采油树设计方案

张力腿平台简介一．第一代张力腿平台总述第一代张力腿平台，即传统类型的张力腿平台，应用时间长、分布范围广、平台数量多、设计理论成熟，在张力腿平台发展的历史中占有很重要的地位。

从1984年至今，世界上建成投入生产的传统类型张力腿平台共有11座，尚未发生过倾覆、沉没等重大事故，拥有优良的工作记录，由此坚定了业界对TLP这种新兴海洋平台结构的信心。

在其发展的20年时间里，世界各国的研究者和工程技术人员积累了丰富的设计应用经验和技术数据，为以后张力腿平台的发展打下了坚实的基础。

在已建成的11座传统类型的张力腿平台中，Shell石油公司在1994—2001年7年间连续建造的5座张力腿平台具有一定的代表性，分别为Auger、Mars、Ram、Ursa和Brutus。

通过第一代张力腿平台的生产实践，进一步证明了张力腿平台在深海域半刚性半柔性的优良运动性能和经济性，但是同时亦发现传统的张力腿平台结构形式仍存在着一定的不足。

①在水深超过1200m的极深水水域，随着张力筋腱长度的增加，出现了张力腿自重过大的问题，并且由于张力筋腱在深水中的受力情况发生改变，因此影响了平台的定位性能。

②在降低造价、改善受力情况和运动性能的方面，传统类型张力腿平台的本体结构仍需要进一步改进。

③差频载荷是一个缓慢变化的力，它将和同样缓慢变化的张力腿平台平面内的运动发生共振。

另外，风的激振力也在这个差频范围内，必然会加剧这种慢漂运动。

④波浪的高频分量和高频水动力会引起张力腿平台平面外的共振，通常称为Springing和Ringing。

张力腿平台结构这两个问题随着水深的增加而加剧，对结构的安全性有很大的影响。

⑤传统的张力腿平台是通过海底基础固定入位的，随着水深的增加，海底基础的设计、施工变得十分复杂。

因此，张力腿平台所具有的经济、安全和良好的动力特性在更深水域中均不能得到充分的发挥，传统类型的张力腿平台结构已经不能很好地适应更深的水域。

各国学者对张力腿平台结构形式的不断改进完善非常重视，因此，混合式张力腿平台及悬式张力腿平台等新型的张力腿平台便应运而生二．张力腿平台的工作原理及性能张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。

２０２４年第５３卷第２期第４１页石油矿场机械犗犐犔　犉犐犈犔犇　犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２４，５３（２）：４１ ４７文章编号：１００１ ３４８２（２０２４）０２ ００４１ ０７水下采油树油管挂犆型锁环高效力学分析王　星，王宝富，鞠少栋，王世强，岳明阳（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，广东深圳，５１８０００）①摘要：为了有效解决水下采油树与油管悬挂器锁紧时，Ｃ型锁环与其驱动部件接触非线性和大变形非线性导致的计算收敛困难、速度慢的问题，提出了一种直接在Ｃ型环上加载径向位移替代传统驱动部件加载的方式进行有限元分析，并结合与驱动部件之间的力学关系推导获取Ｃ型环力学分析结果的方法。

建立了Ｃ型锁环在径向位移加载下的理论数学模型，通过有限元分析验证了理论模型的正确性；结合实际应用模型，验证了该力学分析方法可有效提升有限元分析的收敛速度，具有较强的可行性与高效性，对类似部件力学性能分析具有重要的借鉴意义。

关键词：水下采油树；油管挂；锁环；力学分析；有限元分析中图分类号：ＴＥ９５２ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２４．０２．００６犈犳犳犻犮犻犲狀狋犕犲犮犺犪狀犻犮犪犾犃狀犪犾狔狊犻狊犕犲狋犺狅犱狅犳犔狅犮犽犻狀犵犆 狉犻狀犵狅犳犛狌犫狊犲犪犡 狋狉犲犲犜狌犫犻狀犵犎犪狀犵犲狉ＷＡＮＧＸｉｎｇ，ＷＡＮＧＢａｏｆｕ，ＪＵＳｈａｏｄｏｎｇ，ＷＡＮＧＳｈｉｑｉａｎｇ，ＹＵＥＭｉｎｇｙａｎｇ（犆犖犗犗犆犈狀犲狉犜犲犮犺 犇狉犻犾犾犻狀犵牔犘狉狅犱狌犮狋犻狅狀犆狅．，犛犺犲狀狕犺犲狀５１８０００，犆犺犻狀犪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪）［７］　王冬雪，赵荣军，孟庆荣．ＦＨＺ２８ １０５环形防喷器的研制［Ｊ］．机械设计，２０１３，３０（３）：９９ １０１．［８］　杨玉刚，忽宝明，罗乃林，等．环形防喷器壳体铸造工艺方案的改进［Ｊ］．热加工工艺，２００８（１３）：１３４ １３５．［９］　赵军，唐洋．环形防喷器壳体有限元分析及试验研究［Ｊ］．石油机械，２０１３，４１（２）：８７ ９０．［１０］　朱祥军，吴怡．环形防喷器的声发射检测［Ｊ］．无损检测，２００８，３０（６）：３５９ ３６２．［１１］　邓勇刚，曲伟，李忠明，等．一台环形防喷器壳体内部缺陷的安全评价检测［Ｊ］．价值工程，２０１３，３２（２）：６９ ７０．［１２］　ＷａｎｇＬｉ，ＹａｎｇＴａｎｇ，ＹｕｆａＨｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘ ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｓｔｒｅｓｓｒｅｇｉｏｎｓｏｆｄｅｅｐｗａｔｅｒａｎｎｕｌａｒｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓ，２０１９，１０６：１０４１６１．［１３］　ＭｏａｄｈＭａｌｌｅｋ，ＴａｏｕｆｉｋＷａｓｓａｒ，ＭａｔｔｈｅｗＡ．Ｆｒａｎｃｈｅｋ．ＰｈｙｓｉｃｓＢａｓｅｄＭａｃｈｉｎｅＬｅａｒｎｉｎｇｆｏｒＡｎｎｕｌａｒＢｌｏｗｏｕｔＰｒｅｖｅｎｔｅｒＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｒ］．ＯＴＣ ３０６８４ＭＳ，２０２０．［１４］　唐秋林，黄治湖，郑泳，等．多功能一体式防喷器组研制［Ｊ］．机械工程师，２０２２（２）：３６ ３８．［１５］　Ｍ．Ｂ．Ａｌｌｅｎ，Ｊ．Ｐ．Ｐｒｅｓｔｏｎ，ＰｒｅｓｃｏＳｙｓｔｅｍｓ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａ３０ ｉｎ．，３，０００ ｐｓｉＢｌｏｗｏｕｔＰｒｅｖｅｎｔｅｒ［Ｒ］．１９８６，ＳＰＥ１４９７６．［１６］　ＸｕｍｉｎｇＣｈｅｎ，ＲａｙＺｏｎｏｚ，ＨａｍｉｄＡ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＣｈａｌｌｅｎｇｅｏｆＥｌａｓｔｏｍｅｒＳｅａｌｓｆｏｒＢｌｏｗｏｕｔＰｒｅｖｅｎｔｅｒＢＯＰａｎｄＷｅｌｌｈｅａｄ／ＣｈｒｉｓｔｍａｓＴｒｅｅｓｕｎｄｅｒＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｒ］．ＯＴＣ ３０９４５ ＭＳ，２０２１．［１７］　ＡＳＭＥ锅炉及压力容器材料委员会．ＡＳＭＥ锅炉及压力容器规范［Ｍ］．北京：中国石化出版社，２０１８．①　收稿日期：２０２３ ０９ １３　基金项目：中海油能源发展股份有限公司重大科技专项“浅水水下采油树设计集成技术研究”（ＨＦＫＪ ＺＸ ＧＪ ２０２２ ０５）。

Vol. 6 # No. 5Oct # 2019第6 卷 第5 期2019年10月海洋工程装备与技术OCEAN ENGINEERING EQUIPMENT AND TECHNOLOGY海上规模化稠油热采平台总体配管设计研究巴砚，黄冬云，韩亚冲(中海油研究总院有限责任公司，北京100028)摘要 针对首座海上规模化稠油热采平台开展了总体配管设计研究$通过3D 布置设计得出：稠油热采井口平台井槽间距应适当扩大,采油树分层布置能很好地解决与钻井平台覆盖范围有限的冲突$通过管道应力分析得出：管道自 然补偿连接和旋转补偿器连接都能解决注气时井口抬升带来的注气管道二次应力问题，并推荐在井口区有空间布置足够长的水平直管段时采用自然补偿连接方案。

通过管道保温设计得出：由于海上平台空间紧凑，在做好保温措施的情况下 注气管道散热较小，对蒸汽干度影响较小。

这项研究成果可为今后海上规模化稠油热采平台总体配管设计提供参考。

关键词 稠油热采；海上平台；总体配管设计;井口区；应力分析；管道保温中图分类号：P751文献标志码：A文章编号：2095-7297(^2019)05-0680-05doi ： 10. 12087/oeet. 2095-7297. 2019. 05. 02Research of Layout and Piping Design of ScaleHeavy Oil Thermal Recovery Offshore PlatformBa Yan , Huang Dong-yun # Han Ya-chong(.CNOOC Research Institute Co. , Ltd. , Beijing 100028, China )Abstract Thelayoutandpipingdesignstudywascarriedoutforthefirstscaleheavyoilthermalrecoveryo f shoreplatform.Throughthe3Dlayoutdesign #itisconcludedthatthewe l spacingofheavyoilthermalrecoverywe l headplatform should be appropriately expanded #and the hierarchical arrangement ofChristmas tree can we l solvethe conflictwiththelimitedcoverageofthedri l ingplatform.Throughthepipingstressanalysis #itisconcludedthatboththenaturalcompensationconnectionofthepipesandtheconnectionoftherotatingcompensatorcansolvethesecondary stress problem of the steam injection pipes caused by the rise of we l heads during steam injection. And naturalcompensationconnectionisrecommended whenthereisenoughspacetoarrangelong horizontalstraightpipesinthewe l headarea.Throughtheinsulationdesignofthepipes #itisconcludedthatduetothecompactnessoftheo f shore platform #underthecondition ofgoodinsulation measures #the gasinjection pipes haveless heat dissipationandhaveli t lee f ectonthesteam dryness.Theresearchresultscanprovidereferenceforthelayoutandpipingdesignofthescaleheavyoilthermalrecoveryo f shoreplatformsinthefuture.Keywordsheavy oil thermal recovery % o ffshore platform ； layout and piping design ； wellhead area ； piping stressanalysis ； piping insulation0引言渤海油田油气储量丰富，截至2014年底共发现探明油当量32. 4亿吨，已连续5年稳产3 000万吨以 上,累计产油超过3亿吨油当量，成为我国北方重要的能源生产基地'1($其中稠油资源占有非常大的储量，截至2012年底探明稠油地质储量占总探明石油 地质储量的50.4%2。

油气田采油工程管理纲要矿产开发部制2013年7月25日总则第一条：为规范采油工程管理，提高采油工程技术水平，适应油田勘探开发需要，特制订本《规定》。

第二条：采油工程管理要根据油田地质特点和开发需要，以实现油田高效开发为目标，依靠科学管理和技术创新，优化措施结构，形成适应油田不同开发阶段需要的采油工艺配套技术。

第三条：采油工程管理主要包括：采油工程方案编制及实施，完井与试油，试采管理，生产过程管理，质量控制管理，技术创新与应用和健康安全环境管理。

采油工程方案与设计第一条：采油工程方案是油田开发方案的重要组成部分。

油田投入开发或者区块进行重大调整，采油工程必须早期介入，提前开展必要的前期评价、专题研究和先导性试验，在此基础上编制采油工程方案。

第二条：编制采油工程方案要以提高油田开发水平和总体经济效益为目的，以油藏工程方案为基础，与钻井和地面工程相结合，经多方案比选论证，采用先进实用、安全可靠、经济可行的技术，保证油田高水平、高效益开发。

第三条：注水、注气合天然能量开发的油田，采油方案主要内容为：1、油藏工程方案简介：地质特征、试油试采情况、井网部署、设计井数及井别、产能设计、储层岩石性质、流体性质、流压等2、储层保护设计：进行储层敏感性研究实验，分析储层伤害的潜在因素，筛选与储层配伍的入井流体。

提出储层保护措施。

3、采油工程完井设计：包括完井方式、油管柱结构、生产套管尺寸、射孔工艺和参数、防腐措施、防砂等设计；提出对生产套管强度、固井水泥返高及质量、井口装置等技术要求。

4、采油方式及参数优化设计：采用节点分析和人工举升动态模拟技术，预测不同含水、不同产液指数、不同压力条件下自喷以及各种人工举升方式能够达到的最大合理产液量，综合考虑油田配产以及经济、管理、生产条件等各种因素，确定各个开采阶段的采油方式，并优化生产参数。

5、注入工艺和参数优化设计：进行试注工艺设计，通过试注，搞清楚储层吸入能力和启动压力，根据油藏工程要求，优化注入工艺管柱，计算确定不同开发阶段、不同注入量条件下的井口注入压力，遵循有利保护储层和经济可行的原则，研究确定注入介质的指标。

海上油气田总体开发方案海洋石油工程所处的客观环境与陆上石油工程相比有相当大的差异。

它除了与陆地一样承受天气的影响外，还要承受海洋环境的特殊影响，诸如海浪、海流、海冰以及台风、季风等综合作用，条件恶劣。

在如此恶劣条件下，海洋石油工程中的工程结构物如钻井平台、采油平台、浮动生产平台、生产储油轮、单点系泊装置以及海底管道和管缆等，无论是在施工过程中还是在服役期间，都要经受来自海洋环境的风、波浪、海流、海冰，甚至于地震、海啸等的载荷的作用。

这些海洋环境载荷有时会产生巨大的破坏力，以至影响海洋石油工程的海上正常作业和海上油气田的正常生产。

除了以上自然条件以外，海洋石油开发特点还包括以下几个主要方面：①海洋石油平台工作空间有限；②油气田建设装备工具复杂、科技含量高；③投资大、管理难度大且未知领域多，因此具有高风险性；④人员素质要求高；⑤油气田寿命周期短；⑥后勤保障与陆地不同，要求更高，涉及方面更多、更复杂。

由于海洋石油工程具有这样的开发特点，应针对具体情况认真研究，以对海洋开发的各种状况做到合理及时应对。

正因为这些环境条件和海洋平台设备自身特点的限制，海上油气田开发往往需要与周边油田联合开发，并结合国内外海上油气田先进开发技术，高速、高效开发油气田。

海上油气田开发的原则是：①立足于少井高产；②一套井网开采多套油层，减少生产井数；③人工举升增大生产压差，提高采油速度；④充分合理利用天然能量，节省投资；⑤油田的联合群体开发；⑥尽可能留有油田调整余地和作业条件。

油田开发方案是油气田开发的基础。

对于海上油气田，一个好的开发方案首先应当是地下资源尽量多采出，其次就是要为节省投资创造条件。

海上油藏方案历来着重研究如何在井数较少的情况下获得高产。

井数少可使钻井投资少、平台结构规模小、采油设施装备少，从而减少工程建设投资，降低油气田投产后的操作费用；追求初期产量高可以提高投资回收率，缩短投资回收期，有效缩短开发年限。

油气田总体开发方案主要包括七部分内容。