劉慶越，吳 磊

(中國(guó)石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300000)

淺談水下采油樹(shù)技術(shù)

劉慶越，吳 磊

(中國(guó)石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300000)

走向深海，獲取其中儲(chǔ)量巨大的油氣資源已成為世界各國(guó)緩解能源壓力的一大趨勢(shì)。在深海開(kāi)采需要的裝備中，水下采油樹(shù)是水下海底采油設(shè)備中必不可少的重要組成部分。長(zhǎng)期以來(lái)，水下采油樹(shù)的關(guān)鍵技術(shù)始終處在國(guó)外公司的壟斷下。鑒于如此現(xiàn)狀，早日實(shí)現(xiàn)水下采油樹(shù)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，為我國(guó)未來(lái)的深海開(kāi)采項(xiàng)目降本增效，已成為中國(guó)海洋石油發(fā)展的需要。

水下采油樹(shù)；技術(shù)；公司；國(guó)產(chǎn)化；認(rèn)識(shí)

0 引 言

水下采油樹(shù)是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的基本構(gòu)件，最初被開(kāi)發(fā)用于傳統(tǒng)的鉆油工程，隨著石油開(kāi)采轉(zhuǎn)向深海領(lǐng)域后，水下采油樹(shù)技術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用于海洋深處。本文提到的水下采油樹(shù)是指連接到海底井口裝置上的全套設(shè)備，它用于控制和管理采油、采氣、注氣和注水作業(yè)，也可用于進(jìn)行井下修井作業(yè)等。通常情況下，在深水油田的開(kāi)發(fā)、邊緣地區(qū)采油注水和與浮式生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)的油田早期開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常使用到水下采油樹(shù)技術(shù)。

1 水下采油樹(shù)的組成

目前，國(guó)內(nèi)油田使用的水下采油樹(shù)主要組成包括：樹(shù)體、采油樹(shù)與井口回接系統(tǒng)、井口連接器、采油樹(shù)內(nèi)帽、液壓驅(qū)動(dòng)的閥門(mén)、監(jiān)控裝置、控制系統(tǒng)界面、ROV控制盤(pán)、氣舉CHOKE、化學(xué)藥劑注入、采油樹(shù)體總成、水下控制單元等。下面重點(diǎn)介紹其中五個(gè)組成部分。

圖1 水下采油樹(shù)的組成

1.1樹(shù)體(TREE BODY)

整體加工的空心圓筒體，內(nèi)部形狀加工成與油管掛和采油樹(shù)內(nèi)帽相配合的形狀，下端及頂部為螺紋狀結(jié)構(gòu)，分別與液壓井口連接器及采油樹(shù)帽相連接。

1.2采油樹(shù)與井口回接系統(tǒng)(CONNECTOR TIE-BACK)

該系統(tǒng)由上下兩部分組成，其頂部與樹(shù)體相接并密封，其底部與套管懸掛器相接并密封，中間由上下兩部分相接并密封。它的主要功能是為采油樹(shù)體和水下井口之間的墊片提供保護(hù)。

1.3井口連接器(WELLHEAD CONNECTOR)

連接水下井口，通過(guò)液壓控制可以實(shí)現(xiàn)采油樹(shù)與井口的連接和解脫，可用于將采油樹(shù)提出水面進(jìn)行維修。

1.4采油樹(shù)內(nèi)帽(INTERNAL TREE CAP)

采油樹(shù)內(nèi)帽安裝在油管掛的頂部，依靠液壓式起下工具與樹(shù)體相連，為樹(shù)體內(nèi)部與環(huán)境隔絕提供屏障；在生產(chǎn)期間為油管掛提供固定裝置，防止油管掛在油井熱力及壓力變化下產(chǎn)生移位。

1.5ROV控制盤(pán)(ROV CONTROL PANEL)

置于采油樹(shù)正面，所有的閥門(mén)執(zhí)行器均朝向ROV盤(pán)并通過(guò)延長(zhǎng)桿與ROV盤(pán)相連，而ROV操作頭均可以插入ROV盤(pán)上的母頭，并轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿的延長(zhǎng)桿，操作閥門(mén)的開(kāi)與關(guān)。水下遙控工作機(jī)器人簡(jiǎn)稱(chēng)ROV(remotely-operated vehicle)，是一種具有智能功能的水下潛器。

2 水下采油樹(shù)的分類(lèi)

2.1從形式上分

水下采油樹(shù)從形式上常分為干式、濕式、干/濕式和沉箱式采油樹(shù)四種。其中，干式采油樹(shù)將采油樹(shù)系統(tǒng)用鋼質(zhì)外殼密封保護(hù)，故叫做井口室；濕式采油樹(shù)隨整個(gè)水下采油樹(shù)暴露于海水中。

2.2從結(jié)構(gòu)上分

水下采油樹(shù)從結(jié)構(gòu)上可分為立式采油樹(shù)和臥式采油樹(shù)兩種。立式采油樹(shù)又稱(chēng)垂直式或傳統(tǒng)式。因其PMV(生產(chǎn)主閥)、PWV(生產(chǎn)翼閥)和SCSSV(地面控制井下安全閥)垂直排列而得名。與立式采油樹(shù)最大的區(qū)別是,臥式采油樹(shù)的PMV(生產(chǎn)主閥)、PWV(生產(chǎn)翼閥)在樹(shù)體外水平排列，因而臥式采油樹(shù)又稱(chēng)為水平采油樹(shù)。

3 國(guó)外主要廠家

3.1FMC公司

美國(guó)FMC公司作為世界上最大的水下完井設(shè)備供應(yīng)商，迄今已為250多個(gè)項(xiàng)目提供了超過(guò)1 200臺(tái)水下采油樹(shù)。1976年賣(mài)出的第一臺(tái)水下采油樹(shù)安裝在墨西哥灣，水深70英尺(20 m)。FMC將水下采油樹(shù)分成四種類(lèi)型：雙筒立式水下采油樹(shù)、深水高溫高壓水下采油樹(shù)、深水立式和臥式水下采油樹(shù)。

3.2Cameron公司

喀麥隆Cameron公司的水下采油樹(shù)主要分為直流電驅(qū)動(dòng)水下采油樹(shù)、雙筒水下采油樹(shù)、泥線樹(shù)等，其中直流電驅(qū)動(dòng)水下采油樹(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不需要通過(guò)控制管纜發(fā)送液壓信號(hào)，控制更快捷，反饋更迅速。安裝水深無(wú)限制，長(zhǎng)距離。

3.3Kvarner公司

挪威Aker Kvarner公司提出的新型采油樹(shù)融合了臥式采油樹(shù)和水平采油樹(shù)的優(yōu)點(diǎn)，去除了缺點(diǎn)。新型水下采油樹(shù)自帶轉(zhuǎn)換采油樹(shù)系統(tǒng)(CTS)。

4 三個(gè)國(guó)內(nèi)油田水下采油樹(shù)項(xiàng)目

4.1不同點(diǎn)

流花11-1油田通過(guò)水下衛(wèi)星井完井，井液從各衛(wèi)星井通過(guò)海底管線匯集到水下管匯，通過(guò)立管輸送到浮式生產(chǎn)系統(tǒng)；惠州32-5油田不建生產(chǎn)平臺(tái)，采用水下井口通過(guò)海底管線回接到惠州26-1平臺(tái)生產(chǎn)；陸豐22-1油田采用海底增壓泵采油。水深分別為370、120和333 m。

4.2共同點(diǎn)

三個(gè)油田均采用美國(guó)FMC公司生產(chǎn)的水下臥式采油樹(shù)；投資相對(duì)巨大。

5 水下采油樹(shù)技術(shù)的發(fā)展

5.1國(guó)外對(duì)水下采油樹(shù)技術(shù)的起步較早

早在20世紀(jì)50年代末期，世界第一座水下低壓氣井在美國(guó)伊利湖應(yīng)用，利用凱利鉆探閥作為主控閥，橡膠軟管作為管線，拉開(kāi)了水下生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用的序幕。1963年，Texaco公司安裝了水深僅6.096 m的水下井口，對(duì)于未來(lái)液壓閥驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響。20世紀(jì)60年代中期，Shell公司在加利福尼亞海岸建造了第一代為水下生產(chǎn)建造而非陸上改造的水下采油樹(shù)，該系統(tǒng)持續(xù)生產(chǎn)作業(yè)近20年。70年代，Lockheed公司研發(fā)了潛水艙，允許在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，工人通過(guò)潛水艙下潛，在井口處安裝并操作，但最終由于人員風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題放棄了此方案。同期，Phillips公司對(duì)北海的Ekofisk油田進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，為加快開(kāi)采進(jìn)程，提出了使用改裝的固定式鉆井平臺(tái)與多井口相連接的構(gòu)想。80年代末，Phillips公司在西非象牙海岸油田的開(kāi)發(fā)中使用的海底完井技術(shù)，水深介于243 m和762 m之間。1992年，Exxon公司著手開(kāi)發(fā)墨西哥灣的Zinc油田,水深達(dá)518.16 m，應(yīng)用了整體管匯系統(tǒng)，加快了水下生產(chǎn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。2000年后，Amoco公司致力于開(kāi)發(fā)墨西哥灣的深水油田項(xiàng)目，計(jì)劃鉆井8-10口，水深達(dá)1 645.92 m。

5.2國(guó)內(nèi)對(duì)水下采油樹(shù)技術(shù)的起步較晚

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)廠商還不具備開(kāi)發(fā)水下生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，部分廠商需要同國(guó)外知名企業(yè)合作開(kāi)發(fā)。大部分使用水下采油樹(shù)的油田依賴(lài)于國(guó)外技術(shù)進(jìn)口，一定程度上影響了我國(guó)邊際油田及深水油田的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

5.3水下采油樹(shù)技術(shù)是海洋石油生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)

從下圖中不難看出，水下生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)迅速成為海洋石油生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，其中水下采油樹(shù)技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必影響著海洋石油的發(fā)展。因此為滿足我國(guó)油氣田開(kāi)發(fā)向深海發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)石油公司應(yīng)利用與國(guó)外合作項(xiàng)目的機(jī)會(huì)不斷提高我國(guó)水下采油樹(shù)的設(shè)計(jì)制造、施工安裝水平及使用維護(hù)能力。

6 結(jié)束語(yǔ)

作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要一環(huán)，水下采油樹(shù)起著承上啟下的作用，目前水下采油樹(shù)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的步伐已加快。隨著我國(guó)海洋石油不斷向深海邁進(jìn)，水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備和技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化始終是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。倘若我們突破了瓶頸，實(shí)現(xiàn)了水下采油樹(shù)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，那么必將對(duì)我國(guó)海洋石油的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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[5] 張 亮,張璽亮,孫子剛，等.深水油田立式水下采油樹(shù)安裝操控作業(yè)[J].石油鉆采工藝,2012.

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Reflections on the Subsea Tree Technology Localization

LIU Qing-yue, WU Lei

(China Petroleum (China) Co., Ltd. Tianjin Branch,Tianjin 300000,China)

Towards the deep sea, which get huge reserves of oil and gas resources has become the world to ease the pressure of a big trend in energy. In the deep sea mining equipment needed, the subsea tree underwater subsea equipment indispensable component. For a long time, the key technology subsea tree is always in the company under foreign monopoly. Given this situation, the early realization of subsea trees localization technology for future deep-sea mining project of cost efficiency, has become the need of China National Offshore Oil Development.

Subsea trees; Technology; The company; Localization; Thinking

2015-05-27

2015-06-21

劉慶越，主要從事采油技術(shù)與管理。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.07.007

TE

B

1009-3230(2015)07-0024-03