關于水下生產系統與水下采油樹第一部分水下生產系統其次部分臥式水下采油樹第三部分水下生產限制系統1.什么是水下生產系統技術它是一種通過水下完井系統，和安裝在海底的生產設施，海底管匯系統及海底管線組成一套水下油氣水采輸系統；通過地面和水下限制系統的操作限制，將油氣井采出的油水氣從海底輸送到依托設備或陸上終端的系統工程。它是一個技術密集、多學科綜合協調的海洋工程高技術領域，有著極其廣泛的應用前景，特殊對中深水油氣田開發和邊際油氣田的開發，水下生產系統技術更體現出它的優越性。第一部分

水下生產系統圖1.水下生產系統LH11-1圖2.LF221水下生產設施圖4.水下井口、管匯搭接模式圖2.水下生產系統典型單元圖5.水下生產系統典型單元3.水下生產系統生產設施典型單元圖6.水下生產系統生產設施典型單元4.水下生產系統設計原則

依據海上油氣田具體特點進行合理的水下生產系統工程方案設計對這一技術的推廣應用至關重要，所需遵循的基本原則如下：1)水下生產系統工程方案的設計應綜合考慮油氣田發展各個階段的須要、油氣田基本設計參數、設計荷載；2)設計初期要考慮到將來擴大生產需求，如后期調整井或周邊小區塊的開發；3)水下生產系統設計應滿足設計標準規范和當地特殊規定，盡可能接受國際成熟技術，在滿足功能和平安的同時最大限度簡化水下生產設施，使開采周期內的利益最大化；4)水下生產系統設計中應考慮魚網、錨區和落物等潛在風險，敏感設備應設疼惜裝置；

5)水下生產系統設計中應考慮環境疼惜問題，如液壓液選擇與泄露風險等；6)應考慮水下生產系統的安裝、操作、檢測、維護、修理和廢棄期間的要求；7)水下生產系統設計時應充分利用周邊基礎設施；8)綜合考慮水下生產設施與依托設施、鉆完井工程的界面：水下生產系統與鉆完井界面依據工程項目：水下生產系統與鉆完井界面通常在泥線處，井下完井設備，包括井下平安閥、井下壓力溫度傳感器、化學藥劑注入系統等；水下生產系統與依托設施之間的界面。水下生產系統設計原則：5.水下生產系統特點水下生產系統的特點：應用水下生產系統進行海上油氣田開發具有以下特點：接受水下生產技術可充分利用周邊已有或在建水面設施；深水、井數少或油藏較分散時，接受水下生產系統具有建設周期短、初投資低等優勢；接受水下井口油氣井布置較靈敏：如叢式井不能鉆及的邊緣地區可接受水下完井；水下生產系統適用水深范圍從幾米到數千米，且可用于各種困難海況，如海上冰區等；通過水下完井方式可將探井、評價井轉變為生產井，從而不致使探井報廢；水下生產設備可回收利用，在降低油氣田開發成本的同時還有利于海洋環境的疼惜和海上交通航行的平安；水下生產系統可用于不允許建立水面設施如固定平臺、深水浮式平臺的軍事禁區和航線。6.水下生產設施

與

水下完井設施界面劃分其界面劃分在海底泥線，泥線下部井眼內部的完井管柱和設備，包括井下平安閥，井下壓力溫度傳感器，化學藥劑注入裝置及人工舉升設備，完井管柱系統都屬水下完井設備。而海底組裝的油氣井口系統，管匯系統，限制和處理設施等都屬水下生產設施。水下井口和生產基盤水下采油樹組件水下管匯系統水下設備防護設施水下限制系統水下油氣處理設施水下增壓設備水下輸配電系統水下計量設備水下人工舉升系統7.水下生產設施包括：8.水下生產設施完整性試驗水下生產設備完整性試驗的主要目的如下：1、檢驗產品是否達到合同要求；2、驗證產品性能是否滿足油氣田現場的實際要求；3、使海上工作人員了解和駕馭相應的水下生產設備的功能、操作方式和故障診斷方法。

水下生產設備的完整性試驗主要內容如下：1、現場檢查驗收；2、陸地試驗；3、淺水試驗；4、深水試驗。其次部分臥式水下采油樹圖7.水下采油樹發展歷程1.水下采油樹發展歷程圖8.水下立式和臥式采油樹2.四種采油樹圖2.1.水下立式和臥式采油樹圖9.導向安裝采油樹圖10.無導向安裝采油樹2.2.導向安裝采油樹和無導向安裝采油樹LF22-1水下臥式采油樹圖圖11.水下臥式采油樹圖12.TDF接頭及連接3.水下臥式采油樹圖13.臥式采油樹圖14.LH11-1水下采油樹及附件LH11-1臥式采油樹圖圖15.臥式采油樹剖面圖圖16.URT修井工具圖17.LH11-1臥式有導向采油樹圖18.水下采油樹剖示圖4.水下臥式采油樹特點臥式采油樹特點：采油樹主題為整體加工的圓筒，可設計大通徑，用大油管；生產主閥和生產翼閥在主體外側，成水平排列；除個別在采油樹帽內裝有球閥，否則，采油樹垂直方向沒有采油樹閥組，（可不移動采油樹起下油管修井）油管掛坐在采油樹內，去掉采油樹帽可修井；臥式采油樹通常接受套管管裝接頭完井，須要一個較為困難的下放管柱來安裝油管掛。且下放管柱須要隔離閥和解脫配件，才能適應特定的閘板或專用環形防噴器的標高，但可節約雙筒完井立管的費用；完井較困難，臥式采油樹只有在全部鉆井和下套管作業完成之后，在完井之前，回收鉆井BOP，把采油井口安裝在鉆井井口頭上。再在采油樹上部裝上試油BOP，才能鉆穿水泥塞完井，下完完井管串，座好油管掛，再裝上采油樹帽，工藝困難。臥式采油樹任何組件失效都須要壓井之后回收采油樹上來修理。因此，如何防止失效，提高牢靠性很重要；臥式采油樹獨立油管掛的設計，須要一套困難的環空隔離系統。目前改進型的油管掛與采油樹帽集成在一起。井下測試采油樹，在線閥門和緊急解脫配件包都是通過油管掛下入工具的。因此，裝卸和疼惜設備，測試樁，油管掛模型等都算入臥式采油樹的組成部分。水下臥式采油樹特點：圖19.臥式采油樹圖20.臥式采油樹—油管懸掛器在井口裝置內5.臥式采油樹（油管懸掛器在井口裝置內）圖21.臥式水下采油樹剖面圖圖22.水下采油樹及其ROV操作盤6.水下臥式接受樹帽圖23.用于水下電潛泵完井的采油樹圖24.LH11-1采油樹帽7.水下臥式采油樹油管掛水下采油樹油管掛—臥式采油樹油管掛在采油樹內。用于懸掛油管串，并與密封總成協作各力和密封油管和生產套管之間的環空；為生產閥，環空閥供應接口；為井下化學劑注入口，電潛泵動力源，SCSSV限制供應接口；油管掛為生產閥、環空閥和限制系統供應密封；油管掛外徑壓應與防噴器阻，隔水管內徑想適應；油管掛額定工作壓力，34.5，51.7，69.0，86.31,103.520.7（MPa）（5000）（7500）（10000）（12500）（15000）（17500）(PSI)7.油管掛密封處材料應選擇抗腐蝕性材料；8.油管掛靜水試壓要求，油管掛通徑和下入工具道孔應試壓，1.5倍額定壓力/穩壓15min圖25.通鉆采油樹基本配置8.通鉆采油樹基本配置圖26.1.水下生產限制系統主要工作內容：依據油氣田總體工程方案確定水下限制系統類型；依據油氣田的生產特點確定水下限制模塊的限制和監視功能；確定通信方式；確定水下限制設備的安裝與集成位置、易損部件的回收、更換模式；限制臍帶纜和限制跨接管的選型設計；考慮水下生產限制系統與安裝修井限制系統之間的關系；確定水下生產限制系統與水面依托設施工作界面和接口；確定水下生產限制系統與水下相關設備、儀表、作業工具、ROV之間接口；依據油氣田實際需求考慮擴展功能。第三部分水下生產限制系統2.水下限制系統組成：圖27.水下生產限制系統的基本組成3.水下生產限制系統功能：

主要用于對水下采油樹、水下管匯系統等設備的遠程限制，用以閘閥開/關，水下油咀的調整，井下壓力溫度及水下設施進行的監測，所需化學藥劑的配注。主要模式有：干脆液壓限制系統，干脆電液限制系統和復合電液限制系統等等限制方式。4.限制系統比較表圖28.各類限制系統比較表圖29.干脆液壓限制系統原理圖30.先導液壓限制系統5.干脆液壓限制系統原理圖/先導液壓限制系統圖6.干脆液壓限制系統

干脆液壓限制是最簡潔的水下限制系統，基本組成包括：液壓動力源、液壓限制盤（主控站）、液壓液輸送管線、液壓驅動器等，見圖14和圖15。其主要特點：水下設備上每個遠程限制閥都需一條專用限制線。水面液壓限制盤的盤面上標有水下采油樹限制閥位置和限制線路，它的操縱手柄與采油樹上遙控閥對應，操作人員可較直觀的操縱采油樹，當回接距離在3英里內、井數為1-2口時，建議運用這類限制模式。其主要優勢為：設備簡潔、經濟、易于維護。其主要缺點是：功能較少，每個限制閥都須要獨立的液壓線，水下設備所需限制液壓線較多；為了保證驅動器響應時間，須接受較大直徑的高壓軟管（3／4--1英寸），使限制臍帶纜尺寸大、笨重；干脆液壓限制系統如不增加特殊設備，就無法對液壓管進行清洗。圖31.干脆電液限制系統7.干脆電液限制系統8.干脆電液限制系統

干脆電液限制系統中，電信號取代部分液壓信號，水上電液限制盤的電信號通過水下電纜傳送給水下電磁閥，接受單一、獨立電路限制電磁導向閥開啟，由供應線向驅動器供應液壓液，從而實現采油樹以及其他水下限制動作，見圖16。當回接距離較長時，臍帶纜內部電壓降和液壓降較大，同時對限制臍帶纜的要求與所需限制的井數成正比。干脆電液限制系統能從水下采油樹傳回生產翼閥、環空翼閥和井下壓力信號。9.復合電液限制系統復合電液限制系統接受了先進的數字復合技術，實現了真正的遠程遙測和遙控，為智能化綜合管理供應了可能，該系統由上部電動和液壓限制系統、水下限制單元組成，見圖。給出帶水下液壓動力源的復合電液限制系統，它通過限制臍帶纜連接到一個或多個采油樹、管匯等。每個終端裝置或節點都有一個水下限制模塊(SCM)。接受多心電纜，上行信號用于遙測大量水下數據如壓力、溫度、閥門狀態等，下行信號則用于快速地限制水下電磁執行機構，這些電磁執行機構又進一步經液壓放大驅動液壓閥門和油嘴。水下電子模塊(SEM)的應用增加了電液系統的困難性，但卻縮短了其響應時間，可用于監視較大范圍的數據遙測設備。通常，電液系統適用于多井系統，開發過程中的井控和／或油藏監控應具有操作靈敏、操作速度快和數據遙測的特點。其主要優點是接受多路電氣限制技術，削減了導線數量，簡化了水下電路連接，大大降低了限制臍帶纜成本，多用于回接距離長、井數多的水下系統。圖32.典型的復合電液限制系統圖33.帶有水下液壓動力源的復合電液限制系統10.典型復合電液限制系統圖圖34.水面限制單元組成11.水面限制系統組成12.水下限制系統所需限制的閥門有：（1）水面限制的井下平安閥門(SCSSVs);（2）生產主閥；（3）生產翼閥；（4）環空主閥；（5）環空翼閥；（6）轉換閥（注入閥）；（7）甲醇／化學藥劑注入閥；（8）防垢劑注入閥；（9）防腐劑注入閥；（10）油嘴（每個油嘴可具備兩個限制功能）；（11）注入調整閥（每個調整閥可具備兩個限制功能）；（12）管匯閥組；（13）化學藥劑注入限制閥。13.水下限制系統監視參數如下：(1)生產壓力；(2)環空壓力；(3)管匯壓力；(4)生產溫度；(5)管匯溫度；(6)油氣泄漏監測；(7)采油樹閥門位置（干脆給出或推想）；(8)油嘴位置；(9)油嘴壓差；(10)出砂監測；(11)井下監視；(12)多相流量；(13)腐蝕監控；(14)清管監測。14.水下限制系統設計條件水面限制設備應考慮氣候條件、腐蝕、海生物、潮汐、照明和緊急區劃分；水下限制設備應考慮腐蝕、環境壓力和溫度及維護。1、壓力等級水下限制系統中液壓系統允許的最大操作壓力應至少小于設計壓力（額定工作壓力）10%。水面限制的井下平安閥回路外，液壓限制組件設計壓力一般為：10.3MPa，20.7MPa，或34.5MPa（1500PSI，3000PSI或5000PSI），水面限制的井下平安閥回路液壓限制組件的設計壓力應由廠家確定。其它設備例如作業、回收和測試工具的設計壓力應遵循廠商的規格書要求。

2、溫度等級在非受控環境中工作的水面限制設備應按表17-3-25所列的溫度等級進行設計、測試、操作和儲存。安裝于受控環境中的上部設備應按特定受控環境的溫度等級進行設計、測試、操作和儲存。3、外部靜水壓水下限制設備設計中應考慮外部靜水壓，特殊是與密封設計、自密封耦合和常壓外殼相關的部分，同時也應考慮安裝和作業時限制臍帶纜的裂開。

4、流體的相容性選擇限制設備或組件時應考慮其與限制流體和化學注入劑的相容性。水下限制系統設計條件：15.水下限制設備設計原則：功能要求典型水下限制設備的功能要求如下：1)與水面主控站通信；2)處理和執行來自主控站MCS的指令；3)監視和傳送傳感器數據；4)監視和傳送診斷數據；5)ESD工況下，執行來自水面或水下的指令；6)響應水面指令選擇性地監視和支配油井所需化學藥劑。16.設計要點1）水下液壓系統：水下液壓系統包括水下液壓支配系統、多功能快速連接、管線及液壓軟管、海水海水柜補償室、水下蓄能器等。（1）水下液壓支配系統水下液壓支配系統從限制臍帶纜終端向每口井支配液壓動力，設計要點為：①當液壓接口意外解脫時，應避開采油樹上關鍵的閥門執行機構或其它故障關閉型閥門出現故障；②基盤／管匯液壓支配系統的設計應考慮水下機器人或潛水員操作的隔離設備，以便在發生泄露時實現系統隔離；③水下液壓支配模塊可回收、改造和更換；④液壓系統的設計應考慮單點失效，可通過物理路徑和冗余供應的滾壓隔離來實現。

（2）多功能快速連接多功能快速連接應接受球型或按鍵式。

（3）管線及液壓軟管全部的管線／管道都應有至少6毫米（1/4英寸）的公稱外徑。①在系統的測試、安裝、拆除及正常操作和維護過程中，應支撐和疼惜全部的管線及液壓軟管以將其損壞程度降到最小；②管線及液壓軟管的許用應力應遵循ANSI/ASMEB31.3（工藝管線）的規定；③全部軟管總成應符合IS013628-5（水下生產系統設計與操作：臍帶纜標準）中軟管部分的標準。設計要點

1）水下液壓系統：(4)海水柜補償室每個與水下閥門執行機構的彈簧／增壓邊相連的海水柜補償室的容積至少是總波及體積的125%，以便連接到補償室的全部執行機構能同時動作，應運用旁通單向閥來避開補償室的損壞。(5)水下蓄能器①水下蓄能器的設計應遵循ASME鍋爐和壓力容器規范第八部分第一分冊、BS7201-1和BS7201-2（液壓傳動：充氣式儲能器第一部分和其次部分）。如未遵循這些標準設計，其陸上試驗和其它水上操作過程中應保證人員的平安；②蓄能器系統的設計應考慮隨水深增加蓄能器效率的損失。水下蓄能器可安裝在水下限制模塊的內部和外部。設計要點

1）水下液壓系統：2）水下化學藥劑注入系統（1）水下化學藥劑注入支配系統水下化學藥劑注入支配系統從限制臍帶纜終端向每口井或管匯終端支配化學藥劑，并供應和排放用于壓力測試和流淌限制設備壓力平衡的流體。在泄露檢測和正常的油井加熱過程中，可從環空排放流體。用于油井處理的化學藥劑注入支配系統的流量大大超過液壓支配系統，同時，組件的額定壓力高（與井口系統的額定壓力一樣），可輸送液體的腐蝕性也更強。設計要點如下：①基盤／管匯化學藥劑注入支配系統的設計應留有水下機器人或潛水員操作的隔離裝置，以便于隔離系統防泄露；②考慮到回收、改遣和更換被隔離的失效管線和須要時啟用備件，水下液壓支配模塊可包括化學藥劑注入管線；③化學藥劑注入系統的設計應考慮單點失效，可通過物理路徑和冗余供應路徑來實現。

設計要點（2）化學藥劑注入管線化學藥劑注入系統中的管線和軟管其公稱外徑應至少為6毫米（1/4英寸；管線／管道的許應力應遵循ANSI/ASMEB31.3（工藝管線）的規定。水下化學藥劑注入系統設計時應特地考慮以下問題：①注入甲醇時，管線摩阻和磨損的增加；②密封材料與注入流體、生產流體的相容性；③注入流體和生產流體的腐蝕性；④滲透進軟管襯墊材料的液體（低質量組分）；⑤限制閥和其它流淌限制設備的選擇；⑥金屬一金屬密封和甲醇。應有一個額外的彈性橡膠密封作為備用件，以應對由氣穴現象和流體引起（腐蝕磨損）的材料降解問題。在化學藥劑可能通過軟管擴散的位置，所設計的系統應確保化學藥劑的擴散不會通過泄漏或者二次擴散污染液壓限制流體。2）水下化學藥劑注入系統：設計要點

3）水下電氣系統水下電氣系統包括水下電氣支配系統、水下限制模塊、水下電子模塊。全部由潛水員維護的水下電氣系統應保證潛水員免受電擊。下面描述各個部分的設計要點。

(1)水下電氣支配系統水下電氣支配系統從限制臍帶纜終端頭向每口井支配電力信任號。設計要點：①應盡可能削減串聯電氣接頭的數量，冗余路徑應盡可能不同；②管匯上的電力支配纜和從限制臍帶纜終端到水下限制模塊的跨接電纜應由水下機器人或潛水員修理或重新裝配；③電力支配電纜和跨接電纜的連接應由水下機器人或潛水員運用簡潔的工具完成，盡量削減鉆機／船的運用時間；④在海水和導體之間最少應有兩道隔離，并應適用于在海水操作；⑤如選擇充油系統，應設計并安裝電纜總成，以使進入絕緣液內的海水依靠重力從終端流出。電纜應安裝在絕緣的壓力補償液管線內；⑥全部用于水下電氣系統的材料都應與海水和絕緣流體相兼容。設計要點（2）水下限制模塊（SCM）水下限制模塊安裝在可回收的裝置或殼體內，可以獨立回收和安裝。水下限制模塊內部結構基本是標準化的。目前一個水下限制模塊的限制功能最少是7個，最多為64個。因而一個水下限制模塊可對一個或多個水下采油樹及設備進行遙控，并對井筒、環空以及水下管匯進行操作和監控。典型的水下限制模塊見圖17-3-118。依據須要，水下限制模塊可以安裝在采油樹、水下管匯等處。水下限制模塊與上部電子限制系統之間通常接受主從通訊，即以水面系統為主，水下限制為輔，兼容“發送／確認”、“需求／響應”功能。水下限制模塊具有對溫度、壓力、流量等實施監控的功能。通常水下限制模蛺具有獨立的安裝基座，用于固定水下限制模塊，連接執行機構和傳感器。3）水下電氣系統設計要點水下限制模塊主要包括以下部件：電液或液壓限制閥和其它閥體，如單向閥；直通接頭（電氣或液壓）；液壓管匯和管道；內部傳感器和發送器；過濾器；蓄能器；壓力補償器；增壓器；減壓器；化學藥劑注入調整閥；11水下電子模塊(SEMS)。

圖35.水下限制模塊水下限制模塊的設計要點：①多井系統中，任一水下限制模塊可在不影響系統中其他操作的狀況下安裝、回收；②全壓條件下，所設計的全部在用電子線路應封閉在充溢1個大氣壓氮氣的殼體內；③水下電氣元件應安裝在充溢絕緣液體和具有壓力補償的水下限制模塊內；④全部的內部連接電纜和接頭都應適合于水下濕式環境；⑤為了減小電耗，電磁閥應接受脈沖操作和液壓鎖定，運用故障平安型電氣閥時應減小安裝作業時外部流體進入。(3)水下電子模塊(SEM)水下電子模塊包括硬件和軟件。SEM硬件的設計要點：①基于運用一個或更多的微處理器和電力單元；②應設計兩道獨立的隔離，防海水的侵入SEM;③SEM應有最少25%的備用內存容量，20%的備用實力；④應限制SEM與傳感器、限制閥體的接口類型和格式，應盡可能接受國際標準；⑤應考慮SEM的標準化設計；⑥如須要，應考慮SEM中關鍵測量信號的處理。

（3）SEM軟件設計要點：SEM軟件應由功能任務或模塊構成，這些功能任務或模塊應可作為獨立單元設計、編碼和測試，包括實時操作系統中的中斷任務，或運用一個簡潔的依次掃描時在實時監視器上詞用主程序。模塊和整套軟件結構應易于軟件升級和維護。軟件模塊的編碼應接受高級編程語言。只有小型和時間緊才運用匯編語言。SEM軟件應內置診斷功能以簡化調制解調器、水下計算機和傳感器的測試和調試。SEM可編程，允許在水上合適位置重新編程。SEM有實力短暫存儲全部從水下生產系統中獲得的相關數據。SEM有實力基于MCS的叮囑執行依次監測操作或依次限制。所設計的SEM軟件包括井下溫度和壓力信息(DHPT)。設計要點3）水下電氣系統（4）水下限制臍帶纜終端（SUTU）水下限制臍帶纜終端接受外置陰極疼惜的結構，其內有電接頭、跨接管、液壓液支配閥和化學藥劑注入支配器，通過ROV操作盤進行操作。通常將水下液壓、化學藥劑、電力支配單元集成其中便于安裝和運行管理。

設計要素如下：①與水下限制臍帶纜快速、牢靠連接；②與水下限制模塊快速、牢靠連接，通常通過液壓跨接管和電力跨接管實現；③實現液壓液、化學藥劑、電力的合理