水下生产系统和设备
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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。
深水水下生产系统及工艺设备技术现状与发展趋势高原;魏会东;姜瑛;王勇【摘要】概括了水下生产系统的水下井口及采油树系统、管汇及连接系统、水下控制及脐带缆系统以及水下增压设备、水下分离设备、水下电力设备等水下生产工艺设备的技术现状,并对水下长距离流动保障技术、水下电力输送和全电控制技术、水下安装技术、水下生产系统可靠性及完整性管理技术、极地水下生产系统技术等水下生产系统的前沿技术发展趋势进行了展望,并指出了我国水下生产系统研发和应用的思路和发展方向.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2014(026)004【总页数】7页(P84-90)【关键词】深水;水下生产系统;水下生产工艺设备;技术现状;发展趋势【作者】高原;魏会东;姜瑛;王勇【作者单位】深圳海油工程水下技术有限公司;海洋石油工程股份有限公司设计公司水下所;海洋石油工程股份有限公司设计公司水下所;深圳海油工程水下技术有限公司【正文语种】中文随着国际社会对能源需要的增加,世界范围内的深海油气开发活动日渐活跃,在深海开发过程中除了兴建大量的水面油气生产平台外,水下生产系统也已成为深海海洋工程技术的重要组成。
作为对深水浮式水面设施,如张力腿平台、半潜式平台、立柱式平台、浮式生产储卸设施的重要支持[1],水下生产系统通过海底管道和立管与其建立联系,可以搭建起灵活多样的海洋石油开发形式[2]。
水下生产系统对于水深的要求不敏感,且不受海面恶劣风浪环境的影响,其安全性高,适用范围广,在未来极地冰区的海洋油气开发中也有广阔的应用前景。
目前水下生产系统的作业流程是,油气藏中的生产流体通过水下井口头和采油树汇集到管汇,然后通过海底管线上的终端设备进行集输,最后由立管输送至水面设施。
在整个生产过程中,由水面设施的主控站通过水下脐带缆系统及控制设备对生产过程进行监测、控制和化学药剂的注入。
经过多年的研发和工程经验积累,世界海洋工程大国,如挪威、美国、巴西等已经掌握了水下生产系统的关键技术,垄断了国际水下设备和脐带缆市场,与工程公司的海管/立管的EPIC总包能力相结合,共同进行深水SURF(Subsea Umbilical Riser Flowline)工程建设。
我国⽔下油⽓⽣产系统装备⼯程技术进展与展望摘要:从⽔下⽣产系统⽅案设计和关键设备国产化制造、安装及集成测试等⾓度,详细阐述了我国⽔下油⽓⽣产系统设计技术和关键设备⼯程化现状。
在设计技术⽅⾯,⽬前已基本具备1500m⽔深的⽔下⽣产系统独⽴设计能⼒,相关⽔下设计技术在流花16-2油⽥群和陵⽔17-2⽓⽥等深⽔油⽓⽥得到了充分体现;在⽔下装备及设备⼯程化研制⽅⾯,以⽔下采油树、⽔下控制模块、⽔下连接器、⽔下多相流量计和⽔下脐带缆等为主的关键设备已经具备⼀定的基础,⽽且部分产品实现了国产化的⽰范应⽤,取得了重⼤进展。
最后对未来我国⽔下油⽓⽣产系统关键设备技术的发展趋势进⾏了展望。
随着我国深海油⽓资源开采的不断深⼊,采⽤传统固定平台或浮式⽣产设施的开发⽅式存在平台负荷重、建造成本⾼等问题,具有较⾼的应⽤局限性。
相⽐之下,采⽤⽔下⽣产系统,通过⽔下采油树、⽔下管汇、脐带缆、海底管道等⽣产控制设备将油⽓就近输送到附近的固定式平台或浮式设施进⾏处理和外输,可显著降低开发成本,缩短建造周期,⽽且已在国内外海洋油⽓资源开采领域得到了⼴泛应⽤。
⽔下油⽓⽣产系统的出现源⾃于美国1947年⾸次提出的“⽔下井⼝”概念。
经过多年实践探索,⽔下油⽓⽣产系统经历了由浅⽔开发,向中深⽔、深⽔甚⾄超深⽔开发的发展阶段;⽔下油⽓⽣产与输送⽅式也由最初采⽤固定平台,向深⽔浮式平台与⽔下⽣产系统相结合的⽅式转变。
此外,随着技术的不断进步,⽔下⽣产系统装备⼯程技术亦取得了长⾜进展,其中⽐较有代表性的包括由早期单卫星井开发向以⽔下管汇为核⼼的丛式卫星井、集中式基盘管汇开发模式转变,由早期⽔下⽴式采油树向更便于修井的⽔下卧式采油树转变,以及由直接液压控制模式向响应速度更⾼且更适⽤于深⽔油⽓⽥开发的复合电液控制模式转变。
我国⽔下油⽓⽣产系统技术研究起步相对较晚。
长期以来,国内海上油⽓⽥所⽤⽔下装备多依赖进⼝,采购和维护成本⾼,供货周期长,极⼤地限制了我国海洋油⽓⽥开发事业的进展。
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。
第一篇海上油气田生产系统(了解篇)一、海上生产设施的类型海上生产设施是指建立在海上的建筑物。
由于海上设施是用于海底石油开发及采油工作,加上海洋水深及海况的差异、油藏面积的不同、开采年限不一,因此海上生产设施类型众多。
基本上可分为三大类:海上固定式生产设施、浮式生产设施及水下生产系统。
在此三大类中又可细分如下:典型的海上生产设施如图1-2-1至1-2-7所示:1.固定式生产设施固定式生产设施是用桩基、座底式基础或其它方法固定在海底,并具有一定稳定性和承载能力的海上结构物。
海上固定式生产设施有各种各样的形式,按其结构形式可分为桩基式平台、重力式平台和人工岛以及顺应型平台;按其用途可分为井口平台、生产处理平台、储油平台、生活动力平台以及集钻井、井口、生产处理、生活设施于一体的综合平台。
(1)桩基式固定平台桩基式固定平台通常为钢质固定平台,是目前海上油(气)生产中应用最多的一种结构形式1)钢质固定平台的结构形式钢质固定平台中最多的是导管架式平台,主要由四大部分组成:导管架、桩、导管架帽和甲板模块。
但在许多情况下,导管架帽和甲板模块合二为一,所以这时仅为三部分。
如图1-2-8所示。
导管架:系钢质桁架结构,由大直径、厚壁的低合金钢管焊接而成。
钢桁架的主柱(也称大腿)作为打桩时的导向管,故称导管架。
其主管可以是三根的塔式导管架,也有四柱式、六柱式、八柱式等,视平台上部模块尺寸大小和水深而定。
导管架腿之间由水平横撑与斜撑、立向斜撑作为拉筋,以起传递负荷及加强导管架强度作用。
桩:导管架依靠桩固定于海底,它有主桩式,即所有的桩均由主腿内打入;也有裙桩式,即在导管架底部四周布置桩,裙桩一般是水下桩。
导管架帽:导管架帽是指导管架以上,模块以下带有甲板的这部分结构。
它是导管架与模块之间的过渡结构。
模块:也称组块。
由各种组块组成平台甲板。
平台可以是一个多层甲板组成的结构,也可以是单层甲板组成的结构,视平台规模大小而定。
如钻井区域的模块可称为钻井模块;采油生产处理区称为生产模块;机械动力区可称为动力模块;生活区称为生活模块等。
潜水设备和系统要求1 总则潜水和水下作业使用的设备与装具范围广泛且型式多样,在水下作业的使用中必须保证作业安全。
与潜水员生命直接相关的装具,如潜水头盔、潜水面罩、应急气瓶、调节器等,必须是潜水员所熟悉的型号并有既定的维护体系。
由于潜水作业的特殊性,参与操作、维护及修理潜水设备和装具的相关人员应该接受所用设备与装具的技术培训,并具有相应经验。
潜水监督应保证所有的潜水设备及装具经过认真的检查和测试,以确定其状态和性能的可用性。
所有潜水设备和装具未经完整的性能测试,不允许用于潜水作业。
潜水设备的设计必须能在主电源中断的情况下,可通过使用蓄电池、蓄能装置(液压或气动动力),或连接到应急发电机而继续运作。
潜水控制站必须安置在距潜水地点尽可能近的位置,能使潜水监督便于进入所有受控的区域。
潜水控制站的所有仪表和显示屏必须保持良好的能见状态,对能见度差和夜晚的作业必须配备充足的照明。
消防设备的配置应合理,必须满足一旦发生事故可立即灭火和做出反应的要求。
潜水设备维护记录要求:1.应建立合理的设备记录,并保持准确和有效;2.所有设备应有统一的识别方式,便于在设备记录中查询;3.维护记录的内容应描述维护工作的性质,包括校正的时间、进行过的修理和测试、负责维护和测试的操作员的姓名,以及相关设备特殊细节的记录;4.操作员单独对任何潜水设备进行维护、修理、校对、测试或调节时,应该在维护记录署名,并签字;5.用于商业潜水的潜水头盔和面罩必须按照制造厂商所推荐的程序进行检查和维护。
要求的检查和/或测试必须在设备所有者的记录簿中进行记录并验证。
2 潜水个人装具2.1 总则潜水个人装具要适应工作需要,并考虑到生物学的、辐射的、化学的、热能的条件等因素。
2.2 头盔与面罩1.总则潜水头盔、潜水面罩以及附属的调压器都是重要的生命支持系统,其功能失常将对潜水员造成极大的危险。
因此,所有的潜水头盔、潜水面罩以及附属的调节器都应严格按照制造厂商的说明书进行维护和检测。
海底采矿机器人研发生产方案一、实施背景随着陆地矿产资源的日益枯竭,海洋成为新的矿产资源发掘地。
据统计,海洋中蕴藏的矿产资源是陆地的数十倍,尤其是海底的矿产资源,具有极高的开采价值。
但是,由于海底环境的复杂性和不可预测性,传统的海底采矿技术面临诸多挑战。
因此,研发海底采矿机器人成为解决这一问题的关键。
二、工作原理海底采矿机器人主要由以下几个部分组成:1.水下推进系统:该系统由一组高性能的推进器组成,能够在各种水深条件下稳定运行,同时保证机器人的灵活性和稳定性。
2.感知与导航系统:该系统集成了多种传感器,如水深传感器、水温传感器、流速传感器等,能够实时感知并反馈海底环境信息,实现精准定位和导航。
3.机械臂与采集系统:配备高精度机械臂,可抓取和搬运各种重物;采集系统则负责将采集的矿产资源运送上岸。
4.能源供应系统:采用长效锂电池供电,同时设计有太阳能板和水力发电机作为备用能源。
三、实施计划步骤1.研发阶段:进行技术研究和产品设计,包括水下推进系统、感知与导航系统、机械臂与采集系统的设计和集成。
2.实验测试阶段:在实验水池和近海实际环境中进行机器人性能测试,不断优化各项性能指标。
3.生产制造阶段:批量生产机器人,并进行实地部署和调试。
4.商业推广阶段:与矿产公司和海洋资源开发公司合作,推广和应用海底采矿机器人。
四、适用范围本研发生产方案适用于以下情况:1.矿产资源勘探:机器人可深入海底勘探矿产资源分布情况,为后续开采提供数据支持。
2.海底矿产采集:根据前期勘探结果,机器人可进行高效率的矿产采集工作。
3.海洋环境监测:利用机器人的感知与导航系统,实时监测海底环境变化,预防自然灾害。
五、创新要点1.集成化的水下推进系统:实现了在复杂海底环境下的稳定运行和灵活操作。
2.精准的感知与导航系统:确保了机器人的精准定位和导航,大大提高了采矿效率。
3.高效的机械臂与采集系统:能够快速地抓取和搬运矿产资源,提高了采矿速度。