第一篇-海上油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)(了解篇).(DOC).doc

第一篇 海上油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)（了解篇）一、海上生產(chǎn)設(shè)施的類型海上生產(chǎn)設(shè)施是指建立在海上的建筑物。由于海上設(shè)施是用于海底石油開發(fā)及采油工作，加上海洋水深及海況的差異、油藏面積的不同、開采年限不一，因此海上生產(chǎn)設(shè)施類型眾多?；旧峡煞譃槿箢悾汉Ｉ瞎潭ㄊ缴a(chǎn)設(shè)施、浮式生產(chǎn)設(shè)施及水下生產(chǎn)系統(tǒng)。在此三大類中又可細分如下：固定式生產(chǎn)設(shè)施樁基式重力式人工島順應(yīng)式平臺海上生產(chǎn)設(shè)施海上生產(chǎn)設(shè)施海上生產(chǎn)設(shè)施浮式生產(chǎn)系統(tǒng)半潛式張力腿式浮式生產(chǎn)儲油船水下產(chǎn)系統(tǒng)干式濕式典型的海上生產(chǎn)設(shè)施如圖1-2-1至1-2-7所示：1固定式生產(chǎn)設(shè)施固定式生產(chǎn)設(shè)施是用樁基、座底式基礎(chǔ)或其它方法固定在海底，并具有一定穩(wěn)定性和承載能力的海上結(jié)構(gòu)物。海上固定式生產(chǎn)設(shè)施有各種各樣的形式，按其結(jié)構(gòu)形式可分為樁基式平臺、重力式平臺和人工島以及順應(yīng)型平臺；按其用途可分為井口平臺、生產(chǎn)處理平臺、儲油平臺、生活動力平臺以及集鉆井、井口、生產(chǎn)處理、生活設(shè)施于一體的綜合平臺。（1）樁基式固定平臺樁基式固定平臺通常為鋼質(zhì)固定平臺，是目前海上油（氣）生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式1）鋼質(zhì)固定平臺的結(jié)構(gòu)形式圖1-2-1 樁基式固定平臺鋼質(zhì)固定平臺中最多的是導(dǎo)管架式平臺，主要由四大部分組成：導(dǎo)管架、樁、導(dǎo)管架帽和甲板模塊。但在許多情況下，導(dǎo)管架帽和甲板模塊合二為一，所以這時僅為三部分。如圖1-2-8所示。圖1-2-2 重力式混凝土臺導(dǎo)管架：系鋼質(zhì)桁架結(jié)構(gòu)，由大直徑、厚壁的低合金鋼管焊接而成。鋼桁架的主柱（也稱大腿）作為打樁時的導(dǎo)向管，故稱導(dǎo)管架。其主管可以是三根的塔式導(dǎo)管架，也有四柱式、六柱式、八柱式等，視平臺上部模塊尺寸大小和水深而定。導(dǎo)管架腿之間由水平橫撐與斜撐、立向斜撐作為拉筋，以起傳遞負 荷及加強導(dǎo)管架強度作用。樁：導(dǎo)管架依靠樁固定于海底，它有主樁式，即所有的樁均由主腿內(nèi)打入；也有裙樁式，即在導(dǎo)管架底部四周布置樁，裙樁一般是水下樁。導(dǎo)管架帽：導(dǎo)管架帽是指導(dǎo)管架以上，模塊以下帶有甲板的這部分結(jié)構(gòu)。它是導(dǎo)管架與模塊之間的過渡結(jié)構(gòu)。圖1-2-3 人工島模塊：也稱組塊。由各種組塊組成平臺甲板。平臺可以是一個多層甲板組成的結(jié)構(gòu)，也可以是單層甲板組成的結(jié)構(gòu)，視平臺規(guī)模大小而定。如鉆井區(qū)域的模塊可稱為鉆井模塊；采油生產(chǎn)處理區(qū)稱為生產(chǎn)模塊；機械動力區(qū)可稱為動力模塊；生活區(qū)稱為生活模塊等。2）鋼質(zhì)固定平臺的施工鋼質(zhì)固定平臺的施工是一個復(fù)雜的過程，分為陸上預(yù)制和海上安裝兩種作業(yè)。陸上預(yù)制是在專門的場地上進行。導(dǎo)管架、上部模塊和導(dǎo)管架帽分別在陸上預(yù)制好。圖1-2-4 浮式生產(chǎn)儲油輪圖1-2-5 半潛式生產(chǎn)平臺海上安裝包括海上運輸和海上安裝兩部分。導(dǎo)管架和組塊用駁船或其它方法運到油田現(xiàn)場，先將導(dǎo)管架沉放到預(yù)定位置，然后沿各導(dǎo)管向海底打樁，再將導(dǎo)管架帽安裝在導(dǎo)管架上，最后用起重船將上部模塊吊裝到導(dǎo)管架帽上，這時平臺即告建成。 3）海上鋼質(zhì)固定平臺用途分類由于油氣處理設(shè)施的設(shè)置不同，用途各異，鋼質(zhì)固定平臺的類型也不同。一般情況下，鋼制固定平臺按其用途可分為：井口平臺、生產(chǎn)處理平臺、儲罐平臺等。 井口平臺：常規(guī)井口平臺上安裝有一定數(shù)量的采油樹，井液經(jīng)采油樹采出后，通過單井計量系統(tǒng)計量，用海底管線輸送到中心處理平臺或其它生產(chǎn)處理設(shè)施上進行處理。圖1-2-6 自升式生產(chǎn)平臺圖1-2-7 水下生產(chǎn)系統(tǒng)井口平臺上還設(shè)有必要的工藝設(shè)備及支持系統(tǒng)和公用系統(tǒng)。一般情況下，其動力和控制由中心平臺提供。某些井口平臺由于生產(chǎn)操作的需要還設(shè)有生活樓。生活樓包括住房、辦公室、通信室、娛樂室、廚房等。對于井數(shù)較多，且油井為機采井的井口平臺，平臺上還設(shè)有修井機及其配套設(shè)施，以滿足油井維修的特殊要求。圖1-2-8 鋼質(zhì)固定平臺的結(jié)構(gòu)形式有些井口平臺井數(shù)較少，產(chǎn)量規(guī)模不大，從減少投資的角度出發(fā)，可設(shè)置成無人井口平臺或簡易井口平臺。典型的井口平臺見圖圖1-2-7 水下生產(chǎn)系統(tǒng)1-2-9生產(chǎn)處理平臺：生產(chǎn)平臺亦稱中心平臺，它集原油生產(chǎn)處理系統(tǒng)、工藝輔助系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及生活樓于一體。圖1-2-10 典型的中心平臺圖1-2-10 典型的中心平臺圖1-2-9 典型的井口平臺生產(chǎn)平臺具有將各井口平臺的來液進行加工處理的能力，也要有向各井口平臺提供動力以及監(jiān)控井口平臺生產(chǎn)操作的功能。生產(chǎn)平臺按用途可分為：常規(guī)生產(chǎn)平臺；生產(chǎn)、生活、動力平臺；鉆井、生產(chǎn)、生活、動力平臺以及生活、動力平臺等。生產(chǎn)平臺匯集了各井口平臺的來液后，經(jīng)三相分離器將來液的油、氣、水進行分離。原油在原油處理系統(tǒng)中經(jīng)脫水達到成品油要求后輸送到儲油平臺或其它儲油設(shè)施中儲存；三相分離器分離出的天然氣經(jīng)氣液分離、壓縮等一系列處理后供發(fā)電機、氣舉和加熱爐等用戶使用，多余的天然氣進火炬系統(tǒng)燒掉；分離器分離出的含油污水進入含油污水處理系統(tǒng)進行處理，合格的含油污水排?；蚧刈⒌貙?。典型的生產(chǎn)平臺見圖1-2-10儲罐平臺：儲罐平臺是將原油儲罐設(shè)置在平臺上，中心平臺處理合格的原油在儲罐平臺儲存。儲罐平臺的大小要根據(jù)油田規(guī)模和穿梭油輪的大小來綜合考慮。儲罐平臺由于投資較高，儲油能力有限，已不常用。為了外輸原油，有時設(shè)置海上碼頭。典型的儲罐平臺和海上碼頭見圖1-2-11：圖1-2-11 典型的儲罐平臺和海上碼頭4）海上鋼質(zhì)固定平臺的優(yōu)缺點鋼質(zhì)固定平臺的優(yōu)點是：技術(shù)成熟、可靠；在淺海和中深海區(qū)使用較為經(jīng)濟；海上作業(yè)平穩(wěn)和安全。鋼質(zhì)固定平臺的缺點是：隨著水深的增加費用顯著增加；海上安裝工作量大； 制造和安裝周期長； 當油田預(yù)測產(chǎn)量發(fā)生變化時，對油田開發(fā)方案進行調(diào)整的適應(yīng)性受到限制。（2）重力式平臺重力式平臺是與樁基平臺不同的另一種形式的平臺。它不需要用插入海底的樁去承擔垂直荷載和水平荷載，完全依靠本身的重量直接穩(wěn)定在海底。根據(jù)建造材料的不同，又分為混凝土重力式平臺和鋼重力式平臺兩大類。1）混凝土重力式平臺把混凝土重力式結(jié)構(gòu)物用于岸邊和淺水地帶已有悠久歷史，而用于外海卻在 70年代以后。目前，混凝土平臺可以適應(yīng)從淺到深的各種水深?；炷林亓κ狡脚_的結(jié)構(gòu)見圖1-2-2。組成部分：混凝土平臺由沉墊、甲板和立柱三部分組成。已建成和正在研究、設(shè)計的混凝土平臺種類繁多，有把底座做成六角形、正方形、圓形，也有把立柱做成三腿、四腿、獨腿的等各種形式。(a)底座：底座是整個建筑物的基礎(chǔ)。為了抵抗巨大的風浪推力，要求平臺有很大的底座結(jié)構(gòu)，而較大的底座又正好可以用來儲存原油，這就使得混凝土平臺具備了把鉆、采、儲三者兼顧起來的優(yōu)點。圖1-2-12 混凝土平臺建造過程示意圖(b) 甲板：甲板為生產(chǎn)提供工作場所，在甲板上可安裝各種生產(chǎn)處理設(shè)施和生活設(shè)施。(c) 立柱：立柱連接在沉墊和甲板之間，用于支撐甲板。建造過程：混凝土平臺的建造相當復(fù)雜，采用類似樁基平臺的常規(guī)建造辦法是行不通的。圖1-2-12是這種平臺建造的簡要過程。第一步：在干塢內(nèi)建造底座的下半部分，如圖1-2-12(a)。因為底座底面積大，重量也大，所以不能在一般的船塢或滑道上建造，只能在地基較好的岸邊挖出一塊施工預(yù)制場地，并用圍堰把施工場地和海水隔開，這塊預(yù)制場地就叫干塢。第二步：在干塢內(nèi)建造至預(yù)定高度后，注入海水和海平面一致（向底座內(nèi)注壓載水使其固定），打開船塢閘，排除壓載水，使底座上浮，用拖船把底座從干塢內(nèi)拖出，如圖1-2-12(b)。第三步：把底座拖至岸邊比較深的、隱蔽較好的施工水域，在海面上錨泊，采用滑動施工法建造底座上部，如圖1-2-12(c)。第四步：用滑動施工法繼續(xù)澆注立柱，如圖1-2-12(d)。第五步：用拖輪把結(jié)構(gòu)物拖至深水海域，以便安裝甲板，見圖1-2-12(e).第六步：向底座注入壓載水，使結(jié)構(gòu)物下沉到海水沒至立柱上部左右，再安裝甲板，1-2-12(f).第七步：在甲板上安裝各種模塊，見圖1-2-12(g)。第八步：排出壓載水，使結(jié)構(gòu)物上浮，用拖輪拖至預(yù)定地點，見圖1-2-12(h)。第九步：平臺位置確定后，注入壓載水，邊下沉邊調(diào)節(jié)，使之準確安裝在海底，見圖1-2-12(m).重力式平臺的優(yōu)缺點：（a）優(yōu)點：l 節(jié)省鋼材。如兩座挪威人建造的康迪普平臺，耗鋼量分別為1.2萬t及1.5萬t，而同樣條件的樁基鋼平臺耗鋼達2.0-4.0萬t.l 經(jīng)濟效果好。采用廉價的混凝土材料。在北海，用混凝土重力式平臺比鋼導(dǎo)管架平臺更為經(jīng)濟。估計總成本可節(jié)省 20%。而且，混凝土重力式平臺的底座（沉箱）可以儲油，因而經(jīng)濟效益十分顯著。l 海上現(xiàn)場安裝的工作量小。這主要是因為全部結(jié)構(gòu)在干塢和岸邊隱藏的深水施工水域中已經(jīng)建造完畢，因而避開了海況惡劣的深水現(xiàn)場安裝工作。l 海上安裝工藝比鋼結(jié)構(gòu)簡單些。不需要在海底打樁。l 甲板負荷大，在立柱中鉆井安全可靠。l 防海水腐蝕、防火、防爆性能都好。l 維修工作量小，費用低，使用壽命長。（b)缺點：l 對地基的要求高?；炷疗脚_對地基的要求較高，這是區(qū)別于樁基平臺的顯著特點之一。一座混凝土平臺能否正常工作，除取決于它本身的結(jié)構(gòu)強度外，另一個重要的因素就是看它能否穩(wěn)坐在海底，由于受巨大風浪力和地震力等的影響，混凝土重力平臺對地基的要求遠比樁基平臺高。因而，基礎(chǔ)設(shè)計的好壞，常成為重力式平臺成敗的關(guān)鍵。l 結(jié)構(gòu)分析比較復(fù)雜。l 制造工藝復(fù)雜。l 岸邊需有較深的、隱蔽條件較好的施工場地和水域。l 拖航時阻力大。l 冰區(qū)工作性能差。2）鋼質(zhì)重力式平臺除混凝土重力式平臺外，鋼質(zhì)重力式平臺也是重力式平臺的一個重要分支。如圖1-2-13所示，整個平臺由沉箱、支承框架和甲板三部分組成，沉箱兼作儲罐。建造時，先把各個沉箱、支承框架、甲板分別預(yù)制，而后在岸邊組裝成整體，再拖運到井位下沉安放。圖1-2-13 鋼質(zhì)重力式平臺和混凝土平臺相比，鋼質(zhì)重力式平臺的儲油量雖小，但在對儲量要求不大的情況下，鋼質(zhì)重力式平臺反而有較高的經(jīng)濟效益。又由于它比混凝土平臺輕得多，所以預(yù)制過程中不需要較深的施工水域，拖航時要求的拖航馬力小，使用中對地基承載力的要求也不高。鋼質(zhì)重力式平臺避免了混凝土平臺許多缺點，但在省鋼材、耐腐蝕、儲油量、隔熱等方面，都不如混凝土平臺，這又是它的缺點。3）人工島人工島是在海上建造的人工陸域，人們在人工島上可以設(shè)置鉆機、油氣處理設(shè)備、公用設(shè)施、儲罐以及卸油碼頭。人工島按岸壁形式可分為護坡式人工島和沉箱式人工島。圖1-2-14 護坡式人工島護坡人工島如圖1-2-14，由礫石筑成，砂袋或砌石護坡。先由底部開口的駁船向島的四周拋填礫石，接著碼放砂袋，稍高出水面形成水下圍堤，然后填充島體。沉箱式人工島又可分為鋼沉箱圍閉式人工島，鋼筋混凝土沉箱圍閉式人工島和移動式極地沉箱人工島。沉箱式人工島的特點是由一個整體沉箱或多個鋼或鋼筋混凝土沉箱圍成，中間回填砂土。沉箱可在陸上預(yù)制，然后自浮拖至現(xiàn)場安裝就位，通過調(diào)節(jié)水下砂基床的高度以使沉箱適用于不同的水深，人工島不再使用時，可排除壓載，起浮后拖到其它地點再用。目前鋼沉箱圍閉式人工島能成功地用于26m水深。如圖1-2-3所示。4）順應(yīng)型平臺所謂順應(yīng)型平臺是指在海洋環(huán)境載荷作用下，圍繞支點可發(fā)生允許范圍內(nèi)某一角度擺動的深水采油平臺。這種平臺是一種細長的框架結(jié)構(gòu)，沿高度方向的橫截面一般不變?？蚣苊扛粢欢ǖ母叨扔兄貜?fù)的結(jié)構(gòu)形式，井槽在平臺的中部。有的順應(yīng)型平臺在每個角各有數(shù)根樁支持，樁穿過導(dǎo)管打下后，樁頂部約高出泥線某一高度，套管約上至平臺高度的一半，樁與導(dǎo)管之間灌注水泥漿，凝固后便組成一套管與樁的組合體，在這個組合體的頂部附接導(dǎo)管架。這樣大的長度提供了足夠的軸向彈性來產(chǎn)生柔性復(fù)原力，調(diào)整組合體的長度可得到系統(tǒng)適應(yīng)不同環(huán)境的結(jié)構(gòu)參數(shù)。有的順應(yīng)型平臺或和借助牽索（如繃繩塔平臺）用一些浮筒（如浮塔式平臺）來產(chǎn)生復(fù)原力，浮筒也可給平臺提供向上的浮力，從而可減少結(jié)構(gòu)的軸向壓力。見圖1-2-15。圖1-2-15 牽索塔式順應(yīng)型平臺順應(yīng)型平臺的特點如下：自振周期大，剛性小，故隨著波浪的作用而運動。而由組合體（由樁和套管組成）和導(dǎo)管架形成的阻尼器卻使其運動幅度大大減小，具有很好的抗疲勞特性。 可用鉸接接頭或大型浮筒和阻尼器，不需要因限制甲板運動而安裝特別裝置。 建造簡單。一般工程與建造時間少于2年。重復(fù)結(jié)構(gòu)和定型構(gòu)件很多；橫截面積小，重量輕，起重安裝容易；可按常規(guī)方法運輸、下水和直立作業(yè)。由于重量輕，結(jié)構(gòu)簡單和安裝方便，與常規(guī)鋼導(dǎo)管架相比費用低。2浮式生產(chǎn)系統(tǒng)典型的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)是指利用改裝（或?qū)＝ǖ模┌霛撌姐@井平臺、張力腿平臺、自升式平臺或油輪放置采油設(shè)備、生產(chǎn)和處理設(shè)備以及儲油設(shè)施的生產(chǎn)系統(tǒng)。浮式生產(chǎn)系統(tǒng)最大的特點就是可實現(xiàn)油田的全海式開發(fā)。由于其可重復(fù)使用，因此被廣泛用于早期生產(chǎn)、延長測試和邊際油田的開發(fā)過程中。目前，隨著科技的發(fā)展，許多大型油田也都采用浮式生產(chǎn)系統(tǒng)。我國大部分海上油田都采用浮式生產(chǎn)系統(tǒng)。浮式生產(chǎn)系統(tǒng)分為：以油輪為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)；以半潛式鉆井船為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)；以自升式鉆井船為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)；以張力腿平臺為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)。（1）以油輪為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)以油輪為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)分為浮式生產(chǎn)儲油裝置（FPSO）和浮式儲油裝置（FSO）兩種。 FPSO是把生產(chǎn)分離設(shè)備、注水（氣）設(shè)備、公用設(shè)備以及生活設(shè)施等安裝在一艘具有儲油和卸油功能的油輪上。油氣通過海底管線輸?shù)絾吸c后，經(jīng)單點上的油氣通道通過軟管輸?shù)接洼啠‵PSO）上，F(xiàn)PSO上的油氣處理設(shè)施將油、氣、水進行分離處理。分離出的合格原油儲存在FPSO上的油艙內(nèi)，計量標定后用經(jīng)穿梭油輪運走。FSO也是具有儲油和卸油功能的油輪，但它沒有生產(chǎn)分離設(shè)備以及公用設(shè)備，通過海管匯集來的合格原油直接儲存到 FSO的油艙中，由于沒有油氣生產(chǎn)設(shè)備，可直接將舊油輪稍加改裝就可以成為FSO，相對于FPSO來說，F(xiàn)SO建造工期短。FPSO的形式見圖1-2-4。浮式生產(chǎn)儲油裝置采用新建和舊油輪改造兩種方式。采用哪種方式取決于油田壽命和開發(fā)方式。在油田壽命較長的情況下，新建油輪優(yōu)于舊油輪改造。這是因為新建油輪具有較長的使用期限，而改建油輪花費的結(jié)構(gòu)改建費和維修費大大超過了已有船體的經(jīng)濟受益。然而，對于油田早期開發(fā)來說，由于改建油輪費時少，改建油輪更為合適。浮式生產(chǎn)儲油裝置具有以下優(yōu)點：初始投資低。因可以低價購置當前過剩油輪，可大大降低投資成本。海上安裝周期短。不必動用大型浮吊。由于油輪可在船廠建造，因而可降低海上安裝費和減少海上安裝周期。儲油能力大。FPSO上船艙的儲油能力可根據(jù)油田產(chǎn)能和穿梭油輪來船周期進行設(shè)計，因此不必建造儲罐平臺或輸送到陸上儲存。另外由于卸油和賣油可直接在海上進行，因此對穿梭油輪噸位選擇的范圍較大。甲板面積大。有利于油氣處理設(shè)備的安裝，油氣水能很好地分離和處理?？芍貜?fù)使用。浮式生產(chǎn)儲油裝置的缺點是：圖1-2-16 半潛式生產(chǎn)系統(tǒng)受海況的影響較大。惡劣的海況條件如臺風、冰等對FPSO影響較大，因此在設(shè)計時要考慮FPSO對單點的解脫，以避開惡劣的海況。FPSO解脫后，油田要停產(chǎn)，因此要考慮停產(chǎn)的損失，以及恢復(fù)生產(chǎn)的困難。另外穿梭油輪與FPSO的連接受海況的影響也比較大，因此靠船的方式要專門進行研究。穩(wěn)定性差。由于FPSO漂浮在海上進行生產(chǎn)，受海浪、氣候以及卸油的影響，船體的穩(wěn)定性較固定平臺差。因此甲板上的油氣生產(chǎn)設(shè)備要考慮防止船體的搖擺。 設(shè)備的布置要考慮周密。住房應(yīng)靠近船艏部，以利于船員的安全?；鹁娴奈恢脩?yīng)布置的遠離住房和直升機甲板。生產(chǎn)設(shè)施盡可能布置在船的重心附近，以減少船的擺動影響。（2）以半潛式鉆井船為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)該種生產(chǎn)系統(tǒng)的主要特點是把采油設(shè)備（采油樹等）、注水（氣）設(shè)備和油氣水處理等設(shè)備，安裝在一艘經(jīng)改裝（或?qū)＝ǖ模┌霛撌姐@井船上。見圖1-2-16。油氣從海底井經(jīng)采油立管（剛性或柔性管）上至半潛式鉆井船（常用錨鏈系泊）的處理設(shè)施，分離處理合格后的原油經(jīng)海底輸油管線和單點系泊系統(tǒng)，再經(jīng)穿梭油輪運走。這種生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點是： 穩(wěn)定性好，可適用于惡劣的海況條件；具有一定的儲油能力；可利用船上的鉆機進行打井、完井和修井作業(yè)。缺點是： 要另建系泊系統(tǒng)以便穿梭油輪卸油作業(yè)； 改裝時間長，成本高； 如果儲油能力不足，油田可能停產(chǎn)。（3）以自升式鉆井船為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)圖1-2-17 以自升式鉆井船為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)該種生產(chǎn)系統(tǒng)是利用自升式鉆井船改裝的（圖1-2-17）。其上可放置生產(chǎn)與處理設(shè)備，主要用于淺水海域，可以移動。自海底油井出來的油氣上至自升式平臺分離處理后，再經(jīng)海底管線和系泊系統(tǒng)輸至油輪運走。這種系統(tǒng)常用于油田延長測試及邊際油田的開發(fā)。（4）以張力腿平臺為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)張力腿平臺可以看做一個垂直錨系的半潛式平臺（圖1-2-18）。雖然張力腿平臺不儲油，不裝油，但這種平臺是開發(fā)深水油田的一個具有很大競爭力的形式。這種結(jié)構(gòu)的外形減小了垂向波浪力的影響，因而也就減小了系泊系統(tǒng)的受力變化，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計成足以承受油田開發(fā)各個階段的載重量，不論在拖航條件，還是在垂直系泊時都能保持穩(wěn)定。這種形式的主要優(yōu)點是：升沉、縱搖和橫搖運動在很大程度上被控制，這就大大地簡化了立管與浮動設(shè)備之間的輸送系統(tǒng)。圖1-2-18 以張力腿平臺為主體的浮式生產(chǎn)系統(tǒng)3水下生產(chǎn)系統(tǒng)隨著海洋石油工以及人們對降低成本的不斷追求，海洋石油技術(shù)從海面發(fā)展到了水下，并從單井水下采油樹發(fā)展到多井水下采油樹，直至最近致力于研究的全部油氣集輸系統(tǒng)都放到水下的種種方案。典型的水下生產(chǎn)系統(tǒng)由水下設(shè)備及水面控制設(shè)施組成。水下設(shè)備包括：水下采油樹和水下管匯中心，水上控制系統(tǒng)放置在浮式生產(chǎn)系統(tǒng)上，對水下設(shè)備進行控制及維修作業(yè)。水下設(shè)備和水上控制設(shè)施構(gòu)成了一套完整的水下生產(chǎn)系統(tǒng)，見圖1-2-7。水下生產(chǎn)系統(tǒng)是將采油樹放到海床上，水下采油樹采出的井液通過水下管匯中心，水下管匯中心完成對各井井液的單井計量、匯集、增壓后通過海底管線輸送到浮式生產(chǎn)系統(tǒng)上進行處理和儲運。水上控制系統(tǒng)通過水下管匯中心對水下井口進行控制、關(guān)斷、注水、注氣、注化學(xué)藥劑以及維護作業(yè)。圖1-2-19 水下采油樹（1）水下生產(chǎn)系統(tǒng)的主要設(shè)備）水下采油樹（見圖1-2-19）水下采油樹分為干式、濕式、干濕式和沉箱式四種形式。干式水下采油樹：干式水下采油樹就是把采油樹置于一個封閉的常壓、常溫艙里，通常稱之為水下井口艙，維修人員可以像在陸地上一樣在艙內(nèi)進行工作。水下井口艙通過上部的法蘭與運送人員和設(shè)備的服務(wù)艙連接，然后打開法蘭下面起密封作用的艙孔，通過這個艙孔操作人員和井口設(shè)備可以進入水下井口艙進行工作。一般水下井口艙的容積可以容納二、三個人舒適地工作。通常水下井口艙內(nèi)在無人狀態(tài)下是充滿氮氣的，需要操作人員進入時，必須排出氮氣并充入空氣。對于干式采油樹這種操作形式，水下井口艙和服務(wù)艙應(yīng)配有幾套生命維護系統(tǒng)，包括供氧系統(tǒng)、連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)及獨立的安全系統(tǒng)。由于干式采油樹對操作人員存在潛在的危險，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備儀器繁多，因此技術(shù)難度較大、成本高，逐漸為其它形式的采油樹代替。干濕式水下采油樹：干濕式水下采油樹的特點是可以干濕轉(zhuǎn)換，當正常生產(chǎn)時，采油樹呈濕式狀態(tài)，當進行維修時，由一個服務(wù)艙與水下采油樹連接，排空海水，使其變成常溫常壓的干式采油樹。干濕式采油樹主要由低壓外殼、水下生產(chǎn)設(shè)備、輸油管連接器和干濕式轉(zhuǎn)換接頭組成。低壓外殼是一個按照ASME規(guī)范設(shè)計的外壓容器，其上部開孔，當要創(chuàng)造一個干式環(huán)境時，其配合環(huán)與干濕式轉(zhuǎn)換接頭相接，形成封閉的容器；干濕樹轉(zhuǎn)換接頭的外型是一個錐型外殼，操作時，底部與低壓外殼的配合環(huán)連接，頂部與潛水服務(wù)艙連接，以后的工作方式基本和干式采油樹相同。 沉箱式水下采油樹：沉箱式采油樹也稱插入式水下采油樹，是把整個采油樹包括主閥、連接器和水下井口全部置于海床以下9.115.2m深的導(dǎo)管內(nèi)，在海床上的部分很矮，一般高于海床2.14.6m，而常規(guī)水下采油樹高于海床10.7m左右，這樣采油樹受外界沖擊造成損壞的機會就大大減少。沉箱式水下采油樹分為上下兩部分，上部主要包括采油樹下入系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、永久導(dǎo)向基礎(chǔ)、出油管線及閥門、采油樹帽、輸油管線連接器和采油樹保護罩等。下部采油樹包括主閥、連接器和水下井口等。但是沉箱式水下采油樹的最大缺點是價格高于一般的濕式采油樹40%左右，并且不能顯示出比常規(guī)濕式水下采油樹更突出的特點及廣泛的適用性，使其應(yīng)用受到一定的限制。濕式水下采油樹：我們現(xiàn)在最常用的水下采油樹形式則是濕式采油樹，即采油樹完全暴露在海水中。因為金屬材料防海水腐蝕的性能、遙控裝置的發(fā)展以及水下作業(yè)的水平越來越先進，而這種形式又是幾種不同類型的采油樹中相對簡單的，因此就逐漸為石油公司所選用，在本文中我們也就主要介紹這種形式的水下采油樹。所有的濕式水下采油樹的結(jié)構(gòu)、基本部件及其功能都是相同的，這些部件主要有采油樹體、水下井口、采油樹與井口連接器、采油樹與海底管線連接器、采油樹閥件、永久導(dǎo)向基礎(chǔ)、采油樹內(nèi)外帽、控制系統(tǒng)等。20世紀6080年代期間，水下采油樹主要采用立式結(jié)構(gòu)（區(qū)別于后來的臥式結(jié)構(gòu)），該名稱緣于采油樹油管空間的三個主要閥門（生產(chǎn)主閥、生產(chǎn)翼閥及井下安全閥）安置在一條垂直的線上。而20世紀90年代的最新技術(shù)是采用臥式采油樹，其樹體為整體加工的圓筒，生產(chǎn)主閥和生產(chǎn)翼閥均在樹體外面，成水平排列，因而稱為臥式。打開樹帽，可以將油管及電潛泵直接提出油井，可以不挪動采油樹，大量節(jié)省了時間，使修井變得簡單易行。在使用立式采油樹的水下生產(chǎn)系統(tǒng)中，如果修井就必須將水下采油樹移開，露出井口才可以進行修井，操作比較困難且需較長時間的停產(chǎn)。兩相比較，新的臥式采油樹得到了廣泛的應(yīng)用。 圖1-2-20 水下管匯中心2）水下管匯中心（UMC）水下管匯中心（見圖1-2-20）也是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的一種主要設(shè)備，其功能與一座固定平臺相似，可在惡劣海區(qū)和深海區(qū)安全可靠地進行油氣田開發(fā)，也可與浮式生產(chǎn)系統(tǒng)配合開發(fā)邊際油田，及對遠離中心平臺的衛(wèi)星油田進行開發(fā)。水下管匯中心主要具有以下功能：可通過底盤鉆海底叢式井和連接衛(wèi)星井；匯集和控制底盤井和衛(wèi)星井產(chǎn)出的井液，通過海底管線輸往附近的平臺進行油氣處理；將來自附近平臺經(jīng)過處理的海水注入注水井中，保持地層壓力；輸送來自水面的氣體至各井口，實現(xiàn)氣舉；從上部設(shè)施通過 UMC向各井泵送TFL(Through Flow Line) 工具；向各井注入化學(xué)藥劑；通過管匯對單井的產(chǎn)液特性進行測試和計量；實現(xiàn)從平臺進行的遙控操作等。水下管匯中心主要由以下部分組成：底盤：底盤一般主要由大管徑制成的結(jié)構(gòu)框架組成，一方面為UMC下入海底提供浮力，另一方面也是鉆井導(dǎo)向和設(shè)備支撐基座及其保護架。管匯系統(tǒng)和保護蓋：從底盤井和衛(wèi)星井產(chǎn)出的井液，在管匯聚集后通過海底管線輸往平臺，平臺上經(jīng)過處理的海水經(jīng)管匯分配至各注水井，除此之外，管匯系統(tǒng)還具備油水井測試、壓井、化學(xué)藥劑注入、修井時的通道及管線清洗等功能。管匯根據(jù)油田不同的生產(chǎn)要求配置一定數(shù)量的管線，分別負責井液的測試和計量、注水分配、化學(xué)藥劑注入及修井等。控制各系統(tǒng)通往各單井的閥門組沿相應(yīng)的管線布置。電液控制與分配系統(tǒng)：控制系統(tǒng)設(shè)備是永久性地安裝在水下管匯中心的結(jié)構(gòu)上的，易損壞的控制系統(tǒng)電液元件安裝于可取式控制模塊中，該控制模塊可以是一個閥門組，控制模塊的安裝位置使ROV（水下機器人）可以很方便的進行維修和操作。由于電液分配系統(tǒng)的不可替換和不易維修，一般都會留出較大的余量。 液壓儲能裝置：液壓儲能裝置與供液設(shè)備和回路管線相連接，以提供液壓儲能防止回壓的過分波動，且當平臺上的液壓泵出現(xiàn)問題時，儲能器至少在24小時（或一定時間內(nèi)）可維持足夠的液體壓力使管匯正常工作?；瘜W(xué)藥劑注入裝置。ROV軌道：為便于維修，可以用ROV拆卸水下管匯中心和控制系統(tǒng)的所用組件，因此在各閥門組和控制系統(tǒng)模塊旁設(shè)置了ROV作業(yè)軌道（沿軌道兩邊布置），軌道置于水下管匯中心的中部， ROV將從作業(yè)船釋放下來并沿此軌道到達工作位置。連接衛(wèi)星井輸油管線和控制管線用的“側(cè)緣”：衛(wèi)星井到管匯中心的輸油管線和控制管線用的連接設(shè)備，沿著底盤結(jié)構(gòu)的每一側(cè)分布。在入口端，輸油管線與安裝在四邊的相配連接件相連，控制管線和液壓管線也連接在相應(yīng)的四邊上。通往管匯中心的輸油管線和控制管線在鉆井船上用遙控操作工具拉入或連接，操作工具一般用鉆桿下入，采用液壓驅(qū)動方式完成拉入和鎖定動作。前緣：水下管匯中心的前緣用來把輸油管線、控制管線、液壓管線和化學(xué)藥劑注入管線與平臺連接起來。前緣上還包括其余的供電管線、通訊電纜、液壓管線、化學(xué)藥劑注入軟管束、TFL服務(wù)管線等。（2）水下設(shè)備的控制系統(tǒng)水下設(shè)備的控制系統(tǒng)一般安裝在附近水面的設(shè)施上，如半潛式鉆井船、FPSO等浮式生產(chǎn)系統(tǒng)，并通過海底管纜對水下設(shè)備進行遙控操作?？刂葡到y(tǒng)的主要功能是：對水下設(shè)備的各種閥門進行遙控操作；對水下設(shè)備的各種傳輸數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。水下控制系統(tǒng)的控制方式為：直接液壓控制；導(dǎo)向液壓控制；程序液壓控制；電動液壓控制；復(fù)合控制。選擇不同的控制系統(tǒng)的因素很多，如距離、水深、井數(shù)和控制功能等。但關(guān)鍵因素是簡單可靠、靈活和安全。（3）水下生產(chǎn)系統(tǒng)的主要優(yōu)點 使用水下采油方法，有利于實現(xiàn)早期開發(fā)。這樣，在發(fā)現(xiàn)油田之后一至二年內(nèi)，便能開始實際生產(chǎn)，從而大大縮短了常規(guī)的發(fā)現(xiàn)油田到投產(chǎn)之間的時間?？沙浞值乩靡雁@探井和評價井來采油，使其不至于白白放棄，即便有些探邊井打到油區(qū)之外，也可以用它們來注水。油層深度較淺的油田，在平臺控制范圍以外地區(qū)，可以用水下采油樹開采并回接到平臺上。水下采油系統(tǒng)由于花費較少，尤其是在井數(shù)較少和深水地區(qū)，投資相對其它系統(tǒng)節(jié)省顯著。因此能使一些效益不好的邊際油田得以開發(fā)。有些水下采油系統(tǒng)可從海底直接采油、采氣而不需建采油平臺。這種情況下不僅節(jié)約資金，對采油設(shè)施避免水面狂風惡浪和冰的影響也有一定意義。開發(fā)后期，當平臺井位已滿情況下，為了提高采收率而補打的加密井，可用水下采油樹開采，并回接到平臺上。開采結(jié)束后，水下裝置可以輕易而且經(jīng)濟地打撈上來，一則節(jié)省了平臺拆除所需的大量金錢，二則有些設(shè)備還可重復(fù)使用。在一些極端條件下，如水深超過900m，以及北冰洋的酷寒條件等情況下，水下采油一般都能獲得成功。目前，水下技術(shù)日趨成熟，并已在全世界得到普遍應(yīng)用。4、海上其它新型生產(chǎn)設(shè)施 為降低成本，各國對海上生產(chǎn)設(shè)施進行了優(yōu)化和簡化，比較典型的是海上輕型平臺和筒形基礎(chǔ)平臺。（1）海上輕型平臺輕型平臺是國外在油價長期低迷、整裝海上油田多進入中后期、而邊際油田日益增多等海域中得到成功應(yīng)用。輕型平臺有單腿、兩腿和三腿結(jié)構(gòu)型式。單腿輕型平臺有別于傳統(tǒng)導(dǎo)管架平臺的最大特點，在于它多采用單腿柱型式并輔以水下圖1-2-21 簡易井口平臺臺的斜撐，從而大大減少了平臺腿柱和樁的用鋼量和海上施工量，相應(yīng)地使平臺造價為之降低。單腿柱的平臺結(jié)構(gòu)有兩種基本類型：一類是以鉆井的隔水導(dǎo)管作為腿柱，再在水下加設(shè)斜撐而構(gòu)成平臺的下部結(jié)構(gòu)，斜撐的方式可據(jù)具體情況和應(yīng)用的經(jīng)驗而有多種，如2撐、3撐、4