淺談水下采油樹技術

劉慶越，吳 磊

(中國石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300000)

淺談水下采油樹技術

劉慶越，吳 磊

(中國石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300000)

走向深海，獲取其中儲量巨大的油氣資源已成為世界各國緩解能源壓力的一大趨勢。在深海開采需要的裝備中，水下采油樹是水下海底采油設備中必不可少的重要組成部分。長期以來，水下采油樹的關鍵技術始終處在國外公司的壟斷下。鑒于如此現狀，早日實現水下采油樹技術的國產化，為我國未來的深海開采項目降本增效，已成為中國海洋石油發展的需要。

水下采油樹；技術；公司；國產化；認識

0 引 言

水下采油樹是水下生產系統的基本構件，最初被開發用于傳統的鉆油工程，隨著石油開采轉向深海領域后，水下采油樹技術開始被應用于海洋深處。本文提到的水下采油樹是指連接到海底井口裝置上的全套設備，它用于控制和管理采油、采氣、注氣和注水作業，也可用于進行井下修井作業等。通常情況下，在深水油田的開發、邊緣地區采油注水和與浮式生產系統相關的油田早期開發中，經常使用到水下采油樹技術。

1 水下采油樹的組成

目前，國內油田使用的水下采油樹主要組成包括：樹體、采油樹與井口回接系統、井口連接器、采油樹內帽、液壓驅動的閥門、監控裝置、控制系統界面、ROV控制盤、氣舉CHOKE、化學藥劑注入、采油樹體總成、水下控制單元等。下面重點介紹其中五個組成部分。

圖1 水下采油樹的組成

1.1樹體(TREE BODY)

整體加工的空心圓筒體，內部形狀加工成與油管掛和采油樹內帽相配合的形狀，下端及頂部為螺紋狀結構，分別與液壓井口連接器及采油樹帽相連接。

1.2采油樹與井口回接系統(CONNECTOR TIE-BACK)

該系統由上下兩部分組成，其頂部與樹體相接并密封，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體和水下井口之間的墊片提供保護。

1.3井口連接器(WELLHEAD CONNECTOR)

連接水下井口，通過液壓控制可以實現采油樹與井口的連接和解脫，可用于將采油樹提出水面進行維修。

1.4采油樹內帽(INTERNAL TREE CAP)

采油樹內帽安裝在油管掛的頂部，依靠液壓式起下工具與樹體相連，為樹體內部與環境隔絕提供屏障；在生產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生移位。

1.5ROV控制盤(ROV CONTROL PANEL)

置于采油樹正面，所有的閥門執行器均朝向ROV盤并通過延長桿與ROV盤相連，而ROV操作頭均可以插入ROV盤上的母頭，并轉動閥桿的延長桿，操作閥門的開與關。水下遙控工作機器人簡稱ROV(remotely-operated vehicle)，是一種具有智能功能的水下潛器。

2 水下采油樹的分類

2.1從形式上分

水下采油樹從形式上常分為干式、濕式、干/濕式和沉箱式采油樹四種。其中，干式采油樹將采油樹系統用鋼質外殼密封保護，故叫做井口室；濕式采油樹隨整個水下采油樹暴露于海水中。

2.2從結構上分

水下采油樹從結構上可分為立式采油樹和臥式采油樹兩種。立式采油樹又稱垂直式或傳統式。因其PMV(生產主閥)、PWV(生產翼閥)和SCSSV(地面控制井下安全閥)垂直排列而得名。與立式采油樹最大的區別是,臥式采油樹的PMV(生產主閥)、PWV(生產翼閥)在樹體外水平排列，因而臥式采油樹又稱為水平采油樹。

3 國外主要廠家

3.1FMC公司

美國FMC公司作為世界上最大的水下完井設備供應商，迄今已為250多個項目提供了超過1 200臺水下采油樹。1976年賣出的第一臺水下采油樹安裝在墨西哥灣，水深70英尺(20 m)。FMC將水下采油樹分成四種類型：雙筒立式水下采油樹、深水高溫高壓水下采油樹、深水立式和臥式水下采油樹。

3.2Cameron公司

喀麥隆Cameron公司的水下采油樹主要分為直流電驅動水下采油樹、雙筒水下采油樹、泥線樹等，其中直流電驅動水下采油樹的優點是不需要通過控制管纜發送液壓信號，控制更快捷，反饋更迅速。安裝水深無限制，長距離。

3.3Kvarner公司

挪威Aker Kvarner公司提出的新型采油樹融合了臥式采油樹和水平采油樹的優點，去除了缺點。新型水下采油樹自帶轉換采油樹系統(CTS)。

4 三個國內油田水下采油樹項目

4.1不同點

流花11-1油田通過水下衛星井完井，井液從各衛星井通過海底管線匯集到水下管匯，通過立管輸送到浮式生產系統；惠州32-5油田不建生產平臺，采用水下井口通過海底管線回接到惠州26-1平臺生產；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

三個油田均采用美國FMC公司生產的水下臥式采油樹；投資相對巨大。

5 水下采油樹技術的發展

5.1國外對水下采油樹技術的起步較早

早在20世紀50年代末期，世界第一座水下低壓氣井在美國伊利湖應用，利用凱利鉆探閥作為主控閥，橡膠軟管作為管線，拉開了水下生產系統應用的序幕。1963年，Texaco公司安裝了水深僅6.096 m的水下井口，對于未來液壓閥驅動器和遠程控制系統的發展有深遠的影響。20世紀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建造而非陸上改造的水下采油樹，該系統持續生產作業近20年。70年代，Lockheed公司研發了潛水艙，允許在一個大氣壓的環境下，工人通過潛水艙下潛，在井口處安裝并操作，但最終由于人員風險等問題放棄了此方案。同期，Phillips公司對北海的Ekofisk油田進行經濟評價，為加快開采進程，提出了使用改裝的固定式鉆井平臺與多井口相連接的構想。80年代末，Phillips公司在西非象牙海岸油田的開發中使用的海底完井技術，水深介于243 m和762 m之間。1992年，Exxon公司著手開發墨西哥灣的Zinc油田,水深達518.16 m，應用了整體管匯系統，加快了水下生產系統開發的進程。2000年后，Amoco公司致力于開發墨西哥灣的深水油田項目，計劃鉆井8-10口，水深達1 645.92 m。

5.2國內對水下采油樹技術的起步較晚

現階段國內廠商還不具備開發水下生產系統關鍵技術的自主知識產權，部分廠商需要同國外知名企業合作開發。大部分使用水下采油樹的油田依賴于國外技術進口，一定程度上影響了我國邊際油田及深水油田的開發進程。

5.3水下采油樹技術是海洋石油生產的關鍵技術

從下圖中不難看出，水下生產設備和技術已經迅速成為海洋石油生產的發展趨勢，其中水下采油樹技術的發展勢必影響著海洋石油的發展。因此為滿足我國油氣田開發向深海發展的需要，國內石油公司應利用與國外合作項目的機會不斷提高我國水下采油樹的設計制造、施工安裝水平及使用維護能力。

6 結束語

作為水下生產系統的重要一環，水下采油樹起著承上啟下的作用，目前水下采油樹技術國產化的步伐已加快。隨著我國海洋石油不斷向深海邁進，水下生產系統設備和技術的國產化始終是一項挑戰。倘若我們突破了瓶頸，實現了水下采油樹技術的國產化，那么必將對我國海洋石油的發展做出貢獻。

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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，主要從事采油技術與管理。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.07.007

TE

B

1009-3230(2015)07-0024-03