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水下生产系统

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水下生产系统-课件

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
32
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：
11
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

水下生产系统开发模式和工程方案设计
王建文， 王春升， 思明 杨
（ 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

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》。

水下生产系统和设备

水下生产系统和设备

Petroleum Offshore Subsea
2009-08-05
Page 14
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
2009-08-05 Page 16
Subsea Engineering, Inc.
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 ……
Petroleum Offshore Subsea
2009-08-05
Page 15
Subsea Engineering, Inc.
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 ?
Petroleum Offshore Subsea

水下生产系统-2014

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。

水下生产系统防沉板基础分析

水下生产系统防沉板基础分析
Ｆ ＝ 。 Ｆ
２ 防 沉板 基 础 设 计
设 计 水下生 产 系统基础 时要求 土体 能够 支撑
坐落 在它 上面 的结 构 及 荷 载而 不 发 生 剪切 破 坏 ，
Ｆ — 结构水 平方 向的外载 荷 。 —
２ ４ 沉 降 ．
卸、 输、 装、 运 安 回收 及其 它 操 作 期 间 ， 架 结 构 框 为 管 汇提 供 支 撑 和 防 护 ， 操 作 期 间 外 部 荷 载 其
主 要为 海 管 和 跨 接 管 的膨 胀 力 ， 境 荷 载 仅 占 环
很 小 的 比例 。
根据 土 质条件 ， 础 选 择 带裙 板 的防 沉板 形 基 式， 并将 管汇 支撑结 构与 防沉板 基础设 计 为一体 ，
下贯 人深 度 。
Ｑ ｄ：Ｑ ＋Ｑ ｆ ：ｆ・ ＋ｇ・ Ａ Ａ
（） ６
式 中 ： ， 侧摩 阻力 ； Ｑ——
Ｑ —— 端 部阻力 ； 单位侧 摩 阻力 ；
Ａ —— 裙板 侧表 面积 ；
ｑ —— 裙 板端部 单位 阻力 ；
Ａ —— 裙板 端部 面积 。 某些 情况 下 可使 用 压 力 差 来增 加 贯 人 力 ， 但 要 确保不 会 导致基 础 的损坏 。
３ 防 沉 板 设 计 实 例
我 国南 海某 水 深 ３ ０１ 油 田开发 ， ０ １ ３ 采用 中心 管 汇 ＋丛式 井 的水 下 生 产 系 统 。水 下管 汇 结 构 主要 由 管 汇 模 块 支 撑 结 构 和 基 础 组 成 。在 装
工况 抗 扭 力矩 ／ ｋ ・ （Ｎ ｍ）试压 转矩 ／ ｋ Ｉ） 安全 系数 （ Ｎ－Ｔ Ｉ
整 个结构 主 尺度为 １ ７ｍ × ． １ 裙 板 高 ３ｍ ｘ ３ ７ ５ｍ， 为 １ １ｍ， ． 安装重 量 为 ９ ． 。采用 Ａ Ｉ Ｐ２ ３１ ｔ Ｐ Ａ和 Ｒ

CCS水下生产系统设计认可及发证检验服务说明书

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。

海洋油气开发中的水下生产系统(二) -- 海底处理技术

海洋油气开发中的水下生产系统(二) -- 海底处理技术

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石 油 机 械
2007年 第 35卷 第 9期
够有效工作 , 在 GVF达 98%时仍能维持系统压力 , 甚至可以在 GVF为 100%的条件下短期工作 , 因此 没有必要在启动时灌泵 。泵的工作转速一般低于 2 000 r/m in, 可以避免因剧烈的剪切作用而产生油水 乳化液 。该泵能够输送粘度大于 10- 3 m2 / s的粘性流 体 , 模块化的结构设计便于海底安装和回收。
Amerada Hess公司在非洲赤道几内亚海上的 Ceiba油田安装了 Framo Engineering AS公司的水下 多相流泵送装置 (见图 1 ) , 截至 2004 年 11 月已 有 6台泵送装置投入运行 。工作水深约 762 m , 主 要用于把液流泵送到离 油田 3 218 m 处的 FPSO 上 [ 3 ] 。 ExxonMobil公司用于 Topacio油田海底螺旋 2 轴流式多相泵的设计参数为 :日举升流量 795～ 1 431 m3 , 气体体积分数 40% ～ 80% , 吸入压力 1159～5152 M Pa, 排出压力 1100 ～4148 M Pa, 转 速 2 000 ～ 5 060 r/m in, 功率 200 ～ 869 kW , 水
11Framo Engineering AS公司的多相流泵 Framo Engineering AS公司是水下多相泵技术 的领导者 , 世界上第 1 台商业海底多相增压泵于 1994年安装在 Norske Shell D raugen油田水深 270 m 的 Rogn南卫星井上 。当时的多相泵采用水力涡轮
海底多相流分离
与陆上油气田类似 , 海洋油气开发中的海底多 相流分离也包括气 2液分离 、液 2液分离 、气 2液 2固 分离等几大类 , 这里主要围绕海底气 2液分离技术 和液 2液分离技术进行介绍 。

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

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

水下生产系统与采油树
水下生产设备完整性试验的主要目的如下： 1、检验产品是否达到合同要求； 2、验证产品性能是否满足油气田现场的实际要求； 3、使海上工作人员了解和掌握相应的水下生产设 备的功 能、操作方式和故障诊断方法。
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

水下生产系统清管方案研究

水下生产系统清管方案研究
水下生产 系统采用不 同的清管方案 ，会 对投资 、
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

水下生产系统计量方案研究

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。

第一篇海上油气田生产系统(了解篇)

第一篇海上油气田生产系统(了解篇)

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。

水下生产系统的分类

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。

水下生产系统的设计和应用

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。

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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。

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二、采油树
二者区别： 1.垂直采油树的阀门垂直 地放置在油管悬挂器的顶 端，而水平采油树的水平 阀门是在出油管处。 2. 垂直采油树向下钻孔是 通过水压或者电压从采油 树的底部到油管悬挂器的 顶端。水平采油树向下钻 孔是通过油管悬挂器旁边 的辐射状的贯入器。 3.垂直采油树的油管和油 管悬挂器在采油树之前安 装，而水平采油树的油管 和油管悬挂器则在采油树 之后安装。
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二、采油树

传统采油树安装在井 口头处，油管和油管 悬挂器比采油树先安 装。
conventional subsea tree
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二、采油树
双孔采油树Dual Bore Tree 典型的双孔采油树有生产和环空孔垂直通过采油树体，生产 和环空总阀和吸入阀垂直安装在采油树上。他们这样设计 是为了在安装和操作过程中能够垂直的通过生产和环空孔。
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Vertical Tree
Horizontal Tree
二、采油树
设计载荷

在相关阶段所应用的载荷都可以影响采油树系统，比如像制造、存储、 测试、运输、安装、操作等，应该为设计制定标准。 偶然载荷应该为实际应用由风险分析确定，偶然载荷包括掉落的物体， 如渔船的锚等，突发异常的环境载荷比如地震等。
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二、采油树
采油树的主要功能：






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) 通过控制系统指挥，阀门关闭，保证流体的输送或者注入 都能够安全地停止。 能够向井或海底管道中注入一些保护性流体(防腐剂) 如果需要可以注入流体关闭采油井。 可以释放完井时的多余压力。 在安装和生产过程中可以允许直接进入环空管或者套管。 采油树和其他井口设备的连接非常紧密。
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一、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Snøhvit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。 中国是世界上最早发现和使用石油和天然气的国家。历史上记载， 中国带领世界开始从技术上进行天然气和食盐的探索。但是我国 深水油气田开发起步较晚，目前水下生产系统在应用方面缺乏经 验，这一现状影响了我国深海油气资源的开发。开展水下生产技 术的研究对我国适应未来深水油气田的经济开发是十分及时和必 要的。
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一、概述
生产系统
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一、概述
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一、概述

水下生产系统的花费基本上不随水深变化。但 是刚性平台的花费是随着水深的增加而增加的， 因此对于深水多趋向于使用水下生产系统。但 是对于给定水深和位置，平台的费用受井口数 目的影响较小，使用平台钻井就会相对便宜。 使用移动钻井单元进行钻井增加了钻井的费用。 因此，在井口数目比较少的情况下多使用水下 生产系统。
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三、管汇

管汇和油井在结构上是完全独立的，油井和出 油管道通过跨接管与管汇相连，管汇系统由管 汇、管汇支撑结构和基础组成。管汇是由管子、 阀门、控制模块、流动仪表等组成。管汇支撑 结构是管汇和基础结构之间的交界部分。
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三、管汇
管汇的部件：

部件主要有阀门、节流阀、与海底管道的相连的毂，安装 多相仪表模块的毂，在整个使用期内用来操纵的水压和电 线，可获得的节流阀模块，水下控制模块和多相仪表模块。 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。
水下生产系统概述
主讲人：王玮
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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
2一、概述近年来，随着经济的不断发展，世界各国对于油气资源的需求越 来越大。随着陆上油气资源的日益枯竭，各个国家纷纷将目光移 向了海洋。水下生产系统以其显著的技术优势、可观的经济效益 得到各大石油公司的广泛关注和应用。 使用水下生产技术可以避免建造昂贵的海上采油平台，从而节省 大量建设投资，而且水下生产系统受灾害天气影响较小，可靠性 强，因此成为开采深水油气田的关键设施之一，在世界各地的深 水油气田开发中得到了广泛的应用。水下生产系统是经济、高效 开发边际油田、深海油田的关键技术之一，目前水下生产系统基 本部分如水下采油井口、管汇及控制系统等相关设施在国外已较 为成熟。水下增压泵在一定水深扬程范围内日趋成熟；2007年， 挪威国家石油公司水下分离器第一次商业性应用，是水下处理工 艺领域的一个重大里程碑；2011年，在挪威的Asgard油田将有可 能建成第一套商用水下湿气压缩系统。
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二、采油树
材料和腐蚀保护：





采油树中使用的材料应满足API 17D 和 API 6A ，并且被 使用者所认可。 材料首先在市场上要有比较好的口碑，服务比较好。 材料的种类应该尽量少。 另外应该根据设备的需求使用相应的材料。 进行材料测试的环境应该尽量与实际材料应用的环境相近。 应该考虑腐蚀检测。 不同材料对在外部和内部环境的响应不同。
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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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三、管汇

管汇系统的组成 水下生产系统的管汇由管子和阀门组成，用来 分配、控制管理石油和天然气的流动。管汇安 装在海底井群之间，主要是把油或气集合起来 输送到井口，如图所示。从管汇终端到一些大 型的结构如水下加工系统都属于管汇。因此， 有许多种类型的管汇。管汇系统和采油井是相 互独立的，采油井和海底管道通过跨接管与管 汇系统相连接。管汇系统主要由管汇主体、支 撑结构和基础组成。
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二、采油树
采油树的连接装置： 主要是用来连接采油树和井口头，同时也把采油树和井口 头进行定位。
把采油树的底端通过连 接器与井口头连接
内部结构
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二、采油树


采油树的设计 在进行采油树的设计时需要考虑采油树所承载 的工作压力、采油树所采用的材料、泄露问题、 采油树所承受的外载荷等问题。 采油树在服务期内的温度范围是在2 °C到120 °C之间，在这个温度范围内的采油树都可以 正常使用。超过这个温度范围，采油树就要重 新进行设计。
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三、管汇
1、密封或连接立管系统 2、产油线 3、注水线 4、油井测试线 5、连接注水线 6、连接采油树 7、连接采油树 8、清管阀
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三、管汇
管汇的形式
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三、管汇
管汇系统的主要功能： 为生产管道、海底管道和油井之间提供一个界面； 将产品都集合起来运输出去：从各个独立的分油井中 将流体都集中起来，再把产出的油运输出去，同时注 入气体，化学物质； 分配电和水压系统； 支持翼型管汇枢纽、管道枢纽和脐带管枢纽； 支持和保护所有的管道和阀门系统； 在安装和恢复过程中为管汇模块提供一个支撑点； 在ROV(远程作业机器人)操作过程中，给ROV提供一 个支撑平台。
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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。