水下生产系统

水下生产系统

第一章：水下生产系统发展概述

1、从浅水走向深水

原因

▪对能源需求的增长

▪陆上及浅水资源开发已经到达成熟期，并开始减少。

▪高油价，降低开发成本

▪深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等）

水深、环境条件、油气田位置和油气输送成本等综合因素决定了油田的开发方案

为何采用水下生产系统？

▪能将井口布置在现有平台有效钻井范围以外的地方；

▪高油价，降低开发成本；

▪深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等）

2、水下生产系统组成

立管和海管、水下采油树、水下增压系统、水下分离系统、回注系统、水下管汇、跨接管、管道终端、连接器

3、我国水下生产系统发展展望

1)国外规范和成熟经验是重要参考资料

2)但由于中国南海海域的特殊条件（台风频繁、较强的内波流作用、复杂海底

地形、油田离岸距离远等），相关的技术不可能完全照搬，必须针对南海的独特海况与离岸距离，做出创新性的研究与设计。

3)采油树结构复杂，涉及机械、力学、密封、材料、控制、安全、钻井、海洋

工程等学科。一旦具备了水下采油树的设计、制造、安装和测试能力，就可以设计制造其他水下产品，突破国外技术封锁，自主开发深水油气田。

第二章：立管系统

立管主要功能

生产立管:将流体从地底油藏传输到海面浮式设施

注入立管:回注气体或液体到地底油藏

外输立管:将处理过的油气传输到陆上或穿梭油轮

钻井立管:钻井工具通道

立管类型

从本身的特点可分为钢悬链线立管（SCR）、顶部张紧立管（TTR）、柔性立管（FR）、混合立管（HR）

深水立管的主要挑战：

立管系统的费用对水深非常敏感；

立管系统的安装费用对水深也非常敏感；

安装时需要具有足够能力的特殊安装船舶；

对于焊接和检验质量的要求高；

在立管设计中的主要考虑因素为重量和疲劳寿命。

立管的组装

柔性立管和脐带缆通过陆上组装而成；

SCR通过立管安装船舶焊接作业线组装而成；

TTR通过连接法兰或连接接头组装而成。

SCR容易发生破坏的部位

顶部柔性接头和底部触地点

TTR顶部张紧系统形式

浮筒式和张紧器式

FR优点

无VIV

连接和解脱方便

疲劳寿命长

管线在海底覆盖面积小

可重复利用

抗腐蚀性能好

FR类型

UN-BONDED PIPE 和BONDED PIPE

混合立管特性

经济有效

具有独立的浮筒

对浮式平台的负载小

紧凑构型–占地面积小

在有限的空间内能容纳多根立管

消除了单独垂直立管的相互影响

无管土相互作用影响

立管设计考虑因素

1）立管功能要求

2）海洋环境条件

3）工程地质条件

4）施工场地条件

5）施工机具条件

第三章：水下采油树

采油树功能

•采油——把流体从井中输入到海底管道(生产型采油树)或者把水和气注入到海底（注入型采油树）

•安全控制——通过控制系统指挥，关闭阀门，保证流体的输送或者注入都能够安全地停止，防止水下事故发生。

•压力调节——调节环空压力，可以释放完井时的多余压力。

•连接功能——采油树和井口设备及跨接管连接器等连接。

•其他功能，例如用于酸化、裂化、生产测试、往井下注入化学试剂等。

水下采油树的基本类型

•立式采油树

•卧式采油树

立式和卧式采油树的区别

立式采油树的阀门是在竖直的生产通道上放置，油管悬挂器放置在井口头或者油管头内，因此要想进行提起油管修井需移开采油树。

卧式采油树是将控制生产的阀门水平放置，将油管悬挂器放置在树体内部，以此使竖直通道可以与井下连通，可以不用回收采油树而进行提起油管修井。

卧式采油树的类型

分体式采油树和整体式采油树

卧式采油树标准核心部件

树体

井口连接器

油管悬挂器

内部采油树帽

顶部阻塞器

采油树帽

控制模块（SCM）

穿越器

采油树选型依据

井的参数

控制系统选型

流动性

井口头型式

第四章：水下管汇

管汇主要作用：

1)减少浮式装置（平台）上立管的数量，以使平台所受载荷最小并节约平台空间，降低管线成本；

2)在浮式装置到达之前，可以提前安装，缩短油田建设工期；

3)优化水下设施布局。

管汇主要部件：

水下管汇系统主要包括管汇主体、清管回路模块、控制模块、保护结构、中间部分、防沉板、支撑结构等几大模块组成。

管汇按功能分类

集油管汇、分配管汇、混合管汇

管汇结构设计通常包括：

生产管线设计、结构框架设计、药剂注入管线设计

第五章：跨接管

跨接管类型

垂直跨接管：倒U、M肘管、M弯管、三维

水平跨接弯：无海底支撑、有海底支撑、三维

跨接管设计方法

壁厚设计、悬跨长度设计、形状确定、强度校核、吊装和下放分析

第六章：管道终端

管道终端结构组成：

管道终端（PLET）安装方法：

首端安装和末端安装

第七章：水下连接器

连接器系统组成：

连接器本体——预先连接在跨接管端部

毂座——预先安装在水下管汇或采油树上

安装工具——套在连接器本体上，用于连接器锁紧和解锁

其它辅助工具——包括ROV、密封件更换工具、毂座清洗工具等

连接器按连接原理分类型

卡箍式连接器和套筒式连接器

连接器按驱动方式分类型

液压式连接器和机械式连接器

第八章：潜水器技术

常见的潜水器系统大致可分为：

载人潜水器（HOV）

自治潜水器（AUV）

带缆无人遥控潜水器（ROV）

深海拖曳系统（DT）

水下滑翔器（Glider）