗａｖｅ ｈｅｉｇｈｔ ｂｅｌｏｗ ７������ ２ ｍ， ｔｈｅ Ｘ’ｍａｓ ｔｒｅｅ ｃａｎ ｂｅ ｒｕｎ ｓａｆｅｌｙ������ Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ Ｘ’ ｍａｓ ｔｒｅｅ ｍａｓｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｎａｒｒｏｗｅｒ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ， ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｖｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ������ Ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｐｅｒｉ⁃ ｏｄ ｉｓ ９ ～ １１ ｓ ａｎｄ １５ ～ ２９ ｓ， ａｎｄ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈｅａｄｉｎｇ ａｎｄ ｗａｖｅ ｉｓ ４５° ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｖｅ ｄｉ⁃ ｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅｓ������ Ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ， ｔｈｅ Ｘ’ ｍａｓ ｔｒｅｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ ｂｅｃｏｍｅｓ ｓｍａｌｌｅｒ������ Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ａｆ⁃ ｆｅｃｔｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｖｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ， ｂｕｔ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ������
海洋500m水深水下立式采油树设计开发
—30 —石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY2018年第46卷第4期◄海洋石油装备>海洋500 m水深水下立式采油树设计开发孙传轩I，2樊春明I，2刘启蒙I，2刘文霄I，2严金林I，2魏鹏1(1.宝鸡石油机械有限责任公司2.国家油气钻井装备工程技术研究中心）摘要：水下采油树是海洋深水油气开发的关键装备。
为了梳理和提炼水下采油树最新研究进 展及成果，指导国内相关产品的设计开发，在分析国内外技术现状的基础上，介绍了 500 m水深 导向绳式水下立式采油树的总体结构、技术参数、控制系统、采油树本体、油管悬挂器和闸阀驱 动器等关键部件的结构及工作原理，并阐述了该产品的加工和试验进展。
分析认为：该水下立式 采油树具有整体模块化设计、电液贯穿多通路集成化设计、闸阀驱动器失效安全型设计等技术特 点，产品的设计开发打破了国外技术垄断，达到国际同类产品的主流技术水平。
该产品的设计与 开发可以为水下采油树的国产化研制提供借鉴和参考。
关键词：水下采油树；驱动器；阀门布置；油管悬挂器；复合电液控制中图分类号：TE952 文献标识码：A doi: 10. 16082/ki.issn. 1001-4578.2018.04.006 Design of Subsea Vertical Tree for 500 m Depth Water Sun Chuanxuan1,2 Fan Chunming1,2 Liu Qimeng1,2 Liu Wenxiao1,2 Yan Jinlin1,2 Wei Peng1(1. CNPC Baoji Oilfield Machinery Co., Ltd.；2. National Engineering Research Center f or Oil and Gas Drilling Equipment)Abstract ：Subsea tree is the key equipment for deepwater oil and gas development. To sort out and extract the latest research progress and achievements of the subsea tree and to guide the design and development of related domestic products, the technical status of subsea tree is analyzed. The general structure, technical parameters, control system of the vertical tree with guide lines for 500 m water depth are introduced. The structure and working principle of the subsea tree * s key components such as the tree body, the tubing hanger and the gate valve actuator are described. The machining and testing progress of the product are elaborated. The analysis shows that the designed product has broken the technical monopoly of foreign countries and reached the mainstream of the international similar products, characterized by overall modular design, electro-hydraulic multi-channel integrated design and the failure safety design of gate valve actuator. The study could provide references for the localization of the subsea tree.Keywords：subsea tree; actuator; valve arrangement; tubing hanger; compound electro-hydraulic control0引言据国际能源数据库统计，截至2012年，世界海洋深水区共发现油气田1 178个，其中深水油田682个，气田496个[1]。
水下卧式采油树顶部阻塞器下放安装过程研究
水 下生产 系 统主要 由水 下采 油 树 、 水 下管 汇 、 水
油树 帽 内 ， １个安 装在 油 管悬 挂 器 内 。后 经 过 改进 ， 将油 管 悬 挂 器 加 长 ， ２个 顶 部 阻 塞 器都 安 装 在 油 管 挂 内， 使 得 油 管 挂 的密 封 加 强 ， 适 应 于 更 深 的
赵宏林 ， 刘振鹏 ， 段梦 兰 ， 朱高磊 ， 唐 彪
（ 中 国石 油 大 学 （ 北 京 ） 海 洋 油 气 研 究 中心 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９ ）
摘要 ： 采 用合 适 的下放 安装 方 式 ， 设 计 出合 理 的安 装机 具 ， 成 为 水 下 油 气 开采过 程 中研 究的 重 点 。 以卧式 采油树 顶部 阻塞 器为研 究对 象 ， 对 所 需下放 机 具及 安 装过 程 进 行研 究 ， 分 析机 具 结构 特 点 ，
相对 于立 式采油 树 而 言 ， 卧 式 采 油 树 的油 管悬 挂 器 安装在 采 油树 内部 ， 顶 部 阻 塞 器 代 替 生产 抽 汲 阀对 油管挂 内部实 现堵 塞 ， 使 井下 原油 不 能 向上 流通 ， 只 能从 油管 挂侧 面开 口流 出而 到达各 个 生产 管汇 。传 统 卧 式 采 油树 内有 ２个 顶 部 阻 塞 器 ， １个 安 装 在 采
水深 。
下处 理设 备 以及 各部分 连 接设备 等 组成 口 ］ 。其 中 ，
水下 采 油树是 海 上油气 开 发过 程 中必不 可少 的重要 设备 之一 ， 由于其 工 作状 况 的 良好 与 否 直 接 决定 了 整个水 下 生产 系统 的运 行 状 态 ， 因此 成 为 世 界各 国
ＺＨ ＡＯ Ｈｏｎ ｇ — ｌ ｉ ｎ， ＬＩ Ｕ Ｚｈｅ ｎ — ｐｅ ｎ ｇ， ＤＵ ＡＮ Ｍｅ ｎｇ ｑａ ｎ， ＺＨ Ｕ Ｇａ ｏ — ｌ ｅ ｉ ， ＴＡＮＧ Ｂｉ ａ ｏ （ Ｏｆ ｆｓ ｈ ｏ ｒ ｅ Ｏｉ ｌ＆ Ｇａ ｓ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ， Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ２ ２ ４ ９， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
水下采油树树体安装工具及锁紧环设计分析_赵宏林
Ａ Ｔ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｅ ａ Ｘ ｒ ｅ ｅ Ｂ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ Ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ Ｒ ｉ ｎ － ｙ ｇ ｙ ｇ ｇ
石 油 矿 场 机 械 Ｏ Ｉ Ｌ Ｆ Ｉ Ｅ Ｌ Ｄ Ｅ Ｕ Ｉ ＰＭＥ Ｎ Ｔ Ｑ
（ ） ： ２ ０ １ ５， ４ ４ ７ ３ ２ ５ ３ －
水下采油树树体安装工具及锁紧环设计分析
赵宏林１， 唐亚辉１， 梅 静１， 段梦兰１， 朱军龙１， 田红平２
等： 水下采油树树体安装工具及锁紧环设计分析 ４ 卷 第 ７ 期 赵宏林 ， 第４
·３ ３·
， ｅ ｘ ｔ ｒ ｕ ｄ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｒ ｉ ｎ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔ ｈ ｏ ｆ ｌ ｏ ｃ ｋ ｒ ｉ ｎ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｂ ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ Ａ Ｂ ＡＱＵ Ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｅ － ｇ ｙ ｇ ｇ ｑ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ． ｇ ： ； ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｕ ｂ ｓ ｅ ａ ｘ ｔ ｒ ｅ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ ｔ ｒ ｅ ｅ ｂ ｏ ｄ ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｒ ｉ ｎ ｋ ｅ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ － － ｙ ｇ ｇ ｙ ｐ ｙ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｙ 水下管汇 、 水 水下生产系统主要由水下采油树 、 ［ ］ １ ２ － 。水下 下处理设备 以 及 各 部 分 连 接 设 备 等 组 成 采油树是海洋油气 田 生 产 和 井 下 作 业 的 关 键 装 备 ， 担负着控制生产井 口 的 流 量 和 压 力 、 进行清蜡和化 。２ 水下采油 ０世纪６ ０ 年 代， 树首次在北海油田开始应用 。 对水下采油树下放安 学药剂注入等重任
深水油气田水下采油树内树帽安装及要点分析
S c ie nce &T e c hno lo g y V is io n 1水下采油树的应用及结构我国南海油气资源量丰富，其中70%位于深水区，深水油气开发已经成为我国的战略要点。
水下采油树是深水油气开发的重要设备，其成本高、技术复杂。
南海东部某自营气田使用了一种卧式水下采油树进行开发，主要由导向基盘、采油树本体、油管挂及配套的5.25″堵头、内树帽及配套的5.75″堵头、外树帽以及用于控制气井生产的阀门组等组成。
油管挂及配套的5.25″堵头为第一道保护屏障，内树帽及配套的5.75″堵头为第二道保护屏障，确保井筒安全。
2水下采油树内树帽及其机械送入工具2.1采油树内树帽结构采油树内树帽安装于油管挂及堵头以上，能够为采油树提供一道压力等级为10000psi 的屏障。
其主要由本体、锁定机构、密封机构等组成。
内树帽下入到位后，驱动套在送入工具的推动下，向下运动，从而使锁环伸出与采油树的凹槽配合将内树帽锁定在采油树内部。
内树帽密封机构主要由数条橡胶密封和一道金属密封组成。
2.2内树帽机械送入工具结构采油树内树帽的锁定机构与油管挂类似，因此可以通过油管挂送入工具（THRT ）或机械送入工具（MITCRT ）下入和锁定。
本文主要介绍MITCRT 下入内树帽方式。
1、2:内树帽本体,3:驱动活塞,4:测试螺杆,5:活塞固定销钉,6:活塞密封圈,7:驱动环,8:锁环,9:应急脱手拉力销钉,10:应急脱手承托底座,11:试压孔,12:锁挂显示泄压孔图1内树帽机械送入工具(MITCRT )结构示意图摘要水下采油树是深水油气田开发的重要设备，水下作业的不可视性，对采油树内帽的安装作业带来了很大的挑战。
本文介绍了采油树内树帽及机械安装工具的结构、安装过程。
采油树内树帽的安装及要点，同样适用于水下采油树其他部分的安装作业，为水下采油树完井作业提供宝贵经验。
关键词水下采油树；采油树内树帽；井眼清洁中图分类号:TE952文献标识码:ADOI ：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.19.048深水油气田水下采油树内树帽安装及要点分析唐咸弟杨乐乐赵苏文唐咸弟中海油能源发展股份有限公司工程技术深水钻采技术公司(湛江524057)杨乐乐中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司(天津300450)赵苏文中海油能源发展股份有限公司工程技术深水钻采技术公司(湛江524057)153如图1所示为MITCRT结构示意图，其主要由本体、锁定机构、驱动机构、应急脱手机构等组成。
深水气田水下采油树控制系统选型与设计
DOI：10.16660/ki.1974-098X.2009-5640-1703深水气田水下采油树控制系统选型与设计①徐斐1 孟文波1 唐咸弟1 肖谭1 姜志晨2 高永海2(1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司工程技术作业中心 广东湛江 524057;2. 中国石油大学（华东）石油工程学院 山东青岛 266580)摘 要：水下采油树是海洋深水油气开发的核心设备，水下采油树控制系统是采油树控制水下油气田正常生产的重要部分，它的正确选型与设计对采油树的长期安全工作有重要意义，针对我国南海超深水高产气田陵水17-2气田的开发特点和难点，选择适合气田自身特性的采油树控制系统对降低深水油气开发项目的综合成本至关重要。
通过现场环境参数和生产参数给出了采油树材料等级、压力等级、温度等级等关键工作条件参数等级，推荐出了适合LS17-2气田环境的水下采油树通信方式、水下动力系统、水下监测系统等控制系统的选型。
设计了陵水17-2深水气田开发的水下采油树P&ID图，进行了阀门和执行机构、监测系统传感器测点和类型的选择和设计，本文的研究结果对深水气田水下采油树的控制系统的选型及设计有的参考意义。
关键词：水下采油树 控制系统 功能要求 分析与比选 P&ID设计与分析中图分类号：TE952 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)12(c)-0039-06Selection and Design of Subsea Tree Control System inDeepwater Gas FieldXU Fei 1 MENG Wenbo 1 TANG Xiandi 1 XIAO Tan 1 JIANG Zhichen 2 GAO Yonghai 2(1.Engineering and Technical Operation Center, Zhanjiang Branch of CNOOC, Zhanjiang, Guangdong Provine, 524057 China;2. School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (East China),Qingdao, Shandong Province, 266580 China)Abstract: Subsea tree is the core equipment of Marine deep water oil and gas development, subsea tree control system is an important part of the tree control underwater normal production of oil and gas fields, the correct selection and design of tree long-term security job is important, for the ultra deep waters of the south China sea high-yield field lingshui 17-2 gas field development characteristics and difficulties, the selection tree control system which is suitable for field its own characteristics to reduce the comprehensive cost of the deepwater oil and gas development project is very important. Based on the field environmental parameters and production parameters, the key working condition parameters such as tree material level, pressure level and temperature level are given, and the selection of control systems such as subsea tree communication mode, subsea power system and subsea monitoring system suitable for LS17-2 gas field environment is recommended. Designed the underwater tree P&ID chart of The development of Ling Shui 17-2 deep water gas field, conducted the selection and design of valve and actuator, sensor measuring point and type of monitoring system, the research results of this paper have some reference significance for the selection and design of the control system of underwater tree of deep water gas field.Key Words: Subsea tree; Control system; Functional requirements; Analysis and comparison; P&ID design and analysis①基金项目:国家自然基金“ 深水细粉砂水合物试采温压传递特性与非稳态渗流研究”（项目编号：51876222）。
水下采油树月池导向安装过程力学分析方法
水下采油树月池导向安装过程力学分析方法
周美珍;尚照辉;阮伟东;付剑波;张凡
【期刊名称】《中国海上油气》
【年(卷),期】2015(027)003
【摘要】基于月池导向安装流程,将采油树月池导向安装过程分为采油树水面上吊运与下放、采油树未完全淹没、采油树完全淹没、采油树坐放与连接等4个阶段,并考虑钻杆参数、环境载荷、钻井船漂移量、作业水深及采油树重力等特征,建立了水下采油树月池导向安装不同阶段的力学分析模型.与Orca Flex软件模拟计算结果对比表明,本文所建水下采油树月池导向安装力学分析方法具有较高的精度,可为水下采油树月池导向安装提供理论依据.
【总页数】5页(P96-100)
【作者】周美珍;尚照辉;阮伟东;付剑波;张凡
【作者单位】海洋石油工程股份有限公司天津300451;浙江大学浙江杭州310058;浙江大学浙江杭州310058;海洋石油工程股份有限公司天津300451;杭州欧佩亚海洋工程有限公司浙江杭州310058
【正文语种】中文
【中图分类】TE931+.1
【相关文献】
1.采油树月池无导向安装力学分析 [J], 汤建冬;尚照辉;阮伟东;周发学;白勇
2.基于谱分析方法的月池角隅结构疲劳强度分析 [J], 崔兵兵;王瑜;王永成
3.深海水下采油树下放安装过程分析与研究 [J], 龚铭煊;刘再生;段梦兰;王建国;张明辉
4.典型导向钻具组合的力学分析方法 [J], 高德利
5.水下采油树下部导向框架结构与强度分析 [J], 范白涛;王名春;王彬;于小涛;隋中斐;张会增
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水下卧式采油树顶部阻塞器下放安装过程研究
。 自顶部阻塞器特定的下放机具问世以后 ， 钢
丝绳作业开始应用于顶部阻塞器的下放安装 。 在顶 部 阻 塞 器 的 下 放 过 程 中 ， 不仅需要专门的 下放机具 ， 还需要钢丝绳基本作业工具 ， 包括钢丝绳 加重杆 、 万向节 、 震击器等 。 帽、 在有些情况下 ， 下放作业过程还会用到变扣 、 快 速接头 、 扶正器 等 工 具 。 下 放 过 程 具 体 使 用 哪 些 工 视各工具尺寸大小 、 机具结构形式及安装要求等 具， 条件而定 。 搭配合 适 的 钢 丝 绳 作 业 工 具 ， 提高作业 也是成功下放顶部阻塞器的重要 操作熟 练 程 度 ， 保证 。 １． ２ 顶部阻塞器下放机具 顶部阻塞器下放机具是下放安装的核心工具， 其主要作用在于连接顶部阻塞器并下放至水下油管 通过机具动作对阻塞器实现锁紧 ， 将阻 悬挂器内部 ， 塞器固定在油管挂内部 ， 实现堵塞 。 、 国外各知名生产商 （ 如Ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ｏ ｎ ＦＭＣ 等公司 ） 凭借早期对深水采油树的研究及大量实际应用得到 的经验数据 ， 对顶部 阻 塞 器 的 下 放 安 装 有 着 自 己 完 善的设计 ， Ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ｏ ｎ 公 司 和 ＦＭＣ 公 司 设 计 的 下 放 机具如图 １ 所示 。 各生产厂商设计的下放机具运作 原理及结构形式大 同 小 异 ， 其动作实现都是依靠震 击器将内部剪切销 剪 短 ， 在上部所施加压力或自身 重力作用下对顶部阻塞器实现锁紧和密封 。 本文以 对下放机具的结构形式及特点 ＦＭＣ 公司设计为例 ， 进行分析 。
ｂ ＦＭＣ 公司的下放机具 图 １ 下放机具及顶部阻塞器连接示意
该下放 ＦＭＣ 公司的下放机具结构如图 ２ 所示 ， 机具在结构方面有以下 ４ 个特点 。
深水油田立式水下采油树安装操控作业
深水油田立式水下采油树安装操控作业张亮;张玺亮;孙子刚;马认琦;孟召兰【摘要】立式水下采油树安装操控作业是当今国际深海油田钻完井的核心技术之一。
根据在A深海油田的实际作业管理经验，介绍了立式水下采油树水下控制系统构成及工作流程，详细描述了立式水下采油树的安装及解脱作业过程，并提出一种解决应急解脱作业过程钢圈密封失效的方法，对从事深水钻完井作业工程设计人员和作业管理人员具有一定的指导意义。
【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(034)B09【总页数】4页(P117-120)【关键词】立式水下采油树;控制系统;采油树连接器锁定;采油树下部立管【作者】张亮;张玺亮;孙子刚;马认琦;孟召兰【作者单位】中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司,天津300452【正文语种】中文【中图分类】TE53水下采油树为水下井口提供一个刚性压力终端，通过对采油树本体生产通道和环空通道手动/远程控制开关实现压力控制，可以对井下温度/压力和阀门状态信息进行读取［1］。
早期的水下采油树结构简单，仅仅是在水下井口法兰盘上安装一些标准法兰阀门。
在20世纪30年代，Lake Erie油田通过潜水员安装了300口井水下采油树，成为第1个以水下采油树开发的油田；输油管道安装在湖床上，通过潜水员手动开关采油树阀门实现对井的生产操作［2］。
20世纪60年代以来，水下采油树技术有了长足的发展，世界上已有1 200套以上的水下采油树应用在超过250个采油项目开发中，这些采油树的国外生产商如 FMC、Vetco、Cameroon、Dril-Quip等公司经过50多年的研发，使得深水井完成单井的完井、控制和生产开发成为了现实。
目前，随着世界各大石油公司在深海领域投资的不断增加，海洋石油水下装备的需求也将日趋增大［3］，但国内水下采油树的生产、安装及操控技术还处于摸索阶段。
笔者以A深水油田为例，介绍深水油田水下采油树控制系统的主要构成，详细阐述其安装操控作业过程。
水下采油树在深海油气田开发中的应用
0 前言
油轮。
我国海上油气田的开发至今已有 40 多年历史，但开
可见，水下采油树是深海油气田开发中必不可少的
发的油气田大多位于滩海、浅海、近海。我国南海海域 装置。
挪威sncphvit气田创距离最远记录应用全水下生产系统开发油田并通过约143km的海底多相输送管道直接回接到陆上终端水下采油树国内应用情况目前国内采用水下采油树生产的油气田有流花111221油田荔31气田崖134气田其中流111油田流花41油田惠州261n325油田陆丰221油田采用fmc公司生产的采油树荔湾31气田采cameron公司生产的采油树崖城134气田采用akersolution公司生产的采油树详见表流花111油田由阿莫科东方石油公司和中海油联合开发199629日投产是我国第一个采用10
摘 要：通过对国内外水下采油树应用情况资料调研，得知水下采油树在国外油气田开采中 应用广泛，技术非常成熟，最大安装水深超过 2 700 m。而国内目前仅有包括流花 11-1 等少数几 个油气田采用水下采油树进行开采，水下采油树的设计、制造、安装、施工等技术基本由国外少 数几家公司掌握，目前尚无国产水下采油树应用于海上油气田的实例。为满足我国油气田开发向 深海发展的需要，国内石油公司应利用现在与国外合作项目的机会提高我国水下采油树的设计制 造、施工安装水平及使用维护能力。
经过 50 多年的研发，实现了深水井的完井、控制和生 产开发 ［13］。目前国外水深 3 000 m 内的水下生产系统 在设计、建造、安装技术上已经成熟［14］。
Key Points in Explach to Key Points in Exploration and Development of Offshore Marginal Oilfields ［J］. Special Oil & Gas Reservoirs, 2005, 12(5): 5-9.
深水水下采油树界面系统模拟测试技术分析
深水水下采油树界面系统模拟测试技术分析
肖谭;蒋东雷;杨超;范凯;段明付
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2023(30)1
【摘要】针对深水水下采油树处于高压、低温等严苛的海底工作环境且采油树内部流动着高温高压高腐蚀性流体的特性,形成验证井口和采油树匹配性的水下采油树-水下井口界面系统模拟测试技术。
该技术通过自主化测试工桩及设计步骤,采用虚拟装配和集成测试实现水下采油树与水下井口密封性能、连接界面物理匹配、倾斜测试等的检验,保障采油树海上安装时的可靠性。
技术成果成功运用于国内多个气田项目采油树SRT接收测试,具有广阔的发展空间和应用前景。
【总页数】3页(P76-78)
【作者】肖谭;蒋东雷;杨超;范凯;段明付
【作者单位】中海油能源发展股份有限公司工程技术深水钻采技术公司;中海石油(中国)有限公司海南分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE3
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油
机
械 2013 年 第 41 卷 第4 期
CHINA PETROLEUM MACHINERY
深海水下采油树下放安装过程分析与研究
龚铭煊 刘再生 段梦兰 王建国 张明辉
( 中国石油大学 ( 北京) 海洋油气研究中心)
*
摘要： 通过对深海水下采油树下放安装工艺流程进行分析 ， 确定了不同安装阶段的载荷情况 和边界条件，建立了水下采油树下放安装过程下放钻杆的力学分析模型 ， 对模型进行了有限元计 算，分析不同边界条件和载荷作用下下放钻杆的应力、 横向位移和变形情况。 分析结果表明，深 海水下采油树下放安装过程中，下放钻杆在波浪、海流和平台偏移的共同作用下，会产生较大应力， 最大应力值达到 166. 064 MPa； 水下采油树还未安装到位与水下井口连接的工况条件下，下放钻杆与 平台连接处附近承受的最大总应力为 137. 841 MPa，下放钻杆下端横向位移最大可达 59. 64 m； 水下 采油树安装到位并与井口连接的工况条件下，水深 40 m 附近总应力达到最大为 166. 064 MPa。 关键词： 深海； 水下采油树； 下放安装； 有限元计算； 偏移量 中图分类号： TE952 文献标识码： A doi： 10. 3969 / j. issn. 1001 － 4578. 2013. 04. 012
2013 年
第 41 卷
第4 期
龚铭煊等: 深海水下采油树下放安装过程分析与研究
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的安全、可靠，对水下采油树下放安装过程进行分 析与研究必不可少。目前，国内外对水下采油树安 装的研究大多局限于下放技术和施工方案的探讨 。 Robert Voss 等对水下采油树的安装工艺和水下采 油树安装过程中的主要技术问题进行了详尽的阐 ［1 － 6 ］ 。林秀娟等［7］建立了水下采油树下放过程钻 述 柱力学分析模型，通过对模型进行数值求解，在不 同影响因素下对钻柱的横向位移 、漂移角、弯矩和 剪力进行分析。上述研究都缺少对水下采油树整个 安装程序的全面考虑，无法对水下采油树下放安装 的各个阶段做出精确分析。笔者综合考虑不同阶段 和不同环境因素的影响， 通过对安装过程进行分 析，建立了水下采油树下放安装过程下放钻杆的力 学分析模型，并对模型进行了计算分析。
The loads and boundary conditions at different installment stages were determined． Then，the mechanical analysis model of drillpipe running in the running and installment process of underwater christmas tree was established． The finite element calculation of the model was conducted． The stress，lateral displacement and deformation of running drillpipe under the effects of different boundary conditions and different loads were analyzed． The findings show that in the running installment process of the christmas tree the maximum stress produced by the running drillpipe will reach 166. 064 MPa due to the combined effect of wave，ocean current and platform migration． The total maximum stress near the running drillpipe and platform connection reaches 137. 841 MPa when christmas tree is not installed in place and not connected with underwater wellhead． The maximum lateral displacement of the lower end of running drillpipe may reach 59. 64 m． The total maximum stress in the 40 mdeep place reaches 166. 064 MPa when christmas tree is installed in place and connected with underwater wellhead． Key words: deep sea; underwater christmas tree; running installment; finite element calculation; migration volume 是一套复杂的系统工程，对其下放安装有多种不同 方法，可分别借助钻杆、绞车以及摆动安装等。水 下采油树的安装正向着水更深、环境更复杂和控制 难度更大的方向发展。为保证水下采油树安装工程
的影响。整个安装过程非常复杂，不同的安装阶段 下，环境载荷和边界条件各不一样。通过对水下采 油树下放安装工艺的了解，将其下放安装过程简化 为如图 2 所示的几个主要阶段。
图2
水下采油树下放安装的几个主要阶段 Main stages of running installment of underwater christmas tree
Research on the Running Installment Process of Deep Sea Underwater Christmas Tree
Gong Mingxuan Liu Zaisheng Duan Menglan Wang Jianguo Zhang Minghui
( Offshore Oil ＆ Gas Research Center，China University of Petroleum，Beijing) Abstract: The running installment technological process of deep sea underwater christmas tree was analyzed．
图4 Fig. 4
下放钻杆微段受力
Microsegment force of running drillpipe
பைடு நூலகம்
波浪力计算公式为： F = ρV（ 1 + C A ） v p + 式中 V— — —有效体积； CA — — —附加质量系数； vp — — —水质点速度。 海流力计算公式为： f = C D ρRv2 h /2
Fig. 2
1
1. 1
安装工艺
安装步骤
阶段 1 ： 下放经过月池， 穿越飞溅区， 刚刚没 入水中，水下采油树树体本身受到波浪力的影响最 大，较易产生树体倾覆等事故。 阶段 2 ： 已经下放 到一定水深，水下采油树及下放钻杆受到波浪力和 海流力的共同作用。阶段 3 ： 下放到距离井口一定 距离 （ 约 15 m） 处，接近海床处海流影响可以忽 略，此阶段下对下放钻杆起主要作用的是海浪和海 流。阶段 4 ： 水下采油树已经完全坐放在水下井口 头上，下放钻杆受到海浪和海流作用的共同影响 ， 下端与井口头固定，上部平台的偏移对下放钻杆的 作用也不可忽视。 水下采油树下放安装一般会选择适宜的天气状 况，阶段 1 和阶段 2 下放水深较浅，便于操作、 控 制，笔者拟重点分析阶段 3 和阶段 4 。
0
引
言
水下采油树的设计、制造、安装、维护和回收
* 基金项目： 国家 863 计划海洋技术领域重点课题 “水下采油树关键技术研究及成套设备研制 ” （ SS2012AA090306 ） ； 国家 973 项目 “深海工程结构的极端环境作用与全寿命服役安全 ” 之子课题 2 “深海柔性结构的非线性流固耦合振动与破坏机理” （ 2011CB013702 ） 。
参 数
·
1 ρC Sv v 2 D p p
（ 3）
Fig. 6
图6 表1 Table 1
平台偏移量 波浪参数 Wave parameters
1 a 重现期 8. 7 8. 5 16. 2 12. 4 100 a 重现期 15. 0 10. 4 28. 0 15. 2
3 3 度 7. 850 × 10 kg / m ， 弹性模量 210 GPa， 海水密 3 3 度 1. 025 × 10 kg / m ，拖拽力系数 0. 65 ，横向流体
u— — —来流加速度； v— — —圆柱横向运动加速度；
CD — — —拖拽力系数； Cm — — —附加质量。 变形后的一个钻杆微段如图 4 所示。微段的静 力微分方程为： EI 式中 d4 y d2 y dy － T －w － f（ x） = 0 dx d x4 d x2 （ 2）
惯性系数为 1. 2 ， 横向附加质量系数为 0. 2 。 波浪 参数见表 1 ，海流参数见表 2 ， 平台偏移量见图 6 。 计算中选取 1 a 重现期的波浪和海流参数。
f （ x） — — —侧向载荷； EI— — —钻杆的抗弯刚度； T— — —轴向张力； w— — —线重力密度。
图5 Fig. 5 下放钻杆的有限元模型 FEM model of running drillpipe
水下采油树是水下生产系统的重要组成单元， 对其下放安装是钻完井工程的重要组成部分 ，一般 的下放安装步骤如图 1 所示。
图1 Fig. 1
水下采油树下放安装步骤 Key steps for running installment of underwater christmas tree