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。     

基于OrcaFlex水下采油树钢丝绳下放作业窗口研究

水下采油树的下放安装作业环境载荷非常复杂,下放作业窗口是我国南海水下采油树下放过程中亟待解决的关键问题.针对东方1-1气田73 m水下采油树钢丝缆绳下放安装方法,分析了水下采油树下放作业过程.利用OrcaFlex建立了工程船-钢丝缆绳-水下采油树系统的耦合模型,研究了不同浪高、流速、波浪方向角等关键因素对水下采油树安装...     

深水水下采油树下放作业窗口研究

深水水下采油树的下放安装作业环境载荷非常复杂,确保采油树的下放作业安全是亟待解决的问题。为此,分析了水下采油树下放作业过程,建立了下放管串力学模型,确定了采油树下放作业准则,建立了采油树下放作业窗口分析方法及流程,并研究了采油树质量、波浪周期、浪向角和水深对采油树下放作业窗口的影响。研究结果表明,在表面流速小于0.85 m/s、波高小于7.2 m的情况下,采油树可实现安全下放;采油树质量增大导致下放作业窗口变小,主要影响作业窗口的最大有效波高;波浪周期在9~11和15~29 s时下放作业窗口较大,不同浪向角下推荐平台艏向与波浪成45°;随着水深的增加采油树下放作业窗口逐渐变小,水深对窗口的最大有效波高影响较大,对最大表面流速影响很小。     

基于蒙特卡洛的水下采油树本体安装工具结构可靠性分析方法

水下采油树本体安装工具是进行树体锁紧、下放与回收等操作的重要装备,水下采油树本体安装工具受力不均失效,易引起安装失败,甚至造成重大安全事故。分析计算了水下采油树本体安装工具在钻杆下放过程中受到的环境载荷,分别建立了安装工具锁紧和下放水下采油树工况的有限元模型,研究了锁紧状态和下放过程中安装工具的受力情况。根据蒙特卡洛抽样理论,进行了作业锁块、树体和驱动环对海流、温度、外压等3个环境参数的敏感性分析,形成了水下采油树本体安装工具的结构受力可靠性分析方法。本文研究结果可为中国水下采油树的自主研发与国产化应用提供参考。     

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。     

深水水下采油树界面系统模拟测试技术分析

针对深水水下采油树处于高压、低温等严苛的海底工作环境且采油树内部流动着高温高压高腐蚀性流体的特性,形成验证井口和采油树匹配性的水下采油树-水下井口界面系统模拟测试技术。该技术通过自主化测试工桩及设计步骤,采用虚拟装配和集成测试实现水下采油树与水下井口密封性能、连接界面物理匹配、倾斜测试等的检验,保障采油树海上安装时的可靠性。技术成果成功运用于国内多个气田项目采油树SRT接收测试,具有广阔的发展空间和应用前景。     

基于OrcaFlex的深水采油树下放安装过程仿真研究

深水采油树的安装受到水温、波浪和海流等环境因素的影响,不同环境下其安装过程中所产生的偏移量和受力等都不尽相同。为了采油树的安全下放及其精准安装,研究不同环境因素对钻杆偏移量和受力的影响显得非常必要。为此,采用OrcaFlex软件建立了1 500 m水深时采油树下放安装过程的数值模型,研究不同环境因素对安装钻杆的偏移和受力的影响。研究结果表明:波浪方向和来流方向对钻杆偏移量的大小影响很小;海水流速和浪高对于钻杆的偏移量则有着相对明显的影响,且是随着流速和浪高的增大而增大的;在钻杆受力方面,流速和流向对钻柱的受力影响很小,而浪高和波浪方向对钻柱受力则有较大影响,并且随着夹角和浪高的增大而增大。研究结果对采油树的下放安装具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

基于OrcaFlex的水下采油树钻杆下放影响因素敏感性分析

针对东方1-1气田的海况,基于OrcaFlex专业海工软件建立平台钻杆下放采油树的仿真模型,研究了水下采油树在下放过程中钻杆的受力情况,以及采油树的运动响应问题。研究结果表明:在钻杆受力方面,下放过程中所受到的Von Mises应力以及弯矩都主要集中在钻杆上部靠近钻杆顶端处,在钻杆与采油树连接处有较小的应力集中和弯矩。在敏感性参数分析方面,风速对下放过程钻杆受力、弯矩以及水下采油树的运动响应影响很小; 海流流速、浪高、海况的方向角度对其影响较大,其中海流流速和浪高都是正影响; 不同的海况方向角度对钻杆的受力和采油树的运动响应有不同程度的影响。研究结果将对国内水下采油树的安装提供一定指导作用。     

水下采油树油管悬挂器密封技术研究与发展趋势

水下采油树油管悬挂器是水下生产系统的关键设备,其密封性能关系到深水石油开发的成败。介绍了国外ABB Vetco Gray公司、Cameron公司、Dril-Quip公司和FMC公司的水下油管悬挂器密封技术,阐述了密封作用的原理,并对国外公司不同类型密封圈的性能进行了对比。同时分析了水下油管悬挂器密封的关键技术,总结了高温、高压、强腐蚀环境下油管悬挂器密封的发展趋势,最后指出金属与非金属组合的密封形式是当前水下油管悬挂器密封设计的主流,PTFE和PEEK等密封材料的发展将大大增强悬挂器的密封性能,其他新材料的出现也必将提高悬挂器密封的可靠性。     

水下卧式采油树顶部阻塞器下放安装过程研究

采用合适的下放安装方式,设计出合理的安装机具,成为水下油气开采过程中研究的重点。以卧式采油树顶部阻塞器为研究对象,对所需下放机具及安装过程进行研究,分析机具结构特点,总结安装过程注意事项,为我国水下采油树下放安装系统的研发提供借鉴和思路。     

水下采油树闸阀及驱动器国产化关键技术分析

水下采油树闸阀及驱动器结构有别于陆地,且闸板、阀座密封和驱动器结构更为复杂,可靠性要求更高.为此,以宝鸡石油机械有限责任公司压力等级为69 MPa、性能要求为PR2F的水下闸阀和驱动器的国产化研制过程为基础,详细阐述了其总体结构、工作原理、主要技术参数、组成部件、加工制造和测试试验情况.所设计的驱动器可通过液压推动闸板...     

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。     

水下采油树在深海油气田开发中的应用

通过对国内外水下采油树应用情况资料调研,得知水下采油树在国外油气田开采中应用广泛,技术非常成熟,最大安装水深超过2 700 m。而国内目前仅有包括流花11-1等少数几个油气田采用水下采油树进行开采,水下采油树的设计、制造、安装、施工等技术基本由国外少数几家公司掌握,目前尚无国产水下采油树应用于海上油气田的实例。为满足我国油气田开发向深海发展的需要,国内石油公司应利用现在与国外合作项目的机会提高我国水下采油树的设计制造、施工安装水平及使用维护能力。     

水下采油树防护装置结构优化设计

水下采油树是水下生产系统不可或缺的核心设备之一,可以控制油气的开采速度,实时监测和调整生产情况。但在长期水下作业环境下,水下采油树容易遭遇多种环境及非环境荷载,如坠落物的冲击力、渔网的拖拽力、洋流的作用力等,对采油树造成危害。为避免或降低上述作用力对水下采油树的影响,需在水下采油树周围布置防护装置,以确保水下采油树在役期内的作业安全。本文针对渤海海域海床特点,利用结构建模和分析软件,对防护装置底部和主框架结构进行了结构优化设计,对驳船运输工况、海上吊装工况、在位作业工况进行了校核,确保了防护装置在役期内的结构安全。     

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.     

水下控制系统技术在采油树先导试验中的应用

为增加国产化水下采油树控制系统的可靠性和可操作性,对水下控制系统方式进行比较分析,选择电液复合控制方式作为先导试验的控制方法。目标油田流花11-1采用直接液压控制系统,需要在直接液压控制方式的基础上对其进行适应性改造。对目标油田直接液压控制系统进行调研,在充分利用原设备的基础上,在尽可能减少半潜式平台改造和施工的前提下,对国产水下采油树电液复合控制系统新增的电气系统、通信系统、液压系统、化学药剂系统等进行设计研究分析,通过4个专项计算分析,分析结果满足电液复合控制系统要求,从而论证了设计方案的可行性。