水下采油树
水下井口及采油树讲义PPT
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防止渔网拖挂及落物保护
1. 水下设备远离固定平台 ，并处于捕鱼作业区。 水下井口的上方水面没 有任何设施，渔船很容 易闯入该区域而用渔网 拖挂坏在海底的水下生 产设备。 水下生产系统的防落物 和渔网拖挂的整体保护 结构主要由采油树基座 框架、采油树整体框架 结构和采油树顶盖组成 。 采油树系统顶部落物保 护的设计参数为50千焦 /0.012平方米。 在设计控制脐带缆分配 盒安装位置时考虑了把 分配盒安装在采油树基 座的下面，从而节约了 额外对分配盒的保护及 相关费用。
惠州26-1北油田水下开发项目
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惠州26-1北油田水下开发项目
惠州26-1油田生产平台
扫线管线
气举管线
生产管线
控制脐带缆 采油树基座 控制管线分配盒
水下采油树
ROV操作面板
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惠州26-1北油田水下开发项目
项目在设计阶段采用了技术创 新，包括扫线回路、防止渔网拖挂 及落物保护等是措施，使油田在8年 的生产期间水下设施没有发生任何 事故而影响生产，节省了大量的作 业费。
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扫线回路的设计
1. 惠州26－1北油田油品性质差， 属高比重、高含蜡和低油气比原 油。而油田处于台风高发区，经 常需要关井撤离，关井期间存在 着原油凝固而堵塞管线的风险。 为了解决这个技术难题，项目组 在研究了几个方案后选择了扫线 回路的设计，即在生产管线和气 举管线的基础上再铺一条4英寸 的扫线管线，并在采油树基座上 和生产管线形成回路。需要扫线 时，从平台泵水通过扫线管线， 再经过采油树基座的回路管线把 生产管线的原油顶回平台，这样 就可以安全关井。 另外，本项 目把联通扫线管线和生产管线的 回路短接安装在采油树基座里， 从而大大简化了制造和海上安装 的界面。
水下采油树本体制造过程关键点质量分析与控制
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
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。
水下采油系统
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
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
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。
水下井口和采油树
二、水下生产系统
4、管汇---安装
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二、水下生产系统
5、脐带缆
塑管
刚管
地面控制水下装置的途径 15
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二、水下生产系统
6、处理系统
大型油气田，油气分离器、除砂器、气体压缩机等
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三、水下井口
1、水下井口的类型
H4
HUB
VX Seal Flush Ports (4) Places Adapter Kit for standard 27? wellhead Rig Installed
示例：Cameron垂直式接头安装工具
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Hydraulic VX/VT Retainer Pins (4) Places
Hydrate Seal
SMS-700 30? OD Wellhead
井口连接器
MS-700 27? OD Wellhead
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三、水下井口
4、防浅层气/水流
Flow Port
Ball Valve Flow Shut-Off Sleeve 36? Conductor 36? Conductor 36? Conductor 26? Casing Hanger
20? Casing String 20? Casing String
20" Casing Hanger with MS-1 Seal
24? Casing Hanger
36? Conductor
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四、水下采油树
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四、水下采油树
1、概况 1.2 发展趋势
1、第一口水下树1947年， 水深40英尺，加拿大 2、最深，墨西哥湾，接
浅水水下卧式采油树结构设计分析
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。
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惠洲油田的概况
HZ21-1SS油田
水深也是115米，只有一口井，采用水下 完井，通过生产管线回接到距离7公里远 的HZ21-1平台上。通过控制管缆实现对 水下采油树的控制、数据采集和化学药剂 注入；采用气举采油方式，有独立的气举 管线；但是所有的控制系统和水下分配箱 都是按两口井的控制设计的。
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中海石油研究中心
TREE BODY
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中海石油研究中心
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HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
采油树与井口回接系统 （CONNECTOR TIE-BACK） 该系统由上下两部分组成，它的主要功能是为采油树 体和水下井口之间的18-3/4″VX型垫片提供第二道屏障 ，它的上部分叫做Upper Alignment Stab，其顶部与 树体相接并密封，其下部分叫Lower Alignment Stab ，其底部与9-5/8″的套管悬挂器相接并密封，中间由上 下两部分相接并密封，这里所有的密封均采用金属附 加弹性体的方式，能承受5000 PSI的压力。有此回接 系统，井口和采油树之间的连接密封就不会受到井下 压力的作用，其可靠性大为增强
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树体 （TREE BODY） 采油树与井口回接系统 （CONNECTOR TIE-BACK） 井口连接器 （WELLHEAD CONNECTOR） 采油树内帽 （INTERNAL TREE CAP） 阀门 （VALVE BLOCK & VALVE)
CNOOC Research Center
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HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
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管毂的连接(Flowline Hub)
管毂连接采油树生产管线和注气管线(4″/ 2″)，安装在 PGB上 海底管线和注气管线分别与PGB上对应的管线连接 通过安装在采油树上的Flowline Hub连接器11″-5000 PSI (WP) FMC Torus Ⅱ，以液压驱动方式与PGB上 的管毂连接 液压控制Flowline Hub连接器与PGB的连接和解脱， 将采油树提出水面进行维修、密封垫片的更换等工作
中海石油研究中心
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中海石油研究中心
CNOOC Research Center
惠洲油田的概况
HZ32-5油田
水深115米，两口井相距仅500米，采用水 下井口完井，通过独立的生产管线回接到 距离4公里远的HZ26-1平台上。两井共用 一条控制管缆（UMBILICAL），通过水 下管缆分配箱实现单井控制、数据采集和 化学药剂注入；采用气举采油方式，有独 立的气举管线。
VALVE BLOCK
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HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
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控制系统界面（CONTROL SYSTEM INTERFACES） 修井控制系统(WOCS) 生产控制系统(PCS) 电液转换控制方式 液压控制系统：通过电液转换模块上的蓄能器及安装在采油树上 的水下控制模块（SCM）由上部控制设施控制各液压驱动的阀门 电气控制系统：通过安装在采油树上的水下控制模块（SCM）实 现监控电信号的传输
水下采油树
开发设计部
张伟
2004年1月10日
HZ32-5/HZ21-1SS油田水下采油树
水下生产系统的应用
水下采油树的基本形式
惠洲油田的概况
HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
油管挂及操作工具
水下采油树操作工具
永久导向基础 水下管汇
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中海石油研究中心
CNOOC Research Center
HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
液压驱动的阀门（VALVE ACTUATORS）
PMV
PWV AMV
Production Master Valve
Production Wing Valve Annulus Master Valve
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中海石油研究中心
水下生产系统的应用
水下生产系统的优点
初投资低
水下设备可重复利用
可对探井用卫星井进行完井生产
油井布置十分灵活 节省平台空间
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水下生产系统的应用
水下生产系统的缺点
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HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
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连接水下井口
采油树生产导向基础(PGB)首先座落在30″井口套管 (Housing) 上, PGB上的重力锁紧装置自动与套管锁紧
采油树沿PGB导向绳及导向柱(Guidepost)就位 FMC TorusIV-18-3/4″10000 PSI（工作压力）的液压采 油树连接器与18-3/4″水下井口连接锁紧 液压控制采油树与井口的连接和解脱，将采油树提出水 面进行维修、密封垫片的更换等工作
Surface Well Systems
Light Well Intervention Turret Mooring Systems
Standard Subsea Trees
Subsea Processing
Subsea Manifold Smart Well Control Systems Subsea Template Systems Guidelineless Deepwater Trees ROV Tie-In Systems CNOOC Research Center
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井口连接器
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井口/管毂连接器
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HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
从结构上分类
立式采油树（CONVENTIONAL
X’TREE
）
PMV、PWV & SCSSV垂直排列
卧式采油树（HORIZONTAL
X’TREE）
PMV、PWV在树体外水平排列
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采油树上所有的阀门可以手动或由ROV来操作 ，因此阀的转动力具有一定的限制。通常情况 下，阀门的密封应采用金属对金属而且是双向 密封。需要润滑的部分通常由控制液来完成。 如果无润滑，应该能保证一定次数的动作，如 250次关闭开启
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水下采油树的基本形式
从形式上分类
干式采油树
湿式采油树
干/湿式采油树
沉箱式采油树
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水下采油树的基本形式
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水下生产系统的应用
基本形式
水下卫星井完井，井液从各卫星井通过海 底管线汇集到水下管汇，通过立管输送到 平台、FPSO或经海底管线外输 不经管汇的水下卫星井完井，每口井的井 液由立管输往浮式生产系统或平台
水下多井完井，在多井底盘上打斜井然后 水下完井，经水下管汇汇集井液，通过立 管外输 各卫星井和丛式井的井液汇集到水下管汇 外输
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阀门 （VALVE BLOCK & VALVE) 生产阀门 PMV、PWV 注气管线阀门 AMV、AWV CIV1、CIV2 化学药剂注入管线阀门
转换阀 XOV
环空通路阀 AAV1、AAV2 监视采油树内部部件工作状态的TCM阀、RCM阀及GT 阀和压力传感器关断阀APTIV及PPTIV PGB上的生产关断阀PIV、清管阀PGV和气举关断阀 GIV
液压驱动的阀门（VALVE ACTUATORS）
监控装置 (MONITORING EQUIPMENT)
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HZ32-5/21-1SS油田水下采油树
控制系统界面（CONTROL SYSTEM INTERFACES） ROV控制盘 （ROV CONTROL PANEL） 气举CHOKE （GAS LIFT CHOKE）
采油树内帽 （INTERNAL TREE CAP）
采油树内帽安装在油管挂的顶部，依靠液压式 起下工具与树体相连，与树体之间的密封为金 属对金属结合弹性密封物，为树体内部与环境 隔绝提供第二道屏障，另外在生产期间为油管 挂提供第二道固定装置，避免油管挂在油井热 力及压力变化下产生移位
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