水下生产系统
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。
31
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
32
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：
11
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
19
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。
水下生产系统开发模式和工程方案设计
（ 中海油研 究总院，北 京 １ ０２ ０ ０ ７）
摘
要
主要介绍 目前 国内外水下生产系统几种 常见的开发模式。通过实例详细介绍这几种开发模 式的应用 范
围和主要特点，同时对水 下生产系统工程方案设计 中须要考虑 的问题进行 了论述。
关 键 词 ：水下生产系统； 开发模式； 工程设计
多 口井 ；（） 口头 、采 油树及 管汇 可 以分批 到货 ，井 口头 供货 周期 短 ，钻井 可 以先 期进 行 ，可 以缩短 ３
工期 ；（）可 以设 施一 个脐 带缆 水下 分配 装置 （ ＵＴ ４ Ｓ Ｕ）即可满足 要求 ；（）跨 接管 、连接 头等 附件数 ５ 量 多、 费用高 ：等 等 。
清 管球 ；
水 下发 球清 管技术 在水 下 生产系 统 中应用 得 非常广 泛 ，深水 、浅水 都有 应用 ，技 术 已经成 熟 。相
比于水 下发 球 ，水 下收球 应 用较 少 ，主 要原 因 是大部 分水 下生 产系 统采 用 的是水 下井 口直接 回接 到上 部 处理 设施 或直接 上 岸 ，因此通 常采 用 的都 是水 下发球 、 水上收 球方 案 ，无需进 行水 下 收球 。
２ 水 下 生 产系 统 工 程 设 计
随着水 下 生产系 统应 用的 日益广 泛 ，水下 生 产系统 的设计 已经成 为各 大石油 公 司、院校 等研 究 的
重 大课 题 。对于 一定 水深 的水 下设 备 的安装 、调 试 以及 操 作 、维 修 ，人 已经无 法进入 海底 进行 操 作 ， 而 是通 过水 下机械 人 ＲＯ 进 行辅 助作 业 ， 自动 化要 求程度 高 。 因此 在 水下 生产 系统设计 中必须 考虑 Ｖ 可 靠地 设计 思路 ，从 而尽量 减少 不必 要 的操 作 ，降低 费用 。本 文下 面将 重点介 绍 以下水 下生 产系统 工 程 设计 中需要考 虑 的一些主 要 问题 。 ２１清管 方案 ．
水下生产系统
水下生产系统1 引言1.1 范围目前深水油气田开发面临的主要挑战是，缺少一个稳定的平台用于支撑生产设施并将生产流体输送到这些设施。
而水下生产系统可以提供一种具有成本竞争力的开发方案，可减少乃至完全消除（在个别情况下）对地面生产设施的需求。
图1.1-水下生产系统提供一种高效，经济的深水油气田开发方案本研究主要是为了对水下生产系统进行概述。
论述的关键主题包括：·水下生产系统主要部件及其功能的一般说明；·水下生产设施的界面要求；·水下开发油田工程模式的考虑；·风险区域和风险管理问题的识别。
1.2 条例、规范和标准1.2.1 国际规范·ANSI B31.3《化工厂及炼油厂管道》；·API RP 2R《海上钻井隔水管接头的设计、评估和试验》；·API 5A《套管、油管和钻杆规范》；·API 5AC《套管、油管和钻杆规范》；·API 5D《钻杆规范》；·API 5L《管道规范》；·API 6A《井口和采油树设备规范》；·API 6D《管道阀门规范》；·API 8A《钻井和采油提升设备》；·API 14A《井下安全阀规范》；·API 148《井下安全阀系统设计安装与操作的推荐做法》；·API 14D《海上服务用井口地面安全阀和水下安全阀规范》；·API 16A《钻穿设备规范》；·API 17D《水下井口和采油树设备规范》；·API 17G《完井修井隔水管系统的设计和操作》；·ASME IX《焊接和钎焊资格》第二条焊接程序资格和第三条焊接操作资格；·ASME V《锅炉及压力容器规范》（第五卷无损检测）；·ASME VI I《锅炉及压力容器规范》（第八卷压力容器建造规范第1册和第2册）；·ASME/ANSI B16.34《阀门法兰、螺纹和焊接端》；·DIN 50049-EN 10 204《材料试验文件》；·DnV《修井控制系统电气要求》；·DnV《水下生产系统的安全性和可靠性》；·DnV《认证说明》第2.7-1条“吊装证书要求”（海上容器）；·DnV RPB401《阴极保护设计推荐做法》；·EN 10204《金属制品一检验文件的类型》；·FEA-M 1990《海上平台电气设备条例》；·IEC 92.101《船用电气装置》定义和一般要求；·IS0 10423《井口和采油树规范》(代替API 6A);·IS0 10432-1《井下安全阀标准》；·IS0 10433《海上服务用井口地面安全阀和水下安全阀规范》（代替AP1 14D）；·IS0 13628《石油天然气行业钻井和采油设备》；·IS0 13628-1《石油天然气行业水下生产系统一般要求和推荐做法》；·IS0 13628-2《石油天然气行业水下和海上应用挠性管系统》；·IS0 13628-3《石油天然气行业输送管道泵送系统》；·IS0 13628-4《石油天然气行业水下井口和采油树》；·IS0 13628-5《石油天然气行业水下控制系统的设计和操作》；·IS0 13628-6《石油天然气行业水下生产控制系统》；·IS0 13628-7《石油天然气行业修井/完井隔水管系统》；·IS0 13628-9《石油天然气行业遥控操作机具(ROT)维修系统》；·IS0 14313《管道阀门规范》（闸阀、旋塞阀、球阀和止回阀）（代替API 6D）；·IS0 3511《过程测量控制功能和仪表设备的符号表示法》；·IS0 898《第一部分螺栓、螺纹和螺母》；·IS0 9001《质量体系：设计/开发、生产、安装和维修的质量保证模型》；·NACE MR-01-75-94《材料要求：油田设备用耐硫化物应力裂纹的金属材料》；·NACE RP0475《注水用材料》；·NAS 1638《国家宇航标准：液压控制系统用零件的清洁度要求》；·SAE J343《SAE 100R系列液压软管和装置的试验和程序》；·SAE J517《液压软管》。
水下生产系统
8
主要内容
一、概述 二、采油树 三、管汇 四、跨接管 五、脐带缆 六、井口头
9
二、采油树
采油树(Christmas,Xmas tree )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 油井顶端和外部环境隔绝开的重要屏障。采油 树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 过海底管道连接到生产管汇系统。
4
一、概述
水下生产系统包括油井、井口头、采油树、接 入出油管系统和控制油井的操纵设备。在水下 的系统中，井口头和采油树都在海底。因此， 水下生产系统就不像在水面处的生产系统，如 刚性平台甚至是张力腿平台（TLP）那样受到 海平面状况和水深的影响。但另一方面，水下 生产系统不能直接的进行操作，如钻井，必须 通过移动的钻井单元进行，操控也必须通过脐 带缆远程控制，持续地操作就比平台式的生产 系统复杂地多。
下面是采油树和相关元件需要考虑的载荷：
立管和ＢＯＰ载荷(Riser and BOP loads); 连接海底管道的载荷(Flowline connection loads); 清理采油树、脐带缆和海底管道的载荷; 热应力 包括捕油器，元件膨胀和管线的膨胀等; 吊装载荷(Lifting loads); 掉落的物体(Dropped objects); 压力引起的载荷– 外部和内部的.
14
二、采油树
单孔采油树Mono Bore Tree 单孔采油树主要使用在浅水区域， 单孔采油树和传统的双孔采油 树类似，只是单孔采油树在安 装采油树和油管悬挂器时使用 的立管系统更简单。
水下生产系统和设备
Petroleum Offshore Subsea
2009-08-05
Page 14
Subsea Engineering, Inc.
水下生产技术是海洋油气开发生产的关键技术
《油气21世纪》（汇聚主要大油公司的组织）列出以下海洋油气开发生产 的八大未来关键技术:
1. 2. 3. 4. 5 5. 6. 7. 8. 未来的环境技术 勘探开发技术 提高采收率技术 经济的钻井和修井技术 综合运行操作和实时油气藏管理 水下生产处理和传输技术 深水和水下生产技术 天然气技术
2009-08-05 Page 16
Subsea Engineering, Inc.
水下生产技术是海洋油气开发生产的未来技术
水下到陆地 浮体＋水下 平台为主
• 近年来国际大油公司迅速组建水下生产技术业务部门，指明海洋石油开发生产的
未来发展方向－－水下生产技术和设备！ • Subsea新公司/部门/业务：Subsea 7, J. Ray Subsea, Fluor, FMC, Aker Subsea ……
Petroleum Offshore Subsea
2009-08-05
Page 15
Subsea Engineering, Inc.
水下生产技术是海洋油气开发生产的未来技术
Statoil和Shell－－海洋油气开发生产关键技术发展趋势路线图
水下生产技术和设备将是今后海洋油气开发生产的关键！
Petroleum Offshore Subsea
2006年前（套）
2067 519 148 383 1
2006 2010年（套） 2006-2010
2349 219 78 504 ?
Petroleum Offshore Subsea
水下生产系统的分类
水下生产系统的分类
一、水下起重系统
水下起重系统是指在水下环境中完成车辆载荷的设备，其主要包括：水下起重机、水下吊装装置、下沉装置等等。
水下起重机又可细分为潜水艇起重机和海起重机。
潜水艇起重机主要用于海床深处作业场所，可以完成深水作业环境下的吊装、移运、收集等作业。
海起重机是在近海外环境下完成车辆载荷作业的设备。
它能够在沉船废弃物和底泥上完成任务，可在深水海洋环境中起重起吊，也可以在管道水暖过程中完成起卸作业，从而大大提高了作业效率。
水下石油生产系统是指主要适用于拓展海底油气藏开采作业及开采产品制备和转运作业的设备。
它包括海洋平台、海洋套管、液体泵、水下管线、海洋液体处理系统和水下生产设备等。
它可以用于远程探测海底油气藏，发掘新藏体和发展既有藏体，完成开采产品的采集、提炼和输送，以及维护海洋生态环境的功能。
三、水下扬尘控制系统
水下扬尘控制系统是指将粉尘安装到水下作业等离子发生器中，然后利用电磁场产生负压，将粉尘收集空气重新排出。
它可以将环境空气中的有害物质收集或混合在一起，从而使空气保持洁净，符合国家的环保标准。
四、水下交通通信系统
水下交通通信系统是指将水底安设交通及通信设施，以实现水下作业现场的交流，保证不设计材料的顺利输送的设备。
它是先进的交通和通信系统，不仅能够提高作业效率，而且还能够提供安静的环境作为海洋生物栖息地。
它有助于保护和改善海洋环境，有利于提高海洋生物的数量，进而达到长期生态资源保护的目的。
水下生产系统-2014
16
（5）远程打开和关闭阀门的阀门驱动器。有些可能是 手动阀门，也包括深水ROV接口； （6）用于脐带缆挂接的控制连接板； （7）控制系统。这包括阀门驱动器命令系统以及压力 和温度传感器。该阀门驱动器命令系统可以是简单 或复杂的管道系统，包括电脑及根据应用选用的电 磁线管； （8）节流器（可选）用于调节生产流速；
选择准则 在选择HT或VT时，需要考虑下列问题： （1）卧式采油系统要比立式的昂贵。卧式采油系统 的售价是立式的5到7倍。 （2）立式采油系统更大、更重，而这在钻机的安装 平台有限时必须考虑。 （3）油井是否已经完成也是选择的另一个因素。如 果油井已经完成但是采油系统还没有安装好，那 么立式的采油系统比较适合。但如果采用卧式的 采油系统，系统必须在油井完成之前安装好。
4
概述
从1961年第一口水下井口在美国应用以来，随着各种新 技术的应用，水下生产系统应用水深越来越深，到目前 为止，已投产最深采油树达到2714m（美国墨西哥湾 Independence Hub凝析气田，2007年7月投产）；回接距 离最长的气田回接距离达到143公里（挪威北海Snø hvit 一期，水深250-345m，2007年8月21日天然气上岸）。 目前国外对于3000m水深以内的水下生产系统设计、建 造、安装技术已经比较成熟，且已在西非、墨西哥湾、 北海等海域经过了大量工程项目的实践检验。
20
20
油管悬挂系统；VXT采用了传统的油管悬挂器 ，它有一个主要生产孔和一环孔。油管悬挂器 位于井口。然而，在HXT中，油管悬挂器有一 个单筒悬挂器，并且有一个侧出口，生产流体 将从这里传送到生产主阀。
采油树帽；VXT系统的采油树帽具有修井期间 提供控制接口以及密封海水功能。但在HXT， 有内部采油树帽和采油树碎屑保护帽。
水下生产系统
水下生产系统第一章：水下生产系统发展概述1、从浅水走向深水原因▪对能源需求的增长▪陆上及浅水资源开发已经到达成熟期，并开始减少。
▪高油价，降低开发成本▪深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等）水深、环境条件、油气田位置和油气输送成本等综合因素决定了油田的开发方案为何采用水下生产系统？▪能将井口布置在现有平台有效钻井范围以外的地方；▪高油价，降低开发成本；▪深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等）2、水下生产系统组成立管和海管、水下采油树、水下增压系统、水下分离系统、回注系统、水下管汇、跨接管、管道终端、连接器3、我国水下生产系统发展展望1)国外规范和成熟经验是重要参考资料2)但由于中国南海海域的特殊条件（台风频繁、较强的内波流作用、复杂海底地形、油田离岸距离远等），相关的技术不可能完全照搬，必须针对南海的独特海况与离岸距离，做出创新性的研究与设计。
3)采油树结构复杂，涉及机械、力学、密封、材料、控制、安全、钻井、海洋工程等学科。
一旦具备了水下采油树的设计、制造、安装和测试能力，就可以设计制造其他水下产品，突破国外技术封锁，自主开发深水油气田。
第二章：立管系统立管主要功能生产立管:将流体从地底油藏传输到海面浮式设施注入立管:回注气体或液体到地底油藏外输立管:将处理过的油气传输到陆上或穿梭油轮钻井立管:钻井工具通道立管类型从本身的特点可分为钢悬链线立管（SCR）、顶部张紧立管（TTR）、柔性立管（FR）、混合立管（HR）深水立管的主要挑战：立管系统的费用对水深非常敏感；立管系统的安装费用对水深也非常敏感；安装时需要具有足够能力的特殊安装船舶；对于焊接和检验质量的要求高；在立管设计中的主要考虑因素为重量和疲劳寿命。
立管的组装柔性立管和脐带缆通过陆上组装而成；SCR 通过立管安装船舶焊接作业线组装而成；TTR 通过连接法兰或连接接头组装而成。
SCR容易发生破坏的部位顶部柔性接头和底部触地点TTR顶部张紧系统形式浮筒式和张紧器式FR优点无 VIV连接和解脱方便疲劳寿命长管线在海底覆盖面积小可重复利用抗腐蚀性能好FR类型UN-BONDED PIPE和BONDED PIPE混合立管特性经济有效具有独立的浮筒对浮式平台的负载小紧凑构型–占地面积小在有限的空间内能容纳多根立管消除了单独垂直立管的相互影响无管土相互作用影响立管设计考虑因素1）立管功能要求2）海洋环境条件3）工程地质条件4）施工场地条件5）施工机具条件第三章：水下采油树采油树功能•采油——把流体从井中输入到海底管道(生产型采油树)或者把水和气注入到海底（注入型采油树）•安全控制——通过控制系统指挥，关闭阀门，保证流体的输送或者注入都能够安全地停止，防止水下事故发生。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水下生产系统
第一章：水下生产系统发展概述
1、从浅水走向深水
原因
▪对能源需求的增长
▪陆上及浅水资源开发已经到达成熟期，并开始减少。
▪高油价，降低开发成本
▪深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等）
水深、环境条件、油气田位置和油气输送成本等综合因素决定了油田的开发方案
为何采用水下生产系统？
▪能将井口布置在现有平台有效钻井范围以外的地方；
▪高油价，降低开发成本；
▪深水技术的快速发展（深水钻井技术、水下增压和分离技术等）
2、水下生产系统组成
立管和海管、水下采油树、水下增压系统、水下分离系统、回注系统、水下管汇、跨接管、管道终端、连接器
3、我国水下生产系统发展展望
1)国外规范和成熟经验是重要参考资料
2)但由于中国南海海域的特殊条件（台风频繁、较强的内波流作用、复杂海底
地形、油田离岸距离远等），相关的技术不可能完全照搬，必须针对南海的独特海况与离岸距离，做出创新性的研究与设计。
3)采油树结构复杂，涉及机械、力学、密封、材料、控制、安全、钻井、海洋
工程等学科。
一旦具备了水下采油树的设计、制造、安装和测试能力，就可以设计制造其他水下产品，突破国外技术封锁，自主开发深水油气田。
第二章：立管系统
立管主要功能
生产立管:将流体从地底油藏传输到海面浮式设施
注入立管:回注气体或液体到地底油藏
外输立管:将处理过的油气传输到陆上或穿梭油轮
钻井立管:钻井工具通道
立管类型
从本身的特点可分为钢悬链线立管（SCR）、顶部张紧立管（TTR）、柔性立管（FR）、混合立管（HR）
深水立管的主要挑战：
立管系统的费用对水深非常敏感；
立管系统的安装费用对水深也非常敏感；
安装时需要具有足够能力的特殊安装船舶；
对于焊接和检验质量的要求高；
在立管设计中的主要考虑因素为重量和疲劳寿命。
立管的组装
柔性立管和脐带缆通过陆上组装而成；
SCR通过立管安装船舶焊接作业线组装而成；
TTR通过连接法兰或连接接头组装而成。
SCR容易发生破坏的部位
顶部柔性接头和底部触地点
TTR顶部张紧系统形式
浮筒式和张紧器式
FR优点
无VIV
连接和解脱方便
疲劳寿命长
管线在海底覆盖面积小
可重复利用
抗腐蚀性能好
FR类型
UN-BONDED PIPE 和BONDED PIPE
混合立管特性
经济有效
具有独立的浮筒
对浮式平台的负载小
紧凑构型–占地面积小
在有限的空间内能容纳多根立管
消除了单独垂直立管的相互影响
无管土相互作用影响
立管设计考虑因素
1）立管功能要求
2）海洋环境条件
3）工程地质条件
4）施工场地条件
5）施工机具条件
第三章：水下采油树
采油树功能
•采油——把流体从井中输入到海底管道(生产型采油树)或者把水和气注入到海底（注入型采油树）
•安全控制——通过控制系统指挥，关闭阀门，保证流体的输送或者注入都能够安全地停止，防止水下事故发生。
•压力调节——调节环空压力，可以释放完井时的多余压力。
•连接功能——采油树和井口设备及跨接管连接器等连接。
•其他功能，例如用于酸化、裂化、生产测试、往井下注入化学试剂等。
水下采油树的基本类型
•立式采油树
•卧式采油树
立式和卧式采油树的区别
立式采油树的阀门是在竖直的生产通道上放置，油管悬挂器放置在井口头或者油管头内，因此要想进行提起油管修井需移开采油树。
卧式采油树是将控制生产的阀门水平放置，将油管悬挂器放置在树体内部，以此使竖直通道可以与井下连通，可以不用回收采油树而进行提起油管修井。
卧式采油树的类型
分体式采油树和整体式采油树
卧式采油树标准核心部件
树体
井口连接器
油管悬挂器
内部采油树帽
顶部阻塞器
采油树帽
控制模块（SCM）
穿越器
采油树选型依据
井的参数
控制系统选型
流动性
井口头型式
第四章：水下管汇
管汇主要作用：
1)减少浮式装置（平台）上立管的数量，以使平台所受载荷最小并节约平台空间，降低管线成本；
2)在浮式装置到达之前，可以提前安装，缩短油田建设工期；
3)优化水下设施布局。
管汇主要部件：
水下管汇系统主要包括管汇主体、清管回路模块、控制模块、保护结构、中间部分、防沉板、支撑结构等几大模块组成。
管汇按功能分类
集油管汇、分配管汇、混合管汇
管汇结构设计通常包括：
生产管线设计、结构框架设计、药剂注入管线设计
第五章：跨接管
跨接管类型
垂直跨接管：倒U、M肘管、M弯管、三维
水平跨接弯：无海底支撑、有海底支撑、三维
跨接管设计方法
壁厚设计、悬跨长度设计、形状确定、强度校核、吊装和下放分析
第六章：管道终端
管道终端结构组成：
管道终端（PLET）安装方法：
首端安装和末端安装
第七章：水下连接器
连接器系统组成：
连接器本体——预先连接在跨接管端部
毂座——预先安装在水下管汇或采油树上
安装工具——套在连接器本体上，用于连接器锁紧和解锁
其它辅助工具——包括ROV、密封件更换工具、毂座清洗工具等
连接器按连接原理分类型
卡箍式连接器和套筒式连接器
连接器按驱动方式分类型
液压式连接器和机械式连接器
第八章：潜水器技术
常见的潜水器系统大致可分为：
载人潜水器（HOV）
自治潜水器（AUV）
带缆无人遥控潜水器（ROV）
深海拖曳系统（DT）
水下滑翔器（Glider）
ROV的分类
观察级ROV 和工作级ROV
第九章：深水海上油气田工程开发模式
第十章：安装技术
深水设备安装工程需要考虑的主要问题分为以下几个方面：
1、提升与下放系统：该问题主要考虑下放载荷的重量，提升载荷的动态响
应，提升系统的提升能力。
2、载荷控制与定位：该问题主要包括：准确定位、放置海床时的稳定性。
3、气候窗条件
水下生产系统的三种安装方法
传统吊装法
滑轮法
下摆法
深水立管安装方法
S-LAY、J-LAY、REEL-LAY。