水下生产系统
水下生产系统-课件
通过压力对管子的压力的计算，就可以对管汇系统的钢 框架进行设计。
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三、管汇
主要的连接的目的是保证管子内部密封，对于深水，所有 的密封试验，水压应该是双向的。下面主要介绍连接方式：
夹具连接的套筒 螺栓连接的法兰的横断面
一组筒夹连接装置
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三、管汇
连接器的设计： 连接器的设计： 应该主要考虑水深、连接的位置、安装方法。此外连接器的 选择和设计也受以下因素影响：
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二、采油树
采油树类型 采油树主要有两种类型：一种为传统型也称作直立型 的，另一种为水平型的，水平型的采油树从1992年以 后开始普遍应用。这两种类型的采油树都包括一个在 钻井后能牢固地附着在油井顶端井口构架中的卷线筒， 还包括由阀门组成的阀门组，阀门组主要用来在测试 和闭井时调节出井油量。此外，油嘴对出井油量也可 进行调节。水平型采油树由阀门放置的位置而得名， 除此之外，水平采油树的油管悬挂器是安装在采油树 上而不是安装在井口头上。另外，由于水平采油树的 顶端设计使防喷器（BOP）可以直接安装在采油树上。 目前，甚至已经普遍认为水平型是唯一用于海底的采 油树类型。
水平采油树的油管 悬挂器
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二、采油树
悬挂器可以是滑动的或者是心轴形式。滑动形式的悬挂器 用齿固定在油管上，由于油管的重量施加在悬挂器上，齿 和油管咬合，滑动型悬挂器拉住下部的锥体的后面，产生 向内的力。夹紧的压力随着管子的重量的增加而增加。 心轴形悬挂器通过连接最后的接头和底部悬挂的线而放置 在油管上，通过螺丝固定。
阀门： 阀门：
阀门的选择主要由应用范围决定。门阀一般应用于BOP组 件、采油树和管汇。球阀在水下使用中，从操作和价钱角 度要优于门阀。由于球阀目前使用非金属的密封和涂料， 使得球阀的应用水深更深。 门阀应用尺寸要比球阀的小，球阀的应用尺寸在10英寸或 者更大的范围。
水下生产系统开发模式和工程方案设计
（ 中海油研 究总院，北 京 １ ０２ ０ ０ ７）
摘
要
主要介绍 目前 国内外水下生产系统几种 常见的开发模式。通过实例详细介绍这几种开发模 式的应用 范
围和主要特点，同时对水 下生产系统工程方案设计 中须要考虑 的问题进行 了论述。
关 键 词 ：水下生产系统； 开发模式； 工程设计
多 口井 ；（） 口头 、采 油树及 管汇 可 以分批 到货 ，井 口头 供货 周期 短 ，钻井 可 以先 期进 行 ，可 以缩短 ３
工期 ；（）可 以设 施一 个脐 带缆 水下 分配 装置 （ ＵＴ ４ Ｓ Ｕ）即可满足 要求 ；（）跨 接管 、连接 头等 附件数 ５ 量 多、 费用高 ：等 等 。
清 管球 ；
水 下发 球清 管技术 在水 下 生产系 统 中应用 得 非常广 泛 ，深水 、浅水 都有 应用 ，技 术 已经成 熟 。相
比于水 下发 球 ，水 下收球 应 用较 少 ，主 要原 因 是大部 分水 下生 产系 统采 用 的是水 下井 口直接 回接 到上 部 处理 设施 或直接 上 岸 ，因此通 常采 用 的都 是水 下发球 、 水上收 球方 案 ，无需进 行水 下 收球 。
２ 水 下 生 产系 统 工 程 设 计
随着水 下 生产系 统应 用的 日益广 泛 ，水下 生 产系统 的设计 已经成 为各 大石油 公 司、院校 等研 究 的
重 大课 题 。对于 一定 水深 的水 下设 备 的安装 、调 试 以及 操 作 、维 修 ，人 已经无 法进入 海底 进行 操 作 ， 而 是通 过水 下机械 人 ＲＯ 进 行辅 助作 业 ， 自动 化要 求程度 高 。 因此 在 水下 生产 系统设计 中必须 考虑 Ｖ 可 靠地 设计 思路 ，从 而尽量 减少 不必 要 的操 作 ，降低 费用 。本 文下 面将 重点介 绍 以下水 下生 产系统 工 程 设计 中需要考 虑 的一些主 要 问题 。 ２１清管 方案 ．
水下生产系统
水下生产系统1 引言1.1 范围目前深水油气田开发面临的主要挑战是，缺少一个稳定的平台用于支撑生产设施并将生产流体输送到这些设施。
而水下生产系统可以提供一种具有成本竞争力的开发方案，可减少乃至完全消除（在个别情况下）对地面生产设施的需求。
图1.1-水下生产系统提供一种高效，经济的深水油气田开发方案本研究主要是为了对水下生产系统进行概述。
论述的关键主题包括：·水下生产系统主要部件及其功能的一般说明；·水下生产设施的界面要求；·水下开发油田工程模式的考虑；·风险区域和风险管理问题的识别。
1.2 条例、规范和标准1.2.1 国际规范·ANSI B31.3《化工厂及炼油厂管道》；·API RP 2R《海上钻井隔水管接头的设计、评估和试验》；·API 5A《套管、油管和钻杆规范》；·API 5AC《套管、油管和钻杆规范》；·API 5D《钻杆规范》；·API 5L《管道规范》；·API 6A《井口和采油树设备规范》；·API 6D《管道阀门规范》；·API 8A《钻井和采油提升设备》；·API 14A《井下安全阀规范》；·API 148《井下安全阀系统设计安装与操作的推荐做法》；·API 14D《海上服务用井口地面安全阀和水下安全阀规范》；·API 16A《钻穿设备规范》；·API 17D《水下井口和采油树设备规范》；·API 17G《完井修井隔水管系统的设计和操作》；·ASME IX《焊接和钎焊资格》第二条焊接程序资格和第三条焊接操作资格；·ASME V《锅炉及压力容器规范》（第五卷无损检测）；·ASME VI I《锅炉及压力容器规范》（第八卷压力容器建造规范第1册和第2册）；·ASME/ANSI B16.34《阀门法兰、螺纹和焊接端》；·DIN 50049-EN 10 204《材料试验文件》；·DnV《修井控制系统电气要求》；·DnV《水下生产系统的安全性和可靠性》；·DnV《认证说明》第2.7-1条“吊装证书要求”（海上容器）；·DnV RPB401《阴极保护设计推荐做法》；·EN 10204《金属制品一检验文件的类型》；·FEA-M 1990《海上平台电气设备条例》；·IEC 92.101《船用电气装置》定义和一般要求；·IS0 10423《井口和采油树规范》(代替API 6A);·IS0 10432-1《井下安全阀标准》；·IS0 10433《海上服务用井口地面安全阀和水下安全阀规范》（代替AP1 14D）；·IS0 13628《石油天然气行业钻井和采油设备》；·IS0 13628-1《石油天然气行业水下生产系统一般要求和推荐做法》；·IS0 13628-2《石油天然气行业水下和海上应用挠性管系统》；·IS0 13628-3《石油天然气行业输送管道泵送系统》；·IS0 13628-4《石油天然气行业水下井口和采油树》；·IS0 13628-5《石油天然气行业水下控制系统的设计和操作》；·IS0 13628-6《石油天然气行业水下生产控制系统》；·IS0 13628-7《石油天然气行业修井/完井隔水管系统》；·IS0 13628-9《石油天然气行业遥控操作机具(ROT)维修系统》；·IS0 14313《管道阀门规范》（闸阀、旋塞阀、球阀和止回阀）（代替API 6D）；·IS0 3511《过程测量控制功能和仪表设备的符号表示法》；·IS0 898《第一部分螺栓、螺纹和螺母》；·IS0 9001《质量体系：设计/开发、生产、安装和维修的质量保证模型》；·NACE MR-01-75-94《材料要求：油田设备用耐硫化物应力裂纹的金属材料》；·NACE RP0475《注水用材料》；·NAS 1638《国家宇航标准：液压控制系统用零件的清洁度要求》；·SAE J343《SAE 100R系列液压软管和装置的试验和程序》；·SAE J517《液压软管》。
水下生产系统
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主要内容
一、概述 二、采油树 三、管汇 四、跨接管 五、脐带缆 六、井口头
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二、采油树
采油树(Christmas,Xmas tree )最初被称为十 字树，X型树或者圣诞树，它是位于通向油井 顶端开口处的一个组件，它包括用来测量和维 修的阀门，安全系统和一系列监视器械。它连 接了来自井下的生产管道和出油管．同时作为 油井顶端和外部环境隔绝开的重要屏障。采油 树包括许多可以用来调节或阻止所产原油蒸汽、 天然气和液体从井内涌出的阀门。采油树是通 过海底管道连接到生产管汇系统。
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一、概述
水下生产系统包括油井、井口头、采油树、接 入出油管系统和控制油井的操纵设备。在水下 的系统中，井口头和采油树都在海底。因此， 水下生产系统就不像在水面处的生产系统，如 刚性平台甚至是张力腿平台（TLP）那样受到 海平面状况和水深的影响。但另一方面，水下 生产系统不能直接的进行操作，如钻井，必须 通过移动的钻井单元进行，操控也必须通过脐 带缆远程控制，持续地操作就比平台式的生产 系统复杂地多。
下面是采油树和相关元件需要考虑的载荷：
立管和ＢＯＰ载荷(Riser and BOP loads); 连接海底管道的载荷(Flowline connection loads); 清理采油树、脐带缆和海底管道的载荷; 热应力 包括捕油器，元件膨胀和管线的膨胀等; 吊装载荷(Lifting loads); 掉落的物体(Dropped objects); 压力引起的载荷– 外部和内部的.
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二、采油树
单孔采油树Mono Bore Tree 单孔采油树主要使用在浅水区域， 单孔采油树和传统的双孔采油 树类似，只是单孔采油树在安 装采油树和油管悬挂器时使用 的立管系统更简单。
水下生产系统和设备
Petroleum Offshore Subsea
2009-08-05
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Subsea Engineering, Inc.
水下生产技术是海洋油气开发生产的关键技术
《油气21世纪》（汇聚主要大油公司的组织）列出以下海洋油气开发生产 的八大未来关键技术:
1. 2. 3. 4. 5 5. 6. 7. 8. 未来的环境技术 勘探开发技术 提高采收率技术 经济的钻井和修井技术 综合运行操作和实时油气藏管理 水下生产处理和传输技术 深水和水下生产技术 天然气技术
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水下生产技术是海洋油气开发生产的未来技术
水下到陆地 浮体＋水下 平台为主
• 近年来国际大油公司迅速组建水下生产技术业务部门，指明海洋石油开发生产的
未来发展方向－－水下生产技术和设备！ • Subsea新公司/部门/业务：Subsea 7, J. Ray Subsea, Fluor, FMC, Aker Subsea ……
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水下生产技术是海洋油气开发生产的未来技术
Statoil和Shell－－海洋油气开发生产关键技术发展趋势路线图
水下生产技术和设备将是今后海洋油气开发生产的关键！
Petroleum Offshore Subsea
2006年前（套）
2067 519 148 383 1
2006 2010年（套） 2006-2010
2349 219 78 504 ?
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水下生产系统的分类
水下生产系统的分类
一、水下起重系统
水下起重系统是指在水下环境中完成车辆载荷的设备，其主要包括：水下起重机、水下吊装装置、下沉装置等等。
水下起重机又可细分为潜水艇起重机和海起重机。
潜水艇起重机主要用于海床深处作业场所，可以完成深水作业环境下的吊装、移运、收集等作业。
海起重机是在近海外环境下完成车辆载荷作业的设备。
它能够在沉船废弃物和底泥上完成任务，可在深水海洋环境中起重起吊，也可以在管道水暖过程中完成起卸作业，从而大大提高了作业效率。
水下石油生产系统是指主要适用于拓展海底油气藏开采作业及开采产品制备和转运作业的设备。
它包括海洋平台、海洋套管、液体泵、水下管线、海洋液体处理系统和水下生产设备等。
它可以用于远程探测海底油气藏，发掘新藏体和发展既有藏体，完成开采产品的采集、提炼和输送，以及维护海洋生态环境的功能。
三、水下扬尘控制系统
水下扬尘控制系统是指将粉尘安装到水下作业等离子发生器中，然后利用电磁场产生负压，将粉尘收集空气重新排出。
它可以将环境空气中的有害物质收集或混合在一起，从而使空气保持洁净，符合国家的环保标准。
四、水下交通通信系统
水下交通通信系统是指将水底安设交通及通信设施，以实现水下作业现场的交流，保证不设计材料的顺利输送的设备。
它是先进的交通和通信系统，不仅能够提高作业效率，而且还能够提供安静的环境作为海洋生物栖息地。
它有助于保护和改善海洋环境，有利于提高海洋生物的数量，进而达到长期生态资源保护的目的。
水下生产系统-2014
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（5）远程打开和关闭阀门的阀门驱动器。有些可能是 手动阀门，也包括深水ROV接口； （6）用于脐带缆挂接的控制连接板； （7）控制系统。这包括阀门驱动器命令系统以及压力 和温度传感器。该阀门驱动器命令系统可以是简单 或复杂的管道系统，包括电脑及根据应用选用的电 磁线管； （8）节流器（可选）用于调节生产流速；
选择准则 在选择HT或VT时，需要考虑下列问题： （1）卧式采油系统要比立式的昂贵。卧式采油系统 的售价是立式的5到7倍。 （2）立式采油系统更大、更重，而这在钻机的安装 平台有限时必须考虑。 （3）油井是否已经完成也是选择的另一个因素。如 果油井已经完成但是采油系统还没有安装好，那 么立式的采油系统比较适合。但如果采用卧式的 采油系统，系统必须在油井完成之前安装好。
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概述
从1961年第一口水下井口在美国应用以来，随着各种新 技术的应用，水下生产系统应用水深越来越深，到目前 为止，已投产最深采油树达到2714m（美国墨西哥湾 Independence Hub凝析气田，2007年7月投产）；回接距 离最长的气田回接距离达到143公里（挪威北海Snø hvit 一期，水深250-345m，2007年8月21日天然气上岸）。 目前国外对于3000m水深以内的水下生产系统设计、建 造、安装技术已经比较成熟，且已在西非、墨西哥湾、 北海等海域经过了大量工程项目的实践检验。
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油管悬挂系统；VXT采用了传统的油管悬挂器 ，它有一个主要生产孔和一环孔。油管悬挂器 位于井口。然而，在HXT中，油管悬挂器有一 个单筒悬挂器，并且有一个侧出口，生产流体 将从这里传送到生产主阀。
采油树帽；VXT系统的采油树帽具有修井期间 提供控制接口以及密封海水功能。但在HXT， 有内部采油树帽和采油树碎屑保护帽。
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。
水下生产系统一般要求和推荐做法标准
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编号 API 17 A
名称
Petroleum and natural gas industries —Design and operation of subsea production systems：General requirements and recommendations 石油天然气工业水下生产系统设计与操作：一般要求和推荐做法
API 17 B
API 17C
API 17 D
API 17 E
API 17 F
API 17 G
API 17 H
中国海洋石油总公司 API 17 I systems ：Installation of the control umbilical
一、水下生产系统设计标准
DESCRIPTION Surface wellhead and tree equipment Design and operation of subsea systems Materials for H2S Service Flexible pipe TFL systems Subsea wellhead and tree equipment Production control umbilicals Subsea controls Design & operation of completion/workover risers ROV interfaces API Standard Spec 6A RP 17A NACE MR-01-75 RP 17B RP 17C Spec 17D Spec 17E Spec 17F RP 17G RP 17H ISO Standard 10423 13628-1 15156 13628-11 13628-3 13628-4 13628-5 13628-6 13628-7 13628-8
CCS水下生产系统设计认可及发证检验服务说明书
水下生产系统设计认可及发证检验产品背景：随着海洋油气资源开发逐步深水化，深海油气生产主力设备水下生产系统在我国油气资源开发中应用越来越多，如流花11-1、崖城13-4、荔湾3-1、番禹35-2/1等多个油气田已经应用，应用水深也从几百米到1500米水深。
相对于传统海上生产平台的建设周期长、成本高和抵抗灾害能力弱等问题，水下生产系统逐渐成为深水油气资源开发的主流模式。
我国工信部、科技部等通过多次立项，大力支持水下生产设备的国产化研发。
在此大开发的背景下，2010年CCS针对水下生产系统正式立项，历时5年，在吸收了国际标准、我国水下生产系统应用、研制及检验先进经验的基础上，CCS《水下生产系统发证指南》正式发布，共11章，系统涵盖了水下生产系统、水下控制系统主要设备的设计、制造、测试及检验技术要求。
指南填补了国内水下生产系统、水下控制系统、水下油气生产装备发证标准依据的空白，为新研发产品类水下生产装备设计验证提供了技术依据。
客户获益：（1） 水下生产系统包括控制系统与设备符合我国主管机关（应急管理部）的相应要求；整个水下生产系统获得CCS签发的符合性证书/入级证书（根据主管机关或业主的意愿）（2） 水下生产设备、控制设备、分离设备、增压设备、计量设备、监测设备等产品获得CCS签发的相应认可、产品证书。
（3） 对于新产品，通过CCS设计认可、型式认可后，同一产品投产后，可不用再次送审图纸。
（4） 提高产品的认可度。
水下立式卡爪式连接器（图片由海洋石油工程股份有限公司友情提供）业务流程：水下生产系统设计认可及发证检验水下立式卡箍式连接器SIT现场调试（图片由海洋石油工程股份有限公司友情提供）水下立式卡箍式连接器（图片由海洋石油工程股份有限公司友情提供）设计认可、型式认可满足CCS《钢质海船入级规范》第一篇的要求，典型工程检验流程如下：工程经验：（1） 完成荔湾3-1 一期中国制造的所有水下设备的制造检验，并赴国外参加水下采油树、水下管汇、管道终端管汇、水下分配总成的检验。
水下生产系统脐带缆抗疲劳设计的开题报告
水下生产系统脐带缆抗疲劳设计的开题报告一、研究背景水下生产系统是指在海底进行石油和天然气的开采，生产和输送的一套设施，其关键组成部分之一就是脐带缆。
脐带缆是连接海底设备和船舶的重要部件，承受着复杂的水流，海浪和潮汐的力量。
因此，对脐带缆的抗疲劳设计十分重要。
目前，国内外对于水下生产系统脐带缆的研究还比较局限，这使得脐带缆的可靠性和安全性难以保证。
因此，有必要开展水下生产系统脐带缆抗疲劳设计相关的研究工作。
二、研究目的本研究的目的是设计一种脐带缆抗疲劳的方案。
通过分析脐带缆在水下环境中所受的力和外界环境对其影响，为脐带缆的设计提供依据和优化方案。
同时，研究还将提出一些实用性较强的设计建议和一些实验检测方法。
三、研究内容1.脐带缆的工作原理，结构设计原则。
2.分析水流、水压和海底环境等因素对脐带缆的影响，建立数学模型。
3.分析脐带缆受力情况，研究脐带缆的应力减缓和控制方法。
4.设计并优化脐带缆的材料、几何结构和连接方式，提出可行的设计方案。
5.开展模拟实验和现场试验，验证所提出的方案的有效性和实用性。
四、研究意义1.对于水下生产系统脐带缆抗疲劳设计的研究，可以提高脐带缆在复杂水下环境中的可靠性和安全性。
2.对于优化脐带缆的设计方案和材料选用，可以降低工程成本，提高工程效率。
3.对于开展模拟实验和现场试验，可以验证所提出方案的可行性和实用性，为下一步设计提供可靠数据。
五、研究方法本研究将采用理论分析和模拟实验相结合的方法。
通过对脐带缆的结构设计、数学模型建立和力学分析等环节进行理论研究。
并通过模拟实验和现场试验对所提出的方案进行验证。
六、预期结果预期的研究结果包括：1.确定脐带缆的工作原理、结构设计原则和数学模型。
2.分析水流、水压和海底环境等因素对脐带缆的影响，建立较为完善的理论模型。
3.通过理论分析，研究脐带缆应力减缓和控制的方法，并提出优化的设计方案。
4.开展模拟实验和现场试验，验证所提出的方案的可行性和实用性。
基于南海某气田的水下生产系统联合调试
基于南海某气田的水下生产系统联合调试!!蒋兵兵!陈!娟!洪龙飞"邓驰誉!龙小品!曹聚杭!胡云海!!!#中海油深圳海洋工程技术服务有限公司"广东!深圳!+!.$$$&"#海洋石油工程股份有限公司"天津!&$$%(!#摘要!水下生产系统是深水油气田开发的关键装备"由水上控制部分和水下生产设施两部分组成$为了确保水下生产系统海上安装完成后"水上控制部分可实现对水下生产设施的供电%监测%控制以及应急关断"投产前须对其进行联合调试$本论文以南海某气田水下生产系统为例"介绍了水下生产系统的概况"详细探讨了水下生产系统联合调试的目的%内容和工作流程$该项技术研究有助于打破欧美在该专业板块的技术垄断"加速我国海洋油气开发自主化进程$关键词!水下生产系统&联合调试&供电测试&通信测试中图分类号 D W ',&文献标志码 =文章编号"$'+,"',!"$"&#$$!!$+!"# !$-!"$.,'/001-"$'+,"',-"$"&-$%-$"."77#&&#"-#-,"01B 9&%'+("!B )4#"-1;&4%79'&%!"-'C '&D #%/!#-4*%1"B 4*.*#-'1%'g C *45=79:J 79:!;[3W 4g ?A 9!;3Z 45B /9:@07";<W 45[H 7P?!;B Z 45r 7A /I79!;[*Zg ?H A 9:!;3)_?9H A 7!E !"=F G G =G ,,82+'$>*3/*$$'/*31+?.(/+*8=+H 0I (J H 012$*K 2$*L !M ;;;0N .&*3J +*30=2/*&O :"G ,,82+'$G /?>*3/*$$'/*3=+H 0I (J H 05/&*D/*E ;;<P !0=2/*&F 89&4(')4!D H 0L ?J L 0A I N /8?S 17/9L P L 10O7L 1H 0T 0P 0e ?7I O 091@/N 1H 0800I M A 10N /7K A 98:A L80Q 0K /I O 091;M H 7S H S /O I N 7L 0L /@L ?N @A S 0S /91N /K 0e ?7I O 091A 98L ?J L 0A X 79L 1A K K 08I N /8?S 17/90e ?7I O 091R C 9/N 80N1/09L ?N 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I K P 10L 1V S /O O ?97S A 17/910L 1=!引!言水下生产系统是开发深水油气田的关键装备+!,"由水上控制部分和水下生产设施两部分组成"如图!所示$水上控制部分主要设备有主控站!^[G#%电动力单元!W ])#%液压动力单元!3])#%化学药剂注入单元![C )#%上部脐带缆装配单元!D )D *#等&水下设施主要有水下管汇%采油树$脐带缆是连接水上控制部分和水下生产设施的生命线"水上控制部分中"电动力单元%通信单元%液!项目资助(深圳海油工程水下技术有限公司国产化水下生产控制系统联合调试工艺产业化应用项目!G X $'"!W $$(#"海洋石油工程股份有限公司科技创新研发项目!W X $."$]$$+#$作者简介(蒋兵兵!!'.()!#"男"中级工程师"主要从事水下油气生产设施调试技术研究$W O A 7K (Y 7A 9:J J &"S //0S -S /O-S 9$第!$卷!第%期!"$"&年!"月海洋工程装备与技术Z [W *4W 45C 4W W \C 45W >)C ]^W 4D*4<D W [34Z B Z 5_`/K -!$"4/-%<0S -""$"&*!"!*海洋工程装备与技术第!$卷!!图!!典型的水下生产控制系统a7:-!!D P I7S A K L?J L0A I N/8?S17/9S/91N/K L P L10O压动力单元%化学药剂注入单元通过D)D*接入脐带缆中的电缆%光缆%液压管线%化学药剂管线"然后"通过水下脐带缆端头!)D3#连接至水下生产管汇%采油树"为水下生产设施提供电力%液压控制%化学药剂以及通信"最终实现^[G对水下管汇%采油树的实时监测和远程控制"保障油气生产正常进行+"%&,$此外"水上应急关断!W G<#设备通过与^[G和3])相连"实现对水下生产系统的应急关断控制$水下生产系统联合调试是气田投产前最后的关键一步"目的是验证水上各控制设备与水下设施是否连接成了一个有机整体"系统可正常%安全地运行$具体内容包括验证系统的电力供应正常"各设备%设施上电后电压'电流值稳定&验证^[G与各设备%设施间的通信正常"^[G可对水下管汇%采油树等进行实时监测&验证3])对水下管汇%采油树的液压供应压力可达到水下液控阀门开阀压力&验证^[G对水下液控阀门的远程开关控制可以实现&验证水下出现故障%报警时"系统触发相应的紧急关断功能正常$>!南海某气田水下生产控制系统基本情况!!南海某气田位于中国南海北部"采用水下生产系统模式开发$其水下设施包括一套管汇%一棵采油树"脐带缆连接水上控制部分至水下管汇"然后"通过管汇至采油树间的三根电飞线%一根液飞线连接至采油树$脐带缆中电缆采用冗余设计"包括*和=两个通道"W])通过!$$$`*['+$3U电缆% "%`<[的仪表电缆%[*D(数据电缆"将电%数据和信号输送到管汇和采油树的控制模块!G[^#" W])的输出为""$+($`*['+$3U$脐带缆中有一根光缆"可实现水下系统的光纤通信"水下系统的主通信方式为电力载波通信$脐带缆中有两根低压!B]#液压管线"当压力达到&$$$I L7时可控制管汇%采油树上液控阀门的开关&两根高压!3]#液第%期蒋兵兵"等(基于南海某气田的水下生产系统联合调试*!&!*!压管线"当压力达到%+$$I L7时"可控制井下安全阀的开关$系统使用的液压油是36%%&\"清洁度要求为*G%$+'[K A L L(=a级$平台3])将液压油通过脐带缆%液飞线中的B]%3]液压管线输送到水下管汇%采油树$脐带缆中有一根甲醇管线"用于在生产通道注入水合物抑制剂甲醇进行水合物防治$系统使用的甲醇清洁度要求为*G%$+' [B.=a级$平台[C)将甲醇通过脐带缆%液飞线中的甲醇管线输送到水下采油树$!水下生产系统联合调试水下生产系统联合调试分为两部分"通常先进行水上控制设备联合调试$在该过程中"需要从D)D*处先断开与水下的连接"水上控制设备联合调试完成后再连接水下"进行水上控制设备与脐带缆%水下设施的联合调试+%$(,$为确保水下生产系统联合调试时整体运行功能正常及安全可靠"水下生产系统在建造完成后"需进行合格性测试!>D#%工厂验收测试!a*D#%扩展工厂验收测试!W a*D#%系统完整性测试!G C D#及现场接收测试!G\D#+,%.,$水下生产系统关键设施在安装完成后需进行一系列的预调试工作"通常为单个设备或管缆的功能完整性测试$水下生产系统各单体设施预调试完成后"连接成一个整体"进行水下生产系统联合调试$"-!!水上控制部分联合调试E>E>!水上控制部分联合调试前准备工作在水上控制部分联合调试开始前"检查水上各控制设备的安装和单机测试完工文件"确认单个设备安装和测试完成"无遗留问题清单$确认所有水上控制设备调试所需的工具和备件已送往平台"氮气%液压油%甲醇供应充足$确认平台已具备供电条件$此外"为了确保3])可正常启动"检查3])蓄能器预填充氮气压力是否符合要求"3])B]蓄能器压力值需达到!.+$I L7"3])3]蓄能器压力值需达到&"$$I L7$如果不够"需填充氮气至符合要求$检查水上各控制设备间互联的管缆是否完好$对3])至D)D*液压管线和[C)至D)D*的甲醇管线按照管线设计压力的!-!倍进行压力测试$在测试压力下"保压%H"压力变化不超过测试压力的t!c+',&目视检查水上控制设备间所有互连的电缆%光缆%通信网线已按照系统设计的安装矩阵安装且无损坏"对电缆进行导体电阻%绝缘电阻测试+!$,$[\测试要求为小于等于!-!+)'T O""$d"C\测试要求为大于等+$$^)*T O"+$$ `<[$对光缆进行光纤衰减度测试"测试要求为小于等于$-&+8='T O"!&!$9O以及$-""8='T O"!++$9O$最后"为了确保在联合调试过程中导入系统的液压油%甲醇清洁度合格"使用洁净度检测仪测试液压油清洁度是否优于*G%$+'[K A L L(=a级$清洁度合格后将其导入3])油罐中"测试3])出口液压油清洁度是否合格$若不合格需要对3])进行自冲洗至出口液压油清洁度满足系统要求"对3])至D)D*的B]和3]液压管线进行冲洗至D)D*出口液压油清洁度合格$使用洁净度检测仪测试甲醇清洁度是否优于*G%$+'[K A L L.=a 级$清洁度合格后测试[C)出口甲醇清洁度是否合格"若不合格需要对[C)进行自冲洗至出口甲醇清洁度满足系统要求"对[C)至D)D*的甲醇管线进行冲洗至D)D*出口甲醇清洁度合格$?E>E?!水上控制部分联合调试!#水上控制系统供电调试平台不间断电源!)]G#给W])供电$启动W])"W])通过上部输出模块!D Z^#向水上控制设备^[G供电$检查W])的输入电压电流值"接收标准输入电压值为"&$`t+c"输入电流值小于"+*$检查W])对^[G的输出电压电流值"接收标准输出电压值为"&$`t+c"输出电流值小于"$*$确认各设备正常上电"无电压%电流值报警$ "#水上控制系统通信调试打开^[G操作界面"^[G可与水上各控制设备W])%3])进行通信"且有*和=两通道通信$检查^[G对各设备的远程监测数据与设备本地控制器显示的数据是否一致"且通过*通道读取的数据与=通道读取的数据是否一致$接收标准为^[G对各设备的远程监测数据与设备本地控制器显示的数据完全一致"且通过*通道读取的数据与=通道读取的数据一致"*路通信与=路通信完全独立"任意断开*或=路通信"剩下一路通信仍正常$&#水上控制系统液压调试3])作为系统液压的动力单元"3])B]泵出口压力设计为&.+$I L7"经过调压阀后向系统B]液压管线提供低压液压&$$$I L7&3])3]泵出口压力设计为."+$I L7"经过调压阀后向系统3]液*!%!*海洋工程装备与技术第!$卷压管线提供高压液压%+$$I L7$3])泵既可进行本地控制"也可在^[G的3])状态监测画面中对其进行远程控制$液压调试内容具体如下(!!#^[G远程控制3])测试(测试在^[G操作面板可远程控制3])低压泵%高压泵%循环泵等的开关$!"#3])液压供应测试(关闭D)D*上的B]和3]管线隔离阀"启动3])"使其正常向D)D*供液压"检查3])泵出口的压力值%3])至D)D*管线压力值是否符合要求$接收标准为3])B]泵出口压力为&.+$I L7"3])至D)D*的B]管线压力为&$$$I L7&3])3]泵出口压力为."+$I L7"3])至D)D*的3]管线压力为%+$$I L7$!])报警测试(3])储油罐和回油罐体积均为!$$$B"3])储油罐%回油罐内油量过低或过高"3])泵出口压力过低或过高!表!#情况"均会发生报警"检查3])报警系统是否运行正常$!%#3])应急关断测试(使用平台W G<系统对3])进行W G<$级泄压关闭测试"这一测试的合格标准是泄压后3])低压和高压出口压力都泄为$$表>!F+G报警设置6'9E>!F+G'/'(7&%44#-,&项目低低报警低报警高报警高高报警储油罐'c,!+'$'+回油罐'c,!++$++低液压'I L7"%&,"(!$&!&&&""$高液压'I L7&(+.&'!&%('.%.&$"-"!水下系统联合调试E?E>!水下系统调试前准备工作在水下系统调试开始前"检查水上控制系统联合调试完工证书"确保调试过程中的问题清单已解决$确认所有水下系统调试所需的工具和备件已送往平台"氮气%液压油%甲醇供应充足$检查水下设备在位状态"确认水下管汇%采油树%脐带缆%飞线等已在水下安装就位$最后"在气田附近海域有一艘带无人遥控潜水器!\Z`#的辅助作业船待命"调试期间负责观测水下液控阀门的真实运动情况"调试如果出现问题"则使用该作业船进行水下设备的检查$?E?E?!水下系统联合调试!#水下阀门状态检查检查管汇%采油树上的阀门状态并登记在阀门状态记录表上"确认阀门状态是否处于调试开始前所需状态"对阀门状态不符合要求的阀门进行开关操作$"#水下系统供电调试W])通过水下输出模块!G Z^#向管汇和采油树上的控制模块!G[^#供电"检查W])的输出电压电流值是否正常$接收标准为W])对水下管汇%采油树的输出电压值为".$$++$`"输出电流值小于"$*$确认管汇%采油树正常上电"无电压%电流值报警$&#水下系统通信调试水下系统的通信方式有电力载波通信和光纤通信两种模式$两种通信模式下均有*和=两通道"系统以电力载波通信为主"在一种通信模式中断的情况下"系统可自动切换至另一种通信模式$水下系统通信调试内容具体如下(!!#信号采集测试(打开^[G操作界面"^[G 可与管汇G[^%采油树G[^通信"采集到管汇和采油树上液控阀门%温压传感器的数据$检查^[G对水下设施的远程监测是否正常"可通过读取的G[^的静水压力值%水位值%液控阀门开关状态%温度值等与实际预估值是否相符进行验证"检查通过两种通信模式四个通道读取的数据是否一致$!"#电力载波通信与光纤通信切换测试(在水下系统电力载波通信与光纤通信均建立的情况下"断开电力载波通信*和=两通道"确认水下通信模式可自动切换至光纤通信"水下监测数据仍正常$同理"测试光纤通信可自动切换至电力载波通信$!&#电力载波%光纤通信冗余测试(断开水下光纤通信"确认水下系统为电力载波通信"测试断开电力载波通信任一通道*或="另一通道通信仍正常$断开水下电力载波通信"确认水下系统为光纤通信"测试断开光纤通信任一通道*或="另一通道通信仍正常$%#水下系统液压调试启动3])"使其正常向管汇G[^%采油树G[^供液压$压力升高到工作压力后隔离3])电磁阀出口"对3])至水下的液压回路进行!+O79保压"保压接收标准为无压降"以验证液压回路没有泄漏$第%期蒋兵兵"等(基于南海某气田的水下生产系统联合调试*!+!*!+#^[G远程控制液控阀门调试管汇%采油树上液控阀门采用电液混合控制$ ^[G逐一执行液控阀门打开'关闭命令"\Z`水下监测液控阀门的打开'关闭状态"确认液控阀门动作正确执行^[G给出的指令"并记录各液控阀门完成指令的时间$任选一液控阀门"测试B]!和B]"液压供给切换以及*和=通道供电切换"对液压控制阀门开关状态无改变$为防止生产流体溢出"G[G G`应始终保持关闭状态$(#液压动力故障调试3])将B]系统升压至工作压力"打开液控阀门"测试B]!或B]"一路液压供应失效不会影响液控阀门的开关状态$液压供应全部失效后将导致液控阀门关断"再次供压后"阀门保持关断状态$,#电力动力故障调试在W])至G[^的*和=通道供电均建立的情况下"3])将B]系统升压至工作压力$打开液控阀门"测试*或=通道一路供电失效不会影响液控阀门的开关状态"供电全部失效后液控阀门仍能维持打开的状态$.#W G<测试当管汇或采油树上的温压传感器监测水下设施的压力'温度达到设定的低%低低%高%高高报警值时"^[G可接收到相应的报警信号"并启动相对应的水下设施关断$测试在^[G处将水下温压传感器临时调低压力及温度的低%低低%高%高高报警值"验证^[G处是否报警并触发紧急关断"在^[G 观察管汇%采油树液控阀门的关断顺序"\Z`水下记录液控阀门的关断顺序"检查水下关断顺序是否与W G<因果图一致$@!总!结水下生产系统联合调试作为油气田投产前最后的关键一步"目的是使其进入准备启动的状态$总的来说"水下生产系统调试主要是一系列功能核实的测试工作"包括(!!#系统供电测试(确认W])对水下生产系统各设施的电力供应正常"电压%电流值符合要求&!"#系统通信测试(确认^[G可与水下生产系统各设施建立正确通信"且通信通道有冗余&!&#系统液压测试(确认3])可对系统液压回路升压至工作压力"液压回路无泄漏&!%#系统远程控制测试(确认^[G可对3])泵%水下液控阀门进行远程开关控制&!+#系统故障测试(检查系统出现液压供应失效%电力供应失效时"水下设施的状态&!(#W G<测试(确认系统发生各级别的紧急情况时"^[G可接收到报警信号"并触发相应的紧急关断$参考文献+!,范亚民-水下生产控制系统的发展+g,-石油机械""$!""%$!,#( %+%'-+",郭宏"屈衍"李博"等-国内外脐带缆技术研究现状及在我国的应用展望+g,-中国海上油气""$!"""%!!#(,%,.-+&,刘太元"霍成索"李清平"等-水下生产系统在我国南海深水油气田开发的应用与挑战+g,-中国工程科学""$!+"!,!!#(+!++-+%,邱盼"段梦兰"郭中云"等-水下油气生产系统集成测试技术研究+g,-石油矿场机械""$!+"%%!+#(&!&+-++,梁稷"姚宝恒"曲有杰"等-水下生产系统测试技术综述+g,-中国测试""$!""&.!!#(&.%$-+(,胡夏琦-水下生产系统联合调试技术+g,-中国海洋平台""$!."&&!&#('+!$$-+,,韩云峰"安维峥"洪毅-我国水下生产系统测试技术进展+g,-中国造船""$"!"("!!#("%+"+&-+.,陈斌"苏锋"周凯"等-水下生产系统测试技术研究+g,-海洋工程装备与技术""$!%"!!"#(!%(!+$-+',高磊"叶永彪"曹聚杭"等-深水海底管道预调试技术概述+g,-石油工程建设""$"$"%(!&#(!&!.-+!$,郭宏"谢鹏"宋春娜-脐带缆测试技术及其在文昌气田的应用+g,-中国海上油气""$!."&$!!#(!,!!,(-。
水下生产液压系统常见故障原因及保养
水下生产液压系统常见故障原因及保养摘要：水下油气开采过程中，水下采油树上有多个液压执行机构，作为海洋采油平台的重要辅助设备，液压系统起到的作用不可小觑。
依次开启这些液压执行机构时，由于供液管线内液压油的压降变化，液压执行机构之间会相互影响，有时甚至会导致误动作的产生，机械的液压系统运行良好是其顺利工作的重要保证之一，而液压系统的保护与维修则是保证其良好运行的先决条件。
本篇文章介绍了液压系统常见的故障，分析了液压系统存在的常见问题，以期做好液压系统日常的维护管理，延长它的使用寿命，使其发挥出最大的作用。
关键词：油气开采；液压设备；水下采油树；维护；保养随着石油勘探开发重心由内陆向海洋转移，水下采油树作为海洋油气勘探开发的关键设备，越来越多地应用于海洋油气开发。
液压系统是驱动水下执行机构动作的基础，其设计的安全性及稳定性关系到水下生产系统的安全运行。
水下生产控制系统是海上油气田生产的神经中枢，它根据生产工艺要求实时监控水下采油树工作状态和油气田生产状态，从而保证长期高效安全地开发海洋油气资源作为海洋平台设备的重要辅助设备。
机械的液压系统运行良好是其顺利丁作的重要保证之一，而液压系统的保养与维护又是保证其良好运行的先决条件。
1水下生产液压系统组成硬件系统。
水下采油树主要有以下阀门：生产主阀、生产翼阀、转换阀、修井阀、环空主阀、环空翼阀等。
水下采油树上的大多数阀门都是开关阀，在水下油气生产中，这些开关阀的控制都属于开环控制，目标是控制油气生产管路的通断，从而使采油树完成一系列特定的动作。
控制系统。
水下采油树控制系统采用水上平台供油来驱动水下几个井口的采油树上的液压执行机构动作。
复合电液控制系统由控制信号控制水下液压执行机构及阀门动作，水下采油树复合电液控制系统主要包括：(1)平台控制装置，有液压泵、蓄能器、液压调节器和监控系统；(2)水下控制装置，有电磁阀、蓄能器和电子模块；(3)软管束，信号电缆或光纤、液压管线、电力供给电缆集中于一根脐带缆中。
水下生产系统的设计和应用
水下生产系统的设计和应用吴永鹏【摘要】The traditional jacket platform is not applicable to develop the oil and gas reserves in the more than 300 meters deep waters.The design and application of the subsea production system of a gas field in the south China sea is summarized and analyzed.This subsea production system has been used successfully in the south China sea with good operation state.%针对开发300 m以上的深水海域,传统的导管架平台开发方式已经不适用的问题,对南海某气田水下生产系统的设计和应用进行总结,该套水下生产系统已经在南海使用,目前运行情况良好.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2015(044)005【总页数】3页(P25-27)【关键词】水下生产系统;水下控制系统;脐带缆;混合电液【作者】吴永鹏【作者单位】中海油能源发展股份有限公司湛江采油服务文昌分公司,广东湛江527054【正文语种】中文【中图分类】U662;P754修回日期：2015-09-01研究方向:海洋油气田开发工程项目管理E-mail:*******************;***************.cn要开发深海资源，特别是300 m水深以下的石油天然气资源，就得应用新科技新技术。
水下生产系统技术是开发深水油气田和海洋边际油气田的“利器”。
开发300 m水深以下的油气田若再沿用导管架平台的开发方式，导管架的投资将非常巨大，很不经济；而且国内外建造300 m以上导管架经验很少，需要承担极大的技术风险。
水下生产系统连接器及其关键技术
水下生产系统连接器及其关键技术唐洋;张中根;易典学;刘佩松;安家伟【摘要】水下生产系统是深水油田和边际油田开发的一种主流模式.水下生产系统连接器是水下生产系统中将海底井口、采油树系统、管汇系统及水下控制系统进行连接的装置,因而其是构建完整水下生产系统的关键装置之一.为了进一步推进水下生产系统连接器的国产化进程,在调研其国内外研究现状的基础上,对卡爪式、卡箍式以及螺栓法兰3大主要连接器的结构特点和功能原理进行了简要概述,并对其特性进行了比较分析;同时,通过分析3类连接器的典型产品,总结了相关产品技术上所具有的共性,并揭示相关技术的发展趋势;最后,结合以上分析,总结了水下生产系统连接器的定位对中、锁紧和密封等关键技术,并明确了研发的难点所在.通过对现有水下生产系统各类连接器及其关键技术进行分析,可为突破其技术难点,实现其国产化提供建议和明确方向.【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】9页(P160-168)【关键词】水下生产系统;连接器;定位对中;锁紧;密封【作者】唐洋;张中根;易典学;刘佩松;安家伟【作者单位】西南石油大学机电工程学院,四川成都610500;西南石油大学机电工程学院,四川成都610500;西南石油大学机电工程学院,四川成都610500;西南石油大学机电工程学院,四川成都610500;西南石油大学机电工程学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE953引言随着中国对深水油气资源勘探步伐逐步加快，将大量进行深水水下油气集输作业。
水下生产系统可以避免建造昂贵的海上采油平台，节省建设投资，且可靠性高，因此，水下生产系统结合固定式平台、浮式生产平台等设施组成的海上油田开发形式将得到广泛应用。
水下生产系统的核心装备和技术被美国、挪威、巴西等国家掌握，并广泛地应用于北海、西非、巴西、爱尔兰等深水油气田，积累了大量经验。
与国外相比，中国主要集中在300 m以内的浅海，水下生产系统相关装备和技术还落后于国外先进水平[1]。
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
水下生产系统计量方案研究
- 13 -第7期水下生产系统计量方案研究鞠朋朋，武志坤，陈文峰，张欢，周晓艳（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）[摘 要] 简要介绍了水下生产系统常见的计量方案，从设备初始投资、计量的连续性、操作维修等方面进行了分析和比较，提出了方案建议。
水下生产井口油气水产量的计量，对保障水化物抑制剂的注入及段塞流的控制具有不可替代的作用，同时可以实时检测井下油藏的地质情况和生产异常，为生产区块的油藏管理和开发计划提供数据基础。
[关键词] 水下生产系统；流量计；虚拟计量；水化物抑制剂作者简介：鞠朋朋（1981—），男，山东东营人，大学本科，高级工程师，主要从事海洋石油工程水下生产系统设计与研究工作。
图1 南海某水下气田开发示意图随着海洋油气开发逐渐走向深海，水下生产井口的计量愈发重要。
准确及时地测量单井的油气水产量，不仅可为油藏部门制定合理的开发方案提供产量数据，还为保证足够的水化物抑制剂注入提供水产量。
中国南海某气田有4口水下生产井，水深在200~300m ，井口位置分布比较分散，A2井通过9.3km 的6“海管回接水下管汇，与管汇处A3、A4井混合后通过6.2km 的10”海管输送到A1井在线管汇混合，再通过12.1km 的10“海管输送至中心处理平台进行脱水和外输，气田开发示意图如图1。
根据水下生产系统开发方案，结合当前常见的计量技术和方法，有以下几种方案供选择：方案一：单井设流量计，每口井单独安装一台流量计，可进行井口的实时计量；方案二：设置测试管汇和一台水下流量计，通过测试管汇倒阀实现每口生产井的流量计量；方案三：关井计量，通过关闭相应的水下生产井口，测量水上产量差值来推测水下井口的产量；方案四：关井计量，通过水下流量计的数值差来推测相应生产井的产量；方案五：虚拟计量，通过测量相应的传感器数据，进行相关计算推测单井产量。
以上计量方案各有优缺点，综合考虑整个油气田的开发方案和经济性，确定最终的计量方案。
水下生产系统清管方案研究
主要来 自于上部增压装置 ，流量 和压力可 以根据情况 进行 现场调节 ，较为灵活 。此外 ，当清管球发生卡堵
时，可进行反 向推动 。
作业、流动安全等方 面产生不 同影 响，每种清管方案 各有其优缺点 ，需综合考 虑，下面对水下生产 系统清
Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｒｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｉ ｇ Ｐ ｌ ａ ｎ
１ ． ３ 单海 管水下发 、收球方案
典 型 的单 海 管水 下 发 、收 球方 案 如 图 ４所 示 。 在某 些情 况下 ，新建水 下 生产系 统 回接 海管 管径 与 已有 海管 管径 不 同，为 了实现清 管功 能 ，需 采用 水 下 收、发球 方 式 ，发 、收球 筒均 设置在 水 下 。清 管 作业 时 ，清管球 由水 下发球 筒发 出，通 过海 管后 到
度 的不断加 大 ，水下 生产 系统 将得 到越 来越 广泛 的
管方案 由于管道 积液量较 大 ，清 管时液体 体积较 大 ，
给段塞流捕集器 的运动控制带来较 大困难 ，有 时甚 至 超过其处 理能力 。另外 ，当管道 出现水合 物堵塞 时 ， 单管方案只能从一侧降压 ，水合物分解效果不 如双海 管方案 。 ２ ． ４ 收发球 作业
Ｆ ｉ ｇ ． ４ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｄｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ Ｔ ｙ ｐｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｅ ａ Ｌａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｐｉ ｇ Ｐｌ ａ ｎ
２ 水下生产 系统清管方案优缺点分析
管方案优缺点进行分析 。
２ ． １ 初始 投资
采 用单 海管 清管方 案 ，主要 利用 井 口生产 流体 来 推动清管球 ，动力来 自于水下井 口压力 ，这将给清 管球 的运动 控制 带来一 系列 困难 ，特别是 到 了生产
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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）
ROV的分类
观察级ROV 和工作级ROV
第九章：深水海上油气田工程开发模式
第十章：安装技术
深水设备安装工程需要考虑的主要问题分为以下几个方面：
1、提升与下放系统：该问题主要考虑下放载荷的重量，提升载荷的动态响
应，提升系统的提升能力。
2、载荷控制与定位：该问题主要包括：准确定位、放置海床时的稳定性。
3、气候窗条件
水下生产系统的三种安装方法
传统吊装法
滑轮法
下摆法
深水立管安装方法
S-LAY、J-LAY、REEL-LAY。