(2)无潜水员协助安装型湿式 采油树:无潜水员协助安装型湿式采 油树除其部件全部裸露在海水中外, 在安装时无需潜水员协助安装。
潜水员协助安装常规水深湿式 垂直采油树:该垂直(立式)采油 树是早期适应工作水深≤400m的采 油树。它具有与海底井口头(套管 头)相联结的液压联结器、由钢丝 绳牵引的出油管线联结器、有导向 柱结构的遥控采油树帽(上部液压联结)等组成。 该采油树安装,是在原浮式钻井 平台完成钻井和海底井完井作业接 近完成时,将其导向架内穿入由海底 井口导向基板相连的导向绳,从船 井内利用升沉补偿器起吊下放,使 其导入海底井口,开动液压控制系 统,使采油树下部的液压联结器与 海底井口头(套管头)相联结并锁 紧;由钢丝绳牵引的出油管线联结 器与出油管线联;采油树阀门的启闭和其它的联结,均靠水面遥控进 行而勿需潜水员协助。它适于水深 超过80m~≤400m的常规水深作业而 免去了潜水消耗昂贵的作业费且确 保人身安全。
无潜水员协助安装深水湿式水 平采油树(Horizontal Tree):水 平(卧式)采油树普遍用于无潜水 员协助安装的普通水深和用ROV协 助安装和操作的深水或超深水湿式 采油树,它多为短筒型水平采油树(Spool tree);还可分为单孔型 和双孔型(Dual Bore Tree)采油树 等。短筒型水平采油树的特点是: 不需要起出采油树即可进行井中故 障的修井;较少的安装工具,减少 资金和作业费用;有精确的油管挂 定位;有较大垂直通孔的可能性。
B.干箱式采油树:干箱式采油树 采用园柱形、两端为球面的舱箱式 外壳,将采油树密封,使其与海水 始终处于隔开的干式常压状态。顶 部有与潜水钟对接的联结器;舱体 内有各种检测仪表,可供人员进入 舱内之前检测舱内压力、天然气含 量、液体高度等;有无需潜水员协 助安装的出油管线联结器、控制电 缆等,其余与湿式采油树相同。 干箱式采油树由于壳体内始终 处于与海水隔离的干式常压状态, 水越深受压越大、壳体越厚而不经 济,故其仅适于水深≤200m的场合, 近年来已不多见。
C.沉箱式采油树:沉箱式采油树 的井口装置处于泥线以下约10m处, 外部罩以沉箱式套管,泥线以上为 湿式液压控制阀、导向框架、管 线、液控系统等,伸出泥线较低, 有保护罩。当泥线以上的装置被破 坏时,井下安全阀可自动关闭。这 种沉箱式采油树主要用于有冰山、 海底拖网、抛锚等危及海底采油装 置安全的常规水深的海域。其余特 点与潜水员协助安装型湿式采油树 相同。
海底采油控制系统
海底(水下)采油控制系统也 分为常规水深的直接液控系统、先 导液控系统、电-液控制系统和深 水、超深水的多路传输电-液控制系 统(也称多路传输编码电-液控制控 制),近年来由于超深水和长距离 海底采油工程的发展,为提高控制 信号的响应速度,发展了光纤传输 编码电-液控制系统和直接电控系统 (或称全电控系统)。控制系统总 体由水面的指令与控制单元、海底 被控的分配、执行单元和水面至水 下传输指令和驱动实现指令的管缆 (又称脐带)三部分组成;根据工 作水深不同,控制系统三部分组成 设备、仪器的差异较大。
直接液控系统:通常采用一根 软管控制海底采油树的一个液压阀 门,以从水面导入的液压液推动海 底采油树的液压油缸,使其压缩弹 簧、推动活塞打开阀门,卸压后阀 门靠本身的弹簧弹力自行关闭。因 此,它的主要优点是简单、可靠、 投资与维护费用较低。但海底采油 树的功能越多(液压阀门数量多) 或海底采油树越多,则软管根数增 加,软管束直径越大,随着工作水 深的增加,控制压力下降,反应时 间减慢,因而直接液控系统受到控 制距离和控制采油树数量的限制 (水面软管绞车尺寸受到限制)。
主要适用于边际油田、卫星井距离 水面平台控制距离<5,000m的场合。 先导液控制系统:由于直接液 控系统的单根软管通径较小,如控 制所需液流量大(大通径的液压闸 阀、液压联结器等),小通径软管 则压降大、反应速度又慢,增大所 有软管通径则水面软管纹车庞大得 事实上不可能实现,为解决这一难 题,发展采用了中心为较大通径的 高压软管,作为主液路,外周分布 小通径、小流量、较低压力的先导 液软管,在海底配备先导液压控制 打开主液路的分配阀,主液路与预 充液压能的海底液压蓄能器并联,当 水面指令某一海底执行器需打开或动 作时,则通过某一先导液软管控制打 开主液路的分配阀,海底液压蓄能器 的液压液则迅速驱动指令的海底执行 器动作(靠水面液压泵通过中心软管 向海底蓄能器补充液压能)。这不但 大大提高了控制晌应的速度,且显著 缩小了软管束直径、增大了水面软管 束纹车的容缆量,从而加大了有效控 制距离(可达8,000m)。
电-液控制系统:其脐带(控 制管缆)由中心一根高压液压软 管,外周为多芯控制电线、并加能 承受拉力的金属铠装和多层绝缘与 耐压橡胶组成;海底装备电磁先导 的液压阀,也同样装备海底液压蓄 能器。这就显著减小了脐带直径而 增大了水面软管束绞车容缆量,电 讯号比直接液控晌应快很多,也比 先导液控快,因而控制距离和控制 海底采油树数量比直接液控或先导 液控显著提高。控制距离在3km乃至 10km以上。
多路传输电-液控制系统:它由 1~3根控制线(含备用)替代上述数量 很多的控制线,进行控制讯号的编 码、解码和电讯号放大,指令促动海 底控制单元的电磁液压阀以促动指令 的采油树液压执行器动作(同样装备 海底液压蓄能器)。因而脐带直径进 一步减小而增大了控制距离。实用于 深水、大型油气田控制距离大于8km乃至20km及以上的场合。 光纤传输编码电-液控制系统:
随着控制距离的进一步增加,电导 线由于电压降等衰减因素,有效传 输距离受到限制,近年发展了光纤 传输编码电-液控制系统(海底蓄 能器与先导电磁液压阀与多路传输 电-液控制系统类同并装备高容量 高可靠度的海底蓄电池等),其传 输控制距离可达约200km。如2007 年,挪威石油公司(Statoil)开 发的海上气田与岸上控制中心的距 离达140km,挪威另一油田水下采 油树至Spar平台控制距离达120.7km (75Mile)。
直接电控系统是近年适应超深 水、超远距离控制发展的新技术装 备,它采用了高电压(≥11kv)传 输,从而有效减小了远距离的电压 降,同时增大了传输功率,并有效 解决水下高压绝缘电接头、水下变 压器等,为指令海底电磁拖动阀门 和其它电磁联结离合装置奠定了基 础。随着时间的推移,该项技术将 会更加成熟可靠。 上述控制系统的国外生产 厂家主要有美国的卡姆伦公司 (Cameron)、FMC公司和挪威的Aker 公司等。
海底管汇与采油相关管缆
海底管汇 海底管汇主要是将 海底采油各种组合(如丛式、集群 式、或菊花链式等)的采油树和其 它卫星井采油树的原油、天然气生 产管线与遥控阀门管线和连结至水 面平台(船)的注气、注水管线及 电缆、液压控制管线与遥控管线 等,统一聚集一起,形成了一个集 中、庞大的海底管汇与切换控制系 统。通过这一系统,便于集中接收 来自水面(如FPSO或TLP等)的控制 指令和采集来自海底各式生产井或 卫星井的原油、天然气井流物以及 来自水面的注气、注水流体,达到 对海底井流物进行汇集、计量、切 换、输送乃至加注和清管等目的, 以实现对海底生产的油、气达到安 全、持续、可控的采收。如上世纪 80年代中期英国壳牌勘探开发公司 提供的水下管汇中心(Underwater Manifold Center,以下简称UMC), 可在远离7km的距离对UMC的250个以 上的阀件和传感器进行海底数十口 井的采油、采气、注水、注气的安 全可靠控制。
海底管缆 海底管缆主要包括所 有海底各种油气生产输送管缆、跨 接管缆、电力和控制管缆、注水注 气或加注化学剂管缆及从海底至水 面平台(船)的各种立管(如油气 生产、电力和控制管缆、加注各类 流体的管缆,这些管缆分组合式或 单功能)
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近水面完井系统
近水面完井系统将在二十一世 纪初叶(2000~2020年)的深水域 采油得到推广使用。近水面完井系 统(Near-Surface Completions,以 下简称NSC),是由美国休斯顿基 础工程公司海洋工程联合有限公司 (Houston-Based Engineering Firm Sea Engineering Associated Inc.) 推出的新产品,它提供了深水采油 的经济可靠的途径。
NSC带浮筒的采油树,装于离 水面约45.7m(150ft)或更深处, 下部为钢质采油立管,上部用挠性 采油立管与半潜式平台相连,其主 要优点是:采油树水深较浅,比装 于深水,壳体受压小,可以减薄壳 体而降低造价;避免昂贵的深水安 装费用;采用安全可靠的短程液- 液控制系统,避免采用昂贵的电- 液控制系统。此外,人工海床浮筒 (ABS)也属于近水面钻采的同一类 型。它们均具有前述一系列优点, 可望在二十一世纪初叶在深水采油 中将得到推广使用。
平台的机械采油提升系统
平台的机械采油系统包括气举采 油、电潜泵采油、螺杆泵采油、抽 油机采油、喷射采油等。上述平台 的各类机械采油系统的设备和器材 与陆地完全相同不赘述。
它们发展的通用特点是:根据 采油水深和井深度的增加而发展相 适应的采油的技术与装备;海上作 业成本高,要求采油机具寿命更 长、可靠度更好;海上作业成本 高,要求采油装备耗用能量更小、 效率更高和制造、安装成本更加低 廉;为适应深水和深井采油,要求 电潜泵和螺杆泵采用可调电压和调 频,大排量、高工作压力和高可靠 性的装备。【完】