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水下生产系统
水下生产系统
第一章:
水下生产系统发展概述
1、从浅水走向深水
原因
▪对能源需求的增长
▪陆上及浅水资源开发已经到达成熟期,并开始减少。
▪高油价,降低开发成本
▪深水技术的快速发展(深水钻井技术、水下增压和分离技术等)
水深、环境条件、油气田位置和油气输送成本等综合因素决定了油田的开发方案
为何采用水下生产系统?
▪能将井口布置在现有平台有效钻井范围以外的地方;
▪高油价,降低开发成本;
▪深水技术的快速发展(深水钻井技术、水下增压和分离技术等)
2、水下生产系统组成
立管和海管、水下采油树、水下增压系统、水下分离系统、回注系统、水下管汇、跨接管、管道终端、连接器
3、我国水下生产系统发展展望
1)国外规范和成熟经验是重要参考资料
2)但由于中国南海海域的特殊条件(台风频繁、较强的内波流作用、复杂海底地形、油田离岸距离远等),相关的技术不可能完全照搬,必须针对南海的独特海况与离岸距离,做出创新性的研究与设计。
3)采油树结构复杂,涉及机械、力学、密封、材料、控制、安全、钻井、海洋工程等学科。
一旦具备了水下采油树的设计、制造、安装和测试能力,就可以设计制造其他水下产品,突破国外技术封锁,自主开发深水油气田。
第二章:
立管系统
立管主要功能
Ø生产立管:
将流体从地底油藏传输到海面浮式设施
Ø注入立管:
回注气体或液体到地底油藏
Ø外输立管:
将处理过的油气传输到陆上或穿梭油轮
Ø钻井立管:
钻井工具通道
立管类型
从本身的特点可分为钢悬链线立管(SCR)、顶部张紧立管(TTR)、柔性立管(FR)、混合立管(HR)
深水立管的主要挑战:
Ø立管系统的费用对水深非常敏感;
Ø立管系统的安装费用对水深也非常敏感;
Ø安装时需要具有足够能力的特殊安装船舶;
Ø对于焊接和检验质量的要求高;
Ø在立管设计中的主要考虑因素为重量和疲劳寿命。
立管的组装
Ø柔性立管和脐带缆通过陆上组装而成;
ØSCR通过立管安装船舶焊接作业线组装而成;
ØTTR通过连接法兰或连接接头组装而成。
SCR容易发生破坏的部位
顶部柔性接头和底部触地点
TTR顶部张紧系统形式
浮筒式和张紧器式
FR优点
Ø无VIV
Ø连接和解脱方便
Ø疲劳寿命长
Ø管线在海底覆盖面积小
Ø可重复利用
Ø抗腐蚀性能好
FR类型
UN-BONDEDPIPE和BONDEDPIPE
混合立管特性
Ø经济有效
Ø具有独立的浮筒
Ø对浮式平台的负载小
Ø紧凑构型–占地面积小
Ø在有限的空间内能容纳多根立管
Ø消除了单独垂直立管的相互影响
Ø无管土相互作用影响
立管设计考虑因素
Ø1)立管功能要求
Ø2)海洋环境条件
Ø3)工程地质条件
Ø4)施工场地条件
Ø5)施工机具条件
第三章:
水下采油树
采油树功能
•采油——把流体从井中输入到海底管道(生产型采油树)或者把水和气注入到海底(注入型采油树)
•安全控制——通过控制系统指挥,关闭阀门,保证流体的输送或者注入都能够安全地停止,防止水下事故发生。
•压力调节——调节环空压力,可以释放完井时的多余压力。
•连接功能——采油树和井口设备及跨接管连接器等连接。
•其他功能,例如用于酸化、裂化、生产测试、往井下注入化学试剂等。
水下采油树的基本类型
•立式采油树
•卧式采油树
立式和卧式采油树的区别
立式采油树的阀门是在竖直的生产通道上放置,油管悬挂器放置在井口头或者油管头内,因此要想进行提起油管修井需移开采油树。
卧式采油树是将控制生产的阀门水平放置,将油管悬挂器放置在树体内部,以此使竖直通道可以与井下连通,可以不用回收采油树而进行提起油管修井。
卧式采油树的类型
分体式采油树和整体式采油树
卧式采油树标准核心部件
Ø树体
Ø井口连接器
Ø油管悬挂器
Ø内部采油树帽
Ø顶部阻塞器
Ø采油树帽
Ø控制模块(SCM)
Ø穿越器
采油树选型依据
Ø井的参数
Ø控制系统选型
Ø流动性
Ø井口头型式
第四章:
水下管汇
管汇主要作用:
1)减少浮式装置(平台)上立管的数量,以使平台所受载荷最小并节约平台空间,降低管线成本;
2)在浮式装置到达之前,可以提前安装,缩短油田建设工期;
3)优化水下设施布局。
管汇主要部件:
水下管汇系统主要包括管汇主体、清管回路模块、控制模块、保护结构、中间部分、防沉板、支撑结构等几大模块组成。
管汇按功能分类
集油管汇、分配管汇、混合管汇
管汇结构设计通常包括:
生产管线设计、结构框架设计、药剂注入管线设计
第五章:
跨接管
跨接管类型
垂直跨接管:
倒U、M肘管、M弯管、三维
水平跨接弯:
无海底支撑、有海底支撑、三维
跨接管设计方法
壁厚设计、悬跨长度设计、形状确定、强度校核、吊装和下放分析
第六章:
管道终端
管道终端结构组成:
管道终端(PLET)安装方法:
首端安装和末端安装
第七章:
水下连接器
连接器系统组成:
Ø连接器本体——预先连接在跨接管端部
Ø毂座——预先安装在水下管汇或采油树上
Ø安装工具——套在连接器本体上,用于连接器锁紧和解锁
Ø其它辅助工具——包括ROV、密封件更换工具、毂座清洗工具等
连接器按连接原理分类型
卡箍式连接器和套筒式连接器
连接器按驱动方式分类型
液压式连接器和机械式连接器
第八章:
潜水器技术
常见的潜水器系统大致可分为:
Ø载人潜水器(HOV)
Ø自治潜水器(AUV)
Ø带缆无人遥控潜水器(ROV)
Ø深海拖曳系统(DT)
Ø水下滑翔器(Glider)
ROV的分类
观察级ROV和工作级ROV
第九章:
深水海上油气田工程开发模式
第十章:
安装技术
深水设备安装工程需要考虑的主要问题分为以下几个方面:
1、提升与下放系统:
该问题主要考虑下放载荷的重量,提升载荷的动态响应,提升系统的提升能力。
2、载荷控制与定位:
该问题主要包括:
准确定位、放置海床时的稳定性。
3、气候窗条件
水下生产系统的三种安装方法
Ø传统吊装法
Ø滑轮法
Ø下摆法
深水立管安装方法
S-LAY、J-LAY、REEL-LAY
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