水下采油树

2.1 锻件的质量控制由于采油树本体在高温高压及强酸高腐蚀的环境下工作，因此母材的选材也尤为重要。

为满足其生产要求，根据API 17D 的设计规范，流道浸润面的材料需达到HH-NL 级别，压强达到68.95 MPa 等级。

达到此条件的材料有：AISI4130+堆焊Inconel625、A182-F22+堆焊Inconel625、AISI8630+堆焊Inconel625，通过设计计算，只要三种材料的强度达到517 MPa ，就能满足流道浸润面的材料等级。

在材料选取之时，需考虑母材的关键因素，如表1所示。

表1 不同母材特性对比A182-F22一般高高高AISI8630一般高中高由表1可知，母材AISI4130的淬透性不如A182-F22和AISI8630材料，但是如果机械性能测试结果得当，母材的强度不高于517 MPa 时，对于三种材料的淬透性并无影响[2]，既能满足流道浸润面的材料选择，又考虑到AISI4130材料成本相比A182-F22和AISI8630较低，最终选取了AISI4130 +堆焊Inconel625方式。

在锻件粗加工完成的生产阶段，需要控制以下环节：(1)母材总重量为8 t ，尺寸2.1 m ×1.2 m ，由于钢钉外形尺寸较大，为了确保本体内部夹渣物、树枝状结晶组织有效去除，本体关键部位后期与625镍基合金应有效焊合，使之成为内部密实、均匀、细微、综合性能良好的锻件。

同时根据API 6A 5.4.3要求产品材料规范等级为PSL 3G 的产品应使用锻件，因此应0 引言我国深海海域蕴藏着丰富的油气资源，但深水区域特殊的自然环境和复杂的油气储藏条件将使我国深水油气田开发在钻探、开发工程、建造等方面面临诸多技术难题，其中水下采油树是海洋油气田生产和井下作业的关键设备[1]。

1 500米水下智能井口生产设备设计、制造、测试与安装关键技术的研究是参照API 17D 标准，将工程实践与智能水下采油树的研制、测试结合，建立的一整套完整的智能水下采油树生产和监督控制体系，突破了智能水下采油树工程建设过程中的技术难点和关键点，为深海油气开发设备的研发制造积累了经验。

水下采油树成功点火感想体会【引言】近年来，我国在油气开发领域不断取得突破，尤其是在水下采油树技术方面取得了重要进展。

前不久，我国水下采油树成功点火，引起了广泛关注。

这一成果的取得，不仅标志着我国石油勘探开发技术达到了新的高度，更为我国石油产业的发展注入了新的活力。

本文将从技术突破、团队合作、国家利益三个方面谈谈自己的感想体会。

【技术突破】水下采油树的成功点火，凸显了我国在石油勘探开发技术方面的突破。

长期以来，水下采油技术一直被国外少数企业垄断，我国在此领域的研究起步较晚。

然而，通过广大科研工作者的不懈努力，我们成功掌握了这项关键技术，实现了从跟跑到并跑再到领跑的华丽蜕变。

这一技术突破，不仅打破了国际垄断，降低了我国油气开发成本，也为我国石油产业在国际市场上争取到了更多的话语权。

【团队合作】水下采油树成功点火，离不开广大科研团队的精诚合作。

在项目研发过程中，团队成员充分发挥各自专长，紧密协作，不断攻克技术难题。

正是这种团结协作的精神，使得我国水下采油技术得以迅速发展。

一个优秀的团队，是事业成功的关键。

面对未来，我们应当继续发扬这种团队合作精神，为我国石油产业的持续发展贡献力量。

【国家利益】水下采油树的成功点火，极大地推动了我国石油产业的发展，有力地维护了国家利益。

石油是国家战略性资源，对经济发展具有重要意义。

我国作为石油消费大国，石油安全问题始终牵动着国人的心。

通过自主掌握水下采油技术，我国在油气资源开发方面有了更多主动权，从而保障了能源安全，维护了国家利益。

【结论】总之，水下采油树成功点火对于我国石油产业具有重大意义。

在今后的发展中，我们要继续加强技术创新，深化团队合作，不断提高我国石油产业的整体竞争力。

ｌ水下采油系统介绍水下采油系统是将全部或部分油气集输装备置于海底的水下生产系统。

该系统主要包括：水下采油树、水下底盘、水下管汇、跨接管、海洋立管、脐带缆等设备。

水下采油系统的出现，解决了在深水中使用固定式平台而使成本急剧上升的问题；水下采油系统多与浮式生产系统配合工作。

在水下系统中，井口头和采油树都在海底；因此，水下生产系统就不会像在水上的生产系统（如刚性平台）那样受到海面风浪流和水深的影响。

但另一方面，水下生产系统不能直接进行操作，操控也必须通过脐带缆远程控制，持续地操作显然比平台式生产系统复杂得多。

水下生产系统的费用基本上随水深变化而变化，而刚性平台的费用是随着水深的增加而增加的；因此，对于深水区域，多趋向于使用水下生产系统。

图ｌ为简单的水下采油系统，该系统的工作原理为：油气从水下井口上的采油树采出，经海底管线送到水下管汇进行计量、收集、初步处理，再通过海洋立管输送，然后被运往岸上做进一步处理。

１．１水下采油树采油树最初被称为十字树、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￣ｕＪ，ｔ－部环境隔绝开的重要屏障。

采油树还包括：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线连接到生产管汇系统的。

水下采油树的诞生使低成本地开发深水油气田成为可能。

１．２水下管汇水下管汇主要用来分配、控制管理石油和天然气的流动。

水下管汇安装在海底井群之间，主要是将数口油井的油气集巾起来，再通过一条输油管线混合油流，送到最近的采油平台或岸上基地做进一步处理，它可以减少海底管线的长度（见图３）。

管汇终端包括一些大型的结构（如：水下加工系统）都属于水下管汇；因此，水下管汇类型有许多种。

水下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。

水下管汇由管汇、管汇支撑结构、基础结构和保护盖三部分组成。

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。

水下采油树线性覆盖工具方案设计及优选作者：程友祥曹伟枫来源：《大学教育》2017年第04期[摘要]为了满足我国海洋石油的战略发展需求，海上油气田的开发重点逐渐从浅水走向深水。

深水线性覆盖工具具有在水下可以高效利用水下ROV的优点，其对操作线性覆盖工具的水下ROV要求较低，能提高修井/完井的工作效率；在保养期间可以将主活塞缸与基座等分开保养，降低工具保养的难度和成本。

深水线性覆盖工具具有技术创新性高、操作简单的特点。

选择线性覆盖工具产品的产业化，将创造客观的经济效益，同时它还有利于打破国外的技术封锁，填补国内空白，增强国际市场竞争力。

[关键词]线性覆盖工具；方案设计；工作原理；对比分析[中图分类号] TE95 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）04-0088-03引言据资料分析，从2013年-2017年，5年内的深水石油开发投入将超过海上油气开发总投入的50%。

[1]我国南海的石油地质储量占中国石油储量的1/3，其中70%以上蕴藏在深水区域。

[2]但是我国的大洋工作始于20世纪70年代，起步较晚，深海海洋科学技术研究和发达国家相比还存在着不小的差距。

目前，我国的深海石油作业项目基本上依靠国外的技术和装备实现，不但施工费用昂贵，而且工期由国外的大公司掌握，难以保证要求。

在水下生产系统过程中，由于油气生产的过程会产生水化物，极易堵塞采油树连接管道及采油树树体内部管道，因此，修井/完井系统是水下生产系统中必不可少的系统之一。

在修井/完井系统中，涉及水下采油树阀门的打开或关闭，及如何可靠的保证阀门打开或关闭状态的问题，而线性覆盖工具就是操作阀门必不可少的工具之一，它具有保证水下阀门的打开或关闭状态的能力。

对于修井/完井系统来说，线性覆盖工具具有非常关键的作用。

若其不能正常的打开或关闭采油树阀门和保持打开与关闭采油树阀门状态，水下采油将树不能正常完成修井/完井过程，这会导致采油树泄漏等灾难性后果，造成巨大的经济损失，甚至危害到国家海洋的战略利益。

70海底的油气资源是十分丰富的，随着海底油气勘探、开采工程的发展，对相关生产系统和设备的要求越来越高。

我国对油气资源的需求十分巨大，而国内陆地开采量十分有限，对原油进口十分依赖，影响了自身的经济安全和发展速度。

相比陆地资源，我国的海洋油气相对丰富，仅南海盆地的石油资源量就达230-300亿吨，天然气总资源约为16万亿m³。

但大部分资源蕴藏于深海区域，因此海洋油气勘探、开采对水下装备的依赖程度十分高，采油树是海洋油气开采的关键装备，涵盖多学科的高级技术，使用中具有投入高、风险大等特点。

而渤海等区域的油气多为浅水项目，若直接采用为深水设计的采油树结构，因使用要求不同等因素，将大幅增加成本。

因此，应针对浅水区域设计卧式采油树结构，以降低设备成本，推动我国海洋油气更好、更快的开发，需要对水下卧式采油树等设备进行不断的优化设计、研发。

一、浅水水下卧式采油树的设计规范及其基本结构综述1.标准规范石油行业相关设备的国际标准，有美国石油学会制定，即API标准。

其作为国际石油设备设计和使用的标准化参考和产品认证制度，具有严格的指标和显著的影响力，浅水水下采油树系统及设备的相关设计标准为APIRPl7A、API Standard 17F、APIRP17N、API16A、API17D等系列。

在一些设备和工艺上，API标准也经常美国ASTM、挪威DNV等协会的标准。

这些标准已成为当前海洋油气钻采装备在设计、制造与使用等方面的技术标准文件。

2.浅水水下卧式采油树的结构类型浅水水下采油树的类型主要包括立式和卧式两种。

最早研发和使用的是立式采油树，始于上世纪60年代，电泵举升等技术应用于复杂油井和储层井中，存在设备损坏频繁、修井频繁等问题，设备使用安全性得不到较好保障，增加了生产的时间、费用。

为解决这些问题，20世纪90年代卧式采油树应运而生。

浅水卧式采油树的主阀位于其垂直通道水平侧，而油管挂坐悬挂于树体内部，使用时需先装采油树后装生产管柱。

水下立式单通道采油树技术特点!王!宇%王!琦$!%F中海油研究总院有限责任公司"北京%"""$#%$F L ?1@+T 51B 亚太!新加坡#有限公司"新加坡N M #'%!#摘要!水下立式单通道采油树是水下生产系统的常用设备"但在国内还没有应用案例$本文归纳了水下立式单通道采油树的技术特点"包含油管挂安装在高压井口头的单通道树以及油管挂安装在油管头的同心树两种类型%概述了水下立式单通道采油树及其油管挂和油管头的技术特点"并提供了安装作业步骤"可为深水油气开发的核心设备+水下采油树的结构形式选择提供参考$关键词!立式采油树%单通道%双通道%同心采油树%技术特点中图分类号 0P)*$文献标志码 (文章编号 $")*+!$)!!$"$"#"'+"$M )+"*!"# %",%$"#!'-../,$")*+!$)!,$"$","',"NC %45&#4().5('(41%'#+1#4+3I %'I #%:"-/B 8+%(N "&"M "'%F %'1#4()C '%%:239Y 5%":239T1$!%<3O E E 3+&(&"#,-.%(/$/0/&31<6/;<"?&$S $%)%"""$#"3-$%"%$<'#$:T P 0$8M ($"F ",$2$,F /&6/;"4$%)"81#&N M #'%!"4$%)"81#&#78+1'(41!`5K A .2C -3-K -?.D .?/1=2@/?..1A =-CC -3@G 5A .>2K ?-2>13A 5K A .2B ?->5=/1-3A G A /.CF Q -3./7.@.A A "/7.?.e 2A3-2B B @1=2/1-3-;A 5K A .2D .?/1=2@/?..13`-5/7O 7132`.2F 071A B 2B .?A 5CC 2?1H .A /7./.=731=2@=72?2=/.?1A /1=A -;D .?/1=2@A 139@.K -?.O 7?1A /C 2A/?.."13=@5>139/e -A /?5=/5?2@=-3;195?2/1-3A ./7.A 139@.K -?.O 7?1A /C 2A/?..e 1/7/5K 1397239.?13A /2@@.>137197B ?.A A 5?.e .@@7.2>7-5A 139"23>=-3=.3/?1=O 7?1A 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d#$!M#%!+%'$]井段钻进作业后"下入%M+M'#]套管柱至$"][%M+M'#]变扣大小头"连接并安装%#+M'']高压井口头!预先安装%#+M'']高压井口头的抗磨补芯#$!'#下入水下防喷器组"下入试压工具试压"回收试压工具$!*#回收高压井口头的抗磨补芯$!N#安装套管挂升高短接&)+*'#]套管挂及密封总成$!!#安装)+*'#]套管挂的抗磨补芯"#+%'$]井段钻进作业"并回收抗磨补芯$!##下入并回收铅印工具"获取)+*'#]套管挂的安装高度!油管挂的座挂界面#"并相应上下调节油管挂的锁环位置$!)#使用*送入工具^导向短接+工具串安装油管挂至高压井口头"如图*所示$油管挂到位之前"液压伸出位于防喷器组内部的导向销"导向短接的螺旋线与导向销配合"将油管挂旋转安装至预定方位$!%"#下入油管挂的方位检查工具&回收工具并核实油管挂的方位是否满足预定要求$!%%#安装油管挂生产通道的钢丝堵头$!%$#回收水下防喷器组$!%M#安装采油树&试压"并回收油管挂生产通道的钢丝堵头"如图N所示$!%'#安装树帽&试压!采油树与树帽使用同一安装工具#$=!单通道同心采油树且油管挂安装在油管头!!油管挂安装至油管头内部"油管头位于水下采第!卷海洋工程装备与技术-$'$!-!图*!单通道油管挂安装设备及管柱布局图(')图N!单通道采油树安装设备及管柱布局图(')油树和高压井口头之间$先安装油管头"再安装油管挂"最后安装采油树和承压的树帽$由于避开了油管挂与高压井口头的界面"从而增加了水下井口&采油树的选择灵活性$$F%!单通道同心采油树的技术特点$F%F%!采油树的技术特点!%#油管头的环空通道在油管挂下方进入环空"并设置一道隔离闸阀提供安全屏障"采油树&油管挂均采用垂直单通道同心设计"使用钻杆或油套管安装采油树"并通过管柱外侧的一条服务管线!或修井控制脐带缆管束中的一条管线#和采油树的环空阀门"提供环空循环通道$!$#阀组集成设计.M个*+%'#]闸阀!&VZ&&`Z&&:Z#%'个$+%'%N]闸阀!((Z&(VZ&(:Z 和4<Z#$!M#阀组顶部芯轴改进成$!]W'剖面"便于连接水下防喷器组"同心采油树在位时也可以使用钻井船进行修井作业$!'#可共用水下卧式采油树的安装工具"降低成本"提高工具利用率$!*#整体技术参数.压力等级.%*"""B A1!%"M F'V&2#%温度等级.i'M %')l!i'N M"" #%材料等级.生产侧WW"环空侧P P%最大水深.%*""";/!'*!$C#%尺寸!长[宽#.*C[*C%井下功能管线穿越能力.%"条液管线"$条电线$ $F%F$!油管头的技术特点!%#提供$+%'%N]环空通道及S<Z手动操作的闸阀屏障$!$#提供油管挂的锁紧及密封面$!M#提供油管挂的导向装置,,,螺旋套$因此"水下防喷器组不需要提供导向销"这样可以增加钻井平台的选择灵活性$!'#顶部$!]W'剖面"底部用井口连接器锁紧至高压井口头$!*#钻通设计.安装油管头和水下防喷器组之后"其内部的隔离套和抗磨补芯允许通过%$+%'']钻头继续钻井$!N#可提前安装生产跨接管至油管头"一旦采油树安装完成后"可通过生产管线做测试"即可不通过钻井平台做测试"并且采油树安装及测试均可不要P L&'X P&设备"节省了钻机时间及设备成本$!!#需要油管头到位才能进行完井作业"而油管头需要与第一套采油树完成扩展的工厂验收测试P c(0之后才能运往现场"即完井作业受限于采油树的交货工期"且需增加一次水下防喷器组的起出下入作业"该特点与水下卧式树相同$$F%F M!油管挂的技术特点!%#同心的单通道油管挂"无环空通道$!$#生产通道尺寸范围.'+%'%N]&*+%'#]&!+%' %N]$!M#环形密封总成金属密封"并带有弹性备用-$'M!-王宇"等.水下立式单通道采油树技术特点第'期密封$!'#油管挂锁紧至油管头内部"不需要下入铅印工具测量套管挂的安装高度$!*#座挂时"油管挂底部套筒的导向键沿着油管头内部的导向装置,,,螺旋套旋转至预定的方位$!N#座挂后"由于油管挂和采油树均为同心设计"不需要下入油管挂方位检查工具$!!#密封短接金属密封"密封油管挂与采油树的通道界面$$F$!安装步骤 作业案例分析以井身结构M"][$"]!%M+M'#]#[)+*'#]的墨西哥湾某油田为例"水下井口&单通道同心采油树&油管头的安装步骤如下.!%#安装临时导向基盘$!$#安装M"]导管头和永久导向基盘$!M#%!+%'$]井段钻进作业后"下入%M+M'#]套管柱至$"][%M+M'#]变扣大小头"连接并安装%#+M'']高压井口头!预先安装%#+M'']井口头的抗磨补芯#$!'#下入水下防喷器组"下入试压工具试压"回收试压工具$!*#回收高压井口头的抗磨补芯$!N#安装套管挂升高短接&)+*'#]套管挂及密封总成$!!#安装)+*'#]套管挂的抗磨补芯"#+%'$]井段钻进作业"并回收抗磨补芯$!##回收水下防喷器组$!)#安装油管头至高压井口头&试压$!%"#下入水下防喷器组至油管头"并下入试压工具试压"回收试压工具$!%%#使用送入工具安装油管挂至油管头$!%$#安装油管挂生产通道的钢丝堵头$!%M#回收水下防喷器组$!%'#安装采油树&试压"并回收油管挂的钢丝堵头$!%*#安装树帽&试压!采油树与树帽使用同一安装工具#$>!安装工具!%#油管挂的安装.使用油套管和送入工具!/5K1397239.??533139/--@"0W S0#"通过防喷器组内部安装油管挂"如图*所示$如需立即清井测试"则送入管柱$此外"还需要配置水下测试树!A5K A.2 /.A//?.."``00#"提供两道安全屏障及应急解脱功能$!$#采油树的安装.使用送入工具!/?..?533139/--@"0S0#安装采油树"如图N所示$如需通过钻井平台完成立即清井测试"则还须使用下部立管总成!X S&#和应急解脱单元!P L&#$ X S&具备剪切钢丝和连续油管的能力"且能封井%P L&用于应急解脱采油树送入管柱$但若采油树的清蜡阀!A e2KD2@D.#具备钢丝'连续油管的剪切能力"可省略X S&和P L&"最终取决于油公司对安全屏障的评估$如通过生产管线进行清井测试"可省略X S&和P L&$!M#通过安装修井控制系统!13A/2@@2/1-3e-?_-D.? =-3/?-@A G A/.C A"J:<O`#"远程控制安装工具$ !结!语水下立式单通道采油树是水下生产系统的常用设备"包含单通道采油树和带油管头的同心采油树两种"两者主要区别在于油管挂的安装位置不同$!%#采用生产通道偏心设计的单通道采油树"通过在油管挂的环空通道设置%+%'']的液控球阀"提供环空通道的屏障"油管挂的安装需水下防喷器提供导向销$!$#生产通道同心设计的单通道采油树"通过在油管挂的环空通道设置液控梭阀!A75//@.D2@D.#提供进入环空通道的屏障"油管挂的安装不需要导向$!M#同心采油树的油管挂安装在油管头$在油管头的环空通道设置一道隔离闸阀提供安全屏障"并提供油管挂的导向装置,,,螺旋套$因此"水下防喷器组不需要导向销"这样增加钻井平台的选择灵活性$另外"可提前安装生产跨接管至油管头"一旦采油树安装完成后"可通过生产管线做测试$!'#与安装测试相关的安全屏障及解脱工具"如水下测试树!``00#&下部立管总成!X S&#&应急解脱单元!P L&#的选用"可根据具体项目的清井测试时间点和油公司对于安全屏障的评估进行选择或取舍$参考文献(%)王宇"张俊斌"蒋世全"等F水下采油树应用技术发展现状(8)F 石油机械"$"%N"''!%$#.*)N'F($)王宇"张俊斌"陈斌"等F深水水下采油树系统的选型方案研究(8)F海洋工程装备与技术"$"%N"M!$#.#*)$F(M)(&J F(&JS&%!("'/7.>1/1-3"$""N F L.A19323>-B.?2/1-3-;A5K A.2 B?->5=/1-3A G A/.C A+R.3.?2@?.I51?.C.3/A23>?.=-C C.3>2/1-3A(`)F (&J"%$$"X`/?../"Q:":2A7139/-3"L O.(&J"$""N F(')L S J X+T U J&F`139@.d-?.`2@.V2352@(P d'O L)FL S J X+ T U J&"W-5A/-3"0.E2A.L S J X+T U J&"$""M F。