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。     

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。     

水下采油树选型和功能设计

水下采油树在每个工程中针对油田特性都有不同的设计要求。选型设计时,要充分考虑油气田类型、作业环境、压力、井口数量、钻机类型、水深、操作者的喜好进行选型设计。该文给出水下采油树选型流程图,阐述了卧式和立式水下采油树显著区别,列出水下采油树结构选择的六个界面,分析了超高压高温水下采油树的技术挑战和主要经验,指出卧式水下采油树功能设计要求,并针对PY35-1、PY35-2实际项目详细分析了水下采油树的选型及功能设计要求。     

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。     

水下油管悬挂器技术现状与研制要点

结合相关标准和国外公司的成型产品,采用对比分析的方法,阐述了水下油管悬挂器的功能。分析了多孔型、同心型和卧式采油树油管悬挂器的结构特点,并介绍了FMC、Aker Kvaerner和Vetco Gray公司的水下卧式采油树油管悬挂器产品。对锁紧装置、密封结构、导向装置、贯穿接头及通道等的研制要点进行了说明,指出水下油管悬挂器的技术发展趋势为深海域、系列化、智能化。为研制国产水下油管悬挂器提供借鉴。     

基于FFTA和FMEA的水下采油树系统可靠性分析

目前对水下采油树系统的可靠性分析大多只考虑了部分典型故障模式对系统的影响,为此,采用模糊故障树FFTA和FMEA相结合的方法对其进行了可靠性分析,并参考国外可靠性数据库OREDA,采用定性和定量相结合的方法分析了水下采油树系统故障模式发生的严重程度。分析结果表明：通过FMEA法分析,将失效模式危害等级划分为高风险、中高风险、中等风险、中低风险及低风险5个等级,得出水下采油树系统共有20种失效模式;油管悬挂器化学试剂注入耦合器、节流模块硬管及节流模块控制阀等9个部件属于水下采油树系统的薄弱环节,应该采取措施重点防范和定时检测。研究结论可以为国产化水下采油树可靠性设计提供理论指导。     

陵水17-2气田水下采油树选型与功能设计

水下采油树是海洋油气开发的重要设备,在油气田开发中得到广泛应用,水下采油树系统的正确选型对于降低深水油气开发的初期成本和采油树的安全工作有重要意义。国外在水下采油树方面的技术已经相当成熟,在充分调研国外知名公司采油树的产品及其参数资料的基础上,在针对国内第1个自营深水气田陵水17-2的水下采油树选型中,从钻、修、产、弃、应急、开发模式等方面综合对比了立式采油树和卧式采油树的优劣,针对陵水17-2气田环境给出材料等级、压力等级和温度等级等工作等级,选出了不同公司适合陵水17-2气田环境的水下卧式采油树产品。最后,对包括油管悬挂器、采油树帽、阀门等在内的关键部件的选型和设计考虑因素进行了详细分析。研究结果对陵水17-2气田水下采油树的选型以及相应构件的设计有一定的参考意义。     

流花11-1油田水下采油树地面测试单元研制

随着石油勘探开发重心由内陆向海洋转移,作为海洋勘探开发的关键设备,水下采油树得以迅速发展,越来越多地应用于油气开发。水下采油树出现问题时不能够完成生产,及时发现并解决问题对于油气开发具有非常重要的意义,其测试工作变的越来越重要。在深入研究流花11-1油田水下采油树的基础上,研制了地面测试单元,并开发了其监控系统。结果表明:该地面测试单元能准确测试水下采油树的各种状况,保证了水下采油树运行的安全性,应用效果良好。     

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。     

基于贝叶斯网络的水下采油树系统剩余寿命预测

针对水下采油树系统事故频发且相关数据不易获得的问题,基于贝叶斯网络将水下采油树系统划分为水上部分、水下部分和FPSO 3个模块,考虑不同模块间的相互依赖性关系,结合突发失效与正常的退化趋势,建立了水下采油树系统的剩余寿命预测模型,分析相应的模块可靠性,结合失效阈值对剩余寿命进行了预测。结果表明,水下采油树系统的整体可靠性低于任一模块的可靠性,其退化过程先快后慢,并大体呈指数分布;高强度的突发失效将使系统失效过程加速,进而减少设备的剩余寿命,考虑相互依赖性的设备剩余寿命明显低于不考虑相互依赖性时的剩余寿命。     

水下采油树DP船吊机下放安装方法研究

介绍了水下卧式采油树的结构组成及主流类型。通过比较水下采油树安装方法得出DP船吊机下放安装方法的优越性。对水下采油树DP船下放安装所需的设备资源进行分析,探讨了水下采油树采用DP船吊机下放安装的施工程序,并总结水下采油树采用DP船吊机下放安装的几个要点。对我国水下采油树的自主安装提供借鉴。     

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.     

水下立式单通道采油树技术分析及应用案例

水下立式单通道采油树是常用的水下油气田的开发设备,作业效率较高,已在国外得到广泛应用。针对我国的水下油气田主要使用水下卧式采油树且很少使用水下立式采油树的现状,有必要介绍水下立式单通道采油树的技术特点及应用。该文详细分析研究了两种不同结构的水下立式单通道采油树的技术特点、应用案例及作业步骤。水下立式单通道采油树既适用于距离现有平台设施几公里之内的边际油田,又适用于控制距离上百公里的水下油气田,建议在我国海上油气田逐步推广水下立式单通道采油树。该文为水下油气田采油树优选提供参考,具有实际工程参考意义。     

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。     

我国水下油气生产系统装备工程技术进展与展望北大核心CSCD

从水下生产系统方案设计和关键设备国产化制造、安装及集成测试等角度,详细阐述了我国水下油气生产系统设计技术和关键设备工程化现状。在设计技术方面,目前已基本具备1500m水深的水下生产系统独立设计能力,相关水下设计技术在流花16-2油田群和陵水17-2气田等深水油气田得到了充分体现;在水下装备及设备工程化研制方面,以水下采油树、水下控制模块、水下连接器、水下多相流量计和水下脐带缆等为主的关键设备已经具备一定的基础,而且部分产品实现了国产化的示范应用,取得了重大进展。最后对未来我国水下油气生产系统关键设备技术的发展趋势进行了展望。     

我国水下油气生产系统装备工程技术进展与展望

从水下生产系统方案设计和关键设备国产化制造、安装及集成测试等角度,详细阐述了我国水下油气生产系统设计技术和关键设备工程化现状。在设计技术方面,目前已基本具备1 500 m水深的水下生产系统独立设计能力,相关水下设计技术在流花16-2油田群和陵水17-2气田等深水油气田得到了充分体现;在水下装备及设备工程化研制方面,以水下采油树、水下控制模块、水下连接器、水下多相流量计和水下脐带缆等为主的关键设备已经具备一定的基础,而且部分产品实现了国产化的示范应用,取得了重大进展。最后对未来我国水下油气生产系统关键设备技术的发展趋势进行了展望。     

水下卧式采油树静水压试验装置设计

基于水下卧式采油树使用工况和结构特点,确定了水下采油树静水压试验方案,完成了水下卧式采油树静水压试验装置设计和关键结构设计,在此基础上拓展了试验装置的功能和用途。该试验装置具备采油树静水压试验时所需的连接、密封、承载等功能,装置中螺纹式连接接头可用于金属密封垫环预紧力的测试,建立的金属密封垫环工作内压与预紧力之间的对应关系可用于研究海洋水下设备之间金属密封垫环的连接、挤压、变形和密封等问题,从而为现场使用提供参考依据。     

深水卧式采油树完井坐落管柱应用技术研究

针对国内外深水油气田开发广泛采用卧式采油树进行完井的特征,需要配套引入完井坐落管柱进行水下采油树油管挂的安装及锁定。在对深水完井坐落管柱系统适应性及重要性阐述后,介绍了深水完井电液控坐落管柱的设计准则,并重点对关键核心工具包括水下测试树、承留阀、储能模块、立管控制模块及油管挂送入工具的功能选型进行了分析总结,并结合南中国海深水完井作业实践,对坐落管柱现场应用期间水下BOP组内部配长的关键点进行了归纳阐述。研究结果可为今后深水完井设计及现场作业实践提供借鉴和参考。     

基于AHP的水下采油树海试模糊综合评价

水下采油树是水下生产系统的核心设备,其性能和安全关系到整个水下油气生产的效率和安全。通过研究水下采油树海试过程,结合其结构及功能,利用层次分析法(Analytic Hierachy Process,AHP)从运输吊装性、安装回收性、功能性和ROV操作性4个方面构建水下采油树海试评价指标体系;再利用比较法和标度法构建相应指标的比较判断矩阵并计算各指标的权重向量;最后利用模糊综合分析方法,对水下采油树系统各评价指标进行量化分析,从而获得其综合性能及分项性能,定量评判水下采油树。研究结果对水下采油树海试数据采集及定量评价水下采油树性能具有指导意义,评价结果可为水下采油树海试后的优化改进提供参考依据。     

水下采油树电液复合控制系统设计

根据水下采油树系统及相关标准要求,设计了水下采油树电液复合控制系统,包括通信控制系统、液压动力单元(HPU)和水下控制模块(SCM)。采用PROFIBUS-DP和工业以太网通信方式,设计了主从站和冗余控制系统,并分别设计了HPU和SCM的液压系统和电控系统,其中HPU电控系统采用软冗余控制,SCM电控系统采用硬冗余控制。该控制系统可实现对水下采油树阀门管汇的精确、稳定控制。