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。     

国产化水下油气生产系统可靠性分配研究

我国水下油气生产系统的技术水平还处于初步发展阶段,为保障国产化水下油气生产系统的成功实施,有必要开展水下油气生产系统可靠性相关研究工作。提出一种基于相似产品分配法和层次分析法(AHP)相结合的复合分配法,建立了典型水下油气生产系统模型和系统可靠性框图,并综合考虑国产化因素,建立了系统可靠性分配模型。通过专家评分系统构造出判断矩阵,运用复合分配法进行系统可靠性一次分配和再分配,将系统可靠性指标分配到各子系统及设备单元。对相似产品分配法、AHP以及复合分配法3种方法进行对比,对比结果表明,复合分配法可以优化系统可靠性分配系数,使得系统可靠性设计更加合理。研究结果可对国产化水下油气生产系统自主设计阶段工作提供一定的指导。     

番禺35-1/35-2气田水下管汇嵌入式在线安装方案设计及建造关键技术

随着海洋油气开发不断向深水延伸,使用水下生产系统开发深水油气已经成为一种重要的开发模式,其中水下管汇作为水下生产系统的常见设施用于简化水下生产系统。在我国南海番禺35-1/35-2气田开发中,部分水下管汇采用了新型嵌入式在线安装的解决方案,这是国内首次实现嵌入式在线安装的水下工程产品。文中阐述了番禺35-1/35-2气田水下设施项目中在线安装水下管汇的设计方案、建造关键技术和实施方案,其研究成果为我国南海深水油气田开发提供了技术支撑,对我国分体式管汇的制造、测试具有很好的借鉴作用。     

水下吸力锚基础式带控制系统中心管汇制造技术

随着海洋油气田开发不断向深水延伸,水下生产系统已经成为深水开发中的主要模式。水下中心管汇是水下生产系统中油气资源集输、水下控制的关键装备。通过对国内外水下中心管汇项目进行系统研究,选择深水典型水下吸力锚基础式带控制系统中心管汇作为研究对象,从其组成、关键设备接收技术要求、制造及测试工艺流程、技术风险点等方面阐述了水下吸力锚式中心管汇的制造、测试技术,为我国水下生产设施的制造提供借鉴。     

水下生产设施湿式保温材料应用研究

对水下管汇等水下生产设施湿式保温材料配方及合成工艺进行研究,开发了一种适用于500 m以内的水下生产设施保温材料,掌握了涂敷工艺并应用于水下管汇样机。材料的各项性能指标满足生产需求,实现了水下油气生产系统保温材料国产化。     

水下油气生产系统集成测试技术研究

水下油气生产系统的集成测试技术,即SIT(System Integration Test)测试技术对于保障海上油田的生产及安全具有重要作用。我国对于水下油气生产设备及技术的研究还处于起步阶段,尚未建立水下生产系统集成测试场地。分析了国外先进的水下油气生产设备测试技术,结合我国国情对水下油气生产系统集成测试场地进行详细规划,提出测试场地工作流程。水下生产系统集成测试场地的建立将促进我国水下油气生产技术的发展。     

我国海洋油气钻井装备技术现状及展望

为了促进海洋油气钻井装备技术进步,加快海洋油气勘探开发装备的国产化步伐,介绍了我国浅海及深海油气钻井装备的整体技术现状,重点对海洋动态井架、钻井泵组、管柱自动化处理系统、升沉补偿系统、隔水管系统和水下防喷器等深水钻井核心装备进行了分析,分析结果表明国产海洋油气钻井装备与国外发达国家在装备的自动化水平、智能化水平、关键核...     

关于深海工程技术研究几个问题的探讨

随着科学技术的进步和我国对油气资源需求的提高,深水油气开发已成为我国面临的紧迫任务。水下生产系统是深水油气开发模式中的关键环节,中石油应把与水下生产相关的前期概念设计、水下生产设施、水下流动保障技术以及建立海洋石油专业设备检验机构等方面作为深海油田技术研究的切入点,开展超前研究,逐步掌握海洋油气田开发建设的核心技术,摆脱对国外的技术依赖。     

水下采油树关键部件的材料设计选型

我国海洋油气开采所需的水下采油树长期依赖于进口,成本高昂。文章针对水下采油树所处的深水、高温、高压、高腐蚀等应用工况,对水下采油树关键部件的基体材料、防腐材料及密封材料的相关性能进行了分析与选型,并将研究成果应用于中国南海流花11-1油田和番禺35-2/1气田采油树的国产化制造中。自主研发和设计选型的水下采油树关键部件材料,不仅达到了国际行业标准的性能指标,而且成本只有国外的1/3。     

水下阀门国产化关键技术研究

水下阀门是水下采油树及水下管汇的关键部件,在水下采油设备中发挥着重要作用。但水下阀门完全依靠进口的局面对油气田开发成本、进度控制以及阀门后期维护保养均极为不利,可能成为制约我国深水油气资源开发的瓶颈。基于我国南海某气田群开发项目对水下阀门的要求,根据相关标准规范的规定,介绍了水下闸阀和水下球阀的主要技术要求,从设计、制造和测试3个方面探讨了水下阀门研制中的关键技术,并提出了水下阀门国产化的建议。     

水下生产设施在线管汇工厂接收测试技术研究

由于受国外技术保护垄断的影响,深水水下生产系统在我国海上油气田开发应用较少,水下生产系统制造及测试技术进展缓慢,且南海油气资源丰富,其中70%位于深水区,深水油气开发已成为我国能源的战略接力区。深水水下生产设施在工厂接收测试(FAT)时,涉及很多专用的测试设备、材料,且每项测试具体要求可借鉴的文献较少。结合中国南海番禺35-1/2项目在线管汇(ILM)的实际测试经验,详细说明了水下生产设施FAT的流程、关键专用设备、每项测试的目的及注意事项,为发展我国水下生产系统进行了重要的技术储备。     

基于Inventor的水下生产虚拟仿真设计系统的设计与实现

经过近几十年的发展,我国海洋油气开发开始走向深海,为满足前期整体布局规划方案技术准备工作的需要,基于Inventor平台开发了水下生产虚拟仿真设计系统。该系统除在操作上使用方便、直观易懂外,还具以下功能:水下生产系统设备整体布局的快速设计;水下生产系统三维模型库的调用、自动添加、知识积累,模型浏览、预览,管线自动布设连接;对所创建的三维虚拟场景自动生成三维布局图或平面图;输出ROV工作的干涉报告;对关键部件、组件结构快速生成相应的有限元计算数据文件等。同时,为更好地进行快速设计,还以此平台为基础,对南海深水油气田荔湾3-1示范工程的水下生产设备创建了完整的参数化三维模型数据库。实际应用结果表明,该系统为我国的深水水下生产提供了一种快速、准确的方案比较工具,可对设备安装和水下生产关键技术进行预演,对深水油气勘探开发能起到一定的技术支撑作用。     

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。     

无隔水管深水井口系统切割回收工程化应用

深水水下井口系统切割回收作业是深水钻井工程无隔水导管作业之一。介绍了我国自主研制的深水外悬挂水下井口切割回收工具系统各关键设备的研制、试验和改进完善进程。统计了10口井的实际作业简况,与国外技术进行比对,证实所研制的深水机械切割系列和动力切割系列装备都达到工程化应用水平。还进行了刀片受力分析和工程系统水力学设计,说明了作业排量和割刀喷嘴直径合理选配的重要性。     

水下多相增压泵选型设计

在深海油气开发中,水下多相增压泵是多相混输技术的关键设备,主要包括双螺杆多相泵和螺旋轴流多相泵。研究了水下双螺杆多相泵和螺旋轴流多相泵的结构组成、工作原理及其特点。针对典型的工程实例,考虑泵的排量、驱动方式、泵入口条件、冷却润滑系统等,分析了水下增压泵的选型设计过程以及重要设计参数的确定方法,得出该案列应选用的水下双螺杆增压泵。     

水下平板闸阀阀座密封技术探讨

水下平板闸阀阀座密封的可靠性和稳定性直接影响水下生产系统的正常运行。通过对水下闸阀密封试验测试、几种典型阀座密封结构及密封机理、闸阀关键部件材料选择和热喷涂技术等进行阐述,得出水下闸阀阀座密封结构设计要求点,即首先根据油气介质的工作压力、气质条件来确定密封方式;其次是设计的阀板与阀座金属密封面在低压状态下必须具有自密封性;再者是设计的阀板与阀座需始终保持浮动状态;最后是应选择合适的阀座与阀板密封面喷涂材料及喷涂工艺。建议我国应加大水下闸阀阀板与阀座金属密封面涂层材料的自主研发,深入研究热喷涂后的腐蚀行为测试方法,确定不同工况下涂层材料的选择方案及依据。研究内容可为我国的平板闸阀国产化研制提供参考。     

深海水下闸阀和驱动器密封可靠性研究

深海水下闸阀和驱动器是水下采油树、出油管线、水下管汇系统等水下生产系统装备中不可或缺的设备，其密封的可靠性是影响使用性能和寿命的关键，同时也是该类阀门及驱动器国产化研究的重点。基于对国内外水下闸阀及驱动器的技术特点和应用情况的分析，结合该部件国产化研制的情况，围绕水下闸阀和驱动器密封性能研究这一关键技术问题，从密封结构设计、密封性能分析、密封可靠性验证方法研究、产品样机密封试验验证过程和问题处理等内容进行了全面的分析和研究。针对故障率较高的闸阀密封，创建了阀座密封分析模型，对比分析了不同工况下C形金属密封环的受力和变形趋势，得出了该类密封圈结构优化方案，通过PR2F性能试验验证了设计的可行性，指出影响产品密封性能的主要因素，解决了水下闸阀和驱动器国产化关键技术问题。研究结果可为提升该产品性能和国产化开发提供技术指导。     

水下控制模块锁紧结构分析及建议

水下控制系统是深水油气开发的核心系统,水下控制模块则是水下控制系统中的关键设备,国内对此正在进行初步研究。锁紧结构是水下控制模块的核心部件,在运输、安装和回收等过程中起着重要作用。分析了4种国外在役水下控制模块锁紧结构,总结了其主要组成结构、工作原理及各自优缺点,对国内在此方面的研究给出了建议。     

海上油气田水下生产系统的应用与发展

海洋油气开发中的水下生产系统以其适用性强、效率高、经济性能好等诸多优势,成为适用于深水或超深水油气开发的关键技术之一。此文在阐述水下生产系统发展历程的基础上,介绍了世界范围内典型的水下生产系统,分析了实施水下生产系统存在的部分问题,对我国水下生产系统的发展提出建议,旨在推动我国自主研发水下生产系统的进程。     

深水海底管道铺管设备技术现状与国产化设想

深水海底管道铺设技术是我国进行深海油气资源开发的关键技术。综述了国外深海海底管道铺设技术,着重介绍了深水铺管船及铺管主要设备(张紧器、A&R绞车、管道输送系统等)的技术现状,并在分析各主要设备技术特点和国内技术条件的基础上,提出了通过引进、消化、技术集成、技术创新的方式进行深水铺管关键设备国产化的设想。