水下井口和采油树
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
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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：
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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。
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。
钻井基础知识-井口装置及采油树讲座PPT课件
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井口装置及采油树讲座
4、垂直通径
垂直通经：
是指能够通过工具或井下没备的最小垂直孔径。 API 要求井口本体垂直通径应比本体上的套管 通径约大0.8mm（1/32in）。 符合这个要求的井口本体称为全开孔径。
本体最小垂直全开通径与下部所接套管的最大 尺寸应符合表3 的对应关系。
表3 本体最小垂直全开通径和套管最大尺寸
图2 典型井口装置
图2 为典型的井 口装置，其主要由套 管头、油管头及其它 配套部件构成。
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井口装置及采油树讲座
1、套管头
1、套管头 2、套管悬挂器 3、油管头 4、油管悬挂器 5、转换连接和转换法兰 6、悬挂器的固定螺丝。 7、测试孔和控制管线入口
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1类 70000(483) 36000(248) 22 30 ③ ③ ③
2类 90000(621) 60000(414) 18 35 ③ ③ ③ ③
3类 100000(690) 75000(517) 17 35 ③ ③ ③ ③
4类 70000(483) 45000(310) 19 32 0.35 0.90 0.05 0.05
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井口装置及采油树讲座
表1 井口装置钢材特性的说明：
①1、2、3、4类这些名称是API井口设备和阀门标 准化委员选定的命名方法，用以鉴别属于表列抗 张强度范围的材料。 ②用4类钢制成的法兰认为是易于焊接的，然而经 验证明，在各种情况下最好适当预热，而且在 40°F(4℃)以下的大气温度电焊时，必须预热。 ③指在这一规范中没有列出1、2、3类材料的化学 分析数据是有意的，以使制造厂商有充分的自由去 研制适合这一重要服务领域所遇到的多种要求的钢 材。
井口和采油树培训资料
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阀门面封
面密封 阀座面密封也是一种截 面较小的lip seal，主要用于 在低压情况下，阀体与阀座 的密封。弹簧金属与杆密封 相同，密封材料用的是填充 聚醚醚酮树脂PEEK。 PEEK最高适应温度在 480℉，填充适当物质可以提 高其温度性能。磨阻系数低 ，稳定性好，特别适合做面 密封一类的静密封。 PTFE和PEEK都是可以 直接暴露在NACE 酸性环境 中的非金属材料。
阀门结构特点
力学性能：摩擦系数极小，是全氟表面的重要特征，又由于氟-碳链 分力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性；聚四氟乙烯在-196-260 ℃的 较广温度范围内均保持优良的力学性能；
7、提供最可靠的安全保障－－金属对金属密封的阀杆后座能允许阀 体在容纳压力的情况下更换盘根。
8、阀盖与阀体采用金属对金属密封,密封钢圈采用300系列的不锈钢制 造， 有些密封钢圈的外形结构设计，可以使密封钢圈重复使用多次 ，而无需进行更换。
3、阀板与阀座之间采用金属对金属密封。 4、绝对闭合－阀座与阀板的表面经过精密磨和手工研磨
确保平面度，保证相互之间相互吸合， 使密封更加可靠 。 5、阀座与阀体的密封采用PEEK +Incoloy弹性骨架,该 PEEK材料具有优良的密封性能，能够在超低温和超高温 条件下正常工作, 抗各类酸的腐蚀，该密封使阀门实现进 口端密封。 6 、阀杆与阀盖的密封采用进口盘根，其材料为 777PTFE+Incoloy弹性骨架，该U形盘根最大可承受 20000Psi的压力，可以耐低温-120℃, 耐高温288℃ ,并能抗 各类酸的腐蚀。
金属材料的化学成分分析，热处理硬度控制（按照NACE要 求）是重要的试验内容。
水下井口装置与采油树应力计算与分析方法应用
2 许用应力的选择方法2.1 材料许用应力的选择2.1.1 标准材料根据ASME BPVC ：2004以及2005和2006增补，第Ⅷ卷第2册附录4所述，对于承压装置的设计计算，设计的许用应力分别按公式(1)和公式(2)中的准则进行限定，S T 为静水压试验压力下的最大许用的总体一次薄膜应力强度，S m 为额定压力下的设计应力强度：T y y 50.836S S S == (1)m y y 20.673S S S == (2)式中：S y 为材料规定的最小屈服强度。
2.1.2 非标准材料根据ASME BPVC ：2004以及2005和2006增补，第Ⅷ卷第2册附录4所述，应用于非标准材料承压装置的设计计算，设计的许用应力分别按公式(3)、(4)和(5)中的准则进行限定，S T 为静水压试验压力下的最大许用的总体初始薄膜应力强度，S m 为额定压力下的设计应力强度，S s 为初始应力和次应力的最大合成强度：T y m,min 52min(,)63S S R = (3)m y m,min 21min(,)32S S R = (4)s y m,min min(2,)S S R = (5)式中：R m 为材料规定的极限抗拉强度。
0 引言在水下井口装置与采油树的设计过程中，存在除了承载紧固件和钢结构外，大量为控压或承压设备，这些设备的零部件存在各种类型的非标设计。
为了保证它们在试验和使用过程中的安全性，需要进行大量的力学计算。
在进行初步计算时，需要综合材料、工况等条件，并合理选用许用应力和应力准则[1-2]。
在进行有限元分析复验时，还需要对这些工况条件下的应力进行应力分类和线性化，严格按照不同类型的应力进行强度校核[3-4]。
本文着重介绍了水下井口装置与采油树所常用的应力计算与分析方法。
1 标准材料与非标准材料在进行设计计算分析时，我们需要初步知悉所使用材料的机械性能。
关于标准材料与非标准材料，其应力计算与分析过程是有所区别的。
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。
GB-T-21412.4-《水下井口装置和采油树设备》目录(等同于ISO-13628.4-1999)
GB/T21412《石油天然气工业水下生产系统的设计与操作》分为九个部分:---第1部分:总要求和建议;---第2部分:水下和海上用软管系统;---第3部分:过出油管(TFL)系统;---第4部分:水下井口装置和采油树设备;---第5部分:水下控制管缆;---第6部分:水下生产控制系统;---第7部分:修井和(或)完井立管系统;---第8部分:水下生产系统远程作业机器人(ROV)接口;---第9部分:远程作业工具(ROT)维修系统。
本部分为GB/T21412的第4部分,对应于ISO136284:1999《石油和天然气工业水下生产系统的设计与操作第4部分:水下井口装置和采油树设备》(英文第1版)。
本部分等同翻译ISO136284:1999,为了便于使用,本部分做了下列编辑性修改:---ISO13628的本部分改为GB/T21412的本部分或本部分;---用小数点.代替作为小数点的逗号,;---将ISO136284:1999中的ISO10423和ISO10423:1994统一为ISO10423:1994;---在第2章引用文件中,用ISO13533、ISO13625、ISO13628 3 分别代替APISpec16A、APISpec16R、APIRP17C 并增加了标准中文名称;---对表面粗糙度值进行了转换;---表7(A)中转换了螺栓直径并增加了螺栓孔直径公制尺寸值;表9(B)和表10(B)中增加了螺栓孔直径公制尺寸值;---表G.1中增加了螺栓直径和螺距公制尺寸值;---删除了ISO136284:1999的前言和引言;---增加了本部分的前言。
本部分的附录E、附录G 和附录H 为规范性附录,附录A、附录B、附录C、附录D、附录F和附录I为资料性附录。
本部分由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归口。
本部分负责起草单位:宝鸡石油机械有限责任公司。
本部分参加起草单位:中国海洋石油总公司、石油工业井控装置质量监督检验中心。
井口采油树的原理
井口采油树的原理
井口采油树是石油开采中的一种设备，用于控制井口的油气流量和压力。
它通常安装在井口上方，连接着井筒和输送管道。
以下是井口采油树的基本原理：
1. 控制油气流量：井口采油树可以通过打开或关闭阀门来控制油气的流入和流出。
通过调整阀门的开闭程度，可以控制油气的产量和流速。
2. 调节井口压力：井口采油树还可以调节井口的压力。
通过调整阀门的开闭程度，可以增加或减少井口的压力，以满足油田开采的需求。
3. 防止井喷：井口采油树还具有防止井喷的功能。
如果井底的压力突然升高，采油树可以通过关闭阀门来切断井口与井底之间的连接，阻止油气喷出。
4. 安全措施：井口采油树还配备了多种安全装置，如压力传感器、温度传感器和阀门故障监测装置等，以确保井口的安全运行和监测。
总的来说，井口采油树的原理是通过控制阀门开闭来调节油气流量和压力，以确保安全、高效地开采油田资源。
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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
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一、概 述
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一、概 述
BP Lan Tay气田 5口 850m
英国 Total otter 油田 6口
184m，回接至21km外
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一、概 述
文昌油田蓝图
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二、水下生产系统
2、跨接管---快速接头
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二、水下生产系统
4、管汇
包括：PLEM、PLET、Manifold等
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近9000英尺
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四、水下采油树
1、概况 1.3 水下采油树方向
后 右
海管为前 后左右四个方向
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四、水下采油树
1.5 水下采油树与外部的接口有四处：
2、 外输管线接口（ROV或Diver安装） 标准接口，可以由采油树厂家提供，采油树厂家组装。
Reliance India KG-D6 1000m419口
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一、概 述
流花11-1油田 300m 25口 国内已采用水下采油树的合作油田 还包括陆丰22-1、惠州26-1N和惠州 32-5油田。
即将应用的油气田包括：YC13-4、
Total Afica Dalia oil 71口 1200~1500m
一、概 述
1
1
一、概 述
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一、概 述
Total Akpo Nigeria 气田 37/44口 1400m
• 37 双通道立式采油树 • 10 管汇 • 生产控制 • 多相流量计 • 跨接管 3 • 吸力锚 3
一、概 述
Murphy Malaysia KiKeh1350m South China Sea
42? Conductor
36? Conductor
MUDLINE
26? Casing Hanger 26? Casing Hanger Sub Mudline Casing Hanger w/High Integrity Seal (MS-1 Seal optional) 20" Seal Stab
LW4-1 、 LD22-1等
5
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一、概 述
6
6
一、概 述
7
7
一、概 述
Location Newfoundland
• • • • • • Water Depth 100m Main: Technip CSO Clusters in Glory Holes Subsea system tied back to FPSO 21 Wells total 3 x gravity base manifolds
备注： 以Cameron公司的CHC（左）和CVC （右）的刚性连接为例
如采用软管 连接，需要在 采油树出口端 安装鹅颈管。
如采用法兰连接， 接头采用Swivel可 旋转形式，潜水员 安装。 22
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四、水下采油树
1.5 水下采油树与外部的接口有四处：
2、 外输管线接口---快速接头，ROV辅助安装