水下采油樹線性覆蓋工具方案設(shè)計(jì)及優(yōu)選

程友祥+曹偉楓

[摘 要]為了滿足我國海洋石油的戰(zhàn)略發(fā)展需求，海上油氣田的開發(fā)重點(diǎn)逐漸從淺水走向深水。深水線性覆蓋工具具有在水下可以高效利用水下ROV的優(yōu)點(diǎn)，其對操作線性覆蓋工具的水下ROV要求較低，能提高修井/完井的工作效率；在保養(yǎng)期間可以將主活塞缸與基座等分開保養(yǎng)，降低工具保養(yǎng)的難度和成本。深水線性覆蓋工具具有技術(shù)創(chuàng)新性高、操作簡單的特點(diǎn)。選擇線性覆蓋工具產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，將創(chuàng)造客觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時它還有利于打破國外的技術(shù)封鎖，填補(bǔ)國內(nèi)空白，增強(qiáng)國際市場競爭力。

[關(guān)鍵詞]線性覆蓋工具；方案設(shè)計(jì)；工作原理；對比分析

[中圖分類號] TE95 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0088-03

引言

據(jù)資料分析，從2013年-2017年，5年內(nèi)的深水石油開發(fā)投入將超過海上油氣開發(fā)總投入的50%。[1]我國南海的石油地質(zhì)儲量占中國石油儲量的1/3，其中70%以上蘊(yùn)藏在深水區(qū)域。[2]但是我國的大洋工作始于20世紀(jì)70年代，起步較晚，深海海洋科學(xué)技術(shù)研究和發(fā)達(dá)國家相比還存在著不小的差距。目前，我國的深海石油作業(yè)項(xiàng)目基本上依靠國外的技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)，不但施工費(fèi)用昂貴，而且工期由國外的大公司掌握，難以保證要求。

在水下生產(chǎn)系統(tǒng)過程中，由于油氣生產(chǎn)的過程會產(chǎn)生水化物，極易堵塞采油樹連接管道及采油樹樹體內(nèi)部管道，因此，修井/完井系統(tǒng)是水下生產(chǎn)系統(tǒng)中必不可少的系統(tǒng)之一。在修井/完井系統(tǒng)中，涉及水下采油樹閥門的打開或關(guān)閉，及如何可靠的保證閥門打開或關(guān)閉狀態(tài)的問題，而線性覆蓋工具就是操作閥門必不可少的工具之一，它具有保證水下閥門的打開或關(guān)閉狀態(tài)的能力。對于修井/完井系統(tǒng)來說，線性覆蓋工具具有非常關(guān)鍵的作用。若其不能正常的打開或關(guān)閉采油樹閥門和保持打開與關(guān)閉采油樹閥門狀態(tài)，水下采油將樹不能正常完成修井/完井過程，這會導(dǎo)致采油樹泄漏等災(zāi)難性后果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危害到國家海洋的戰(zhàn)略利益。

因此，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水下采油樹線性覆蓋工具及其相應(yīng)的配套系統(tǒng)，對于提升我國水下生產(chǎn)技術(shù)競爭力，促進(jìn)我國國內(nèi)深水油氣開發(fā)，保障深水油氣田安全運(yùn)行具有重要的意義。而在深水工作的采油樹，其打開或關(guān)閉采油樹閥門的線性覆蓋工具是油氣開發(fā)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，被廣泛用于水下采油樹的閥門操作過程中。雖然目前國內(nèi)外出現(xiàn)了類似的線性覆蓋工具，但其對水下ROV操作要求較高，且操作過程較為繁瑣，同時其操作壓力較小，應(yīng)用前景不廣，技術(shù)創(chuàng)新性不高。

一、國內(nèi)外線性覆蓋工具分析

目前國內(nèi)市場上的線性覆蓋工具是對國外的線性覆蓋工具的簡單復(fù)制。其在實(shí)際應(yīng)用過程中，出現(xiàn)了線性覆蓋工具液壓推力大小過低不能打開或關(guān)閉閥門，線性覆蓋工具液壓油泄漏嚴(yán)重等問題，造成了嚴(yán)重的海洋污染；且在實(shí)際操作過程中，其對水下ROV操作不友好，導(dǎo)致水下ROV操作過于繁瑣，影響到完井/修井的效率，增加了采油成本。

在國外市場上，目前線性覆蓋工具技術(shù)主要由Ocea-neering、Subsea 7等海洋石油裝備公司所掌握。Oceaneering公司的線性覆蓋工具如圖1所示。該線性覆蓋工具由標(biāo)準(zhǔn)A型接口、旋轉(zhuǎn)限位銷、接口適配器、活塞保護(hù)套、活塞缸、活塞桿、活塞缸后端蓋、D型把手，即插式液壓插頭組成。

其工作原理如下。水下ROV攜帶線性覆蓋工具至水下采油樹需操作閥門前，通過操作ROV定位，將線性覆蓋的A型接口與閥門接口配合，此時旋轉(zhuǎn)ROV從而帶動線性覆蓋工具旋轉(zhuǎn)，由于A型接口上安裝有旋轉(zhuǎn)限位銷，故使得線性覆蓋工具旋轉(zhuǎn)45°后得到限位。此時連接有液壓線的即插式液壓插頭插入插孔中，接通線性覆蓋工具與水下ROV，形成液壓通路。此時，水下ROV提供液壓，液壓進(jìn)入活塞缸中，推動活塞桿，進(jìn)而推動閥門內(nèi)的操作桿，從而使得采油樹閥門打開或關(guān)閉。而此時旋轉(zhuǎn)高壓球閥組件可以對液壓通路進(jìn)行保壓，從而達(dá)到液壓鎖定活塞桿，保證閥門打開或關(guān)閉狀態(tài)。

如圖2為Subsea 7公司研發(fā)的線性覆蓋工具。該線性覆蓋工具由標(biāo)準(zhǔn)閥門接頭、活塞缸、活塞缸后端蓋、活塞保護(hù)殼組成，該線性覆蓋工具在水下操作時，需要其和水下扭轉(zhuǎn)工具配合使用。其工作原理如下：水下ROV攜帶裝配好的工具組件，至水下采油樹閥門端口，操作水下ROV，使得線性覆蓋工具接口與閥門接口配合，在進(jìn)入配合位置后，扭轉(zhuǎn)工具旋轉(zhuǎn)，使得線性覆蓋工具整體旋轉(zhuǎn)，使其閥門接口旋轉(zhuǎn)至鎖定位置。當(dāng)完成接頭的鎖定后，水下ROV提供液壓力，液壓油進(jìn)入線性覆蓋工具活塞缸，活塞桿運(yùn)動，推動閥門內(nèi)桿運(yùn)動，從而打開或關(guān)閉閥門。在保持閥門打開或關(guān)閉狀態(tài)時，只能夠通過水下ROV提供液壓，保持閥門打開或鎖定狀態(tài)。

二、線性覆蓋工具方案設(shè)計(jì)

本文針對以上線性工具存在的問題，設(shè)計(jì)出一種操作壓力大，技術(shù)創(chuàng)新性高，水下ROV操作友好的線性覆蓋工具。

為實(shí)現(xiàn)打開或關(guān)閉水下采油樹閥門的功能，線性覆蓋工具的總體設(shè)計(jì)方案如圖3所示。線性覆蓋工具主要結(jié)構(gòu)為受力情況較好的軸對稱圓柱形結(jié)構(gòu)。線性覆蓋工具主體設(shè)計(jì)時考慮了海水的靜壓力作用，能夠承受深水及超深水的靜壓力作用。線性覆蓋工具通過左邊的標(biāo)準(zhǔn)A型接口與水下閥門接頭配合，標(biāo)準(zhǔn)A型接頭通過接口適配器與主活塞缸連接，在主活塞缸后端蓋上連接有快速推進(jìn)活塞缸裝置，用于線性覆蓋工具在對接過程中的快速移動。線性覆蓋工具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)，是通過最右面的液壓旋轉(zhuǎn)器連接旋轉(zhuǎn)傳遞軸、十字形盤、快速移動活塞缸從而將旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給線性覆蓋工具的主活塞缸與標(biāo)準(zhǔn)A型接頭，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線性覆蓋工具的旋轉(zhuǎn)鎖定。

線性覆蓋工具工作過程如下。水下ROV攜帶線性覆蓋工具至采油樹閥門接口前，水下ROV上單對接點(diǎn)TDU裝置與采油樹插孔配合，從而保證了線性覆蓋工具軸線與采油樹閥門組件在同一軸線上。此時，連接在水下ROV上的液壓中心提供液壓力，線性覆蓋工具的快速移動活塞缸工作，推動活塞缸及A型接口組件向閥門方向移動一定距離，此時液壓中心提供液壓給液壓旋轉(zhuǎn)器，旋轉(zhuǎn)器通過傳動機(jī)構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)軸、十字形連接盤、快速移動活塞缸及主活塞缸旋轉(zhuǎn)，通過基座內(nèi)的45°限位旋轉(zhuǎn)槽及A型標(biāo)準(zhǔn)接頭上的限位銷，從而保證線性覆蓋工具旋轉(zhuǎn)鎖定時只轉(zhuǎn)動45°。當(dāng)鎖定工具鎖定在閥門上后，主活塞缸通入液壓油并開始工作，活塞桿推動閥門內(nèi)操作桿移動，從而實(shí)現(xiàn)閥門的打開或關(guān)閉。

三、設(shè)計(jì)產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品對比分析

通過分析目前深水閥門應(yīng)用的主流線性覆蓋工具，針對其在實(shí)際操作中遇到的一些操作困難，筆者提出本文的設(shè)計(jì)方案，即針對操作水下ROV操作不友好的方面，提出一種操作壓力大，技術(shù)創(chuàng)新性高，水下ROV操作友好的深水線性覆蓋工具。

四、結(jié)語

通過對比可以看出，本文提出的深水線性覆蓋工具具有在水下可以高效利用水下ROV的優(yōu)點(diǎn)，對操作線性覆蓋工具的水下ROV要求較低，能提高修井/完井的工作效率；在保養(yǎng)期間可以將主活塞缸與基座等分開保養(yǎng)，降低了工具保養(yǎng)的難度和成本。同時本文提出的深水線性覆蓋工具具有技術(shù)創(chuàng)新性高、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。

隨著我國海洋石油戰(zhàn)略的發(fā)展，海上油氣田的開發(fā)重點(diǎn)逐漸從淺水走向深水。隨著我國南海海域的水下項(xiàng)目逐漸增長，水下的生產(chǎn)系統(tǒng)主要依賴于國外進(jìn)口，由于進(jìn)口的水下產(chǎn)品售價高昂，這大大提高了我國深水油氣田開發(fā)的技術(shù)成本。所以，選擇線性覆蓋工具產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，能在創(chuàng)造客觀的經(jīng)濟(jì)效益的同時，打破國外的技術(shù)封鎖，填補(bǔ)國內(nèi)空白，增強(qiáng)國際市場競爭力。同時，這也能夠帶動液壓、金屬材料、機(jī)械制造等周邊相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展，從而取得顯著的社會效益。可見，水下線性覆蓋工具產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用前景十分廣闊。[3]

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] Offshore，deep，ultra-deepwater capex to coninue growing to 2017[EB/OL].http：//www.offshore-mag.com/content/os/en/articles/print/volume-73/issue-8/departments/subsea_syste-ms/deep_ultra-deepwater-capex-to-conue-growing-to-2017.html.2013-08-08.

[2] 付劍波，曹為.深水水下回接系統(tǒng)的選擇[J].中國造船，2010（增刊2）：202-206.

[3] 魏彥，程濤，韓雁凌.深水水下連接器工作原理及選型對比[J].中國造船，2014（增刊1）：346-349.

[責(zé)任編輯：陳 明]