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a 执行标准： API SPEC 6A19b 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： DDf 产品规等级： PSL3g 性能要求级别： PR1h 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

2、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 SCM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

3、-BACK）井口连接器（WELLHEAD CONNECTOR）采油树帽（ INTERNAL TREE CAP）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（XTREE ASSEMBLY）2.1树体 （TREE BODY）整体加工的空心园筒体部形状加工成与油管挂和采油树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 AA

4、V (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 500

5、0 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 水下井口连接锁紧液压控制采油树与井口的连接和解脱，将采油树

6、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采油树帽（INTERNAL TREE CAP）采油树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

7、性密封物，为树体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

8、 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? 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 A

9、SSEMBLY）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 , 安装在树体与采油树壁销死并密封油管挂在树体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的采油树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(Tub

10、ing Hanger Running Tool)的作用操作油管挂操作采油树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

11、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MIV 注入甲醇PMV 生产PWV 生产PCV生产节流主阀翼阀

12、泄放阀PTT1WGFM湿气流量计SCSSVCIV2水面控制水下注入乙二醇安全阀SEPT1 、 SEPT2沙粒冲蚀 /温度 /压力PIV传感器生产隔离阀DHPT 温度ASDCVC声沙探测器CAMERON压力传感器（接平台）立式连接器图 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

13、生产主阀PMV驱动器腔的压力减小，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：1、当采油树生产

14、主回路传感器反馈的实时量超过或小于正常生产围，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：表 1、主回路各阀门驱动器的工作压力阀门水面控制水下生产主阀生产翼阀生产节流泄放驱动器安全阀阀PMVPWV压力SCSSVPCV最小开启压力7500psi4000psi4000psi4000psi最大工作压力10000psi6000psi6000psi6000psi传感器与计量阀性能参

15、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 SAEFSC 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： 147.6mmPWV生产翼阀尺寸： 130mm（ 5-1/8 ）类型：闸阀，带液压促动器压

16、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 SAEFSC 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测试模型阀门采用巨林科教仪器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： 01.0MPA；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、 SETP

17、2）、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（指南针传感仪器）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： 420mA(二线制 ) 、 05V、15V、 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量程温度

18、漂移： 0.05%FS补偿温度： 070 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20Hz1000Hz，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 、M201.5 、M22 1.5 等，另可依据要求专门设计环空回路主要功能：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

19、态。PT2PT3AAV （常闭）PMV生产主阀压力传感器压力传感器环空接入阀（检测用）AWVXOV环空翼阀跨接阀AMVDOWN环空主阀AVV还空泄放阀电液分配器的AV（环空泄放）端口图 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

20、，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，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：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

21、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：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触动器容积：550ml触动器进口螺纹：3/8 SAE最大开启压力：6000psi触动器回油螺纹：FSC 失效安全关闭3/8 SAENC正常关闭RET回流管线行程： 62.8mmAWV环空翼

22、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 SAEFSC 失效安全关闭RET回流管线行程：62.8mmAAV环空接入阀尺寸： 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 SAEFSC 失效安全关闭NC正常关闭RET回流管线行程： 62.8mmAWV环空翼阀尺寸： 52mm（

23、 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 SAEFSC 失效安全关闭 RET接回流管线行程： 62.8mmAVV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 SAEFSC 失效安全关闭RET最大开启压力：回流管线6000psi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

24、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(612DCV)输出阻抗： 350/1000/1650/2000 介质温度： -20 85125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 20Hz1000Hz，输出变化小于 0.1%FS 电气接口：赫斯曼接头机械连接： M141.5 、M20 1.5 等，其它螺纹可

25、依据要求设计测试模型阀门采用巨林科教仪器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： 01.0MPA；连接方式：快换接头连接；接头尺寸： 22*85MM；连接油管： 12*5MM，软管；药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，起到除垢、防冻以及清蜡的作用。T6SUTUMeOH超级双相钢MIV

26、控制开闭甲醇甲醇注入阀SCM主回路图 6、甲醇注入流程图T2CIVASI1超级双相钢SUTU化学药剂隔离阀 A阻垢剂（安装于面板）CIV1SI CIMV树底化学药剂注入阀阻垢剂的注入SCM#1（SI）计量阀控制开闭图 7、阻垢剂注入流程图T6CIVBMEG1 MEG2超级双相钢SUTU化学药剂隔离阀 B乙二醇（安装于面板）CIV2MG CIMV主回路化学药剂注入阀#2（MG ）乙二醇的注入计量阀SCM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，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

27、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：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围之，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：传感器与计量阀性能参数阻垢剂注入回路：阻

28、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(612DCV)输出阻抗： 350/1000/1650/2000 介质温度： -20 85125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：

29、在机械振动频率 20Hz1000Hz，输出变化小于 0.1%FS 电气接口：赫斯曼接头机械连接： M141.5 、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巨林科教仪器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： 01.0MPA；连接方式：快换接头连接；接头尺寸： 22*85MM；连接油管： 8*5MM，软管；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： 15000FSC 失效安全关闭NO正常开启RET回流管线测试模型阀门采用巨林科教仪器二

30、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： 01.0MPA；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： 15000FSC 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： 15000FSC 失效安全关闭NO正常开启 RET回流管线测试模型阀门采用巨林科教仪器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： 01.0MPA；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