水下采油樹模型開發(fā)技術(shù)方案

1 水下采油樹模型開發(fā)技術(shù)方案 一、主要技術(shù)規(guī)范 a 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： b 額定工作壓力： 700000c 公稱通徑：主通徑： 65 9/16旁通徑： 65 9/16d 額定溫度級別： 121 ） e 材料級別： DD f 產(chǎn)品規(guī)范等級： g 性能要求級別： h 總體尺寸（長寬高）： 3130560 2540 要技術(shù)要求：系統(tǒng)工 作壓力 75005000源耐壓 5入1 路、輸出 2 路、回油 1 路； 入 1 路、輸出 16 路、回油 1 路。 外形尺寸： 140000400境溫度：操作溫度 0 +40 儲藏溫度 +50 工作壓力： 5000 7500要功能：接收 出信號，開啟、關(guān)閉閥門，通斷油路，檢測 按照主控站指令發(fā)出控制命令功能；向 供溫度、壓力信號并記錄，檢測 溫度、壓力信號的接收和傳輸能力。 采 油樹是整個生產(chǎn)系統(tǒng)的執(zhí)行部分，通過控制采油樹管線上的閥門，來控制整個采油系統(tǒng)的流程。整個采油樹生產(chǎn)執(zhí)行主要分為三個部分：生產(chǎn)主回路、環(huán)空回路、藥劑注入回路。 二、采油樹主要組成 樹體 （ 采油樹與井口回接系統(tǒng) （ 井口連接器 （ 采油樹帽 （ 2 閥門 （ （ 化學(xué)藥劑注入 （ 采油樹體總成 （ X 體 （ 整體加工的空心園筒體 內(nèi)部形狀加工成與油管掛和采油樹內(nèi)帽相配合的形狀 下端及頂部為螺紋狀結(jié)構(gòu)，分別與 18 10000 為連接 產(chǎn)主閥 ), 狀通路主閥 )及 環(huán)形空間入口閥 )開孔 該裝置通過與油管掛上的液壓 可以控制井 下安全閥的狀態(tài) 油樹與井口回接系統(tǒng) （ 該系統(tǒng)由上下兩部分組成，它的主要功能是為采油樹體和水下井口之間的 18 的上部分叫做 頂部與樹體相接并密封，其下部分叫 底部與 9的套管懸掛器相接并密封，中間由上下兩部分相接并密封，這里所有的密封均采用金屬附加彈性體的方式，能承受 5000 此回接系統(tǒng)，井口和采油樹之間的連 接密封就不會受到井下壓力的作用，其可靠性大為增強(qiáng) 口連接器 （ 完井順序 30井口套管 18水下井口 13套管懸掛器 9套管懸掛器 連接水下井口 采油樹生產(chǎn)導(dǎo)向基礎(chǔ) (先座落在 30井口套管 (上 , 采油樹沿 位 10000 作壓力）的液壓采油樹連接器與 18 水下井口連接鎖緊 3 液壓控制采油樹與井口的連接和解脫，將采油樹提出水面進(jìn)行維修、密封墊片的更換等工作 管轂的連接 ( 管轂連接采油樹生產(chǎn)管線和注氣管線 (4 / 2 )，安裝在 海底管線和注氣管線分別與 通過安裝在采油樹上的 1 ，以液壓驅(qū)動方式與 液壓控制 采油樹提出水面進(jìn)行維修、密封墊片的更換等工作 油樹內(nèi)帽 （ 采油樹內(nèi)帽安裝在油管掛的頂部，依靠液壓式起下工具與樹體相連，與樹體之間的密封為金屬對金屬結(jié)合彈性密封物，為樹體內(nèi)部與環(huán)境隔絕提供第二道屏障，另外在生產(chǎn)期間為油管掛提供第二道固定裝置，避免油管掛在油井熱力及壓力變化下產(chǎn)生移位 。 門 （ 生產(chǎn)閥門 注氣管線閥門 化學(xué)藥劑注入管線閥門 轉(zhuǎn)換閥 環(huán)空通路閥 水面控制水 下安全閥 甲醇注入閥 油樹上所有的閥門可以手動或由 此閥的轉(zhuǎn)動力具有一定的限制。通常情況下，閥門的密封應(yīng)采用金屬對金屬而且是雙向密封。需要潤滑的部分通常由控制液來完成。如果無潤滑，應(yīng)該能保證一定次數(shù)的動作，如 250次關(guān)閉開啟。 制盤 （ 置于采油樹正面，所有的閥門執(zhí)行器均朝向 母頭，并轉(zhuǎn)動閥桿的延長桿，操縱閥門的開與關(guān) 閥門控制 上部控制系統(tǒng)通過電液控制系統(tǒng)進(jìn)行控制 4 潛水員通過 學(xué)藥劑注入 （ 化學(xué)藥劑的注入點(diǎn) 生產(chǎn)主閥和翼閥之間 注入管線通過 油樹體總成 （ X 采油樹與 采油樹的防護(hù) 防護(hù)格柵 頂板 采油樹外帽 管掛 ( 油管掛 是一個同心圓筒體 ,安裝在樹體內(nèi)與采油樹內(nèi)壁銷死并密封 油管掛在樹體內(nèi)靠調(diào)平鍵和螺旋面定位 液壓壓頭（ 確的定位 采油樹體內(nèi)的采油樹內(nèi)帽安裝在油管掛頂部 管掛垂向開孔 (出口上側(cè) )堵頭 (在油管掛側(cè)出口的頂部，油管掛的開孔是 旦裝上這個堵頭，便能使井液改變方向由側(cè)出口流向生產(chǎn)管線 管掛操作工具 ( 作用 操作油管掛 操作采油樹內(nèi)帽 油管掛和采油樹帽進(jìn)行安裝或解脫的操作方式 由液壓控制 采油樹帽）鎖緊或解脫 外園筒負(fù)責(zé)驅(qū)動油管掛或采油樹帽上與采油樹體之間的鎖緊或解脫機(jī)構(gòu) 5 管掛緊急釋放工具 (該工具的主要目的是當(dāng)液壓或油管掛操作工具失效的情況下，用來解脫油管掛及采油樹帽，因此只是緊急情況下的備用工具，該工具不帶任何液壓功能，只能回收油管掛或者采油樹帽 產(chǎn)導(dǎo)向 基礎(chǔ) (導(dǎo)向柱及導(dǎo)向繩可以使防噴器(架及采油樹準(zhǔn)確就位于水下井口之上。除 它三面均有鉸接的遮檔棍，與采油樹的防護(hù)裝置一起，構(gòu)成一個完整的保護(hù)結(jié)構(gòu)，避免重物的意外沖擊對 門及管轂造成損壞 其導(dǎo)向柱是承插式的，可以通過 向柱也是可以伸縮的，原長 可以增加到 適應(yīng)運(yùn)輸及安裝的不同要求。 產(chǎn)主回路 主要功能： 采油樹主回路負(fù)責(zé)整個油 氣的開采工作，可以調(diào)節(jié)生產(chǎn)流量以控制生產(chǎn)總量。 連 接 反 饋 回 路P M V 生 產(chǎn)主 閥D H P T 溫 度壓 力 傳 感 器A S 探 測 器（ 接 平 臺 ）C V M E R O 連 接 器W G F 流 量 計P W V 生 產(chǎn)翼 閥P T T 1M I V 注 入 甲 醇S E P T 1 、 S E P T 2沙 粒 沖 蝕 / 溫 度 / 壓 力傳 感 器P I 隔 離 閥P C 節(jié) 流泄 放 閥S C S S 控 制 水 下安 全 閥C I V 2注 入 乙 二 醇圖 4、生產(chǎn)主回路流程圖 工作時序： 通過高壓油路 ，打開水底安全閥 底油氣通過主回路管道傳輸。 正常工作狀態(tài)（即主回路中的傳感器壓力反饋的數(shù)據(jù)正常）： 生產(chǎn)主閥 生產(chǎn)翼閥 閥門 正常工作狀態(tài)處于常開狀態(tài) 。 當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況或者是 壓力溫度 傳感器 饋的溫度或壓力大于設(shè)定值最大值 時，首先需要關(guān)閉生產(chǎn)主閥 發(fā)電液換向閥失電，形成回流，導(dǎo)致生產(chǎn)主閥 彈簧復(fù)位促使生產(chǎn)主閥關(guān)閉；如果此時傳感器 能反饋數(shù) 6 據(jù)，則需要繼續(xù)關(guān)閉生產(chǎn)翼閥 產(chǎn)隔離閥 為備用閥，用于生產(chǎn)主閥 生產(chǎn)翼閥 閉狀態(tài)失效時，隔離生產(chǎn)物。 生產(chǎn)節(jié)流閥 過調(diào)節(jié)閥門的打開程度，可以控制主回路中油氣的流量，并通過節(jié)流閥位置指示器將信號傳遞給 生產(chǎn)節(jié)流閥 的 濕氣流量計 用于統(tǒng)計采油樹生產(chǎn)主回路各時間段的采油總量，并將信號傳輸給 聲沙探測器 粒沖蝕 /溫度 /壓力傳感器 于測量生產(chǎn)管道中的溫度、壓力以及沙粒等數(shù)據(jù)，并反饋給 故障分析處理： 1、當(dāng)采油樹生產(chǎn)主回路傳感器反饋的實(shí)時量超過或小于正常生產(chǎn)范圍， 出指令給 制生產(chǎn)管線上的閥門。 2、當(dāng)采油樹主回路反饋的數(shù)據(jù)超出或小于正常值， 夠上傳數(shù)據(jù)，但失去關(guān)閉管線上閥門的能力，則此時需要促發(fā)機(jī)器人 行關(guān)閉閥門。 3、當(dāng) 去了與平臺通訊的能力時，則需要打撈起整顆采油樹。 主要性能指標(biāo)： 表 1、主回路各閥門驅(qū)動器的工作壓力 閥門 驅(qū)動器 壓力 水面控制水下安全閥 產(chǎn)主閥 產(chǎn)翼閥 產(chǎn)節(jié)流泄放閥 小開啟壓力 7500000000000大工作壓力 10000000000000 傳感器與計量閥性能參數(shù) 其中需要控制閥門 3 個：水面控制水下安全閥（ 生產(chǎn)主閥 (生產(chǎn)翼閥 (其中水面控制水下安全閥（ 瓣狀、其余 2 個閥門均為閘閥，設(shè)計生產(chǎn)具體規(guī)格如下： 產(chǎn)主閥 尺寸： 1305） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 10000 最小開啟壓力： 4000 最大開啟壓力： 6000動器容積： 3200動器進(jìn)口螺紋： 3/8 動器回油螺紋： 3/8 效安全關(guān)閉 常開啟 流管線（單獨(dú)連接至蓄能器接頭） 7 行程： 產(chǎn)翼閥 尺寸： 1305） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 10000 最小開啟壓力： 4000 最大開啟壓力： 6000動器容積： 3200動器進(jìn)口螺紋 ： 3/8 動器回油螺紋： 3/8 效安全關(guān)閉 常開啟 流管線（單獨(dú)連接至蓄能器接頭） 行程： 試模型閥門采用江蘇巨林科教儀器有限公司二位二通電磁換向閥替代，具體參數(shù)如下： 控制方式：直流 24V 控制電磁閥 尺寸規(guī)格：待定 使用壓力： 0 連接方式：快換接頭連接或螺紋連接； 接頭尺寸：待定 連接油管：軟管、硬管； 需要測量傳感器共 5 個：井下壓力溫度傳感器 (壓力溫度傳感器 1（ 沙粒沖蝕溫度壓力傳感器（ 聲沙探測器（ 具體規(guī)格型號、接口類型如下： 壓力溫度傳感器（ 力 /溫度一體化傳感器（廣州指南針傳感儀器有限公司） 量 程 : 0 150合精度 : S、 S、 S 輸出信號 : 壓力輸出： 4 20線制 )、 0 5V、 1 5V、 0 10V(三線制 ) 溫度輸出： J、 K、 E 型熱電偶或 電阻 供電電壓 : 24 36 介質(zhì)溫 度 : 85 150 、 125、 150 環(huán)境溫度 : 常溫 (85 ) 零點(diǎn)溫漂移： S 8 量程溫度漂移： S 補(bǔ)償溫度： 070 安全過載： 150%限過載： 200%應(yīng)時間： 5升到 90% 負(fù)載電阻 : 電流輸出型：最大 800；電壓輸出型：大于 50 絕緣電阻 : 大于 2000(100密封等級 : 長期穩(wěn)定性能 : S/年 振動影響 : 在機(jī)械振動頻率 201000，輸出變化小于 S 電氣接口 (信號接口 ): 四芯航空接插件 機(jī)械連接 (螺紋接口 ): ，另可依據(jù)要求專門設(shè)計 空回路 主要功能： 環(huán)控回路主要是用于泄放采油樹井底泄露的油氣，一般情況下，此回路處于備用狀態(tài)。 A A V （ 常 閉 ）環(huán) 空 接 入 閥（ 檢 測 用 ）A M W 主 閥P M 主 閥X O 閥P T 3壓 力 傳 感 器A W 翼 閥A V 泄 放 閥電 液 分 配 器 的 A V（ 環(huán) 空 泄 放 ） 端 口P T 2壓 力 傳 感 器圖 5、環(huán)空回路流程圖 工作時序： 當(dāng)采油樹正常工作時，環(huán)控回路管路上的閥門處于常閉狀態(tài)。其都是由 制電液換向閥驅(qū)動閥門的打開。 當(dāng)套管和油管發(fā)生泄漏時， 井下 溫度壓力傳感器 集的信號傳送給 其進(jìn)行 分析 處理，若發(fā)現(xiàn)壓力超過一定值時，發(fā)出控制指令給 開環(huán)空主閥 同理壓力傳感器 知的壓力大于 設(shè)定值 時， 出控制指令給 制電液換向閥打開環(huán)空翼閥 跨接閥 漏的氣體通過介于套管和油管之間的 ， 并 9 且連接環(huán)空主閥 管道返回到了主回路。 如果此時電壓傳感器 知的壓力過大，超過一定的值時，此時 會發(fā)出指令給 開環(huán)空泄放閥 將泄漏的油氣排 放到 ，最終送達(dá)至 液壓站 介于采油樹帽和油管掛之間的并且與環(huán)空接入閥 連的管道是用來測試密封性的。 故障處理： 1、當(dāng)采油樹環(huán)控回路上的壓力過大，需要開啟時，而 法驅(qū)動閥門的打開，則此時需要促發(fā)機(jī)器人強(qiáng)行開啟閥門。 2、當(dāng)井下 溫度壓力傳感器 饋的實(shí)時量超過設(shè)定的最大值時，則說明井下安全閥泄露的厲害，此時 出指令給 急關(guān)閉井下安全閥 3、當(dāng) 去了與平臺通訊的能力時，則需要打撈起整顆采油樹。 主要性能指標(biāo)： 需要控制閥門 5 個：環(huán)空主閥（ 環(huán)空翼閥（ 環(huán)空泄放閥（ 環(huán)空接入閥（ 跨接閥（ 具體規(guī)格如下： 接閥 尺寸： 5226） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 10000 最小開啟壓力： 4000 最大開啟壓力： 6000動器容積： 550動器進(jìn)口螺紋： 3/8 動器回油螺紋： 3/8 效安全關(guān)閉 常關(guān)閉 流管線 行程： 空翼閥 尺寸： 5226） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 10000 最小開啟壓力： 4000 最大開啟壓力： 6000動器容積： 550動器進(jìn)口螺紋： 3/8 動器回油螺紋： 3/8 效安全關(guān)閉 流管線 行程： 空接入閥 尺寸： 5226） 10 類型：閘閥，帶液壓促動 壓力： 10000 最小開啟壓力： 4000 最大開啟壓力： 6000動器容積： 550動器進(jìn)口螺紋： 3/8 動器回油螺紋： 3/8 效安全關(guān)閉 常關(guān)閉 流管線 行程： 空翼閥 尺寸： 5226） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 10000 最小開啟壓力： 4000 最大開啟壓力： 6000動器容積： 550動器進(jìn)口螺紋： 3/8 動器回油螺紋： 3/8 效安全關(guān)閉 回流管線 行程： 空泄放閥 尺寸： 193/4） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 10000 最小開啟壓力： 4000 最大開啟壓力： 6000動器容積： 550動器進(jìn)口螺紋： 3/8 動器回油螺紋： 3/8 效安全關(guān)閉 流管線 行程： 要測量傳感器共 2 個：壓力溫度傳感器 2（ 壓力溫度傳感器 3（ 具體規(guī)格如下： 量 程： 0-,1合精度： S、 輸出信號： 、 、 、 、 (四線制 ) 供電電壓： 10 12 輸出阻抗： 350/1000/1650/2000 介質(zhì)溫度： 85 125 環(huán)境溫度： 常溫 (85 ) 11 長期穩(wěn)定性能： S/年 絕緣電阻： 大于 2000(100 密封等級： 振動影響： 在機(jī)械振動頻率 201000，輸出變化小于 S 電氣接口：赫斯曼接頭 機(jī)械連接： ，其它螺紋可依據(jù)要求設(shè)計 測試模型閥門采用江蘇巨林科教儀器有 限公司二位二通電磁換向閥替代，具體參數(shù)如下： 控制方式：直流 24V 控制電磁閥 尺寸規(guī)格： 170*60*45 使用壓力： 0 連接方式：快換接頭連接； 接頭尺寸： 22*85 連接油管： 12*5管； 劑注入回路 主要功能： 藥劑注入回路主要分為三個部分：阻垢劑、乙二醇以及甲醇注入回路。分別如下圖 6、 7、 8 所示?；瘜W(xué)藥劑來自水上平臺，地面電液分配器 過臍帶纜將化學(xué)藥劑傳輸?shù)剿码娨悍峙淦?下電液分配器再將不同的化學(xué)藥劑 分別注入到井筒海底管道或采 油樹管道內(nèi)，起到除垢、防凍以及清蠟的作用。 M e O M I 注 入 閥S C 超 級 雙 相 鋼S U T 路控 制 開 閉 12 圖 6、甲醇注入流程圖 S I 1阻 垢 劑S I C I M 劑 的 注 入計 量 閥C I V 1化 學(xué) 藥 劑 注 入 閥# 1 （ S I ）S C 超 級 雙 相 鋼C I V 藥 劑 隔 離 閥 A（ 安 裝 于 面 板 ）樹 底S U T 開 閉圖 7、阻垢劑注入流程圖 M E G 1 M E G 2 乙 二 醇M G C I M 醇 的 注 入計 量 閥C I V 2化 學(xué) 藥 劑 注 入 閥# 2 （ M G ）S C 超 級 雙 相 鋼S U T V 藥 劑 隔 離 閥 B（ 安 裝 于 面 板 ）主 回 路控 制 開 閉圖 8、乙二醇注入流程圖 工作時序： 阻垢劑是 通過水下電液分配器 注入到采油樹的底部， 集阻垢劑注入計量閥 數(shù)據(jù)，從而控制化學(xué)藥劑注入閥的開與閉。 乙二醇是 通過水下電液分配器 注入到采油樹的主回路上， 集乙二醇注入計量閥 而控制化學(xué)藥劑注入閥的 開 與閉。 甲醇是直接通過 水下電液分配器 注入到主回路中。 其回路上沒有計量閥，一直出去常開狀態(tài)。 故障處理： 1、當(dāng) 采集到的 注入計量閥 據(jù)上傳給 過處理分析數(shù)據(jù)，小于設(shè)定值，則增加平臺化學(xué)藥劑的流量；大于設(shè)定值，則減少平臺化學(xué)藥劑的流量。 2、當(dāng)化學(xué)藥劑的計量閥反饋的數(shù)據(jù)超過允許范圍之內(nèi)，則 達(dá)指令關(guān)閉指令給 動電液換向閥關(guān)閉化學(xué)藥劑注入閥。 3、當(dāng) 去了上傳數(shù)據(jù)的能力時，則需要打撈起，整顆采油樹。 13 主要性能指標(biāo)： 傳 感器與計量閥性能參數(shù) 阻垢劑注入回路：阻垢劑的注入計量閥 ( 乙二醇注入回路：乙二醇的注入計量閥 (需要測量傳感器共 2 個：壓力溫度傳感器 2（ 壓力溫度傳感器 3（ 具體規(guī)格如下： 量 程： 0-,1合精度： S、 輸出信號： 、 、 、 、 (四線制 ) 供電電壓： 10 12 輸出阻抗： 350/1000/1650/2000 介質(zhì)溫度： 85 125 環(huán)境溫度： 常溫 (85 ) 長期穩(wěn)定性能： S/年 絕緣電阻： 大于 2000(100 密封等級： 振動影響： 在機(jī)械振動頻率 201000，輸出變化小于 S 電氣接口：赫斯曼接頭 機(jī)械連接： ，其它螺紋可依據(jù)客戶要求設(shè)計 測試模型閥門采用江蘇巨林科教儀器有限公司二位二通電磁換向閥替代，具體參數(shù)如下： 控制方式：直流 24V 控制電磁閥 尺寸規(guī)格： 170*60*45 使用壓力： 0 連接方 式：快換接頭連接； 接頭尺寸： 22*85 連接油管： 8*5管； 需要控制閥門 1 個： 學(xué)藥劑注入閥 #2 尺寸： 193/4） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 15000 14 效安全關(guān)閉 常開啟 流管線 測試模型閥門采用江蘇巨林科教儀器有限公司二位二通電磁換向閥替代，具體參數(shù)如下： 控制方式：直流 24V 控制電磁閥 尺寸規(guī)格： 170*60*45 使用壓力： 0 連接方式：快換接頭連接； 接頭尺寸： 22*85 連 接油管： 8*5管； 阻垢劑注入回路需要控制閥門 1 個： 學(xué)藥劑注入閥 #1（ 尺寸： 193/4） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 15000 效安全關(guān)閉 常開啟 流管線 甲醇注入回路需要控制閥門 1 個： 醇注入閥 尺寸： 193/4） 類型：閘閥，帶液壓促動器 壓力： 15000 效安全關(guān)閉 常開啟 流管線 測試模型閥門采用江蘇巨林科教儀器有限公司二位二通電磁換向閥替代，具體參數(shù)如 下： 控制方式：直流 24V 控制電磁閥 尺寸規(guī)格： 170*60*45 使用壓力： 0 連接方式：快換接頭連接； 接頭尺寸： 22*85 連接油管： 8*5管； 6、采油樹模型開發(fā)總體方案 管路布置：管路布置主要分主回路、環(huán)空回路、藥劑注入回路三部分。主回路主要模擬井下油液采集過程，油液由模擬井口進(jìn)入主回路，經(jīng)油管四通，通過生產(chǎn)主閥、生產(chǎn)翼閥、藥劑注入閥流出。 環(huán)空回路： 環(huán)控回路主要是用于泄放采油樹井底泄露的油氣，一般情況下，此回路處于備用狀態(tài)。 15 套管頭 : 套管頭連接套管 柱上端，由套管懸掛器及四通，閥門等組成，用于支承下一層較小的套管柱并密封上下兩層套管間的環(huán)形空間。海上油田一般有多層套管及環(huán)形空間，有多個套管頭。最下部套管頭安裝在隔水導(dǎo)管頂端，上法蘭與中間套管頭的下法蘭相連接。螺紋底部連