立式双管式水下采油树设计分析_冯素敬
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。
“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。
水下井口装置与采油树应力计算与分析方法应用
2 许用应力的选择方法2.1 材料许用应力的选择2.1.1 标准材料根据ASME BPVC ：2004以及2005和2006增补，第Ⅷ卷第2册附录4所述，对于承压装置的设计计算，设计的许用应力分别按公式(1)和公式(2)中的准则进行限定，S T 为静水压试验压力下的最大许用的总体一次薄膜应力强度，S m 为额定压力下的设计应力强度：T y y 50.836S S S == (1)m y y 20.673S S S == (2)式中：S y 为材料规定的最小屈服强度。
2.1.2 非标准材料根据ASME BPVC ：2004以及2005和2006增补，第Ⅷ卷第2册附录4所述，应用于非标准材料承压装置的设计计算，设计的许用应力分别按公式(3)、(4)和(5)中的准则进行限定，S T 为静水压试验压力下的最大许用的总体初始薄膜应力强度，S m 为额定压力下的设计应力强度，S s 为初始应力和次应力的最大合成强度：T y m,min 52min(,)63S S R = (3)m y m,min 21min(,)32S S R = (4)s y m,min min(2,)S S R = (5)式中：R m 为材料规定的极限抗拉强度。
0 引言在水下井口装置与采油树的设计过程中，存在除了承载紧固件和钢结构外，大量为控压或承压设备，这些设备的零部件存在各种类型的非标设计。
为了保证它们在试验和使用过程中的安全性，需要进行大量的力学计算。
在进行初步计算时，需要综合材料、工况等条件，并合理选用许用应力和应力准则[1-2]。
在进行有限元分析复验时，还需要对这些工况条件下的应力进行应力分类和线性化，严格按照不同类型的应力进行强度校核[3-4]。
本文着重介绍了水下井口装置与采油树所常用的应力计算与分析方法。
1 标准材料与非标准材料在进行设计计算分析时，我们需要初步知悉所使用材料的机械性能。
关于标准材料与非标准材料，其应力计算与分析过程是有所区别的。
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]。
水下采油树液压控制系统设计与仿真
水下采油树液压控制系统设计与仿真张长齐;黄鲁蒙;李富平;阮臣良;张彦廷【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2018(46)20【摘要】实现对水下采油树的控制是保证水下生产正常进行的必要条件.通过分析API标准要求,结合水下采油树阀门执行器工作参数,设计水下采油树液压控制系统,包括液压动力单元和水下控制模块,并对相关元件进行计算和选型.根据控制系统要求,利用AMESim软件,建立水下采油树液压控制系统模型,对水下采油树阀执行器的开启和关闭过程进行响应分析.结果表明:所设计的液压控制系统可以满足水下采油树控制要求.【总页数】6页(P74-79)【作者】张长齐;黄鲁蒙;李富平;阮臣良;张彦廷【作者单位】中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司, 山东德州253005;中国石油大学 (华东) 机电工程学院, 山东青岛266580;中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司, 山东德州253005;中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司, 山东德州253005;中国石油大学 (华东) 机电工程学院, 山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TE952【相关文献】1.水下采油树地面测试单元液压控制系统设计与仿真 [J], 欧宇钧;袁晓兵;卢沛伟;罗玉贵;杨文;苏瑞华;张云卫;张长齐;蔡宝平2.带式输送机断带抓捕器液压控制系统的设计与仿真 [J], 赵云龙3.基于FluidSIM的压力机液压控制系统设计与仿真 [J], 吴海青4.剪叉式升降平台起升速度液压控制系统设计与仿真分析 [J], 赵鑫;纪爱敏;邓铭;张磊5.一种海工栈桥多功能伸缩补偿液压控制系统设计与仿真分析 [J], 邱少华;施卫东;宋志国;纪立超;杨旭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水下采油树关键部件的材料设计选型
水下采油树关键部件的材料设计选型张鹏举;袁锦红;冯建同;孙维【摘要】我国海洋油气开采所需的水下采油树长期依赖于进口,成本高昂.文章针对水下采油树所处的深水、高温、高压、高腐蚀等应用工况,对水下采油树关键部件的基体材料、防腐材料及密封材料的相关性能进行了分析与选型,并将研究成果应用于中国南海流花11-1油田和番禺35-2/1气田采油树的国产化制造中.自主研发和设计选型的水下采油树关键部件材料,不仅达到了国际行业标准的性能指标,而且成本只有国外的1/3.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2015(041)003【总页数】4页(P27-30)【关键词】水下采油树;材料;设计选型;腐蚀【作者】张鹏举;袁锦红;冯建同;孙维【作者单位】美钻能源科技(上海)有限公司,上海200943;美钻能源科技(上海)有限公司,上海200943;美钻能源科技(上海)有限公司,上海200943;中海石油深海开发有限公司,广东深圳518000【正文语种】中文我国南海具有丰富的油气资源，其地质储量达230亿～300亿t，其中75%位于深海区域。
但由于水下油气田开采的核心装备（水下采油树）的制造技术只有美国掌握，我国被迫长期依赖美国进口，不仅费用高昂，还给我国的能源安全、海洋安全甚至海防安全带来潜在威胁。
水下采油树设备作为深海油气开发中的关键海底完井设备，其国产化自主研发制造已迫在眉睫。
为此，中海石油深海开发有限公司与美钻能源科技（上海）有限公司合作，展开水下采油树设备的国产化设计制造研究，攻克了水下采油树设备关键部件的材料设计选型技术难题，将成果应用于中国南海流花11-1油田（工作水深350 m，已应用5套）和番禺35-2/1气田（设计水深1 500 m，已完成关键部件材料的制造），填补了国内空白。
1.1 水下采油树设备总体结构水下采油树按结构形式可分为立式和卧式，传统的多采用立式结构，考虑到深水条件下维修的方便性，流花11-1项目和番禺35-2/1项目水下采油树采用卧式结构，其主要结构形式见图1、图2。
水下采油树选型和功能设计
水下采油树选型和功能设计周凯;苏锋;鞠朋朋;曹永【摘要】水下采油树在每个工程中针对油田特性都有不同的设计要求.选型设计时,要充分考虑油气田类型、作业环境、压力、井口数量、钻机类型、水深、操作者的喜好进行选型设计.该文给出水下采油树选型流程图,阐述了卧式和立式水下采油树显著区别,列出水下采油树结构选择的六个界面,分析了超高压高温水下采油树的技术挑战和主要经验,指出卧式水下采油树功能设计要求,并针对PY35-1、PY35-2实际项目详细分析了水下采油树的选型及功能设计要求.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2015(030)002【总页数】6页(P26-31)【关键词】水下采油树;卧式采油树;选型设计;功能设计【作者】周凯;苏锋;鞠朋朋;曹永【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,天津300451;海洋石油工程股份有限公司,天津300451;海洋石油工程股份有限公司,天津300451;海洋石油工程股份有限公司,天津300451【正文语种】中文【中图分类】P756伴随着油气资源在海底生产的不断增加，越来越多的水下生产系统投入使用。
水下采油树是水下生产系统中必不可少的组成部分，是水下生产和安全保障的重要设备，随着水下采油树数量的增加，水下采油树的设计也不断进步。
水下采油树在每个工程中针对油田特性都有不同的设计要求，目前水下工程为提高油田效益和成本效率，对水下采油树增加了标准化和多功能化的要求。
该文对水下采油树工程选型及功能设计要求给予详细论述，并给出选型标准流程图。
水下采油树主要组成包括采油树本体、采油树阀、采油树管线、水下控制模块、油嘴、采油树连接器、出油管连接器、控制面板、外部采油树帽、结构框架、导向基座、保护框架。
水下采油树选型设计的主要目的是保证选用的水下采油树既能满足长期稳产又能经济安全地进行油气井钻修采作业。
1.1 油气田要求的选择水下采油树的选型设计首先要针对油气田的操作和完井设计进行初始定义，具体因素如下：(1) 油气田类型：按油气田类型可分为油田采油树、气田采油树或注水树。
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.
水下立式采油树本体强度校核方法
水下立式采油树本体强度校核方法陈志刚;张华;万波;杨清峡;刘文霄【摘要】针对水下立式采油树本体强度校核方法在国内仍未有一个明确、实用性高的强度校核方法的现状,进行水下立式采油树本体强度校核方法的标准适用性分析.依据水下立式采油树本体在不同强度理论下的壁厚计算及强度校核公式,以及对水下立式采油树本体强度的标准适用性研究,确定基于von Mises强度理论的先简化建模再整体建模验证的水下采油树本体强度校核方法.结果表明,该方法可有效消除水下立式采油树本体仿真时应力集中情况对强度校核的影响,同时节省了有限元分析的时间.%In allusion to the current situation that there exists no definite and high practicable strength check method for the strength check of subsea vertical Christmas tree body in the domestic,the standard applicability analysis for the strength check method of subsea vertical Christmas tree body is performed. According to the wall thickness calculation and strength check formulas of subsea vertical Christmas tree body under different strength theories,and the standard applicability research for the strength of subsea vertical Christmas tree body,a von Mises intensity theory based strength check method with simplify-ing the modeling first and then verifying the overall modeling is determined for the subsea vertical Christmas tree body. The re-sults show that the method can effectively eliminate the effect of stress concentration on strength check during the simulation of subsea vertical Christmas tree body,and save the time of finite element analysis.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2018(041)010【总页数】7页(P123-128,132)【关键词】水下立式采油树本体;强度校核方法;标准适用性分析;应力集中;有限元分析;vonMises强度理论【作者】陈志刚;张华;万波;杨清峡;刘文霄【作者单位】北京建筑大学机电与车辆工程学院,北京100044;北京建筑大学机电与车辆工程学院,北京100044;中国船级社,北京100007;中国船级社,北京100007;宝鸡石油机械有限责任公司,陕西宝鸡721002【正文语种】中文【中图分类】TN913-34;TE9520 引言海洋油气开采中，水下采油树作为水下生产系统核心设备之一[1]，为水下井口提供了一个刚性压力终端，除了采油功能，也为整个采油系统提供安全屏障，并为生产提供调节作用。
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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＃十．＊：￥ＦｚｊＩｈ｛＊＆＃ｍ☆ｎ￥目Ａ
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。
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。
水下采油树发展现状研究
水下采油树发展现状研究卢沛伟;袁晓兵;欧宇钧;罗玉贵;杨文;苏瑞华;张云卫;张长齐;蔡宝平【摘要】Subsea tree is important equipment in offshore oil and gas development,which develops rapidly in recent years.In this paper,the development status of subsea trees at home and abroad is researched,and the foreign technology of subsea tree is already quite mature,widely used in oil and gas field development.However,the subsea trees are used in only a small number of domestic oil and gas fields,and there is no domestic subsea tree applied in oil and gas development.The technology is fully monopolized by foreign,and the gap between domestic and foreign is obvious. The foreign advanced technology should be vigorously introduced into China,while increasing in-dependent research and development efforts to comprehensively improve the design and manufac-ture,testing,installation,maintenance capabilities of subsea tree.%水下采油树是海洋油气开发的重要设备，国外在水下采油树方面的技术已经相当成熟，在油气田开发中得到广泛应用；国内仅有少数油气田采用水下采油树，并且尚无国产的水下采油树应用于油气田开发中，技术被国外全面垄断，国内外之间差距明显。
一种立式双管式水下采油树装置[实用新型专利]
![一种立式双管式水下采油树装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/295b9a6fbceb19e8b9f6ba72.png)
专利名称：一种立式双管式水下采油树装置专利类型：实用新型专利
发明人：张建权,冯素敬,王裴,金祖国,李国庆申请号：CN201420811169.0
申请日：20141219
公开号：CN204344067U
公开日：
20150520
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种立式双管式水下采油树装置，采油树装置包含：采油树装置帽；与采油树装置帽底部连接的框架；设置在框架上的采油树装置控制面板；与框架底部连接的导向架；设置在框架的一端的水下控制组件；导向杆及组合阀组件。
导向杆设置在框架四周，每个导向杆顶部、中部与框架连接，该导向杆底部与导向架连接；每个导向杆内部为空腔。
组合阀组件的一部分设置在框架内。
本实用新型将生产通道和环空通道集成在一起，结构紧凑，占用空间小，便于安装和维护；将主阀和翼阀集成式安装在组合阀上，避免了单个阀之间通过管路连接，降低产生泄漏的风险，密封性好。
申请人：上海神开石油化工装备股份有限公司,上海神开石油设备有限公司
地址：201114 上海市闵行区浦星公路1769号
国籍：CN
代理机构：上海信好专利代理事务所(普通合伙)
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深水水下采油树系统完整性测试技术分析
深水水下采油树系统完整性测试技术分析
肖谭;杨超;关清涛;赵德;刘军平;伍子登
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2023(30)1
【摘要】针对深水区域的高压环境和复杂的地质条件,水下采油树安装时压力系统的完整性难以判断的问题,建设并形成了自主的水下采油树完整性测试技术。
该技术通过自主化水下采油树完整性测试设备方案及测试步骤,提升水下采油树气密测试压力等级至10000psi,扩大移动式气压试验单元压力范围为50~22500psi,实现水下采油树在海底生产过程工况模拟,确保水下采油树保持压力系统完整状态入水安装。
技术成果广泛应用于深水气田勘探开发钻完井工程中,有力保障了深水油气田安全高效开发。
【总页数】3页(P121-123)
【作者】肖谭;杨超;关清涛;赵德;刘军平;伍子登
【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
【正文语种】中文
【中图分类】TE3
【相关文献】
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2.500 m水深水下采油树安装方法对比分析
3.深水气田水下采油树控制系统选型与设计
4.我国首套国产化深水水下采油树投入使用
5.深水水下采油树界面系统模拟测试技术分析
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Design and Analysis of Dualtubing Vertical Subsea Christmas Tree
Feng Sujing Zhang Jianquan Wang Pei Jin Zuguo
( Shanghai SK Petroleum ＆ d. )
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石
油
机
械
2014 年
第 42 卷
第 11 期
制面板集中了采油树各类阀件及阀组控制元件 ，用 于人工或 ＲOV 控制。 立式双管式水下采油树整体 设计结构紧凑，安装拆卸方便，密封性良好，可实 现远程控制或水下 ＲOV 控制， 能够有效地服务于 水下复杂的作业环境。 1. 4 水下采油树配置参数 主通径： 130. 2 mm； 旁通径： 52. 4 mm； 最大适用水深： 300 m； 温度等级： 2 ～ 121 ℃ 。
水下采油系统是一种通过水下完井系统和安装 在海底的生产设施、管汇系统及海底管线组成的一 套水下油气采输系统。该系统通过地面和水下控制 系统的操作控制，将井口采出的油气从海底输送到 采收设备或陆上终端，属于技术密集、多学科综合 协调的海洋工程高技术领域，有着极其广泛的应用 前景。水下采油树是水下采油系统的核心部件 ，主 要由连 接 器、 采 油 树 本 体 （ 包 括 相 应 的 各 式 阀 组） 、管道及其接头、 控制模块及其相应连线、 井 口安全阀、节流阀、采油树帽、导引导向结构以及 采油树总成等组成。 1. 1 水下采油树分类 水下采油树作为实现海上油气田开发的重要设 备之一，其工作状态直接决定了整个水下生产系统 的运行状态。近年来，水下采油树的使用量逐年大 幅增加，不同海域、不同油田区块及采油操作工况 下所使用的水下采油树类型不同
Abstract： Subsea christmas tree is a critical equipment for offshore oilfield development ， and its conditions can determine the operations of the whole subsea production system. A dualtubing vertical subsea christmas tree was designed on the basis of injection and production technology ， with hydraulicallydriven underwater emergency shutdown valves and hydraulicallydriven underwater stepping throttle valves. All valves and actuators are integrated into the valve package，which is simple and easily assembled with excellent seal performance ，and can be operated remotely or via underwater ＲOV. The experiment results indicate that the underwater shutdown valves and throttle valves are subject to PＲ2 level in API 6A，and the subsea control module meets the control requirements in water environment with high reliability. Key words： subsea christmas tree； injectionproduction technology ； valve package ； subsea shutdown valve； throttle valve； subsea control module 表的发展中国家正在加快海洋石油装备国产化进 程。我国海洋石油装备业起源于 20 世纪 70 年代， 但目前国内石油装备制造企业真正涉足海洋 、具有 较大影响力和规模制造能力的单位相对较少 。随着 国家海洋强国建设力度的加大和对海洋石油装备的 深入思考，我国大规模实施海洋油气资源勘探开发 的条件已经成熟，今后 5 —10 a 将是海洋装备实现 大发展的关键时期。 我国现阶段近海边际油田及将来南海中部深海 区域的石油开采需要大量的使用注采技术的水下采
［5 ］
， 如边际油田距离
1
技术分析
油气采集设备过远造成的油气采输困难 、项目后期 井下压力下降引起产量下降、深水和边际油田开发 项目投入产出比小等，基于注采技术的水下采油系 统为边际油气田的开发提供了一种新模式 。 注采技术通过向油藏地层注入水或其他介质， 可以提高地层压力和渗透率，提高油藏的采收率以 及延长油田寿命。对于边际油气田和非常规油气田 的开发，以及符合条件的后期油田实现稳产增产， 注采技术更体现出它的优越性。立式双管式水下采 油树即是在注采技术的基础上进行设计制造的 。 1. 3 水下采油树的设计分析 立式双管式水下采油树的结构如图 1 所示， 包 括导向架、组合阀、注入阀、出油管线、采油树框 架、水下控制模块及控制面板等部件。导向架上有 导向杆，用于与水下井口对正安装； 组合阀布置在
和环空翼阀之间。生产压力监测孔安装压力传感器 和温度传感器，可以实时监测生产通道内油气压力 和温度情况； 环空压力监测孔安装压力传感器，可 监测环空通道内压力情况。 主阀和翼阀集成安装在组合阀上， 结构紧凑， 避免了单个阀之间通过管路连接，以降低产生泄漏 的风险。在油气正产生产的状态下，生产抽汲阀关 闭，将生产通道堵住，在修井作业时，将生产抽汲 阀打开，进行检修； 生产通道与下部油管连通，井 下的油气经过油管流入生产通道，依次流经生产主 阀、生产翼阀、出油管线，出油管线上安装有水下 节流 阀， 水 下 节 流 阀 的 出 口 端 连 接 出 油 管 线 连 接器。 环空通道和环空侧通道为单井注气或注水提供 通道，注入水或气从环空侧通道的出口注入 ，依次 流经环空翼阀、环空主阀，然后注入井下，促动油 气产出； 环空翼阀和环空主阀均为可远程控制的常 闭阀门， 在油气正常生产状态下， 环空抽汲阀关 闭，将环空通道上部堵住，在修井作业时，可以将 环空抽汲阀打开进行检修 2. 2 水下闸阀和节流阀
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1 —组合阀； 2 —采油树框架； 3 —水下控制模块； 4—配重块； 5 —导向架； 6 — 导向杆； 7 — 出油管线； 8—控制面板； 9 —水下节流阀； 10 —注入阀。
。
Fig. 1
常规的海洋水下立式采油树油管悬挂器为双通 径，安装时，需在水面设备 （ 如浮式钻井平台等 ） 上通过特殊的双通径隔水管将油管悬挂器下入 ，安 装在水下井口头内，并由其锁紧机构锁紧，堵上油 管，移去防喷器后， 再将采油树安装在水下井口 头上。 1. 2 注采技术原理及应用 水下采油系统应用逐渐增加的趋势不会改变，
这是油气消耗日益增加、 陆地油气资源相对短缺、 油价上涨的趋势决定的。一方面正在开发的油田要 求尽量延长寿命，利用新技术提高采收率和开发其 边际油田； 另一方面，原先经过勘探评价认为不经 济的边际油田经过重新评价采用新技术将获得开发 机会。在海洋油气开发中，尤其是中小区块和边际 油田，经常会遇到各种问题
* 基金项目： 上海市科学技术委员会科研计划项目 “基于注采技术的水下采油树” （ 13dz1203600 ） 。
2014 年
第 42 卷
第 11 期
冯素敬等: 立式双管式水下采油树设计分析
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油树。上海神开钻采石油设备有限公司是有着多年 从事石油装备研发、制造、应用的专业公司，有着 雄厚的技术积累，公司联合多家技术力量雄厚的科 研院所，加大对海洋油气开采设备的研发力度 ，根 据我国海洋油气资源开发的配套要求 ，在消化国外 公司的先进经验之上，自主研制了基于注采技术的 立式双管式水下采油树。
图1
立式双管式水下采油树结构示意图
Structure of dualtubing vertical subsea christmas tree
水下采油树的中央，安装各类阀组及执行器，考虑 到水下设备维修和检测的要求，所有阀门和执行器 均可切断回路进行试验和诊断； 出油管线与组合阀 生产侧通道相连，安装水下节流阀，是生产油气与 集输设备的连接通道； 水下控制模块配备蓄能器作 为辅助液源，可在地面或平台上实现远程控制； 控
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引
言
海洋工程装备是国家重点发展战略新兴产业中 的高端装备，是当代油气资源开发的前沿性技术， 有着广阔的应用前景。从当前情况来看，世界海洋 石油装备技术领域已经形成了 3 级格局： 一是以美 国等为代表的西方国家在海洋装备发展方面呈主导 地位； 二是以韩国和新加坡等国家为代表的新兴势 力，正在日益追赶国际先进水平； 三是以我国为代
［6 ］
2
2. 1
关键技术
双管式组合阀设计分析
采油树的主体部分是组合阀，组合阀的安装位 置如图 2 所示。组合阀上有 2 个通道贯穿阀体， 分 别为生产通道和环空通道； 生产通道上部安装生产 抽汲阀，下部安装生产主阀，生产主阀是远程液压 控制的故障关断阀； 生产通道上开生产侧通道穿出 阀体，安装生产翼阀； 环空通道上部设置环空抽汲 阀，下部安装环空主阀； 环空通道上开环空侧通 道，正常情况下生产通道和环空通道相互隔离 、互 不相通，两者之间布置换向阀， 当换向阀开启时， 生产通道孔和环空通道相连通。
。
水下采油树的关键组件是水下闸阀和水下节流 阀。作为流体管路的控制装置，技术含量高，其性 能直接关系到水下采油树的可靠性和安全性 ，水下 闸阀的基本功能是接通或切断管路介质通道 ，水下 节流阀的基本功能是控制和调节产出油气的流量和 压力。目前水下阀的驱动方式有机械、液压、电气 等多种方式
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