水下采油树模型开发技术方案.doc

1 水下采油树模型开发技术方案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 API SPEC 6A19 b 额定工作压力 70Mpa 10000psi c 公称通径 主通径 65mm 2 9 16in 旁通径 65mm 2 9 16in d 额定温度级别 P U 29 121 e 材料级别 DD f 产品规范等级 PSL3 g 性能要求级别 PR1 h 总体尺寸 长 宽 高 3130mm 560 mm 2540 mm 主要技术要求 系统工作压力 HP 7500psi LP 5000psi 电源耐压 5kv HP 输 入 1 路 输出 2 路 回油 1 路 LP 输入 1 路 输出 16 路 回油 1 路 外形尺寸 1400mm 900mm 1400mm 环境温度 操作温度 0 40 储藏温度 18 50 工作压力 LP 5000psi HP 7500psi 主要功能 接收 SCM 发出信号 开启 关闭阀门 通断油路 检测 SC M 按照主控 站指令发出控制命令功能 向 SCM 提供温度 压力信号并记录 检测 SCM 对温度 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 TREE BODY 采油树与井口回接系统 CONNECTOR TIE BACK 井口连接器 WELLHEAD CONNECTOR 采油树帽 INTERNAL TREE CAP 2 阀门 VALVE BLOCK VALVE ROV控制盘 ROV CONTROL PANEL 化学药剂注入 CHEMICAL INJECTION 采油树体总成 X TREE ASSEMBLY 2 1 树体 TREE BODY 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 3 4 10000PSI工作压力的FMC TORUS IV液 压井口连接器及采油树帽相连接 为连接PMV 生产主阀 AMV 环状通路主阀 及AAV 环形空间入口阀 开孔 Quad Penetrator装置 该装置通过与油管挂上的液压Penetrator连接装置相接 可以 控制井下安全阀的状态 2 2 采油树与井口回接系统 CONNECTOR TIE BACK 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 3 4 VX 型垫片提供第二道屏障 它的上部分叫做Upper Alignment Stab 其顶部与树体相接并密 封 其下部分叫Lower Alignment Stab 其底部与9 5 8 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 PSI的压力 有此回接系统 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 4 3 井口连接器 WELLHEAD CONNECTOR 完井顺序 30 井口套管 18 3 4 水下井口 13 3 8 套管悬挂器 9 5 8 套管悬挂器 连接水下井口 采油树生产导向基础 PGB 首先座落在30 井口套管 Housing 上 PGB上的重力锁紧 装置自动与套管锁紧 采油树沿PGB导向绳及导向柱 Guidepost 就位 FMC TorusIV 18 3 4 10000 PSI 工作压力 的液压采油树连接器与18 3 4 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 Flowline Hub 管毂连接采油树生产管线和注气管线 4 2 安装在PGB上 海底管线和注气管线分别与PGB上对应的管线连接 通过安装在采油树上的Flowline Hub连接器11 5000 PSI WP FMC Torus 以液 压驱动方式与PGB上的管毂连接 液压控制Flowline Hub连接器与PGB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 2 4 采油树内帽 INTERNAL TREE CAP 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 2 5 阀门 VALVE BLOCK VALVE 生产阀门 PMV PWV 注气管线阀门 AMV AWV 化学药剂注入管线阀门 CIV1 CIV2 转换阀 XOV 环空通路阀 AAV1 AAV2 水面控制水下安全阀 SCSSV 甲醇注入阀 MIV 采油树上所有的阀门可以手动或由ROV来操作 因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 2 7 ROV 控制盘 ROV CONTROL PANEL ROV Remote Operation Vehicle ROV控制盘 置于采油树正面 所有的阀门执行器均朝向ROV盘并通过延长杆与ROV盘相连 而 ROV操作头均可以插入ROV盘上的母头 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 ROV通过ROV控制盘进行操作 潜水员通过ROV控制盘操作 2 8 化学药剂注入 CHEMICAL INJECTION 化学药剂的注入点 生产主阀和翼阀之间 注入管线通过SCM到达注入点 由SCM开启CIV控制药剂的注入 2 9 采油树体总成 X TREE ASSEMBLY 采油树与PGB的对接 采油树的防护 防护格栅 ROV控制盘 顶板 采油树外帽 2 10 油管挂 TUBING HANGER 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 Hydraulic Penetrator 精确的定位 采油树体内的采油树内帽安装在油管挂顶部 2 11 油管挂垂向开孔 出口上侧 堵头 WIRELINE PLUG 在油管挂侧出口的顶部 油管挂的开孔是Halliburton堵头来密封的 一旦装上这个堵 头 便能使井液改变方向由侧出口流向生产管线 2 12 油管挂操作工具 THRT THRT Tubing Hanger Running Tool 的作用 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THRT的内园筒驱动锁环使操作工具与油管挂 或采油树帽 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 2 13 油管挂紧急释放工具 THERT TUBING HANGER EMERGENCY RUNNING TOOL 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 2 14 生产导向基础 PGB PGB Production Guide Base是导向及导流的结构 其导向柱及导向绳可以使防喷器 BOP 支架及采油树准确就位于水下井口之上 除PGB和采油树的操作面外 其它三面均 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PGB和采油树的管路 阀门及管毂造成损坏 其导向柱是承插式的 可以通过ROV进行更换 导向柱也是可以伸缩的 原长2 87米 可以增加到4 4米 以适应运输及安装的不同要求 3 1 1 生产主回路生产主回路 主要功能 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 PMV生产 主阀 DHPT温度 压力传感器 ASD 声沙探测器 接平台 CVC CAMERON 立式连接器 WGFM 湿气流量计 PWV生产 翼阀 PTT1 MIV注入甲醇 SEPT1 SEPT2 沙粒冲蚀 温度 压力 传感器 PIV 生产隔离阀 PCV 生产节流 泄放阀 SCSSV 水面控制水下 安全阀 CIV2 注入乙二醇 图 4 生产主回路流程图 工作时序 工作时序 通过高压油路 打开水底安全阀 SCSSV 海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 PMV 和生产翼阀 PWV 等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 PTT1 反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 PMV SCM 促发电液换向阀失电 形成回流 导致生产主阀 PMV 驱动器腔内的压力减小 弹簧复位促使生产主阀关闭 如果此时传感器 PTT1 还能反馈数 6 据 则需要继续关闭生产翼阀 PWV 生产隔离阀 PIV 作为备用阀 用于生产主阀 PMV 和生产翼阀 PWV 关闭状态失效时 隔离生产物 生产节流阀 PCV 通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 SCM 生产节流阀 PCV 中的湿气流量计 WGFM 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 SCM 声沙探测器 ASD 沙粒冲蚀 温度 压力传感器 SEPT 用于测量生产管道中的温度 压 力以及沙粒等数据 并反馈给 SCM 故障分析处理 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 MCS 发出指令给 SCM 由 SCM 控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 SCM 能够上传数据 但失去关闭管线 上阀门的能力 则此时需要促发机器人 ROV 强行关闭阀门 3 当 SCM 失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 主要性能指标 表 1 主回路各阀门驱动器的工作压力 阀门阀门 驱动器驱动器 压力压力 水面控制水下水面控制水下 安全阀安全阀 SCSSVSCSSV 生产主阀生产主阀 PMVPMV 生产翼阀生产翼阀 PWVPWV 生产节流泄放生产节流泄放 阀阀 PCVPCV 最小开启压力最小开启压力 7500psi7500psi4000psi4000psi4000psi4000psi4000psi4000psi 最大工作压力最大工作压力 10000psi10000psi6000psi6000psi6000psi6000psi6000psi6000psi 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 SCSSV 生产主阀 PMV 生产翼阀 PWV 其中水面控制水下安全阀 SCSSV 为瓣状 其余 2 个阀门均为闸阀 设计生 产具体规格如下 PMV 生产主阀 尺寸 130mm 5 1 8 类型 闸阀 带液压促动器 压力 10000 最小开启压力 4000psi 最大开启压力 6000psi 触动器容积 3200ml 触动器进口螺纹 3 8 SAE 触动器回油螺纹 3 8 SAE FSC 失效安全关闭 NO 正常开启 RET 回流管线 单独连接至蓄能器接头 7 行程 147 6mm PWV 生产翼阀 尺寸 130mm 5 1 8 类型 闸阀 带液压促动器 压力 10000 最小开启压力 4000psi 最大开启压力 6000psi 触动器容积 3200ml 触动器进口螺纹 3 8 SAE 触动器回油螺纹 3 8 SAE FSC 失效安全关闭 NO 正常开启 RET 回流管线 单独连接至蓄能器接头 行程 147 6mm 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 待定 使用压力 0 1 0MPA 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 DHPT 压力温度传感器 1 PTT1 沙粒 冲蚀温度压力传感器 SETP1 SETP2 声沙探测器 ASD 具体规格型号 接口类型如下 压力温度传感器 DHPT PTT1 SETP1 SETP2 PTB706 压力 温度一体化传感器 广州指南针传感仪器有限公司 量 程 0 0 5 150MPa 综合精度 0 2 FS 0 5 FS 1 0 FS 输出信号 压力输出 4 20mA 二线制 0 5V 1 5V 0 10V 三线制 温度输出 J K E 型热电偶或 PT100 铂电阻 供电电压 24DCV 9 36DCV 介质温度 20 85 150 30 125 40 150 环境温度 常温 20 85 零点温漂移 0 05 FS 8 量程温度漂移 0 05 FS 补偿温度 0 70 安全过载 150 FS 极限过载 200 FS 响应时间 5mS 上升到 90 FS 负载电阻 电流输出型 最大 800 电压输出型 大于 50K 绝缘电阻 大于 2000M 100VDC 密封等级 IP65 长期稳定性能 0 1 FS 年 振动影响 在机械振动频率 20Hz 1000Hz 内 输出变化小于 0 1 FS 电气接口 信号接口 四芯航空接插件 机械连接 螺纹接口 M16 1 5 M20 1 5 M22 1 5 等 另可依据要求专门设计 3 1 2 环空回路环空回路 主要功能 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 AAV 常闭 环空接入阀 检测用 AMV DOWN 环空主阀 PMV 生产主阀 XOV 跨接阀 PT3 压力传感器 AWV 环空翼阀 AVV 还空泄放阀 电液分配器的AV 环空泄放 端口 PT2 压力传感器 图 5 环空回路流程图 工作时序 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 SCM 控制电液 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 DHPT 将测得的数据反馈给 SCM SCM 再将采集的信号传送给 MCS MCS 对其进行分析处理 若发现压力超过一定 值时 发出控制指令给 SCM 使 SCM 打开环空主阀 AMV 同理压力传感器 PT3 感知的压力大于设定值时 MCS 发出控制指令给 SCM 控制电 液换向阀打开环空翼阀 AWV 和跨接阀 XOV 泄漏的气体通过介于套管和油管之间的 9 并且连接环空主阀 AMV 的管道返回到了主回路 如果此时电压传感器 PT2 感知的压力过大 超过一定的值时 此时 MCS 就会发出指 令给 SCM 打开环空泄放阀 AVV 将泄漏的油气排放到 SUTU 上 最终送达至液压站 HPU 介于采油树帽和油管挂之间的并且与环空接入阀 AAV 相连的管道是用来测试密封性 的 故障处理 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 SCM 无法驱动阀门的打开 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 DHPT 反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 MCS 发出指令给 SCM 由 SCM 紧急关闭井下安全阀 SCSSV 3 当 SCM 失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 主要性能指标 需要控制阀门 5 个 环空主阀 AMV 环空翼阀 AWV 环空泄放阀 AVV 环空接 入阀 AAV 跨接阀 XOV 具体规格如下 XOV 跨接阀 尺寸 52mm 2 1 16 类型 闸阀 带液压促动器 压力 10000 最小开启压力 4000psi 最大开启压力 6000psi 触动器容积 550ml 触动器进口螺纹 3 8 SAE 触动器回油螺纹 3 8 SAE FSC 失效安全关闭 NC 正常关闭 RET 回流管线 行程 62 8mm AWV 环空翼阀 尺寸 52mm 2 1 16 类型 闸阀 带液压促动器 压力 10000 最小开启压力 4000psi 最大开启压力 6000psi 触动器容积 550ml 触动器进口螺纹 3 8 SAE 触动器回油螺纹 3 8 SAE FSC 失效安全关闭 RET 回流管线 行程 62 8mm AAV 环空接入阀 10 尺寸 52mm 2 1 16 类型 闸阀 带液压促动 压力 10000 最小开启压力 4000psi 最大开启压力 6000psi 触动器容积 550ml 触动器进口螺纹 3 8 SAE 触动器回油螺纹 3 8 SAE FSC 失效安全关闭 NC 正常关闭 RET 回流管线 行程 62 8mm AWV 环空翼阀 尺寸 52mm 2 1 16 类型 闸阀 带液压促动器 压力 10000 最小开启压力 4000psi 最大开启压力 6000psi 触动器容积 550ml 触动器进口螺纹 3 8 SAE 触动器回油螺纹 3 8 SAE FSC 失效安全关闭 RET 接回流管线 行程 62 8mm AVV 环空泄放阀 尺寸 19mm 3 4 类型 闸阀 带液压促动器 压力 10000 最小开启压力 4000psi 最大开启压力 6000psi 触动器容积 550ml 触动器进口螺纹 3 8 SAE 触动器回油螺纹 3 8 SAE FSC 失效安全关闭 RET 回流管线 行程 62 8mm 需要测量传感器共 2 个 压力温度传感器 2 PT2 压力温度传感器 3 PT3 具体规格如下 量 程 0 1MPa 综合精度 0 1 FS 输出信号 1 0mV V 1 5mV V 2 0mV V 2 5mV V 3 3mV V 四线制 供电电压 10DCV 6 12DCV 输出阻抗 350 1000 1650 2000 介质温度 20 85 125 11 环境温度 常温 20 85 长期稳定性能 0 1 FS 年 绝缘电阻 大于 2000M 100VDC 密封等级 IP65 振动影响 在机械振动频率 20Hz 1000Hz 内 输出变化小于 0 1 FS 电气接口 赫斯曼接头 机械连接 M14 1 5 M20 1 5 等 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 45mm 使用压力 0 1 0MPA 连接方式 快换接头连接 接头尺寸 22 85MM 连接油管 12 5MM 软管 3 1 3 药剂注入回路药剂注入回路 主要功能 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 TUTA 通过脐带缆将化学药剂传输到水下电液分配器 SUTU 水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 12 MeOH 甲醇 MIV 甲醇注入阀 SCM T6 超级双相钢 SUTU 主主回回路路 控制开闭 图 6 甲醇注入流程图 SI1 阻垢剂 SI CIMV 阻垢剂的注入 计量阀 CIV1 化学药剂注入阀 1 SI SCM T2 超级双相钢 CIVA 化学药剂隔离阀A 安装于面板 树底 SUTU 控制开闭 图 7 阻垢剂注入流程图 MEG1 MEG2 乙二醇 MG CIMV 乙二醇的注入 计量阀 CIV2 化学药剂注入阀 2 MG SCM T6 超级双相钢 SUTU CIVB 化学药剂隔离阀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 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 SCM 采集阻垢剂注入计量阀 SI CIMV 的数据 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 SCM 采集乙二醇注入计量阀 MG CIMV 的数据 从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 故障处理 13 1 当 SCM 将采集到的注入计量阀 SI CIMV 数据上传给 MCS 经过处理分析数据 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 MCS 下达指令关闭指令给 SCM SCM 驱动电液换向阀关闭化学药剂注入阀 3 当 SCM 失去了上传数据的能力时 则需要打捞起 整颗采油树 主要性能指标 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 SI CIMV 乙二醇注入回路 乙二醇的注入计量阀 MG CIMV 需要测量传感器共 2 个 压力温度传感器 2 PT2 压力温度传感器 3 PT3 具体规格如下 量 程 0 1MPa 综合精度 0 1 FS 输出信号 1 0mV V 1 5mV V 2 0mV V 2 5mV V 3 3mV V 四线制 供电电压 10DCV 6 12DCV 输出阻抗 350 1000 1650 2000 介质温度 20 85 125 环境温度 常温 20 85 长期稳定性能 0 1 FS 年 绝缘电阻 大于 2000M 100VDC 密封等级 IP65 振动影响 在机械振动频率 20Hz 1000Hz 内 输出变化小于 0 1 FS 电气接口 赫斯曼接头 机械连接 M14 1 5 M20 1 5 等 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 45mm 使用压力 0 1 0MPA 连接方式 快换接头连接 14 接头尺寸 22 85MM 连接油管 8 5MM 软管 需要控制阀门 1 个 CIV2 化学药剂注入阀 2 尺寸 19mm 3 4 类型 闸阀 带液压促动器 压力 15000 FSC 失效安全关闭 NO 正常开启 RET 回流管线 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 45mm 使用压力 0 1 0MPA 连接方式 快换接头连接 接头尺寸 22 85MM 连接油管 8 5MM 软管 阻垢剂注入回路需要控制阀门 1 个 CIV1 化学药剂注入阀 1 SI 尺寸 19mm 3 4 类型 闸阀 带液压促动器 压力 15000 FSC 失效安全关闭 NO 正常开启 RET 回流管线 甲醇注入回路需要控制阀门 1 个 MIV 甲醇注入阀 尺寸 19mm 3 4 类型 闸阀 带液压促动器 压力 15000 FSC 失效安全关闭 NO 正常开启 RET 回流管线 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 45mm 使用压力 0 1 0MPA 连接方式 快换接头连接 接头尺寸 22 85MM 连接油管 8 5MM 软管 6 采油树模型开发总体方案 15 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 套管头套管头 套管头连接套管柱上端 由套管悬挂器及四通