水下井口
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。
水下井口完井井筒清洁常用技术探索
水下井口完井井筒清洁常用技术探索摘要：随着在南中国海不断有新油田的发现，采用水下井口开发的油气田也越来越多。
相对于传统导管架平台，水下井口的钻完井有其特殊性。
完井作业中的井筒清洁问题给作业带来极大的挑战和困难，因此也越来越受到重视。
国外水下井口完井经验表明30%的非生产时间来自井筒清洁问题。
本文将介绍水下井口完井井筒清洁的重要性以及常用的清洁工具。
关键词：水下井口完井；井筒清洁一水下井口完井常见井筒清洁问题钻井作业结束后井筒清洁程度实际上是相当差的，如右图，地面收集的碎屑相当丰富，常见的碎屑主要表现在岩屑、水泥、铁锈、橡胶、金属等。
国外水下井口完井经验表明30%的非生产时间来自井筒清洁问题。
由此可见，在某种意义上说井筒清洁程度很大程度上决定事故和复杂情况发生的概率。
我国海上油气田的开发至今已有30多年历史，但开发的油气田大多位于滩海、浅海、近海。
目前随着深水区域的油气田发现，我国海洋石油也开始逐步走向深海，采用水下井口开发的油气田也越来越多，像早期LH11-1油田，到近年来的自主开发的水下井口油气田。
仅从国内海洋石油应用水下采油树开发油气田的作业情况来看，井筒清洁问题是导致非生产时效产生的一个重要因素，根据以往的作业经验，某气田水下井口完井时充分考虑了井眼清洁问题，全面使用了清洁工具，作业上有效的避免了井筒清洁问题带来的复杂情况。
井筒清洁不够常常给作业带来挑战，给作业造成复杂情况，常见的复杂情况主要有：1）下部完井管柱，例如防砂管柱，下入不顺利，提前遇阻、坐挂失败，无法正常下至井底；2）上部完井管柱，下入不顺利，提前遇阻、坐挂失败，无法正常下至设计要求，例如插入密封无法到位；3）油管挂无法正常到位，油管挂锁紧困难或锁紧失败，严重时导致起管柱；4）油管挂等工具的特殊连接接头撞伤、损坏，例如油管挂上的各种井下穿越接头；5）钢丝作业下入工作筒坐封堵头困难，严重时无法下入坐封堵头，导致坐封生产封隔器失败；6）钢丝下入油管挂堵头困难；7）井下工具密封容易被磨损，导致相关作业失败，例如上部完井插入密封、生产封隔器胶皮、油管挂密封等容易被损伤，导致密封失效；8）采油树内树帽到位、锁紧困难。
水下井口组合环空密封件的设计
1 水下井口金属与非金属组合环空密封件结构设计在实际的深海油气开采过程中，水下井口安装到位后，应安装相配的承载环，随后按照尺寸由大到小的顺序将相应尺寸的套管挂依次下入至水下井口中。
此时在水下井口和每一层套管挂之间均形成环空间隙。
钻井过程中遇到的高压油气会通过这些环空间隙冲击环空密封，如若环空密封失效，轻则造成油气泄漏，产生污染，重则发生爆炸，造成人员伤亡。
为了防止此类情况发生，在每一层套管挂和水下井口之间形成的环空间隙均应安装环空密封件，在每一层套管挂安装完成后，下入一个井口环空密封包。
密封包安装到位后，金属与非金属组合密封件被激发，密封件与接触面发生挤压(产生弹性形变)形成预密封，同时两道锁紧环被撑开，分别进入水下井口和套管挂上设置的限位槽，起到对井口密封包限位的作用。
水下井口环空密封具体结构如图1所示。
图1 水下井口环空密封结构示意(激发状态)井口环空密封包的核心部件是金属与非金属组合密封0 引言浮式钻井系统水下井口安装时，随着不同尺寸套管悬挂器逐层进行安装，各层套管悬挂器与井口本体之间形成环空间隙，为了防止环空间隙出现流体泄漏，须设计相应的耐高压密封件对水下井口和套管悬挂器之间的环空间隙进行密封，该类环空密封件对于水下生产系统的安全生产起到了关键作用。
侯超等[1]对水下井口系统用主要密封装置进行研究，总结出密封材料选取、密封结构设计、密封装置加工及密封装置下方技术等水下井口系统密封技术关键点。
李振涛[2]对油管悬挂器MEC 密封结构的基本设计及性能进行研究，通过ABAQUS 软件对34.5 MPa ，20～120 ℃的工况条件下不同压缩量、不同油压等参数条件密封件的密封性能进行有限元分析，得到了此型密封件较为合理的设计数据。
张凯等[3]对水下采油树油管悬挂器密封结构作介绍，并结合国外著名制造公司的产品对其发展现状进行详尽分析，对比了不同类型密封件的性能，总结出水下生产系统密封的关键技术及未来的发展趋势。
国产深水水下井口发展现状
1 引言海洋水下井口和采油树装备起源于20世纪60年代，随着时间的推移和技术不断积累和完善，形成了水下井口、水下采油树、水下管汇、水下远程控制系统等在内的功能配套的水下生产系统[1-2]。
水下井口是安装在海底的井口装置，是水下生产系统必不可少的组成部分，井井必用，起到连接和支撑防喷器组与套管串、承受和隔离井下压力的作用，是井筒完整性管理重要屏障。
我国在海洋水下井口及采油装备的技术研究方面起步较晚，近年，以宝鸡石油机械有限责任公司（以下简称“宝鸡石油”）、华北荣盛机械制造有限公司、江汉石油钻头股份有限公司（以下简称“江钻机械”）、重庆前卫科技集团有限公司（以下简称“重庆前卫”）、中国海洋石油集团有限公司（包括中国海洋石油集团有限公司、中海油研究总院有限责任公司、中海油能源发展股份有限公司，以下统称“中海油”）为主的多家公司，先后投身海洋装备事业发展，加大了海洋水上、水下装备的研究力度，成立了专门的研究机构，开展水下井口等相关技术研究，为我国海洋装备技术的全面快速发展提供良好的技术支撑[3]。
笔者对现有国产水下井口发展现状进行梳理，在现有国产水下井口研究的基础上，针对国产水下井口的未来发展提出建议，以期为我国深水水下井口的发展及大规模应用提供新思路。
2 国内深水钻井水下井口发展现状国内对深水水下井口的研究起步较晚，近年来积极进行了大量的研究工作，国产的深水水下井口取得了长足的发展与进步，国内多家企业已先后开展深水水下井口样机研发工作，宝鸡石油、江钻机械、中海油、重庆前卫、美钻石油钻采系统（上海）有限公司（以下简称“上海美钻”）、上海霞为石油设备技术服务有限公司（以下简称“上海霞为”）陆续完成深水水下井口的研制、测试工作。
[4]SW18-3/4-10、KSW-10、MDSW-10、DH-10等4款10000psi深水水下井口的成功研制，标志着国内井口厂家解决了国产深水水下井口有无的问题。
SXW-15、KSW-15两款15000psi深水水下井口完成了海试及示范应用，标志着国内井口厂家解决了国产深水水下井口安全应用的问题，也标志着国产深水水下井口登上了历史舞台，将逐渐改变国内水下井口产品及服务完全依赖国外的现状。
一般水下井口系统
水下井口系统水下井口系统(Fig. 1)是一个压力容器，在钻井过程中，它提供了套管的悬挂和密封途径。
井口还为水下防喷器和隔水管提供了锁紧端面，使之可以连接到浮式钻机上。
用这种方法，到达井口的路径就处于压力可控的环境中了。
水下井口系统位于海底，需要使用下入工具和钻杆进行远程安装。
Fig. 1—图例是一种典型的水下井口系统，安装了临时弃井盖帽。
井口中配置了额30 × 20 × 13⅜ × 9⅝ × 7-in的套管。
Contents1 水下井口系统o 1.1 Drilling guide baseo 1.2 Low-pressure housingo 1.3 High-pressure housingo 1.4 Casing hangerso 1.5 Metal-to metal annulus seal assemblyo 1.6 Bore protectors and wear bushingso 1.7 Running and test tools1.7.1 Conductor wellhead running tool1.7.2 High-pressure wellhead running tool1.7.3 Casing-hanger seal-assembly running tool1.7.4 Multipurpose tool and accessories1.7.5 BOP isolation test tool1.7.6 Seal-assembly running tool水下井口系统水下井口在内径上设计了一个着陆台肩，位于井口本体的底部。
后续的套管悬挂器都挂在之前的套管悬挂器上。
套管会悬挂在套管悬挂器的顶部，最终全部累加在最初一级的着陆台肩上。
每一个套管悬挂器都通过密封，将井口罩内部与悬挂器外部隔开，该密封总成采用真正的金属对金属密封。
这种密封总成在套管之间形成了压力隔离。
水下井口
DRIL-QUIP公司的SS-10 C型水下井口系统, 该系统是靠钢圈金属面密封的，抗压10000psi。
SS-10 C型水下井口系统具有以下特点：●操作简便、安全、可靠；●使用较少的送入工具；●密封总成靠金属密封；●重力坐封密封总成；●同一个密封总成适用于所有的13-3/8”套管和较小尺寸的套管；●密封总成可以直接被起出来而不需要转动；●下入过程中不能左转；●所有的套管悬挂器在井口头处自动居中；●套管悬挂器周围有较大面积的流道；●套管悬挂器可以被锁定在井口头处；●可以在下入抗磨补芯的条件下对防喷器试压；●所有的套管悬挂器上都有标准的水下回接面；●系统安装步骤简单，使用工具少。
一、准备工作：运送前仔细检查SS-10水下井口系统的所有部件，保证在不被破坏，在使用前处于良好的状态。
1、检查永久导向基板（PGB）的零件号是否与30”套管头的零件号相匹配，并记录PGB的零件号和序列号；2、检查固定销钉、锁紧销钉，确保可以插入导向柱板上的销钉孔内；3、检查导向柱，确保BOP可以顺利插入导向柱；4、检查PGB上部中央固定环，看是否有裂纹、滑痕、凹痕等；5、事先在PGB上安装水平仪，检查是否与PGB垂直，并确定水平仪安装在ROV可以看到的地方；6、在30”井口头以下5米涂上白漆，每0.5米涂一道白漆，在30”导管以上5米涂上白漆，每0.5米一道；二、30”井口头的下入顺序1、连接30”井口头送入工具，在工具上部接631*410的变扣接头，上面接一柱加重钻杆，立于钻台；2、在月池上装好永久性导向基板和导向柱，为了便于辨认，将导向柱涂上白漆并按顺序编号；在导向柱上安装上导向绳；3、一开钻36”井眼至122米（水深40米，转盘面高度25米）；4、下30”浮鞋穿过转盘面到月池，通水检查浮鞋是否正常，继续下套管穿过导向基板，在套管通过PGB的时候注意观察不要被挂住；5、在最后一根导管上接30”井口头，然后坐在转盘面上。
浅谈采油井口装备技术现状及发展方向
浅谈采油井口装备技术现状及发展方向摘要：海洋水下井口和采油装备起源于20世纪60年代，水下井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要单元装备，也是水下生产系统的关键设备。
本文概述了海洋水下井口和采油装备的技术现状，同时阐述了海洋水下井口和采油装备发展方向。
关键词：采油井口装备技术现状发展方向前言水下井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要单元装备，也是水下生产系统的关键设备。
一般来说，海洋水下生产系统由多套水下井口和采油装备构成，水下井口和采油装备作为海底油气输送通道中的关键节点，其主要功能是有效控制来自海底井口的工作压力，保证海底油气按照设定的流速和流量输送到海底油气集输处理系统，并最终输送到采油平台及海岸线上。
长期以来，水下井口和采油装备受西方发达国家的技术垄断和高技术、高风险及高价位等多方面因素的影响，包括我国在内的许多发展中国家只能依赖于进口以实施海洋油气田的开发建设。
这不仅增加了海洋油气资源的开采成本，而且往往受交货期、服务和配件供应等因素制约，严重影响了我国海洋油气资源的开发进度。
一、海洋水下井口、采油装备技术现状海洋水下井口和采油装备起源于20世纪60年代。
1967年，美国的FMC公司生产出全球第1套水下采油树，用于墨西哥湾海域，适应水深能力20m。
随着时间的推移和技术的不断积累和完善，海洋水下井口和采油装备得到了快速发展。
就其具备规模的公司来说，除FMC公司外，美国GE-VetcoGray公司、Caneron 公司、D ril-qu ip公司和挪威Aker Kvaemer公司等均有很强的技术实力；就其设备形式而言，目前已有水平采油树、垂直采油树、混合采油树和有导向绳式采油树及无导向绳式采油树等多种结构形式。
同样，水下井口装备也经历了一个从陆地到海洋，从干式到湿式，从简单到复杂，从浅水到深水的漫长发展历程，当前能够满足的水深范围已达到3000m。
工作压力已形14MPa，21MPa，35MPa，70MPa，105MPa到140MPa等不同的系列。
第三章井口设备
第三章井口设备本章根据海上油田的特点，介绍海底钻井底盘、海底井口回接和水下井口。
海底完井的水下井口，为海上油气田开发中所特有，目前在南海东部某深水油田已应用，因此，本章以相当的篇幅予以系统的介绍，诸如水下总管汇、跨接管、悬挂式立管及悬挂系统、水下井口支持系统、水下控制设备、柔性立管及水下井口的安装等。
第一节海底钻井底盘一、海底钻井底盘的概念在确定海上油气田投入开发后，为了尽可能缩短油气田开发建设周期，在生产平台导管架平台上的生产及生活设施进行设计和建造的同时，先在井位上安装好海底钻井底盘，通过底盘上的井槽预钻部份或全部的开发井，完钻后临时弃井，撤离钻井船，待导管架和设备建造完成并经海上安装调试后，再从底盘上的海底井口回接各层套管到生产平台上。
因此，海底钻井底盘的作用是导引钻井工具，承接并校准海底井口装置（有的还能够承接海底管汇装置），按底盘上设计的井槽数进行预钻开发井。
海底钻井底盘的结构及规格主要是根据油田设计需钻的开发井井数、作业区的水深和海况等因素来确定。
底盘可分为定距式、整体式、组装式和悬挂式组合四种。
二、海底钻井底盘的结构、规格及特点1．定距式底盘定距式底盘是用于与平台回接完井中最简单的一种底盘，图3-1-1是一种四口井的定距式底盘。
底盘构架用管材焊接而成，其主要构件有井口套、桩管套及相应附件。
底盘上每口井的井槽顶部有一个漏斗结构，其中可座放一个可回收的导引构件，此种底盘安有两个导引桩管套。
定距式底盘通常用于井数不大于六口井的情况，一般应用在勘探钻井期。
定距式底盘设计成可接收半径为1.83m（6ft）的标准导向绳钻井设备和BOP装置，不需要平台起重机，定距式底盘即可直接通过月池或敞开的蜘蛛梁。
由于底盘上安装有万向井孔套，因此，如果海底斜率小于3度时，此种底盘元须找平。
定距式底盘也可用于具有泥线悬挂设备的自升式平台。
2．整体式底盘整体式底盘的基本组件为：1）底盘构架，由不同规格的管材焊接而成。
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水下井口装置
自1947年美国首次提出水下井口概念以来，水下生产技术不断发展并逐步应用于(超)深水领域。
水下井口和采油树作为水下生产系统的关键设备，其深水安全作业和现场应用技术的尤为重要。
水下井口和采油装备作为海底油气输送通道中的关键节点，其主要功能是有效控制来自海底井口的工作压力，保证海底油气按照设定的流速和流量输送到海底油气集输处理系统，并最终输送到采油平台及海岸线上。
海洋水下井口、采油装备仅是整个水下生产系统中的单元产品，1套水下生产系统可以包含多个水下井口、采油装备，1套水下井口和采油装备一般只对应1个海底油井。
通常水下生产系统的工作流程为:安装在海床上的各个水下井口和水下采油树采出的井液通过水下管汇输送到水下管汇中心，水下管汇中心完成对各井井液的单井计量、汇集和增压，然后通过海底管线输送到浮式生产系统上进行处理和储运。
水上控制系统通过水下管汇中心对水下井口进行控制、关断、注水、注气、注化学药剂以及维护作业。
一套完整的水下井口和采油装备主要由水下井口、水下采油树和中间连接器（也称水下连接器）这3种相互独立并具有不同功能的设备构成，水下井口装置与套管连接，安放在井口上部的海床上，水下采油树通过中间连接器与水下井口装置连接在一起工作。
水下井口装置通常分为2大类:一是被安装于海底的湿式井口装置;二是被安装于生产平台上的干式井口装置。
井口装置总是处在采油树之下，水下井口装置安装在海床上，而平台井口装置通常安装在低于平台甲板的位置。
水下井口装置主要有分散式和集中式2种形式。
分散式水下井口装置一般适合于作业海域海流流向沿深度分布比较一致并相对稳定的工况，水下井口之间可以通过柔性管线相连或与总管汇相连，也可直接与油轮连接。
其优点是对井口表层套管的定位精度要求低，其不足是水下井口之间的软管和特种液压接头的成本及安装费用较高，海流方向不稳定时易使软管缠绕，造成软管和接头部位损坏，单井修井会影响其它井生产，施工安装时对海况要求高、时间长。
集中式水下井口装置适用于各种海流条件，井口导向底座之间采用刚性跨接管相连成一个整体，对井口和表层套管定位精度要求高。
其优点是:刚性跨接管接头成本远低于柔性软管和液压接头，只相当于软管的撼单井修井作业不影响其他井正常生产，相对独立的软管可以单独安装和回收，且移动范围小，不会发生软管的摩擦和缠绕，刚性跨接管的测量、安装和回收作业可以与其他作业同时进行，且不需要动用其他船只，能在较恶劣的海况下正常作业。
FMC公司的水下井口有UWDII和UWD15两种形式，其差别是额定压力不同UWDII 的额定压力为70 MPa，UWD15的额定压力较高，为105MPa目前UWD15使用最普遍，这一系统仅需4种工具就可以安装。
水下井口装置主要包括套管、套管头、井口套、套管悬挂器和密封总成等。
套管和套管头通过焊接或通过套管短节搭接。
水下井口装置由多层套管按照一定的连接方式组成，最外层套管通常为φ762mm(30英寸)套管头，其主要功能是承受内层各套管的重力、防止反转(设计有各种槽口)、承受套管柱载荷（设计有台阶)以及密封口等。
井口套为水下井口装置的主体，通常φ476mm井口套为水下井口套的标准尺寸，不仅能够用卡箍或圆形销与己有的井口连接器配合，而且其底部预留的对接焊口可与用户需要的加厚壁厚相匹配。
另外，井口套中间部位设计有开口锁定环、防反转锁销和底部反馈环等，用于套管头的可靠锁定，防止井口套与φ762 mm(30英寸)套管头相对转动及钻井液返回等。
套管悬挂器用于悬挂内层各套管，其尺寸比较多。
其中φ340、244和178mm，3种尺寸套管悬挂器使用最普遍。
密封总成用于封闭套管与套管之间的环空，其结构有金属对金属密封及橡胶环形密封等多种形式。