水下油气生产系统技术及基础设备发展与研究.pdf

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1、2013年第6期海洋开发与管理水下油气生产系统技术及基础设备发展与研究宋琳，杨树耕，刘宝珑(天津大学建筑工程学院天津300072)摘要：水下油气生产系统是保证深海油气开采顺利进行的关键设备之一，它的研发与国家深海资源开发有着密切的联系。文章就国外水下油气生产系统基础设备，如水下采油树、水下管汇、脐带缆等的发展现状、结构形式以及安装与设计时的热点问题进行了介绍，并对水下生产系统整体发展进程进行了详细叙述，综合国内研发情况，为我国水下生产系统的研发提供学习和借鉴的建议。关键词：水下生产系统；基础设备；发展研究水下生产系统是由水下

2、井口等整套水下生产设备及海底管道组成的海上油气生产系统。具有投资低，水下设备可重复利用，油井布置灵活，受自然灾害影响小等优势，广泛应用于深水油田以及边际油田的开发。目前国内针对水下生产系统的研究仍停留在理论层面。王玮等[1]介绍了水下生产系统的采油树、管汇、跨接管和脐带缆的性能，以及在设计、分析时采用的公式和应注意的问题；王建文等[23通过实例详细介绍了目前国内外水下生产系统几种常见的开发模式，并对采油树的选择以及脐带缆的设计进行了初步的探讨。针对水下生产系统局部设计和安装的探讨，张瑾等[3]通过对大量工程实例和开发方案的调

3、研，总结了水下管汇的安装方法并比较各自的优缺点；肖能n1对国外脐带缆设计研究进行了全面的跟踪，对脐带缆界面设计开展调研和总结；孙晶晶等口3对脐带缆安装技术做了介绍，并结合国内外脐带缆安装技术应用水深情况做了对比分析。这些论述为水下生产系统的研究提供了一些参考，本研究将进一步就水下生产系统整体的结构，发展现状等方面进行深入的介绍。1水下生产系统概述整个水下生产系统包括水下生产设施、水面依托支持设施、安装维护设施3部分，其作业原理为：从井底产出的油气经井口、采油树，依次流经跨接管、管汇、流动管线和立管等，到达海面处理设施，经处理

4、后从输油管线或油轮输送至岸上。国外对水下生产系统基础构件的研究较早，早在20世纪50年代末期，世界第一座水下低压气井在美国伊利湖应用，利用凯利钻探阀作为主控阀，橡胶软管作为管线，拉开了水下生产系统应用的序幕[图1(a)]。1963年，Texaco公司安装了水深仅6．096m的水下井口，对于未来液压阀驱动器和远程控制系统的发展有深远的影响[图1(b)]。20世纪60年代中期，Shell公司在加利福尼亚海岸建造了第一代为水下生产建造而非陆上改造的水下采油树，该系统持续生产作业近20年[图1(c)]。70年代，Lockheed公司

5、研发了潜水舱，允许在一个大气压的环境下，工人通过潜水舱下潜，在井口处安装并操作，但最终由于人员风险等问题放弃了此方案[图1(d)]。同期，Phillips公司对北海的Ekofisk油田进行经济评价，为加快开采进程，提出了使用改装的固定式钻井平台与多井口相连接的构想[图1(e)]。80年代末，Phillips公司在西非象牙海岸油田的开发中使用的海底完井技术，水深介于243～762m。1992年，Exxon公司着手开发墨西哥湾的Zinc油田，水深达518．16m，应用了整体管汇系统，加快了水下生产系统开发的进程[图1(f)]。2

6、000年后，Amoco公司致力于开发墨西哥湾的深水油田项目，计划钻井8一海洋开发与管理2013年10口，水深达1645．92m[图1(g)]。枣·一霸◆i譬·t．．：==簧图1国外水下生产系统实例国内对水下生产系统的研究起步较晚，现阶段还不具备开发水下生产系统关键技术的自主知识产权，大部分水下生产系统的油田依赖于国外技术进口，一定程度上影响了我国边际油田及深水油田的开发进程，因此水下生产系统的研究得到了国家的高度重视和各方广泛关注。下面对水下生产系统各部分逐一进行介绍。2水下生产系统的基础设备2．1水下采油树采油树是水下生产

7、系统的基本构件，最初被开发用于传统的钻油工程，但当石油开采转向深海领域，建立传统钻井平台毫无经济性可言时，采油树技术开始被应用于大洋深处。采油树又被称为十字树，X型树和圣诞树，主要有套管头、油管头、采油(气)树本体3部分组成，是用于承托油管柱重量，密封油套管的环形空间，控制和调节油井生产，保证作业、测试及清蜡等日常生产管理的一种井口控制装置。2．1．1国内外背景水下采油树的使用始于1967年H]。FMC公司作为世界上最大的水下完井设备供应商，迄今已为250个项目提供了超过1200台水下采油树。VteroGray公司在过去的近

8、10年共安装了150台水下采油树。Cameron公司和Kvarner公司也是世界生产水下采油树的主要厂家。各公司采油树类型如表1所示。表1各公司采油树主要类型公司名称采油树名称双筒立式水下采油树(dualboreverticalsubseatrees)深水卧式水下采油树(deepwater