水下采油树模型开发技术方案

1 水下采油树模型开发技术方案 一、主要技术规范 a 执行标准： b 额定工作压力： 700000c 公称通径：主通径： 65 9/16旁通径： 65 9/16d 额定温度级别： 121 ） e 材料级别： DD f 产品规范等级： g 性能要求级别： h 总体尺寸（长宽高）： 3130560 2540 要技术要求：系统工 作压力 75005000源耐压 5入1 路、输出 2 路、回油 1 路； 入 1 路、输出 16 路、回油 1 路。 外形尺寸： 140000400境温度：操作温度 0 +40 储藏温度 +50 工作压力： 5000 7500要功能：接收 出信号，开启、关闭阀门，通断油路，检测 按照主控站指令发出控制命令功能；向 供温度、压力信号并记录，检测 温度、压力信号的接收和传输能力。 采 油树是整个生产系统的执行部分，通过控制采油树管线上的阀门，来控制整个采油系统的流程。整个采油树生产执行主要分为三个部分：生产主回路、环空回路、药剂注入回路。 二、采油树主要组成 树体 （ 采油树与井口回接系统 （ 井口连接器 （ 采油树帽 （ 2 阀门 （ （ 化学药剂注入 （ 采油树体总成 （ X 体 （ 整体加工的空心园筒体 内部形状加工成与油管挂和采油树内帽相配合的形状 下端及顶部为螺纹状结构，分别与 18 10000 为连接 产主阀 ), 状通路主阀 )及 环形空间入口阀 )开孔 该装置通过与油管挂上的液压 可以控制井 下安全阀的状态 油树与井口回接系统 （ 该系统由上下两部分组成，它的主要功能是为采油树体和水下井口之间的 18 的上部分叫做 顶部与树体相接并密封，其下部分叫 底部与 9的套管悬挂器相接并密封，中间由上下两部分相接并密封，这里所有的密封均采用金属附加弹性体的方式，能承受 5000 此回接系统，井口和采油树之间的连 接密封就不会受到井下压力的作用，其可靠性大为增强 口连接器 （ 完井顺序 30井口套管 18水下井口 13套管悬挂器 9套管悬挂器 连接水下井口 采油树生产导向基础 (先座落在 30井口套管 (上 , 采油树沿 位 10000 作压力）的液压采油树连接器与 18 水下井口连接锁紧 3 液压控制采油树与井口的连接和解脱，将采油树提出水面进行维修、密封垫片的更换等工作 管毂的连接 ( 管毂连接采油树生产管线和注气管线 (4 / 2 )，安装在 海底管线和注气管线分别与 通过安装在采油树上的 1 ，以液压驱动方式与 液压控制 采油树提出水面进行维修、密封垫片的更换等工作 油树内帽 （ 采油树内帽安装在油管挂的顶部，依靠液压式起下工具与树体相连，与树体之间的密封为金属对金属结合弹性密封物，为树体内部与环境隔绝提供第二道屏障，另外在生产期间为油管挂提供第二道固定装置，避免油管挂在油井热力及压力变化下产生移位 。 门 （ 生产阀门 注气管线阀门 化学药剂注入管线阀门 转换阀 环空通路阀 水面控制水 下安全阀 甲醇注入阀 油树上所有的阀门可以手动或由 此阀的转动力具有一定的限制。通常情况下，阀门的密封应采用金属对金属而且是双向密封。需要润滑的部分通常由控制液来完成。如果无润滑，应该能保证一定次数的动作，如 250次关闭开启。 制盘 （ 置于采油树正面，所有的阀门执行器均朝向 母头，并转动阀杆的延长杆，操纵阀门的开与关 阀门控制 上部控制系统通过电液控制系统进行控制 4 潜水员通过 学药剂注入 （ 化学药剂的注入点 生产主阀和翼阀之间 注入管线通过 油树体总成 （ X 采油树与 采油树的防护 防护格栅 顶板 采油树外帽 管挂 ( 油管挂 是一个同心圆筒体 ,安装在树体内与采油树内壁销死并密封 油管挂在树体内靠调平键和螺旋面定位 液压压头（ 确的定位 采油树体内的采油树内帽安装在油管挂顶部 管挂垂向开孔 (出口上侧 )堵头 (在油管挂侧出口的顶部，油管挂的开孔是 旦装上这个堵头，便能使井液改变方向由侧出口流向生产管线 管挂操作工具 ( 作用 操作油管挂 操作采油树内帽 油管挂和采油树帽进行安装或解脱的操作方式 由液压控制 采油树帽）锁紧或解脱 外园筒负责驱动油管挂或采油树帽上与采油树体之间的锁紧或解脱机构 5 管挂紧急释放工具 (该工具的主要目的是当液压或油管挂操作工具失效的情况下，用来解脱油管挂及采油树帽，因此只是紧急情况下的备用工具，该工具不带任何液压功能，只能回收油管挂或者采油树帽 产导向 基础 (导向柱及导向绳可以使防喷器(架及采油树准确就位于水下井口之上。除 它三面均有铰接的遮档棍，与采油树的防护装置一起，构成一个完整的保护结构，避免重物的意外冲击对 门及管毂造成损坏 其导向柱是承插式的，可以通过 向柱也是可以伸缩的，原长 可以增加到 适应运输及安装的不同要求。 产主回路 主要功能： 采油树主回路负责整个油 气的开采工作，可以调节生产流量以控制生产总量。 连 接 反 馈 回 路P M V 生 产主 阀D H P T 温 度压 力 传 感 器A S 探 测 器（ 接 平 台 ）C V M E R O 连 接 器W G F 流 量 计P W V 生 产翼 阀P T T 1M I V 注 入 甲 醇S E P T 1 、 S E P T 2沙 粒 冲 蚀 / 温 度 / 压 力传 感 器P I 隔 离 阀P C 节 流泄 放 阀S C S S 控 制 水 下安 全 阀C I V 2注 入 乙 二 醇图 4、生产主回路流程图 工作时序： 通过高压油路 ，打开水底安全阀 底油气通过主回路管道传输。 正常工作状态（即主回路中的传感器压力反馈的数据正常）： 生产主阀 生产翼阀 阀门 正常工作状态处于常开状态 。 当出现紧急状况或者是 压力温度 传感器 馈的温度或压力大于设定值最大值 时，首先需要关闭生产主阀 发电液换向阀失电，形成回流，导致生产主阀 弹簧复位促使生产主阀关闭；如果此时传感器 能反馈数 6 据，则需要继续关闭生产翼阀 产隔离阀 为备用阀，用于生产主阀 生产翼阀 闭状态失效时，隔离生产物。 生产节流阀 过调节阀门的打开程度，可以控制主回路中油气的流量，并通过节流阀位置指示器将信号传递给 生产节流阀 的 湿气流量计 用于统计采油树生产主回路各时间段的采油总量，并将信号传输给 声沙探测器 粒冲蚀 /温度 /压力传感器 于测量生产管道中的温度、压力以及沙粒等数据，并反馈给 故障分析处理： 1、当采油树生产主回路传感器反馈的实时量超过或小于正常生产范围， 出指令给 制生产管线上的阀门。 2、当采油树主回路反馈的数据超出或小于正常值， 够上传数据，但失去关闭管线上阀门的能力，则此时需要促发机器人 行关闭阀门。 3、当 去了与平台通讯的能力时，则需要打捞起整颗采油树。 主要性能指标： 表 1、主回路各阀门驱动器的工作压力 阀门 驱动器 压力 水面控制水下安全阀 产主阀 产翼阀 产节流泄放阀 小开启压力 7500000000000大工作压力 10000000000000 传感器与计量阀性能参数 其中需要控制阀门 3 个：水面控制水下安全阀（ 生产主阀 (生产翼阀 (其中水面控制水下安全阀（ 瓣状、其余 2 个阀门均为闸阀，设计生产具体规格如下： 产主阀 尺寸： 1305） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 10000 最小开启压力： 4000 最大开启压力： 6000动器容积： 3200动器进口螺纹： 3/8 动器回油螺纹： 3/8 效安全关闭 常开启 流管线（单独连接至蓄能器接头） 7 行程： 产翼阀 尺寸： 1305） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 10000 最小开启压力： 4000 最大开启压力： 6000动器容积： 3200动器进口螺纹 ： 3/8 动器回油螺纹： 3/8 效安全关闭 常开启 流管线（单独连接至蓄能器接头） 行程： 试模型阀门采用江苏巨林科教仪器有限公司二位二通电磁换向阀替代，具体参数如下： 控制方式：直流 24V 控制电磁阀 尺寸规格：待定 使用压力： 0 连接方式：快换接头连接或螺纹连接； 接头尺寸：待定 连接油管：软管、硬管； 需要测量传感器共 5 个：井下压力温度传感器 (压力温度传感器 1（ 沙粒冲蚀温度压力传感器（ 声沙探测器（ 具体规格型号、接口类型如下： 压力温度传感器（ 力 /温度一体化传感器（广州指南针传感仪器有限公司） 量 程 : 0 150合精度 : S、 S、 S 输出信号 : 压力输出： 4 20线制 )、 0 5V、 1 5V、 0 10V(三线制 ) 温度输出： J、 K、 E 型热电偶或 电阻 供电电压 : 24 36 介质温 度 : 85 150 、 125、 150 环境温度 : 常温 (85 ) 零点温漂移： S 8 量程温度漂移： S 补偿温度： 070 安全过载： 150%限过载： 200%应时间： 5升到 90% 负载电阻 : 电流输出型：最大 800；电压输出型：大于 50 绝缘电阻 : 大于 2000(100密封等级 : 长期稳定性能 : S/年 振动影响 : 在机械振动频率 201000，输出变化小于 S 电气接口 (信号接口 ): 四芯航空接插件 机械连接 (螺纹接口 ): ，另可依据要求专门设计 空回路 主要功能： 环控回路主要是用于泄放采油树井底泄露的油气，一般情况下，此回路处于备用状态。 A A V （ 常 闭 ）环 空 接 入 阀（ 检 测 用 ）A M W 主 阀P M 主 阀X O 阀P T 3压 力 传 感 器A W 翼 阀A V 泄 放 阀电 液 分 配 器 的 A V（ 环 空 泄 放 ） 端 口P T 2压 力 传 感 器图 5、环空回路流程图 工作时序： 当采油树正常工作时，环控回路管路上的阀门处于常闭状态。其都是由 制电液换向阀驱动阀门的打开。 当套管和油管发生泄漏时， 井下 温度压力传感器 集的信号传送给 其进行 分析 处理，若发现压力超过一定值时，发出控制指令给 开环空主阀 同理压力传感器 知的压力大于 设定值 时， 出控制指令给 制电液换向阀打开环空翼阀 跨接阀 漏的气体通过介于套管和油管之间的 ， 并 9 且连接环空主阀 管道返回到了主回路。 如果此时电压传感器 知的压力过大，超过一定的值时，此时 会发出指令给 开环空泄放阀 将泄漏的油气排 放到 ，最终送达至 液压站 介于采油树帽和油管挂之间的并且与环空接入阀 连的管道是用来测试密封性的。 故障处理： 1、当采油树环控回路上的压力过大，需要开启时，而 法驱动阀门的打开，则此时需要促发机器人强行开启阀门。 2、当井下 温度压力传感器 馈的实时量超过设定的最大值时，则说明井下安全阀泄露的厉害，此时 出指令给 急关闭井下安全阀 3、当 去了与平台通讯的能力时，则需要打捞起整颗采油树。 主要性能指标： 需要控制阀门 5 个：环空主阀（ 环空翼阀（ 环空泄放阀（ 环空接入阀（ 跨接阀（ 具体规格如下： 接阀 尺寸： 5226） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 10000 最小开启压力： 4000 最大开启压力： 6000动器容积： 550动器进口螺纹： 3/8 动器回油螺纹： 3/8 效安全关闭 常关闭 流管线 行程： 空翼阀 尺寸： 5226） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 10000 最小开启压力： 4000 最大开启压力： 6000动器容积： 550动器进口螺纹： 3/8 动器回油螺纹： 3/8 效安全关闭 流管线 行程： 空接入阀 尺寸： 5226） 10 类型：闸阀，带液压促动 压力： 10000 最小开启压力： 4000 最大开启压力： 6000动器容积： 550动器进口螺纹： 3/8 动器回油螺纹： 3/8 效安全关闭 常关闭 流管线 行程： 空翼阀 尺寸： 5226） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 10000 最小开启压力： 4000 最大开启压力： 6000动器容积： 550动器进口螺纹： 3/8 动器回油螺纹： 3/8 效安全关闭 回流管线 行程： 空泄放阀 尺寸： 193/4） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 10000 最小开启压力： 4000 最大开启压力： 6000动器容积： 550动器进口螺纹： 3/8 动器回油螺纹： 3/8 效安全关闭 流管线 行程： 要测量传感器共 2 个：压力温度传感器 2（ 压力温度传感器 3（ 具体规格如下： 量 程： 0-,1合精度： S、 输出信号： 、 、 、 、 (四线制 ) 供电电压： 10 12 输出阻抗： 350/1000/1650/2000 介质温度： 85 125 环境温度： 常温 (85 ) 11 长期稳定性能： S/年 绝缘电阻： 大于 2000(100 密封等级： 振动影响： 在机械振动频率 201000，输出变化小于 S 电气接口：赫斯曼接头 机械连接： ，其它螺纹可依据要求设计 测试模型阀门采用江苏巨林科教仪器有 限公司二位二通电磁换向阀替代，具体参数如下： 控制方式：直流 24V 控制电磁阀 尺寸规格： 170*60*45 使用压力： 0 连接方式：快换接头连接； 接头尺寸： 22*85 连接油管： 12*5管； 剂注入回路 主要功能： 药剂注入回路主要分为三个部分：阻垢剂、乙二醇以及甲醇注入回路。分别如下图 6、 7、 8 所示。化学药剂来自水上平台，地面电液分配器 过脐带缆将化学药剂传输到水下电液分配器 下电液分配器再将不同的化学药剂 分别注入到井筒海底管道或采 油树管道内，起到除垢、防冻以及清蜡的作用。 M e O M I 注 入 阀S C 超 级 双 相 钢S U T 路控 制 开 闭 12 图 6、甲醇注入流程图 S I 1阻 垢 剂S I C I M 剂 的 注 入计 量 阀C I V 1化 学 药 剂 注 入 阀# 1 （ S I ）S C 超 级 双 相 钢C I V 药 剂 隔 离 阀 A（ 安 装 于 面 板 ）树 底S U T 开 闭图 7、阻垢剂注入流程图 M E G 1 M E G 2 乙 二 醇M G C I M 醇 的 注 入计 量 阀C I V 2化 学 药 剂 注 入 阀# 2 （ M G ）S C 超 级 双 相 钢S U T V 药 剂 隔 离 阀 B（ 安 装 于 面 板 ）主 回 路控 制 开 闭图 8、乙二醇注入流程图 工作时序： 阻垢剂是 通过水下电液分配器 注入到采油树的底部， 集阻垢剂注入计量阀 数据，从而控制化学药剂注入阀的开与闭。 乙二醇是 通过水下电液分配器 注入到采油树的主回路上， 集乙二醇注入计量阀 而控制化学药剂注入阀的 开 与闭。 甲醇是直接通过 水下电液分配器 注入到主回路中。 其回路上没有计量阀，一直出去常开状态。 故障处理： 1、当 采集到的 注入计量阀 据上传给 过处理分析数据，小于设定值，则增加平台化学药剂的流量；大于设定值，则减少平台化学药剂的流量。 2、当化学药剂的计量阀反馈的数据超过允许范围之内，则 达指令关闭指令给 动电液换向阀关闭化学药剂注入阀。 3、当 去了上传数据的能力时，则需要打捞起，整颗采油树。 13 主要性能指标： 传 感器与计量阀性能参数 阻垢剂注入回路：阻垢剂的注入计量阀 ( 乙二醇注入回路：乙二醇的注入计量阀 (需要测量传感器共 2 个：压力温度传感器 2（ 压力温度传感器 3（ 具体规格如下： 量 程： 0-,1合精度： S、 输出信号： 、 、 、 、 (四线制 ) 供电电压： 10 12 输出阻抗： 350/1000/1650/2000 介质温度： 85 125 环境温度： 常温 (85 ) 长期稳定性能： S/年 绝缘电阻： 大于 2000(100 密封等级： 振动影响： 在机械振动频率 201000，输出变化小于 S 电气接口：赫斯曼接头 机械连接： ，其它螺纹可依据客户要求设计 测试模型阀门采用江苏巨林科教仪器有限公司二位二通电磁换向阀替代，具体参数如下： 控制方式：直流 24V 控制电磁阀 尺寸规格： 170*60*45 使用压力： 0 连接方 式：快换接头连接； 接头尺寸： 22*85 连接油管： 8*5管； 需要控制阀门 1 个： 学药剂注入阀 #2 尺寸： 193/4） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 15000 14 效安全关闭 常开启 流管线 测试模型阀门采用江苏巨林科教仪器有限公司二位二通电磁换向阀替代，具体参数如下： 控制方式：直流 24V 控制电磁阀 尺寸规格： 170*60*45 使用压力： 0 连接方式：快换接头连接； 接头尺寸： 22*85 连 接油管： 8*5管； 阻垢剂注入回路需要控制阀门 1 个： 学药剂注入阀 #1（ 尺寸： 193/4） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 15000 效安全关闭 常开启 流管线 甲醇注入回路需要控制阀门 1 个： 醇注入阀 尺寸： 193/4） 类型：闸阀，带液压促动器 压力： 15000 效安全关闭 常开启 流管线 测试模型阀门采用江苏巨林科教仪器有限公司二位二通电磁换向阀替代，具体参数如 下： 控制方式：直流 24V 控制电磁阀 尺寸规格： 170*60*45 使用压力： 0 连接方式：快换接头连接； 接头尺寸： 22*85 连接油管： 8*5管； 6、采油树模型开发总体方案 管路布置：管路布置主要分主回路、环空回路、药剂注入回路三部分。主回路主要模拟井下油液采集过程，油液由模拟井口进入主回路，经油管四通，通过生产主阀、生产翼阀、药剂注入阀流出。 环空回路： 环控回路主要是用于泄放采油树井底泄露的油气，一般情况下，此回路处于备用状态。 15 套管头 : 套管头连接套管 柱上端，由套管悬挂器及四通，阀门等组成，用于支承下一层较小的套管柱并密封上下两层套管间的环形空间。海上油田一般有多层套管及环形空间，有多个套管头。最下部套管头安装在隔水导管顶端，上法兰与中间套管头的下法兰相连接。螺纹底部连