水下卧式采油树研制及浅水试验

水下采油树是海洋油气开发的关键装备,该设备制造技术长期以来被国外垄断。为了加快我国海洋油气的开发步伐,降低开发成本,依托863计划课题和中石油重点研发项目,我国突破了水下高压密封、水下远程控制、复杂形面零件加工及检测等多项关键技术,成功研制了拥有自主知识产权的水下卧式采油树。厂内试验表明,其各项指标均已达到设计要求,18米浅水试验进一步验证了水下卧式采油树的安装回收功能、ROV操作性能和水下远程控制功能均满足设计要求,试验获得的基础数据及技术经验作为宝贵的科研成果,对下一步工程海试具有重要的指导意义。     

流花11-1油田水下采油树测试方法研究

为了对新服役和维修后再役的水下采油树进行性能测试,对水下采油树系统结构和工作原理进行了研究,参照API相关标准及水下采油树工厂验收测试步骤,结合流花11-1油田水下采油树的特点,制定了一套水下采油树测试方法和流程。水下采油树测试项目包括:水下采油树本体测试、密封轴套测试、油管挂测试、采油树帽测试及采油树系统功能联合测试。测试过程中判断保压效果的标准是没有明显的泄漏,且在规定的保压时间内压降不应超过初始压力的3%。该测试方法的制定对于解决国内油田水下采油树的检测维修问题具有重要的现实意义,对国内水下生产系统及相关水下生产设备的发展具有重大的推动作用。     

水下卧式采油树出油管的传热分析

针对温度对水下卧式采油树出油管安全可靠性的影响,通过分析水下卧式采油树出油管的结构及其内外温差大的特点,建立了水下卧式采油树出油管稳态传热的基本简化模型,包括物理模型和数学模型,并利用热平衡原理获得了该传热模型的解析表达式。结果表明:为了减少热应力值对水下卧式采油树出油管结构强度和材料性能的影响,在水下卧式采油树正常生产中,必须考虑出油管的保温设计。     

500m水深水下采油树安装方法对比分析

国内水下采油树常用的下放安装方法为钻杆安装法和钢丝绳安装法。针对水深500 m、质量70 t的水下采油树,利用海洋工程软件OrcaFlex分别建立了水下采油树钻杆下放和钢丝绳下放系统仿真模型,研究了水下采油树在下放安装过程中钻杆和钢丝绳的受力情况以及两种不同下放安装方法的水下采油树运动响应情况。研究结果表明:在受力方面,钻杆受到的Von Mises应力和弯矩都集中在钻杆上部靠近钻杆顶端处,而钢丝绳两端受力比较均匀;在运动响应方面,钻杆下放水下采油树的最大偏移量和最大倾斜角度都比钢丝绳大,并且波浪高度因素对钻杆下放安装法更为敏感。综合考虑经济性、安全性和可操作性等,对水深500 m、质量70 t的水下采油树采用钢丝绳下放安装法较为合理。研究结果对我国水下采油树的下放安装具有一定的参考价值。     

水下采油树应用技术发展现状

研发水下采油树的关键在于能否通过相关标准规范所要求的压力循环测试、高低温循环测试、载荷循环测试及外部高压测试等。在介绍水下采油树相关标准规范的基础上,分析了水下采油树的结构类型及结构演变,简述了水下采油树各控制系统类型的特点,分析了采油树、油管挂、内树帽的安装管柱及安装方法。指出超深水和超高温高压的水下采油树是水下采油树未来的发展方向。卧式采油树可用浮式钻井装置的钻柱或用工程船的大吨位吊机的钢丝进行安装。水下采油树的模块化设计可缩短采油树的供货周期,跨接管式电泵增压系统、跨接管式流量计和高完整性压力保护系统等新工艺技术的出现,将有利于降低水下采油树和水下开发项目的综合成本。所得结论可为水下采油树的设计和应用提供参考。     

深水水下采油树系统完整性测试技术分析

针对深水区域的高压环境和复杂的地质条件，水下采油树安装时压力系统的完整性难以判断的问题，建设并形成了自主的水下采油树完整性测试技术。该技术通过自主化水下采油树完整性测试设备方案及测试步骤，提升水下采油树气密测试压力等级至10000psi，扩大移动式气压试验单元压力范围为50～22500psi，实现水下采油树在海底生产过程工况模拟，确保水下采油树保持压力系统完整状态入水安装。技术成果广泛应用于深水气田勘探开发钻完井工程中，有力保障了深水油气田安全高效开发。     

水下采油树出油管线的工艺改进及验证

水下采油树出油管线是油气从采油树本体输出到生产管汇的桥梁,其加工工艺直接影响油气生产的安全性和作业区海洋环境。该文选取X60材料的水下采油树出油管线进行加工工艺改进,实现一次冷弯成型,并通过验证和对比,证明了改进后的工艺能够有效地提升采油树出油管线的质量要求和安全性能。     

我国海洋深水关键钻采设备国产化现状的几点思考

本文针对国家有关部委15年来支持的科研项目,以一些国内海洋深水钻采工程装备和水下设备的研发制造现状为对象,阐述了项目目前的工作进展概况.本文从陈述水下设备系统的构成及研究重要性出发,指出了在水下防喷器组系统、钻井隔水管系统、平台钻机系统研制中,系统性工作的考虑不足和相关改进意见;提出了对水下采油树应用深化及与智能完井技术相结合的建议,以及对深远海钻井船配备和深海控压钻井设备国产化的需求.最后,本文对深水钻采设备国产化"最后一公里"的海试问题提出了思考方案.     

深水刚性跨接管安装操控作业及风险研究

在深水油气田开发模式中,跨接管作为重要的连接元件用于连接管线与采油树、管线与管汇、管汇与采油树、管汇与立管等水下生产设施,其安装技术是构建水下生产系统的重要内容。以某深水气田M型跨接管安装过程为例,介绍了跨接管下放安装作业方法及要求,利用事故树分析方法对其进行风险研究,找出安装过程中的关键环节,并提出控制措施,旨在为我国深水跨接管下放安装提供参考。     

水下油气生产系统

介绍了水下生产系统的几个重要组成部分——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。通过对水下生产系统的介绍,为今后水下生产系统进一步研究分析提供参考。     

基于Fluent软件的水下采油树流场分析

针对水下采油树本体结构开展了其流场、温度场的CAE(计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能,以及优化结构性能等)分析。根据该水下采油树本体的结构特点,建立水下采油树本体结构的简化模型,采用雷诺平均方程,即RANS法,详细地介绍了运用CFD软件FLUENT6.3版本进行流场、温度场CAE分析的步骤;结果表明水下采油树本体在两种工况下的压力和速度变化较均匀,只是在变径处或直角弯管处会出现湍流现象,温度变化比较均匀。通过分析确保了水下采油树的安全性和可靠性,具有一定的工程参考价值。     

水下采油树跨接管接头的传热计算与保温分析

水下采油树和跨接管之间需要专用接头进行连接,其中以套筒式接头最为常见。在水下进行接头安装时,持续的热量交换会导致接头在停机条件下持续降温,因此必须预先评估相关的温度分布和热量传递问题,提高水下采油树系统的流动安全水平。根据水下油气开发的要求,结合已有经验,在水下采油树套筒式跨接管接头结构设计的基础上,采用耦合传热的数值模拟方法,对未进行保温的套筒式接头进行了模拟分析,并完成了包含保温腔的套筒式接头的传热计算;最后基于变物性的分析方法,对含有保温腔的套筒式接头进行了内流场分析。计算表明:没有保温措施的套筒式接头会产生局部过冷问题,所设计的保温腔能大幅度改善接头的整体保温效果,满足水下采油树8 h保温的基本要求。用耦合传热数值模拟方法分析水下采油树系统的传热与保温理论可行,结果可靠。      

基于Fluent的水下采油树本体流动与传热特性分析

为了研究流体在水下采油树本体中的流动特性规律,针对中国南部某水下气田1500 m水深采油树,建立了采油树本体、油管悬挂器和内部流道模型,通过Fluent开展了水下采油树本体内部流场和温度场稳态和非稳态耦合传热仿真分析。结果表明,流体在采油树本体T型流道内流动时,流道内压力分布均匀,速度在通道转折处上拐角变大,下拐角流速变小,盲管段温度比流动区域低;入口温度、入口流速、海水温度和T型管尺寸都对流动和传热有所影响。最后通过在原模型基础上增加保温层,对水下采油树进行非稳态耦合传热分析,得出停井工况8 h流体温度的下降曲线,确定了计算最优保温层厚度的方法。     

基于FTA定性的简易水下井口设计可靠性分析

水下井口作为水下生产系统的核心装备,下端连接导管和套管,上端支撑防喷器组和水下采油树等水下装备,是整个水下生产系统的重要组成部分。特别是在浅海作业环境中,外部易受到风浪影响,一旦发生失效,将会造成严重的后果。基于浅水水下井口的结构特点,建立了水下井口失效事故树模型(FTA),划分了基本事件和最小割集,分析了基本事件结构重要度,对水下井口装置关键部件的风险程度进行了评估。结果表明:低压井口头、环形密封总成、高压井口头、套管悬挂器、防磨补芯装置和导向基座是水下井口设备发生失效的关键部件。针对失效关键部件提出设计优化建议,从而提高海洋油气生产的整体安全可靠性。为建立一套适用于浅水简易水下井口及采油树风险评估与安全可靠性技术体系提供了重要参考依据。     

1 500 m级国产水下卧式采油树样机码头浅水试验

宝鸡石油机械有限责任公司研制的1 500 m级水下卧式采油树样机在完成厂内试验的基础上,在烟台近海码头水深约18 m处开展了浅水试验。介绍了该采油树样机概况、浅水试验场地及配套设备、浅水试验内容及工艺流程。重点介绍了该采油树在码头陆地的测试情况,以及浅水试验情况。浅水试验结果表明:该采油树的安装回收功能、遥控潜水器(ROV)操作性能和远程控制功能均满足设计要求。为水下采油树未来的工程海试提供了重要的实践指导,进一步推动了深水采油树的国产化研制进程。     

开发海上深水边际油田的尖端技术装备(一)

陆丰２２－１深水边际油田开发最与众不同之处在于采用无生产平台的采油方式。油田租用１艘以多功能单点系泊系统系泊的生产储卸油轮，配以全自动控制的水下井口生产系统，与世界海上石油界首次在采油树上使用的泥线增压泵相结合，安全、高效地实施油田的前期开发和后期生产管理。被称为“组块搭接式控制系统”的水下井口生产系统，荟萃了当今世界的尖端技术，包括双定位水下卧式采油树、电／液控制系统、泥线增压泵、电缆系统、折叠式钻井底盘系统和遥控作业机器人等。浮式生产储卸油轮是世界上首次使用多功能旋转接头与半沉没式单点系泊结合的油轮系统，具有电力供应、原油净化处理等功能，高峰日处理液量为１２５万桶，日处理油量为６万桶     

水下采油树与永久导向基座对接过程的动力特性

永久导向基座(PGB)是保证水下采油树在海底与水下井口对接的重要基础结构,因对接过程中波流扰动复杂,给水下采油树的安装带来巨大挑战和安全隐患。建立了工程船-钢丝缆绳-水下采油树-永久导向基座的耦合系统受力分析模型,基于微元法和六自由度方程分别对钢丝缆绳和水下采油树进行了动态响应分析。同时,针对南海X油田实际海况建立了水下采油树与PGB对接过程的数值模型,对最为危险的第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段开展了不同海流对水下采油树安装姿态和PGB的受力影响分析,揭示了导向桩出现压顶或脱离现象的机理成因,探究了不同对接阶段船舶升沉与海流激励下水下采油树与永久导向基座对接过程的动态响应规律,并选取不同时期工况对PGB进行了强度校核。结果表明,在第Ⅰ阶段,采油树更易与PGB 1号导向桩产生压顶和脱离现象;在第Ⅱ阶段,采油树更易与PGB 4号导向桩产生压顶和脱离现象;两个阶段PGB的导向桩均满足强度要求,处于安全工况。研究结果已在中国南海油田采油树PGB导向安装中得到有效应用。     

水下采油树控制模块设计要素分析

水下控制模块安装在采油树本体上,用于控制采油树生产时井口的流量和压力,并控制多种采油工艺措施的实施.依据安全为本的设计理念,采用理论分析和试验验证相结合的方法,着重考虑功能和操作可行性,对水下采油树控制模块设计要素进行研究和分析.为水下控制模块的自主设计打下基础.     

基于故障树的水下生产系统可靠性分配

水下生产系统作为深水油气资源开发的主流模式,设备安全可靠运行是保证资源开发和保护生态环境的关键因素。以乐东22-1南块气田为例,进行基于故障树的水下生产系统可靠性分配。首先将水下生产系统故障树模型分为4层,自上而下分别为顶事件、初级中间事件、次级中间事件和三级中间事件。然后采用复合分配法,对故障树顶事件采用基于概率重要度的方法进行可靠性分配,对初级中间事件利用可靠性再分配法进行可靠性分配,最后采取层次分析法对故障率发生改变的次级中间事件进行可靠性分配,最终将系统可靠性指标依次分配到子系统及零部件。分配结果与工程实际相符,并且可以针对失效率较高的薄弱环节,优化水下生产系统可靠性设计。     

深海水下采油树下放安装过程分析与研究

通过对深海水下采油树下放安装工艺流程进行分析,确定了不同安装阶段的载荷情况和边界条件,建立了水下采油树下放安装过程下放钻杆的力学分析模型,对模型进行了有限元计算,分析不同边界条件和载荷作用下下放钻杆的应力、横向位移和变形情况。分析结果表明,深海水下采油树下放安装过程中,下放钻杆在波浪、海流和平台偏移的共同作用下,会产生较大应力,最大应力值达到166.064 MPa;水下采油树还未安装到位与水下井口连接的工况条件下,下放钻杆与平台连接处附近承受的最大总应力为137.841 MPa,下放钻杆下端横向位移最大可达59.64 m;水下采油树安装到位并与井口连接的工况条件下,水深40 m附近总应力达到最大为166.064 MPa。