國內外水下采油樹安裝研究分析

張明 廖林堅（中海輝固地學服務(深圳)有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著陸上油氣資源的不斷開采和減少，世界各國開始將油氣開發(fā)的目光投向海洋，我國也在不斷加大海洋開發(fā)的力度。海洋油氣開采必然用到水下生產系統(tǒng)，而水下采油樹是其中重要的組成部分，由于采油樹系統(tǒng)結構復雜，質量較大，其設計制造及安裝作業(yè)都具有極大難度，加上海上作業(yè)環(huán)境復雜多變和未來作業(yè)水深的不斷增加，使采油樹的安裝面臨更多挑戰(zhàn)，因而必將成為各國研究的主要方向，筆者作為海洋石油從業(yè)者，曾多次在海上參與水下采油樹的安裝、完井等作業(yè)，對采油樹的結構及安裝過程有一定了解，在查閱國內外相關文獻后對目前水下采油樹的研究歷程及安裝方法進行了梳理，以期為我國采油樹自主研發(fā)和工程安裝提供借鑒。

1 國內外水下采油樹發(fā)展研究現(xiàn)狀

國外對水下采油樹的研究起步較早，開始于上世紀五六十年代，目前在國際深海裝備和技術市場中，F(xiàn)MC 技術公司、Caneron公司、Aker工程公司和GE石油天然氣公司在水下采油樹領域處于領先地位，而國內現(xiàn)階段還不具備獨立自主設計研發(fā)水下采油樹的能力，國內部分廠商與國外企業(yè)合作，關鍵技術與設備外采取外購的方式完成采油樹的生產，國內大部分海上油氣田完全依賴國外技術的現(xiàn)狀在一定程度上影響了我國深水油氣的開發(fā)進程。

采油樹的種類根據發(fā)展歷程可以大致分為以下幾種類型，如圖1所示。最早開始是將陸上采油樹應用于淺水，主要有水下干式采油樹、干/濕混合型采油樹和沉箱式采油樹，隨著海洋油氣開發(fā)的水深不斷增加，水下采油樹的結構開始發(fā)生本質性變革，可以直接應用于環(huán)境惡劣多變的深水環(huán)境中，根據其結構不同，主要分為立式采油樹和臥式采油樹。

圖1 水下采油樹分類

關于水下采油樹安裝的研究，目前可查閱到的信息主要是國外的一些對采油樹安裝流程及相關作業(yè)工具的簡單介紹，沒有系統(tǒng)性的研究理論。如J.R.F.Moreira等人介紹了使用鉆桿下放采油樹的方法，并指出這種方法可以與鉆完井等作業(yè)很好地銜接在一起，可以極大地節(jié)省安裝時間，并提出了水下采油樹下放過程中進行靜力分析和動力分析，具有一定的借鑒意義。從筆者在海上參與國內水下采油樹安裝的過程中知道，采油樹的安裝工藝過程及關鍵參數(shù)是嚴格保密的，因此在水下采油樹安裝領域，我國還有很長的探索路程，國內一些高校和研究機構已開始進行一些理論探究，如孫友義等人分析了隔水管和防噴器在下放和回收狀態(tài)下的動力特性，指出增加懸重可以使隔水管出現(xiàn)動態(tài)壓縮的風險降低但增加了下放裝置過載的風險，并使用有限元分析軟件對懸掛系統(tǒng)在硬懸掛和軟懸掛下的動力特性進行對比研究，指出在軟懸掛模式下隔水管軸向幅度較小且受力穩(wěn)定，這些結論對采油樹的安裝過程都有一定的參考價值。

2 水下采油樹常用的安裝方法

由于海上環(huán)境復雜多變，海上設施具有重量大且結構復雜等特點，因此海上安裝過程充滿各種風險，對于水下采油樹的安裝方法，目前常用的是借助海上鉆井平臺的鉆桿下放和借助海上工程船的吊機下放兩種方式，采油樹入水之后借助水下機器人進行可視化監(jiān)控，從而減少安裝風險，提高安裝精度和效率。

2.1 海上鉆井平臺鉆桿安裝方法

如圖2所示為借助海上鉆井平臺鉆桿下放安裝采油樹的方法，即首先由駁船將采油樹運到目的地，將采油樹吊上鉆井平臺并轉運至鉆臺月池，然后在采油樹上安裝下放工具，鉆桿接下放工具，由平臺下放鉆桿將采油樹坐上井口，水下機器人協(xié)助采油樹鎖緊測試等工作后將下放工具與采油樹解脫，然后回收鉆桿和下放工具，完成水下采油樹的安裝。

采用這種安裝方法可以節(jié)省選用和動員其它作業(yè)平臺的時間，大大減少了成本開銷，而且這種方法有利于保持整個作業(yè)的連續(xù)性，前期鉆井期間即可著手水下采油樹的運輸?shù)裙ぷ?，待完成開井作業(yè)后，將采油樹吊上平臺月池并下放安裝，安裝到位后即可展開采油樹完井作業(yè)，整個作業(yè)流程連貫，避免平臺作業(yè)出現(xiàn)空檔期，可以大大減少不必要的開支。另外，可以進行深水鉆井作業(yè)的平臺大多數(shù)裝有動力定位系統(tǒng)，這可以為采油樹下放過程提供強有力的支持，再加上鉆臺的升沉補償裝置可以使下放過程的受力及下放速度得到精準控制，從而保障水下采油樹的安裝安全穩(wěn)定高效的完成。不過這種方法只適用于井口較少的作業(yè)，對于批量鉆完井作業(yè)，這種方法會使得整個作業(yè)周期較長。

2.2 海上工程船吊機安裝方法

如圖3所示為借助海上工程船吊機安裝采油樹的方法，即將采油樹由陸地吊裝到工程船，工程船開到目的地進行吊裝下放，這種安裝方式對工程船的要求較高，一般要求船舶需配備動力定位系統(tǒng)，滿足起吊要求的吊機且配置升沉補償裝置，船舶上安裝兩套水下機器人系統(tǒng)，另外由于采油樹本身體積較大，加上采油樹鎖緊測試等作業(yè)所用的水面單元，因而船舶的甲板面積要足夠大，而隨著作業(yè)水深的增加，吊機的負載會顯著增加，這又提高了船舶上吊機的要求。各種限制條件使得安裝費用大幅度提高，因此該方法一般只用于淺水作業(yè)。而如果是批量鉆完井作業(yè)，選用較好的工程船，一次性的安裝多顆采油樹可以大大縮短工期。

圖3 借助海上工程船吊機安裝采油樹

3 結語

本文梳理了國內外水下采油樹的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，根據發(fā)展歷程介紹了水下采油樹的種類，即應用于淺水的水下干式采油樹、干/濕混合型采油樹和沉箱式采油樹，和應用于深水的立式采油樹和臥式采油樹。然后分別介紹了目前兩種常見的水下采油樹安裝方法及各自的優(yōu)缺點，借助海上鉆井平臺安裝水下采油樹的方法可以使整個作業(yè)流程保持連續(xù)性，鉆井平臺的動力定位系統(tǒng)和鉆臺的升沉補償裝置可以使采油樹下放過程安全平穩(wěn)高效，適用于井口較少的作業(yè)類型。借助海上工程船吊機安裝水下采油樹的方法對工程船的要求較高，適用于批量鉆完井作業(yè)中的采油樹安裝。