第五章海上采油设备概述1

（2）浮式生产系统是近期发展较快的新采油方式。它以半潜式平台 或改装的大型油轮等移动式浮体为主体，处理和集输来自海底井的油 气。它的出现，不仅加快了海上油气田的建设速度，形成了称做“早 期生产系统”的概念，而且还因为开发费用低，回收投资快，使过去 用固定平台开发不经济的边际油田资源也能够被开发利用。
海洋石油工程概论 3.按平台各种特点分 （1）固定式采油平台。
固定式海上采油平台，是用桩基，沉垫基础或其它方法固 定在海底面上指定位置并对其产生支承压力的结构物。是世界 上用得最早而且较为广泛的一种生产系统。 固定式平台上用来开采海上油气田的各种工艺流程和设备 基本上与陆上油田相似。固定平台生产系统包括以下几种主要 形式：①刚性平台：桩基（主要是导管架）式平台开采系统、 重力式平台开采系统 ②柔性平台张力腿式平台开采系统、绷绳 塔式开采系统。 （2）浮式采油平台。 凡是海面上处于漂浮状态的采油平台。（半潜式、油轮型采 油平台） 采油平台的发展方向是张力腿平台和具有储油能力的半潜式采 油平台。
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水力活塞泵采油原理图
沉降罐
地面动力泵
油气分离器
油管
水力活塞泵
锥形座
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电动潜油泵采油装置
电动潜油泵是一种特殊设计的多级高压离心 泵，它的整个机组包括潜油电动机、保护器、 多级离心泵、铠装电缆、电缆滚筒、自耦变压 器、控制台、气体分离器等。如图3-2所示。 电动潜油泵机组一般用油管下入井中，铠装电 缆固定在油管上。少数机组用电缆悬吊挂入井 中。
由于油气藏的构造和驱动类型、深度及流 体性质等的差异，其开采方式也不相同。 通常气藏以自喷的形式开采，开发后期部 分气藏采用排液采气.常用的采油方式有：自 喷和人工举升方式。 人工举升方式包括：有杆抽油泵、螺杆泵、 电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举、柱塞泵、 腔式气举、电潜螺杆泵、海底增压泵。 目前海上最常用的人工举升采油方式是水 力活塞泵采油、电潜泵采油和气举采油。
水力活塞泵采油装置
水力活塞泵采油的方法是由地面设备提供高 压动力液（水或原油都可以做动力液），通过 井下管道注入并操纵一个往复运动的活塞泵， 由活塞泵的推动将原油举升到地表。 地面部分包括沉降罐、地面动力泵、油气分 离器和各种阀件； 地下部分包括同心的两层油管、水力活塞泵 和密封两层油管间环形空间井带有单向进油阀 的锥形座。
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一、海上采油平台的分类 1.按平台的布置方案分 （1）综合式采油平台（集中型采油平台）。 将全部采油、储油设备以及生活设施都集中于一个平台上。一般用于深海区 。 （2）组合式采油平台（分散型采油平台）。 此平台具有3个独立的模块，分别用于生产、储油或给工人提供生活场所。 平台之间用栈桥连接。 2.按平台的作用分 （1）油气开采平台 （2）海上油、气集输平台 |（3）海上服务平台 2.按制造材料分 （1）桩基式钢质平台。 实际就是固定式钻井平台，只不过是在钻完井后将钻井设备拆除，装 上采油设备，作为采油平台使用。 （2）重力式混凝土平台。 是用混凝土浇筑而成的，靠自重坐于海底。它的基础部分和立柱都是 中空的舱室，可用来储存原油。 （3）桩基混凝土混合式平台。
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（4）油井含气量。 高油气比对电动潜油泵 和水力活塞泵都是威胁，当井筒内气体体积 超过泵送液量的10%时，电动潜油泵将开始 失效，水力活塞泵还能工作，但是效率将大 大降低，故需要增加下泵深度和另设排气装 置来解决。而高油气比恰恰对气举非常合适。
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（5）深度限制 油井不生产时，井底静压可使得井内液体 存在一个静液面。 油井生产时，因井底流压低于静压，井筒 内动液面必然低于停产时的静液面。 对电动潜油泵和水力活塞泵来说，下泵深 度应该使泵沉没到动液面下足够深度，以防止 气蚀作用和克服诸如通过井下气体分离器时产 生的任何入口节流损失。水力活塞泵较适合在 深井工作，常用于井深为3000～4000m油井； 气举采油深度已经达到3600m。
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（6）灵活性 油井生产过程中产量是会发生变化的， 能适合产量变化的灵活性也是采油方法的 一个评价指标。 气举能在广泛的范围内灵活改变气举日 产液量，可从日产1m³ 到几千m³ 。 水力活塞泵由于改变每分钟的冲数和冲 程长度较容易，因此，在额定流量范围内 灵活地改变产量是容易做到的。 电动潜油泵的灵活性是机械采油方法中 较差的，但新的电流频率转换器的问世改 善了电动潜油泵的工作条件。
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海上服务平台 海上服务可包括多方面的内容，如海上居住平 台，海上起重平台，以及打桩、铺管作业等。 工作人员长期生活在海上，条件恶劣，工作紧 张，故居住条件应能保证船员的充分休息，例如能保 证摇晃小，振动小，振动频率低等，还应能保证船员 的充分安全，对防火，救生等应符合有关规范的要求 。对浅水和多井的作业区，居住平台可用固定式的， 但在深水区，则多用半潜式的。 其他如起重、打桩、铺管等作业平台，对海洋 环境的运动响应也都有一定的要求必须给予满足。
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主讲人：徐建功
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基本内容：
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 绪论 海洋资源 海洋灾害及防治 海上钻井设备概述 海上采油设备概述
第六章
第七章 第八章
波浪理论
海洋环境及环境载荷 海洋石油钻采设备的运动学和动力学
第九章
海洋石油钻采设备的强度
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保护器有独立的两部分组成。上部充满润滑 脂，用来对离心泵的止推轴承进行润滑，下半 部充满变压器油，以便及时补充电机与钢管外 壳间变压器油的消耗。有些保护器轴的两端制 有花键，用特殊的联轴器分别同电动机和泵相 连，有的潜油泵设计成为电动机和泵轴直接相 连的，不需要联轴器。保护器的主要作用就是 密封和润滑。
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气举采油装置
气举是一种利用气体来举升油井流体的方 法。通常分为连续气举和间歇气举两种类型。 气举的特点之一是就是安装了特殊的气举 阀。这些阀沿着油管柱安装，以提供气体从套 管进入油管的通道。 气举阀也可以做成轴状安装在油管之中， 顶端系有钢丝绳并由绞车牵引下放到油管中某 个位置或有某个位置起出。
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（7）油井出砂 出砂给电潜泵和水力活塞泵都带来冲蚀问 题，砂子充填在井下泵顶部会造成提泵困难。 气举是唯一不畏惧含砂流体的机械采油方法。
（8）经济性 要求设备占地面积尽可能小、质量轻。适 应地层性质要求，免修期长，维护费用低， 技术安全可靠，操作方便、投资少，尽量满 足环境要求。
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油气开采方式选择的因素
（1）尽可能发挥地层的产能 对于高产能的油井，要优化自喷设计参数， 充分发挥地层的产能，延长自喷周期。
（2）搞好后续替换，适当时候转换采油方式 在开采过程中，随着采出程度、综合含水 的上升和地层能量的下降，需要及时转换采 油方式。
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（3）油井产液量 电动潜油泵适合于大排量下工作，对含水 油井和低油气比油井，电动潜油泵的产量还可 能更大一些。气举虽然也可以达到较大的产液 量，但较电潜泵要低一些，水力活塞泵又次之。
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气举采油原理图
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多级离心泵是钢管式壳体，其外径与潜油 电机相仿。级数从84-332级不等，长度一 般不超过5.5m，排量40～3000m³ /d，扬程 1400～3000m液柱，泵效率44%～52%。 多级离心泵上还装有灌泵用的单流阀。 当需要把电动潜油泵机组提升到地面检 查时，可以通过排油阀排泄油管和离心泵 壳体内的油液。
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海上油气开采平台
开采平台主要用来开采油、气和对油、气进行初步处理（ 如油气、油水分离）的，它必须成为多口生产井和油气处理设施的 基础。故必须有相应的甲板面积和载重量，但对位移限制则没有钻 探平台那么严格。 由于这类平台固定在一个定位点的使用时间较长，一般多使用 固定式的，如导管架平台或重力式平台，在浅水区，固定式平台也 较经济。但在深水区，或在早期生产中，则以使用移动式平台较为 经济。 海上油、气集输平台 开采平台生产的油、气，可以自己储存一部分，大量的则需 另用储油平台贮存，并由此平台通过固定的管线或穿梭油轮向陆上 输送。这在同一地区同时有若干个开采平台时显得尤其必要。从安 全的观点看，开采平台和贮存平台分开更有好处。
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动力液从沉降罐抽出经地面动力泵加压后由 中心油管压入井下。高压动力液推动水力活塞 作往复运动，不断地从油井中抽取原油与废动 力液一起经过两层油管间的环形空间（或用一 根油管，废动力液和原油由油套管间的环形空 间）流至设在平台的油气分离器。脱出气体后 的原油返至沉降罐，一部分作为动力液重复使 用，另一部分沿着出油管流向计量站。
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采油生产平台
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随着海洋石油开发技术的飞速发展，在传统的固定平台开采石油的基 础上，出现了一些新的结构形式，并已发展成为固定平台生产系统， 浮式生产系统和水下生产系统三种海上油田生产系统。 （1）固定平台生产系统是当前广泛采用的开采方式。它以近海建造 栈桥、浅海构筑人工岛和开阔海区建造各类固定平台为基础，用基本 与陆地油田相似的工艺和设备开采海上油田。
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电动潜油离心泵具有排量大、扬程高、 流量均衡、油管寿命长、地面设备简单、 受气候变化影响较小，易于实现自动控制 以及具有较好的携沙、携蜡能力等优点， 但受电机耐热程度的限制，适应一般不超 过3000m。 油井产量改变和开采高粘度油会影响泵 效，不允许有较多的气体进入泵内，而且 设备结构复杂，制造质量要求高，造价昂 贵。
海洋石油工程概论 海上油气田生产系统类型见下图。 上面所述的三种生产系统各有其特点及适用条件，在选
用时应根据本油田的具体情况，按照投资少的原则，综合考虑
各种因素，对每种生产系统进行可行性研究，经过对比分析， 最后筛选出一种至几种单一的或综合的较为有效的方案。
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第二节
海洋油气开采方式
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（3）水下生产系统目前主要是水下完井系统。水下完井 已在海上油田的早期生产系统、油田边缘卫星井、探井生产 以及建造固定平台不经济的小油田开发等方面得到应用。尽 管这种生产系统目前大多数适于固定平台和浮式装置结合使 用，而且是浮式生产系统必不可少的组成部分，但它已经形 成了独立的生产系统。
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第一节海洋采油概述
海洋采油装备与海上油气集输的方式有 关。一般离岸较远的低产小油田，常将 油、气分离处理后，送至油轮上运走， 叫做全海式。对于离岸较远的高产油田 常通过短距离海底管线将油、气集中到 采油平台，分离处理后再经海底管线送 至岸上进行储运，叫做半海半陆式。离 岸较近的油田即可采用一井专线或多井 一线直接通过海底管线将油、气混输到 岸上进行分离及储运，叫做全陆式。
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电动潜油泵采油原理图
铠装电缆 导向轮 电缆滚筒 井口装置
油管
自耦变压器 自动控制台
多级离心泵 保护器 潜油电动机
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潜油电机为封闭式三相感应电机，装于充满 变压油的外径为100～500mm的钢管内。变压 油的压力必须略高于井底流体压力，以防止地 层水通过接缝处渗入电机内部破坏电机工作。 根据油井的生产能力，电机的功率范围可达 10～500kW.最高工作温度为95℃。电机长期 处于运行状态。环境温度比较高故设有专门的 油路循环系统对电机运转部件进行润滑和散热。 电动机的转子和钉子各分为若干节，每节有单 独的绕组，串于电动机轴上，形成细而长的电 动机外形。
第五章 海上采油设备概述
教学要求
明确海洋采油的三种典型系统及其特点，了解三种典型系统的组成与生 产原理，掌握采油平台上的油气水处理方法与流程，了解单点系泊的结 构组成、优缺点与应用情况，了解水下生产系统的组成、控制方法及水 下生产时的修井方法。 重点：三种典型的海洋采油系统的特点，采油平台上的油气水处理方法 与流程，单点系泊的结构组成、优缺点，水下生产系统的组成、控制方 法及水下生产时的修井方法。 难点：海上生产系统的选择方法。