水下采油树模型开发技术方案
水下井口及采油树讲义PPT
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防止渔网拖挂及落物保护
1. 水下设备远离固定平台 ，并处于捕鱼作业区。 水下井口的上方水面没 有任何设施，渔船很容 易闯入该区域而用渔网 拖挂坏在海底的水下生 产设备。 水下生产系统的防落物 和渔网拖挂的整体保护 结构主要由采油树基座 框架、采油树整体框架 结构和采油树顶盖组成 。 采油树系统顶部落物保 护的设计参数为50千焦 /0.012平方米。 在设计控制脐带缆分配 盒安装位置时考虑了把 分配盒安装在采油树基 座的下面，从而节约了 额外对分配盒的保护及 相关费用。
惠州26-1北油田水下开发项目
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惠州26-1北油田水下开发项目
惠州26-1油田生产平台
扫线管线
气举管线
生产管线
控制脐带缆 采油树基座 控制管线分配盒
水下采油树
ROV操作面板
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惠州26-1北油田水下开发项目
项目在设计阶段采用了技术创 新，包括扫线回路、防止渔网拖挂 及落物保护等是措施，使油田在8年 的生产期间水下设施没有发生任何 事故而影响生产，节省了大量的作 业费。
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扫线回路的设计
1. 惠州26－1北油田油品性质差， 属高比重、高含蜡和低油气比原 油。而油田处于台风高发区，经 常需要关井撤离，关井期间存在 着原油凝固而堵塞管线的风险。 为了解决这个技术难题，项目组 在研究了几个方案后选择了扫线 回路的设计，即在生产管线和气 举管线的基础上再铺一条4英寸 的扫线管线，并在采油树基座上 和生产管线形成回路。需要扫线 时，从平台泵水通过扫线管线， 再经过采油树基座的回路管线把 生产管线的原油顶回平台，这样 就可以安全关井。 另外，本项 目把联通扫线管线和生产管线的 回路短接安装在采油树基座里， 从而大大简化了制造和海上安装 的界面。
浅谈水下采油树技术
ｅ ａ ｒ ｌ ｙ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｕ ｂ ｓ ｅ ａ ｔ ｒ ｅ ｅ ｓ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｆ ｏ ｒ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｅ ｐ— — ｓ ｅ ａ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｓ ｔ
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应 用 能源技 术
２ ０ １ ５年 第 ７期 （ 总第 ２ １ １期 ）
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９—３ ２ ３ ０ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ ０ ７
浅 谈 水 下 采 油树 技 术
刘庆越 ， 吴 磊
（ 中 国石 油 （ 中 国） 有 限公 司天津分公 司 ， 天津 ３ ０ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 走 向深 海 ， 荻取 其 中储 量 巨大 的油 气 资 源 已成 为 世界 各 国缓 解 能 源压 力 的一 大趋 势 。在深 海 开采 需要 的装 备 中 ， 水 下采 油树是 水 下 海底 采 油 设备 中必 不 可 少的 重要 组 成部 分 。
ｗｏ ｒ ｌ ｄ ｔ ｏ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｂ ｉ ｇ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｅ ｐ ｓ ｅ ａ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｎ ｅ ｅ ｄ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ
陵水17-2气田水下采油树选型与功能设计
2018年第46卷第7期石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY—31 —◄海洋石油装备>陵水17-2气田水下采油树选型与功能设计蒋东雷1李中1秦桦2王尔钩1徐斐1王莹萤2(1.中海油湛江分公司研究院2.中国石油大学（北京）海洋工程研究院）摘要：水下采油树是海洋油气开发的重要设备，在油气田开发中得到广泛应用，水下采油树 系统的正确选型对于降低深水油气开发的初期成本和采油树的安全工作有重要意义。
国外在水下 采油树方面的技术已经相当成熟，在充分调研国外知名公司采油树的产品及其参数资料的基础上，在针对国内第1个自营深水气田陵水17-2的水下采油树选型中，从钻、修、产、弃、应急、开发 模式等方面综合对比了立式采油树和卧式采油树的优劣，针对陵水17-2气田环境给出材料等级、压力等级和温度等级等工作等级，选出了不同公司适合陵水17-2气田环境的水下卧式釆油树产 品。
最后，对包括油管悬挂器、采油树帽、阀门等在内的关键部件的选型和设计考虑因素进行了 详细分析。
研究结果对陵水17-2气田水下釆油树的选型以及相应构件的设计有一定的参考意义。
关键词：水下采油树；选型；卧式采油树；功能设计；油管悬挂器；阀门中图分类号：TE952 文献标识码：A doi:10. 16082/ki.issn. 1001-4578.2018.07.007 Type Selection and Function Design of Subsea ChristmasTree in Lingshui 17-2 Gas FieldJiang Donglei1Li Zhong1Qin Hua2Wang Erjun1Xu Fei1Wang Yingying2(1. Research Institute of CNOOC Zhanjiang Company,2. Offshore Engineering Research Institute, China University of Petroleum (Beijing))Abstract：Subsea Christmas tree is an important equipment for offshore oil and gas development,which is widely used in the development of oil and gas fields.The proper selection of subsea Christmas tree system is of great significance in reducing the initial cost of deepwater oil and gas development and the safe operation of the Christmas tree.The technology of subsea Christmas tree production in foreign countries is quite mature.Based on fully investigation of the products and parameters of the well-known foreign company*s subsea Christmas tree,the advantages and disadvantages of vertical tree and horizontal tree were comprehensively compared in the aspects of drilling,in-tervention，production，abandonment，emergency and development modes for the type selection of subsea Christmas tree for Lingshui 17-2, the first self-operated deepwater gas field in China.According to the material grade,pressure rating and temperature rating of subsea Christmas tree subject to the Lingshui 17-2 gas field environment,the horizontal subsea Christmas tree products of different companies for Lingshui 17-2 gas field were selected.Finally, detailed analyses of the considerations for selection and design of key components including tubing hangers,tree caps and valves were conducted.The study results could provide references for the selection of subsea Christmas tree and design of corresponding components for Lingshui 17-2 gas field.Keywords：subsea Christmas tree;type selection;horizontal Christmas tree;function design;tubing hanger;valve*基金项目：国家重点研发计划项目“基于深水功能舱的全智能新一代水下生产系统关键技术研究”（2016YFC0303700);中海油湛江 分公司科研项目“陵水17-2气田开发井钻完井安全控制技术研究”之课题6 “水下井口及采油树安全作业方案”（2017ZJFN1111-06)。
地下水采油水力仿真及最佳开采方案研究
地下水采油水力仿真及最佳开采方案研究地下水采油是一种常见的开发油气资源的方式，它是指利用地下水代替传统的油藏压力驱动方式，将地下水注入油藏进行开采。
地下水采油的过程中，涉及到多种水文地质参数，如水驱压力、渗透率、孔隙度等，需要通过水力仿真研究来评估油藏的开采效果和确定最佳开采方案。
水力仿真是利用计算机模拟的方法，通过数学模型来模拟岩石的流动和变形规律，对油藏的动态性能进行数值模拟和计算分析。
水力仿真可以提高地下水采油的效率、降低成本、保护环境，是地下水采油开发中不可或缺的技术手段。
地下水采油的水力仿真模型一般包括油水两相的流动方程、连续性方程和物质平衡方程等。
其中，油水两相的流动方程描述了油、水在孔隙中互相渗透的过程，连续性方程描述了油、水在油藏中的一维、二维或三维流动规律，物质平衡方程描述了油、水在油藏中的物质平衡情况。
水力仿真的计算过程中，需要先根据实际情况建立合理的数值模型，再通过数值模拟和分析来确定最佳开采方案。
模型建立的关键是选取准确的水文地质参数，如地层结构、孔隙度、渗透率等，这些参数对水力仿真的准确性和结果分析的可靠性起着决定性作用。
最佳开采方案的确定与数值模拟和结果分析密切相关。
在数值模拟过程中，可以通过多组参数进行模拟和分析，可以分析油气储量的分布情况、油层渗透率分布规律、油气运移方向等，从而确定最佳开采方案。
一般来说，最佳开采方案应当满足以下几个方面的要求：1.保证最大化油气产量，提高采收率；2.保证开采过程中油井的有效产出；3.保证开采过程中地下水污染的最小化；4.保证最低的成本。
由于地下水采油技术的复杂性和多变性，最佳开采方案的确定需要结合实际情况进行综合分析和考虑。
在实际生产中，还需要根据不同油田、不同地层条件和水文地质参数进行不同策略的制定和调整。
总之，水力仿真技术对于地下水采油的开发和管理具有重要的意义。
通过建立合理的水力仿真模型和实现最佳开采方案，可以最大限度地提高油气资源的采收率、减少污染和环境损害，为油气开发提供更加丰富和优质的技术手段。
浅水水下卧式采油树结构设计分析
70海底的油气资源是十分丰富的，随着海底油气勘探、开采工程的发展，对相关生产系统和设备的要求越来越高。
我国对油气资源的需求十分巨大，而国内陆地开采量十分有限，对原油进口十分依赖，影响了自身的经济安全和发展速度。
相比陆地资源，我国的海洋油气相对丰富，仅南海盆地的石油资源量就达230-300亿吨，天然气总资源约为16万亿m³。
但大部分资源蕴藏于深海区域，因此海洋油气勘探、开采对水下装备的依赖程度十分高，采油树是海洋油气开采的关键装备，涵盖多学科的高级技术，使用中具有投入高、风险大等特点。
而渤海等区域的油气多为浅水项目，若直接采用为深水设计的采油树结构，因使用要求不同等因素，将大幅增加成本。
因此，应针对浅水区域设计卧式采油树结构，以降低设备成本，推动我国海洋油气更好、更快的开发，需要对水下卧式采油树等设备进行不断的优化设计、研发。
一、浅水水下卧式采油树的设计规范及其基本结构综述1.标准规范石油行业相关设备的国际标准，有美国石油学会制定，即API标准。
其作为国际石油设备设计和使用的标准化参考和产品认证制度，具有严格的指标和显著的影响力，浅水水下采油树系统及设备的相关设计标准为APIRPl7A、API Standard 17F、APIRP17N、API16A、API17D等系列。
在一些设备和工艺上，API标准也经常美国ASTM、挪威DNV等协会的标准。
这些标准已成为当前海洋油气钻采装备在设计、制造与使用等方面的技术标准文件。
2.浅水水下卧式采油树的结构类型浅水水下采油树的类型主要包括立式和卧式两种。
最早研发和使用的是立式采油树，始于上世纪60年代，电泵举升等技术应用于复杂油井和储层井中，存在设备损坏频繁、修井频繁等问题，设备使用安全性得不到较好保障，增加了生产的时间、费用。
为解决这些问题，20世纪90年代卧式采油树应运而生。
浅水卧式采油树的主阀位于其垂直通道水平侧，而油管挂坐悬挂于树体内部，使用时需先装采油树后装生产管柱。
水下采油树系统配套工具技术研究和发展建议
石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY2020年第48卷第7期—74—V海洋石油装备A水下采油树系统配套工具技术研究和发展建议万春燕▽王定亚1,2刘文霄「2王卫刚1李友兴▽(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)万春燕，王定亚，刘文霄，等.水下采油树系统配套工具技术研究和发展建议.石油机械，2020,48(7):74-79.摘要：水下采油树系统配套工具由一系列工具组成，是完成水下采油树和油管悬挂器等水下设备吊装、运输、安装、回收、测试及使用维护等作业的必要设备，对深水油气开发起着至关重要的作用。
在分析水下采油树系统配套工具国内外发展状况的基础上，剖析了典型水下采油树配套工具的主要功能和组成，详述了配套工具研究中的核心技术，如安装回收、锁紧解锁和远程导向定位等设计技术，以及加工制造和试验验证等方面的研究重点和研究方法，为设计和使用水下采油树配套工具提供了理论依据，并给出了配套工具未来在专业化设计、模块化设计和集成化设计等方面的发展建议。
研究结果对水下采油树系统配套工具的研发具有一定的指导意义。
关键词：水下采油树；配套工具；设计技术；加工制造；发展建议中图分类号：TE952文献标识码：A DOI：10.16082/ki.issn.1001-4578.2020.07.013Research and Development Suggestion of Supporting Tools forUnderwater Christmas Tree SystemWan Chunyan1,2Wang Dingya1,2Liu Wenxiao1,2Wang Weigang1Li Youxing1,2(1.Baoji Oilfield Machinery Co.,Lid.； 2.National Engineering Research Center far Oil and Gas Drilling Equipment)Abstract:Supporting tools for underwater Christmas tree are necessary for lifting,transporting,installing,retrieving，testing,repairing/maintaining underwater equipment such as Christmas tree and tubing hanger,so they play a vital role in production.This paper analyzes the main functions and components of the typical supporting tools for underwater Christmas tree system after summarizing domestic and foreign relevant technologies,and describes the core technologies in the research of supporting tools,such as installing and retrieving,locking and unlocking,remote positioning,as well as research priorities and methods in processing,manufacturing and test.The results provide a theoretical basis for the design and use of supporting tools for underwater Christmas trees,and give suggestions on the future development of supporting tools in professional design,modular design and integrated design・The research is helpful to the research and development of supporting tools for underwater Christmas tree system.Keywords:underwater Christmas tree；supporting tools；design technology；machining and manufacturing；development suggestions0引盲水下采油树系统是海洋油气生产系统中的关键设备，也是制约我国海洋深水油气开发的瓶颈，水下采油树配套工具的研制和安装作业的工艺研究是水下采油树系统研发的重要组成部分。
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]。
水下采油树应用技术发展现状
水下采油树应用技术发展现状摘要：研发水下采油树的关键在于能否通过相关标准规范所要求的压力循环测试、高低温循环测试、载荷循环测试及外部高压测试等。
在介绍水下采油树相关标准规范的基础上，分析了水下采油树的结构类型及结构演变，简述了水下采油树各控制系统类型的特点，分析了采油树、油管挂、内树帽的安装管柱及安装方法。
指出超深水和超高温高压的水下采油树是水下采油树未来的发展方向。
卧式采油树可用浮式钻井装置的钻柱或用工程船的大吨位吊机的钢丝进行安装。
水下采油树的模块化设计可缩短采油树的供货周期，跨接管式电泵增压系统、跨接管式流量计和高完整性压力保护系统等新工艺技术的出现，将有利于降低水下采油树和水下开发项目的综合成本。
所得结论可为水下采油树的设计和应用提供参考。
水下采油树系统是水下生产系统的核心设备，主要包括水下采油树、水下油管挂和水下控制系统3 部分。
其主要功能是对生产的油气或注入储层的水/气进行流量控制，监测生产压力、环空压力、温度、地层出砂量及含水量等油气井参数，向井筒注入化学药剂改善流体流动性能，提供测试和修井期间进入油气井筒的通道，支撑油管柱并密封井下油管和生产套管之间的环形空间，同时和水下井口系统一起构成井下储层与环境之间的隔离屏障。
从 20 世纪 60 年代开始应用水下采油树以来，全球已经应用 5 000 多套水下采油树。
目前，水下采油树的最大设计工作水深达到 3 000 m，温度范围－ 46 ～ 180 ℃，额定压力高达 103. 5 MPa。
2008年壳牌石油公司在墨西哥湾 Perdido 项目的 Tobago油田使用 FMCTechnologies 的深水采油树，安装水深创世界纪录，达到 2 934 m。
我国南海气田从1996 年开始应用水下采油树，目前已有 9 个油气田采用水下井口采油树完井，应用最大水深达1 457 m。
目前，国外的 5 家水下采油树供应商 ( FMC Technologies、 Cameron、 Vetco Gray ( GE Oil＆Gas) 、Aker Solutions 和 Dril-Quip ) 占据了市场的垄断地位。
水下采油系统及建造方案研究
Ｈ４性跨接管主要有“Ｍ”和“Ｌ”两种膨』℃，如图８所小。
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（ｂ）“Ｍ”型 圈８ Ｈ９性埒接符的形武
（ｃ）倒“Ｕ”型
１ ４其他设备 （１）脐带缆（ＵｍｂｉｌＩ衄７ ｓ）。魁由组电缆组成，通过ｆ古｜；设备连接水Ｆ设蔷，为水下生产设
播提供电力、液雎、挖制和监控信号．如陌９所示。 （２）ＰＬＥＴ（Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｅｎｄ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）管道终端。连接浅水甲台的出ｉＩｌｌ乖ｌ注水符线，均要通
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受到海面风浪流和水深的影响。ｆＲ另一方丽，水下牛产系统不能直接进行操作，操控也必须通过脐
禽醪 带缆远程控制，持续地操作显然比址Ｉ台式牛产系统复祭得多。水下申产系统豹费用基本上小随水漾变
化ｆｎＪ变化，而同町性平行的赞用魁随着水深的增加ｌⅢ增加的；固此，对于深水区域，多趋向』二使用水Ｆ 牛产系统。罔Ｉ为简单的水下粟汕系统．凌系统的工作原理为；油气从水下井口ｊ二的采油树采ｉ“．经 海底管线送刘水下管汇进打计盐、收集、初步处理．再通过海洋立管输送到ＦＰＳＯ，然后被运往岸上 做进一步处理。
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ｌ ３跨接管
在水Ｆ汕气生产系统小，跨接符是一个较短的锋状连接元件．上耍用在来钠树和管汇、管汇和管 汇等之问输油：除输油外，跨接管也，ｑｉＩ Ｊ米向油扑淹入水和气。帅型帕蹄接什舟管了的两头分别育一 个终端连接器。如果管ｒ是刚性的，跨接管叫做Ｈ０性跨接管，如果管子是柔性的就叫做柔性ｊ｝搴接符。
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３水下管汇的建造方案
本文以荔湾３一ｌ项口两区水下管汇（见圈１１）为倒．对水下菅亍［的建造方案进行讨论。西区水下 管汇丰要由管汇、管汇支撑结构、吸力锚（见图１２）、慊护盖组成。
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）。
水下生产系统与采油树
水下生产设备的完整性试验主要内容如下： 1、现场检查验收； 2、陆地试验； 3、浅水试验； 4、深水试验。
3. 水下生产系统生产设施典型单元
图6. 水下生产系统生产设施典型单元
4. 水下生产系统设计原则
根据海上油气田具体特点进行合理的水下生产系统工程 方案设计对这一技术的推广应用至关重要，所需遵循的基本原 则如下：
1)水下生产系统工程方案的设计应综合考虑油气田发展各个 阶段的需要、油气田基本设计参数、设计荷载；
图33. 带有水下液压动力源的复合电 液控制系统
11. 水面控制系统组成
图34. 水面控制单元组成
12. 水下控制系统所需控制的阀门有：
（1）水面控制的井下安全阀门(SCSSVs); （2）生产主阀； （3）生产翼阀； （4）环空主阀； （5）环空翼阀； （6）转换阀（注入阀）； （7）甲醇／化学药剂注入阀； （8）防垢剂注入阀； （9）防腐剂注入阀； （10）油嘴（每个油嘴可具备两个控制功能）； （11）注入调节阀（每个调节阀可具备两个控制功能）； （12）管汇阀组； （13）化学药剂注入控制阀。
与钻完井界面通常在泥线处，井下完井设备，包括井下安全阀、 井下压力温度传感器、化学药剂注入系统等；
水下生产系统与依托设施之间的界面。
5. 水下生产系统特点
水下生产系统的特点：
应用水下生产系统进行海上油气田开发具有以下特点： ① 采用水下生产技术可充分利用周边已有或在建水面设 施； ② 深水、井数少或油藏较分散时，采用水下生产系统具有建
水下采油树模型开发技术方案
水下采油树模型开发技术方案一、主要技术规a 执行标准：API SPEC 6A19b 额定工作压力：70Mpa(10000psi)c 公称通径：主通径：Φ65mm(2 9/16in)旁通径：Φ65mm(2 9/16in)d 额定温度级别：P.U（-29℃~121℃）e 材料级别：DDf 产品规等级：PSL3g 性能要求级别：PR1h 总体尺寸（长×宽×高）：3130mm×560 mm×2540 mm主要技术要求：系统工作压力HP：7500psi，LP：5000psi；电源耐压5kv；HP输入1路、输出2路、回油1路；LP输入1路、输出16路、回油1路。
外形尺寸：1400mm*900mm*1400mm环境温度：操作温度0℃~+40℃储藏温度-18℃~+50℃工作压力：LP 5000psi， HP 7500psi主要功能：接收SCM发出信号，开启、关闭阀门，通断油路，检测SC M按照主控站指令发出控制命令功能；向SCM提供温度、压力信号并记录，检测SCM对温度、压力信号的接收和传输能力。
采油树是整个生产系统的执行部分，通过控制采油树管线上的阀门，来控制整个采油系统的流程。
整个采油树生产执行主要分为三个部分：生产主回路、环空回路、药剂注入回路。
二、采油树主要组成✧树体（TREE BODY）✧采油树与井口回接系统（CONNECTOR TIE-BACK）✧井口连接器（WELLHEAD CONNECTOR）✧采油树帽（INTERNAL TREE CAP）✧阀门（VALVE BLOCK & VALVE)✧ROV控制盘（ROV CONTROL PANEL）✧化学药剂注入（CHEMICAL INJECTION）✧采油树体总成（X’TREE ASSEMBLY）2.1 树体（TREE BODY）✧整体加工的空心园筒体✧部形状加工成与油管挂和采油树帽相配合的形状✧下端及顶部为螺纹状结构，分别与18-3/4″ 10000PSI工作压力的FMC TORUS IV液压井口连接器及采油树帽相连接✧为连接PMV(生产主阀), AMV(环状通路主阀)及AAV (环形空间入口阀)开孔✧Quad Penetrator装置, 该装置通过与油管挂上的液压Penetrator连接装置相接, 可以控制井下安全阀的状态2.2 采油树与井口回接系统（CONNECTOR TIE-BACK）该系统由上下两部分组成，它的主要功能是为采油树体和水下井口之间的18-3/4″VX 型垫片提供第二道屏障，它的上部分叫做Upper Alignment Stab，其顶部与树体相接并密封，其下部分叫Lower Alignment Stab，其底部与9-5/8″的套管悬挂器相接并密封，中间由上下两部分相接并密封，这里所有的密封均采用金属附加弹性体的方式，能承受5000 PSI 的压力。
21344334_水下卧式采油树研制及浅水试验_刘文霄,樊春明,雷广进,李磊,孙传轩
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水下采油树线性覆盖I具方案设计及优选
［收稿时间］2016-04-26［基金项目］国家工信部2013年海洋工程装备科研项目“水下采油树配套工具研制”，满足500米水深立式采油树的工具配套。
［作者简介］程友祥（1985-），男，重庆人，工程师，主要从事水下生产系统采油树及其配套工具，水下连接器，水下多回路快速连接器及单路连接接头的分析与设计及测试与制造的研究。
曹伟枫（1990-），男，安徽滁州人，硕士，主要从事水下石油开采装备的研究。
2017年4月April ，2017University Education［摘要］为了满足我国海洋石油的战略发展需求，海上油气田的开发重点逐渐从浅水走向深水。
深水线性覆盖工具具有在水下可以高效利用水下ROV 的优点，其对操作线性覆盖工具的水下ROV 要求较低，能提高修井/完井的工作效率；在保养期间可以将主活塞缸与基座等分开保养，降低工具保养的难度和成本。
深水线性覆盖工具具有技术创新性高、操作简单的特点。
选择线性覆盖工具产品的产业化，将创造客观的经济效益，同时它还有利于打破国外的技术封锁，填补国内空白，增强国际市场竞争力。
［关键词］线性覆盖工具；方案设计；工作原理；对比分析［中图分类号］ＴＥ95［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2017）04-0088-03引言据资料分析，从2013年-2017年，5年内的深水石油开发投入将超过海上油气开发总投入的50%。
[1]我国南海的石油地质储量占中国石油储量的1/3，其中70%以上蕴藏在深水区域。
[2]但是我国的大洋工作始于20世纪70年代，起步较晚，深海海洋科学技术研究和发达国家相比还存在着不小的差距。
目前，我国的深海石油作业项目基本上依靠国外的技术和装备实现，不但施工费用昂贵，而且工期由国外的大公司掌握，难以保证要求。
在水下生产系统过程中，由于油气生产的过程会产生水化物，极易堵塞采油树连接管道及采油树树体内部管道，因此，修井/完井系统是水下生产系统中必不可少的系统之一。
“水下卧式采油树系统研制（1期）”2013年度技术总结报告
科技报告导读科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 165“水下卧式采油树系统研制（1期）”2013年度技术总结报告王定亚 邓平 刘文霄 孙传轩（宝鸡石油机械有限责任公司）摘 要：阐述了水下卧式采油树系统研制（1期）课题开展的背景和意义，介绍了保证该课题顺利实施的前期研究基础，对课题2013年度研究内容和目标完成情况进行量化总结，提出了课题研究过程中的研究思路和总体方案。
以水下卧式采油树系统研制（1期）课题中设置的各子课题为切入点，重点介绍了各子课题的研发内容、取得的关键技术和主要成果，包括：水下采油树技术、市场调研：通过技术调研，熟悉了水下采油树制造技术和试验流程，收集了大量技术资料。
通过市场调研，了解了水下采油树系统的价格走势和市场前景等。
水下采油树总体结构设计技术：水下采油树总体结构采用框架式模块化设计，共分为采油树本体模块、液压连接器模块、生产模块、环空模块、节流模块、水下控制模块、油管悬挂器系统等模块，并进行集成设计。
水下采油树系统配套工具设计技术：通过分析研究现有水下卧式采油树配套工具和安装作业工艺要求，制定本课题水下采油树下放安装回收工艺，确定配套工具功能及种类。
水下采油树复合电液控制系统设计技术：开展了水下电子模块、控制阀件组、管路系统、传感器等的集成技术研究，所有液压动力、信号均由SCM基座传出，实现高度集成。
水下采油树分析计算技术：提出了多尺度共轭传热计算方法，实验和数值模拟验证了其正确性；有针对性的改进了水下结构物的温降计算方法，提高了计算效率。
水下采油树生产制造技术：攻克了深孔精密加工，复杂、薄壁金属密封加工，耐蚀材料加工等关键工艺，形成了水下采油树生产制造技术，为采油树样机的制造奠定了基础。
水下采油树下放安装回收和试验技术：由平台面远程操控自动安装或回收，实现自动定位、锁紧（或解锁）和可靠密封等功能，制订下放安装回收操作规范，并研制配套工具。
水下采油树模型开发技术方案
水下采油树模型开发技术方案一、主要技术规范a 执行标准：API SPEC 6A19b 额定工作压力：70Mpa(10000psi)c 公称通径：主通径：Φ65mm(2 9/16in)旁通径：Φ65mm(2 9/16in)d 额定温度级别：P.U（-29℃~121℃）e 材料级别：DDf 产品规范等级：PSL3g 性能要求级别：PR1h 总体尺寸（长×宽×高）：3130mm×560 mm×2540 mm主要技术要求：系统工作压力HP：7500psi，LP：5000psi；电源耐压5kv；HP输入1路、输出2路、回油1路；LP输入1路、输出16路、回油1路。
外形尺寸：1400mm*900mm*1400mm环境温度：操作温度0℃~+40℃储藏温度-18℃~+50℃工作压力：LP 5000psi， HP 7500psi主要功能：接收SCM发出信号，开启、关闭阀门，通断油路，检测SC M按照主控站指令发出控制命令功能；向SCM提供温度、压力信号并记录，检测SCM对温度、压力信号的接收和传输能力。
采油树是整个生产系统的执行部分，通过控制采油树管线上的阀门，来控制整个采油系统的流程。
整个采油树生产执行主要分为三个部分：生产主回路、环空回路、药剂注入回路。
二、采油树主要组成✧树体（TREE BODY）✧采油树与井口回接系统（CONNECTOR TIE-BACK）✧井口连接器（WELLHEAD CONNECTOR）✧采油树帽（INTERNAL TREE CAP）✧阀门（VALVE BLOCK & VALVE)✧ROV控制盘（ROV CONTROL PANEL）✧化学药剂注入（CHEMICAL INJECTION）✧采油树体总成（X’TREE ASSEMBLY）2.1 树体（TREE BODY）✧整体加工的空心园筒体✧内部形状加工成与油管挂和采油树内帽相配合的形状✧下端及顶部为螺纹状结构，分别与18-3/4″ 10000PSI工作压力的FMC TORUS IV液压井口连接器及采油树帽相连接✧为连接PMV(生产主阀), AMV(环状通路主阀)及AAV (环形空间入口阀)开孔✧Quad Penetrator装置, 该装置通过与油管挂上的液压Penetrator连接装置相接, 可以控制井下安全阀的状态2.2 采油树与井口回接系统（CONNECTOR TIE-BACK）该系统由上下两部分组成，它的主要功能是为采油树体和水下井口之间的18-3/4″VX 型垫片提供第二道屏障，它的上部分叫做Upper Alignment Stab，其顶部与树体相接并密封，其下部分叫Lower Alignment Stab，其底部与9-5/8″的套管悬挂器相接并密封，中间由上下两部分相接并密封，这里所有的密封均采用金属附加弹性体的方式，能承受5000 PSI 的压力。
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水下采油树模型开发技术方案一、主要技术规范a 执行标准：API SPEC 6A19b 额定工作压力：70Mpa(10000psi)c 公称通径：主通径：Φ65mm(2 9/16in)旁通径：Φ65mm(2 9/16in)d 额定温度级别：P.U（-29℃~121℃）e 材料级别：DDf 产品规范等级：PSL3g 性能要求级别：PR1h 总体尺寸（长×宽×高）：3130mm×560 mm×2540 mm主要技术要求：系统工作压力HP：7500psi，LP：5000psi；电源耐压5kv；HP输入1路、输出2路、回油1路；LP输入1路、输出16路、回油1路。
外形尺寸：1400mm*900mm*1400mm环境温度：操作温度0℃~+40℃储藏温度-18℃~+50℃工作压力：LP 5000psi， HP 7500psi主要功能：接收SCM发出信号，开启、关闭阀门，通断油路，检测SC M按照主控站指令发出控制命令功能；向SCM提供温度、压力信号并记录，检测SCM对温度、压力信号的接收和传输能力。
采油树是整个生产系统的执行部分，通过控制采油树管线上的阀门，来控制整个采油系统的流程。
整个采油树生产执行主要分为三个部分：生产主回路、环空回路、药剂注入回路。
二、采油树主要组成✧树体（TREE BODY）✧采油树与井口回接系统（CONNECTOR TIE-BACK）✧井口连接器（WELLHEAD CONNECTOR）✧采油树帽（INTERNAL TREE CAP）✧阀门（VALVE BLOCK & VALVE)✧ROV控制盘（ROV CONTROL PANEL）✧化学药剂注入（CHEMICAL INJECTION）✧采油树体总成（X’TREE ASSEMBLY）2.1 树体（TREE BODY）✧整体加工的空心园筒体✧内部形状加工成与油管挂和采油树内帽相配合的形状✧下端及顶部为螺纹状结构，分别与18-3/4″ 10000PSI工作压力的FMC TORUS IV液压井口连接器及采油树帽相连接✧为连接PMV(生产主阀), AMV(环状通路主阀)及AAV (环形空间入口阀)开孔✧Quad Penetrator装置, 该装置通过与油管挂上的液压Penetrator连接装置相接, 可以控制井下安全阀的状态2.2 采油树与井口回接系统（CONNECTOR TIE-BACK）该系统由上下两部分组成，它的主要功能是为采油树体和水下井口之间的18-3/4″VX 型垫片提供第二道屏障，它的上部分叫做Upper Alignment Stab，其顶部与树体相接并密封，其下部分叫Lower Alignment Stab，其底部与9-5/8″的套管悬挂器相接并密封，中间由上下两部分相接并密封，这里所有的密封均采用金属附加弹性体的方式，能承受5000 PSI 的压力。
有此回接系统，井口和采油树之间的连接密封就不会受到井下压力的作用，其可靠性大为增强4.3 井口连接器（WELLHEAD CONNECTOR）✧完井顺序✧30″井口套管✧18-3/4″水下井口✧13-3/8″套管悬挂器✧9-5/8″套管悬挂器◆连接水下井口✧采油树生产导向基础(PGB)首先座落在30″井口套管(Housing) 上, PGB上的重力锁紧装置自动与套管锁紧✧采油树沿PGB导向绳及导向柱(Guidepost)就位✧FMC TorusIV-18-3/4″10000 PSI（工作压力）的液压采油树连接器与18-3/4″水下井口连接锁紧✧液压控制采油树与井口的连接和解脱，将采油树提出水面进行维修、密封垫片的更换等工作◆管毂的连接(Flowline Hub)✧管毂连接采油树生产管线和注气管线(4″/ 2″)，安装在PGB上✧海底管线和注气管线分别与PGB上对应的管线连接✧通过安装在采油树上的Flowline Hub连接器11″-5000 PSI (WP) FMC Torus Ⅱ，以液压驱动方式与PGB上的管毂连接✧液压控制Flowline Hub连接器与PGB的连接和解脱，将采油树提出水面进行维修、密封垫片的更换等工作2.4 采油树内帽（INTERNAL TREE CAP）采油树内帽安装在油管挂的顶部，依靠液压式起下工具与树体相连，与树体之间的密封为金属对金属结合弹性密封物，为树体内部与环境隔绝提供第二道屏障，另外在生产期间为油管挂提供第二道固定装置，避免油管挂在油井热力及压力变化下产生移位。
2.5 阀门（VALVE BLOCK & VALVE)✧生产阀门 PMV、PWV✧注气管线阀门 AMV、AWV✧化学药剂注入管线阀门 CIV1、CIV2✧转换阀 XOV✧环空通路阀 AAV1、AAV2✧水面控制水下安全阀 SCSSV✧甲醇注入阀 MIV采油树上所有的阀门可以手动或由ROV来操作，因此阀的转动力具有一定的限制。
通常情况下，阀门的密封应采用金属对金属而且是双向密封。
需要润滑的部分通常由控制液来完成。
如果无润滑，应该能保证一定次数的动作，如250次关闭开启。
2.7 ROV控制盘（ROV CONTROL PANEL）✧ROV (Remote Operation Vehicle)✧ROV控制盘置于采油树正面，所有的阀门执行器均朝向ROV盘并通过延长杆与ROV盘相连，而ROV 操作头均可以插入ROV盘上的母头，并转动阀杆的延长杆，操纵阀门的开与关✧阀门控制•上部控制系统通过电液控制系统进行控制•ROV通过ROV控制盘进行操作•潜水员通过ROV控制盘操作2.8 化学药剂注入（CHEMICAL INJECTION）✧化学药剂的注入点•生产主阀和翼阀之间✧注入管线通过SCM到达注入点，由SCM开启CIV控制药剂的注入2.9 采油树体总成（X’TREE ASSEMBLY）✧采油树与PGB的对接✧采油树的防护•防护格栅•ROV控制盘•顶板•采油树外帽2.10 油管挂 (TUBING HANGER)✧油管挂是一个同心圆筒体,安装在树体内与采油树内壁销死并密封✧油管挂在树体内靠调平键和螺旋面定位✧液压压头（Hydraulic Penetrator）精确的定位✧采油树体内的采油树内帽安装在油管挂顶部2.11 油管挂垂向开孔(出口上侧)堵头(WIRELINE PLUG)在油管挂侧出口的顶部，油管挂的开孔是Halliburton堵头来密封的，一旦装上这个堵头，便能使井液改变方向由侧出口流向生产管线2.12 油管挂操作工具(THRT)✧THRT(Tubing Hanger Running Tool)的作用操作油管挂操作采油树内帽✧油管挂和采油树帽进行安装或解脱的操作方式•由液压控制THRT的内园筒驱动锁环使操作工具与油管挂（或采油树帽）锁紧或解脱•外园筒负责驱动油管挂或采油树帽上与采油树体之间的锁紧或解脱机构2.13 油管挂紧急释放工具(THERT-TUBING HANGER EMERGENCY RUNNING TOOL)该工具的主要目的是当液压或油管挂操作工具失效的情况下，用来解脱油管挂及采油树帽，因此只是紧急情况下的备用工具，该工具不带任何液压功能，只能回收油管挂或者采油树帽2.14 生产导向基础(PGB)PGB-Production Guide Base是导向及导流的结构，其导向柱及导向绳可以使防喷器(BOP)支架及采油树准确就位于水下井口之上。
除PGB和采油树的操作面外，其它三面均有铰接的遮档棍，与采油树的防护装置一起，构成一个完整的保护结构，避免重物的意外冲击对PGB和采油树的管路、阀门及管毂造成损坏其导向柱是承插式的，可以通过ROV进行更换，导向柱也是可以伸缩的，原长2.87米, 可以增加到4.4米，以适应运输及安装的不同要求。
3.1.1生产主回路主要功能：采油树主回路负责整个油气的开采工作，可以调节生产流量以控制生产总量。
图4、生产主回路流程图工作时序：通过高压油路，打开水底安全阀SCSSV，海底油气通过主回路管道传输。
正常工作状态（即主回路中的传感器压力反馈的数据正常）：生产主阀PMV和生产翼阀PWV等阀门正常工作状态处于常开状态。
当出现紧急状况或者是压力温度传感器PTT1反馈的温度或压力大于设定值最大值时，首先需要关闭生产主阀PMV，SCM促发电液换向阀失电，形成回流，导致生产主阀PMV驱动器腔内的压力减小，弹簧复位促使生产主阀关闭；如果此时传感器PTT1还能反馈数据，则需要继续关闭生产翼阀PWV。
生产隔离阀PIV作为备用阀，用于生产主阀PMV和生产翼阀PWV关闭状态失效时，隔离生产物。
生产节流阀PCV通过调节阀门的打开程度，可以控制主回路中油气的流量，并通过节流阀位置指示器将信号传递给SCM。
生产节流阀PCV中的湿气流量计WGFM，用于统计采油树生产主回路各时间段的采油总量，并将信号传输给SCM。
声沙探测器ASD、沙粒冲蚀/温度/压力传感器SEPT用于测量生产管道中的温度、压力以及沙粒等数据，并反馈给SCM。
故障分析处理：1、当采油树生产主回路传感器反馈的实时量超过或小于正常生产范围，MCS发出指令给SCM，由SCM控制生产管线上的阀门。
2、当采油树主回路反馈的数据超出或小于正常值，SCM能够上传数据，但失去关闭管线上阀门的能力，则此时需要促发机器人ROV强行关闭阀门。
3、当SCM失去了与平台通讯的能力时，则需要打捞起整颗采油树。
主要性能指标：其中需要控制阀门3个：水面控制水下安全阀（SCSSV）、生产主阀(PMV)、生产翼阀(PWV)。
其中水面控制水下安全阀（SCSSV）为瓣状、其余2个阀门均为闸阀，设计生产具体规格如下：PMV生产主阀尺寸：130mm（5-1/8’’）类型：闸阀，带液压促动器压力：10000最小开启压力：4000psi 最大开启压力：6000psi触动器容积：3200ml触动器进口螺纹：3/8" SAE触动器回油螺纹：3/8" SAEFSC 失效安全关闭 NO 正常开启RET 回流管线（单独连接至蓄能器接头）行程：147.6mmPWV 生产翼阀尺寸：130mm（5-1/8’’）类型：闸阀，带液压促动器压力：10000最小开启压力：4000psi 最大开启压力：6000psi触动器容积：3200ml触动器进口螺纹：3/8" SAE触动器回油螺纹：3/8" SAEFSC 失效安全关闭 NO 正常开启RET 回流管线（单独连接至蓄能器接头）行程：147.6mm测试模型阀门采用江苏巨林科教仪器有限公司二位二通电磁换向阀替代，具体参数如下：控制方式：直流24V控制电磁阀尺寸规格：待定使用压力：0~1.0MPA；连接方式：快换接头连接或螺纹连接；接头尺寸：待定连接油管：软管、硬管；需要测量传感器共5个：井下压力温度传感器(DHPT)、压力温度传感器1（PTT1）、沙粒冲蚀温度压力传感器（SETP1、SETP2）、声沙探测器（ASD）。