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。     

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。     

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FMEA的快速压排载系统可靠性分析

采用故障模式和影响分析（Failure Mode and Effect Analysis,FMEA）方法,以快速压排载系统为研究对象,对其涉及的压载系统、液位遥测系统、舱底水系统、集成控制与监测系统（Integrated Control and Monitoring System,IAS）和阀门遥控系统进行深入分析。结果表明,舱底水系统的潜在风险较大,为整个快速压排载系统最薄弱的环节,液位遥测系统则为系统中可靠性较高的子系统。     

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。     

立式双管式水下采油树设计分析

水下采油树作为实现海上油气田开发的重要设备之一,其工作状态直接决定了整个水下生产系统的运行状态。设计了一种基于注采技术的立式双管式水下采油树,设计中选用的闸阀是液压驱动的故障关断式水下闸阀,节流阀是液压驱动的步进式水下节流阀,各类阀组及促动器集中在组合阀上,结构简单紧凑,安装拆卸方便,密封性良好,可实现远程控制或水下ROV控制。对采油树主要闸阀的试验验证结果表明,水下闸阀和节流阀满足API 6A中PR2等级要求,水下控制模块功能能够满足在水下环境中对于控制的要求,具有较高的可靠性。     

基于关键水平的水下采油树预防性维修决策方法

为解决电液复合水下采油树在运行过程中工作环境恶劣且复杂、系统要求可靠性高、维修难度大且费用高的问题,建立基于伽马退化过程的水下采油树组件可靠度退化模型和考虑维修花费、停产损失在内的维修成本模型,建立水下采油树系统预防性维修优化目标体系,基于多目标粒子群优化算法对维修策略进行优化。建立的模型可有效描述水下采油树系统的工作特性,最优解能够满足在低维修成本的前提下系统高可靠性的工作要求。     

水下采油树下部导向框架结构与强度分析

结合水下井口采油树系统自身结构和API 17D标准,采用Solidworks三维建模,设计了一种便于采油树水下安装的下部导向框架.该框架采用高强度结构钢焊接而成,导向装置采用喇叭口结构.通过ANSYS WORKBENCH软件对框架结构进行力学分析,证明该框架整体具有足够的承载力.对应力集中部位进行结构优化,使框架的结构...     

水下采油树及下放安装技术研究

了解水下设备的结构类型与控制方法,掌握正确的安装方式是深水钻、完井工程研究的重要内容。介绍了水下采油树的发展、结构组成与不同类型的优缺点,分析其远程控制的实现方式,研究下放安装步骤与要求。为我国水下采油树的选型与自主研发提供借鉴与思路。     

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。     

浅水水下采油树风险评估方法适应性分析

调研水下采油树国内外可靠性分析的研究现状,指出可靠性分析中存在的不足之处。详细介绍几种典型的风险评估方法并对浅水水下采油树的适应性进行分析。针对渤海浅水水下采油树建立事故树分析模型,得出关键结构重要度排序,根据分析结果,结合实际渤海油气田特点,对油管悬挂器、采油树保护装置和生产阀组在设计方面提出一些实际工程建议,为形成一套适用于浅水油气田的水下采油树风险评估和可靠性分析体系提供理论基础,同时也对我国浅水水下采油树进行自主研发、优化设计和安全运行提供重要参考。     

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。     

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。     

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。     

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。