水下生产系统

1、1水下生产系统概述主讲人：王玮2主要内容一、概述二、采油树三、管汇四、跨接管五、脐带缆六、井口头3一、概述n近年来，随着经济的不断发展，世界各国对于油气资源的需求越来越大。随着陆上油气资源的日益枯竭，各个国家纷纷将目光移向了海洋。水下生产系统以其显著的技术优势、可观的经济效益得到各大石油公司的广泛关注和应用。n使用水下生产技术可以避免建造昂贵的海上采油平台，从而节省大量建设投资，而且水下生产系统受灾害天气影响较小，可靠性强，因此成为开采深水油气田的关键设施之一，在世界各地的深水油气田开发中得到了广泛的应用。水下生产系统是经济、高效开发边际油田、深海油田的关键技术之一，目前水下生产系统基本部分如

2、水下采油井口、管汇及控制系统等相关设施在国外已较为成熟。水下增压泵在一定水深扬程范围内日趋成熟；2007年，挪威国家石油公司水下分离器第一次商业性应用，是水下处理工艺领域的一个重大里程碑；2011年，在挪威的Asgard油田将有可能建成第一套商用水下湿气压缩系统。4一、概述n从1961年第一口水下井口在美国应用以来，随着各种新技术的应用，水下生产系统应用水深越来越深，到目前为止，已投产最深采油树达到2714m（美国墨西哥湾 Independence Hub凝析气田，2007年7月投产）；回接距离最长的气田回接距离达到143公里（挪威北海Snhvit一期，水深250-345m，2007年8月21

3、日天然气上岸）。目前国外对于3000m水深以内的水下生产系统设计、建造、安装技术已经比较成熟，且已在西非、墨西哥湾、北海等海域经过了大量工程项目的实践检验。n中国是世界上最早发现和使用石油和天然气的国家。历史上记载，中国带领世界开始从技术上进行天然气和食盐的探索。但是我国深水油气田开发起步较晚，目前水下生产系统在应用方面缺乏经验，这一现状影响了我国深海油气资源的开发。开展水下生产技术的研究对我国适应未来深水油气田的经济开发是十分及时和必要的。5一、概述n水下生产系统包括油井、井口头、采油树、接入出油管系统和控制油井的操纵设备。在水下的系统中，井口头和采油树都在海底。因此，水下生产系统就不像在水

4、面处的生产系统，如刚性平台甚至是张力腿平台（TLP）那样受到海平面状况和水深的影响。但另一方面，水下生产系统不能直接的进行操作，如钻井，必须通过移动的钻井单元进行，操控也必须通过脐带缆远程控制，持续地操作就比平台式的生产系统复杂地多。6一、概述生产系统 7一、概述8一、概述n水下生产系统的花费基本上不随水深变化。但是刚性平台的花费是随着水深的增加而增加的，因此对于深水多趋向于使用水下生产系统。但是对于给定水深和位置，平台的费用受井口数目的影响较小，使用平台钻井就会相对便宜。使用移动钻井单元进行钻井增加了钻井的费用。因此，在井口数目比较少的情况下多使用水下生产系统。 9主要内容一、概述二、采油树

5、三、管汇四、跨接管五、脐带缆六、井口头10二、采油树n采油树(Christmas,Xmas tree )最初被称为十字树，X型树或者圣诞树，它是位于通向油井顶端开口处的一个组件，它包括用来测量和维修的阀门，安全系统和一系列监视器械。它连接了来自井下的生产管道和出油管同时作为油井顶端和外部环境隔绝开的重要屏障。采油树包括许多可以用来调节或阻止所产原油蒸汽、天然气和液体从井内涌出的阀门。采油树是通过海底管道连接到生产管汇系统。11二、采油树采油树的主要功能采油树的主要功能：n把流体从井中输入到海底管道(生产型采油树)或者把水和气注入到海底(注入型采油树)n通过控制系统指挥，阀门关闭，保证流体的输送

6、或者注入都能够安全地停止。n能够向井或海底管道中注入一些保护性流体(防腐剂)n如果需要可以注入流体关闭采油井。n可以释放完井时的多余压力。n在安装和生产过程中可以允许直接进入环空管或者套管。n采油树和其他井口设备的连接非常紧密。12二、采油树n采油树类型n采油树主要有两种类型：一种为传统型也称作直立型的，另一种为水平型的，水平型的采油树从1992年以后开始普遍应用。这两种类型的采油树都包括一个在钻井后能牢固地附着在油井顶端井口构架中的卷线筒，还包括由阀门组成的阀门组，阀门组主要用来在测试和闭井时调节出井油量。此外，油嘴对出井油量也可进行调节。水平型采油树由阀门放置的位置而得名，除此之外，水平采

7、油树的油管悬挂器是安装在采油树上而不是安装在井口头上。另外，由于水平采油树的顶端设计使防喷器（BOP）可以直接安装在采油树上。目前，甚至已经普遍认为水平型是唯一用于海底的采油树类型。13二、采油树n传统采油树安装在井口头处，油管和油管悬挂器比采油树先安装。conventional subsea tree14二、采油树n双孔采油树双孔采油树Dual Bore Tree典型的双孔采油树有生产和环空孔垂直通过采油树体，生产和环空总阀和吸入阀垂直安装在采油树上。他们这样设计是为了在安装和操作过程中能够垂直的通过生产和环空孔。15二、采油树n单孔采油树单孔采油树Mono Bore Tree单孔采油树主要

8、使用在浅水区域，单孔采油树和传统的双孔采油树类似，只是单孔采油树在安装采油树和油管悬挂器时使用的立管系统更简单。16二、采油树Vertical Tree Horizontal Tree 二者区别：1.垂直采油树的阀门垂直地放置在油管悬挂器的顶端，而水平采油树的水平阀门是在出油管处。2. 垂直采油树向下钻孔是通过水压或者电压从采油树的底部到油管悬挂器的顶端。水平采油树向下钻孔是通过油管悬挂器旁边的辐射状的贯入器。3.垂直采油树的油管和油管悬挂器在采油树之前安装，而水平采油树的油管和油管悬挂器则在采油树之后安装。17二、采油树设计载荷n在相关阶段所应用的载荷都可以影响采油树系统，比如像制造、存储、

9、测试、运输、安装、操作等，应该为设计制定标准。n偶然载荷应该为实际应用由风险分析确定，偶然载荷包括掉落的物体，如渔船的锚等，突发异常的环境载荷比如地震等。下面是采油树和相关元件需要考虑的载荷：n立管和载荷(Riser and BOP loads);n连接海底管道的载荷(Flowline connection loads);n清理采油树、脐带缆和海底管道的载荷;n热应力 包括捕油器，元件膨胀和管线的膨胀等;n吊装载荷(Lifting loads);n掉落的物体(Dropped objects);n压力引起的载荷 外部和内部的.18二、采油树材料和腐蚀保护：n采油树中使用的材料应满足API 17D

10、 和 API 6A ，并且被使用者所认可。n材料首先在市场上要有比较好的口碑，服务比较好。n材料的种类应该尽量少。n另外应该根据设备的需求使用相应的材料。n进行材料测试的环境应该尽量与实际材料应用的环境相近。n应该考虑腐蚀检测。n不同材料对在外部和内部环境的响应不同。19二、采油树采油树的安装n油管悬挂器 主要是提供结构支撑同时把油管钻具和环空油管、相应的采油树和油管的运行孔紧密地连接，当锁定在相应位置，就把油管和生产环空套管封闭。它也能提供一个连续的交换方式或者是控制电力转换、井口传感器和其他装置。控制线到安全阀和其他设备都在设计范围内。水平采油树的油管悬挂器20二、采油树n悬挂器可以是滑动

11、的或者是心轴形式。滑动形式的悬挂器用齿固定在油管上，由于油管的重量施加在悬挂器上，齿和油管咬合，滑动型悬挂器拉住下部的锥体的后面，产生向内的力。夹紧的压力随着管子的重量的增加而增加。n心轴形悬挂器通过连接最后的接头和底部悬挂的线而放置在油管上，通过螺丝固定。21二、采油树采油树的连接装置：n主要是用来连接采油树和井口头，同时也把采油树和井口头进行定位。把采油树的底端通过连接器与井口头连接内部结构22二、采油树n采油树的设计采油树的设计n在进行采油树的设计时需要考虑采油树所承载的工作压力、采油树所采用的材料、泄露问题、采油树所承受的外载荷等问题。n采油树在服务期内的温度范围是在2 C到120 C

12、之间，在这个温度范围内的采油树都可以正常使用。超过这个温度范围，采油树就要重新进行设计。23主要内容一、概述二、采油树三、管汇四、跨接管五、脐带缆六、井口头24三、管汇n管汇系统的组成管汇系统的组成n水下生产系统的管汇由管子和阀门组成，用来分配、控制管理石油和天然气的流动。管汇安装在海底井群之间，主要是把油或气集合起来输送到井口，如图所示。从管汇终端到一些大型的结构如水下加工系统都属于管汇。因此，有许多种类型的管汇。管汇系统和采油井是相互独立的，采油井和海底管道通过跨接管与管汇系统相连接。管汇系统主要由管汇主体、支撑结构和基础组成。25三、管汇1、密封或连接立管系统2、产油线3、注水线4、油井

13、测试线5、连接注水线6、连接采油树7、连接采油树8、清管阀26三、管汇管汇的形式27三、管汇管汇系统的主要功能：管汇系统的主要功能：n为生产管道、海底管道和油井之间提供一个界面；n将产品都集合起来运输出去：从各个独立的分油井中将流体都集中起来，再把产出的油运输出去，同时注入气体，化学物质；n分配电和水压系统；n支持翼型管汇枢纽、管道枢纽和脐带管枢纽；n支持和保护所有的管道和阀门系统；n在安装和恢复过程中为管汇模块提供一个支撑点；n在ROV(远程作业机器人)操作过程中，给ROV提供一个支撑平台。28三、管汇n管汇和油井在结构上是完全独立的，油井和出油管道通过跨接管与管汇相连，管汇系统由管汇、管汇

14、支撑结构和基础组成。管汇是由管子、阀门、控制模块、流动仪表等组成。管汇支撑结构是管汇和基础结构之间的交界部分。29三、管汇管汇的部件：管汇的部件：n部件主要有阀门、节流阀、与海底管道的相连的毂，安装多相仪表模块的毂，在整个使用期内用来操纵的水压和电线，可获得的节流阀模块，水下控制模块和多相仪表模块。阀门：阀门：n阀门的选择主要由应用范围决定。门阀一般应用于BOP组件、采油树和管汇。球阀在水下使用中，从操作和价钱角度要优于门阀。由于球阀目前使用非金属的密封和涂料，使得球阀的应用水深更深。n门阀应用尺寸要比球阀的小，球阀的应用尺寸在10英寸或者更大的范围。30三、管汇管汇系统的设计和分析管汇系统的

15、设计和分析n管汇系统的设计主要有钢框架的设计、连接结构的设计、连接器的设计、起重装置、控制系统、阴极保护(CP)、管子设计等。下面主要阐述钢框架的结构设计。n钢框架的壁厚所承受的压力用下面的公式进行计算FETDStP2式中：P设计压力；D管子的名义外直径；S最小的屈服应力；t管子的壁厚；F设计因子；E经向连接因子；T温度降级因子。31三、管汇n对于塑料的管汇系统设计压力用下面的公式进行计算：32. 0)(2tDtSP 式中：P设计压力； D管子的名义外直径； S对于热塑形管，应力与温度相关； t壁厚通过压力对管子的压力的计算，就可以对管汇系统的钢框架进行设计。32三、管汇螺栓连接的法兰的横断面

16、主要的连接的目的是保证管子内部密封，对于深水，所有的密封试验，水压应该是双向的。下面主要介绍连接方式：夹具连接的套筒一组筒夹连接装置33三、管汇连接器的设计：连接器的设计：应该主要考虑水深、连接的位置、安装方法。此外连接器的选择和设计也受以下因素影响：a) 连接器的应力(connector stresses)b) 补给要求(make-up requirements)n连接器能够使衬垫变形来保证密封性n连接器内有足够的预先施加的载荷来抵消安装和操作带来的载荷;n有足够的间隙保证密封衬垫的置换.c) 测试.n主要进行水压测试，在评估连接方法时主要考虑以下因素：n密封性(Sealing reliab

17、ility).n强度或者抵抗破坏的能力(Ruggedness or resistance to damage).n可恢复性(Ease of recovery).n安装造价(Installation cost).n框架管子界面制造的困难.n 抵抗操作时带来的载荷(Resistance to operating loads).34三、管汇清管系统应该满足以下要求：n清管系统应该能够进行水下安装和使用索具吊装。n清管系统的管子应该与管汇系统的主管标准一致。n清管系统应该有一个管子的门阀允许清管通过，这个阀门经过水压测试。n清管循环使用的管子的材料和尺寸与海底管道的主管一致。n清管循环应该有至少是普通

18、管子直径的5倍的弯曲半径。n清管循环应该安装在生产管汇的毂盘的内部。 n暴露的清管循环元件在无特别说明的情况下应该涂上环氧涂层。35三、管汇 Manifold Pigging Loop 清管循环(Pigging loop)在设计时应考虑以下因素：1管子尺寸；2 弯曲半径；3 内部突起；4 阀门种类；5 清管的引擎和接收器6 清管位置的确定36三、管汇管汇的管子系统Manifold Piping System. 管汇中管子的设计主要依据DNV OS-F101 / ASME 31.8 在进行管子的应力分析时主要进行以下几方面的计算：内部压力；水压测试；热载荷；操作时的跨接管载荷；海底管道和跨接管连

19、接时载荷；井和跨接管连接的载荷；防止内部腐蚀的制作防腐材料的载荷；管子承受的所有预期、挠曲、振动等载荷；环境载荷；外部腐蚀37三、管汇在工作状态下的管子中的应力分布 38三、管汇管子和基础结构的设计管子和基础结构的设计n水下生产系统所用的基础是底板基础、裙式基础或者吸入桩，他们的选择是依据土壤的条件决定。通常桩是用来锚固钻井或者生产单元。底板基础取决于管汇系统和与之相连的元件(比如跨接管)的重量。裙式基础嵌入海底比底板基础深的多，用来抵抗水平载荷和一部分垂直载荷。三种基础的不同长径比39三、管汇通常认为吸入桩是深水中的主要基础形式。选择吸入桩主要是因为以下几点优势：n能在海底固定位置，这在密集

20、的水下发展很重要；n简单的安装步骤，不需要进行载荷测试；n对于水深或者是安装方式没有特别的要求；n吸力锚作用要比浮锚的作用更精确。n在20世纪80年代初第一个吸力锚被应用以来，由于它的制作成本低、安装所需时间短而广泛地应用于深水。吸力锚是一个柱状的单元，底部是开口的，顶部带有阀门。它主要是通过把桩内部的水抽出去获得向下的压力来进行安装，向下的压力用来作为抵抗土壤的力。首先，吸力锚通过自重沉入土中。第二步，额外的向下深入的力来源于把吸力锚内部的水抽出去的反作用力。当到达底部时，阀门关闭目的是增加拔拉阻力。吸力桩适用于纯砂或者是很软的粘土，这些正好通常出现在深水区域。40三、管汇典型的吸力桩 安装

21、过程中力的作用 吸力桩的形式和安装机理41三、管汇吸力桩的设计包括最初的桩的尺寸和最终的结构设计。主要包括以下几个方面：n基本设计：设计参数，载荷和设计准则n设计原理和标准：找到适合的标准和相应的安全系数.n岩土设计：选择土壤的断面，岩土参数。 n桩的承载力和尺寸：计算土壤阻力，在桩的尺寸下的承载力。 n安装：安装分析。 n响应分析：确定在设计载荷下的吸力桩的响应分析。42三、管汇标准：标准：nAPI RP 2SK: 浮式结构的设计和分析。nAPI RP 2A-LRFD:设计建造海上固定式平台。nAPI RP 2A-WSD:设计建造海上固定式平台。 nAISC Manual of Steel

22、Construction - LRFD; 1st Edition.nAPI Bulletin 2U: 柱状结构的稳定性设计 nAPI Bulletin 2V: 平板结构的设计.nUSS Steel Design Manual, Brokenbrough and Johnson, January 1981.nDNV, “Rules for Classification of Fixed Offshore Installations”, 1995. nDNV-RP-B401, Recommended Practice - Cathodic Protection DesignnDNV-RP-E303

23、 Geotechnical Design and Installation of Suction Anchors in Clay.43三、管汇设计载荷设计载荷n永久载荷如结构自重n活荷载如安装过程中产生的n环境载荷如波浪和流载荷n偶然载荷如掉落的物体，渔船的冲击等土工设计参数，主要考虑以下几方面：土工设计参数，主要考虑以下几方面：n土壤的指标，n 原地应力和应力历史，n不排水抗剪强度(Undrained shear strength), n排干特性(Drained characteristics)，n固结特性(Consolidation characteristics),n界面强度和触变性(I

24、nterface strength and thixotropy).44三、管汇Manifold Installation from A Crane Barge 通过起重机船安装管汇管汇系统的安装：需要仔细的计划和合作。在操作过程中主要需要工作船、起重机船或者浮式钻井船，声或者电的定位设备。45三、管汇nInstallation of Sheave Manifold 通过滑轮安装管汇 46三、管汇Transportation vessel Hangoff 悬垂的方法安装管汇系统47三、管汇脱离Overboarding 悬垂运动Pendulous Motion The manifold has

25、dimensions: 16.5m (L) x 8.5m (W) x 5.2m (H), with weight in air of 280 tons at water depth of 1900m. 48主要内容一、概述二、采油树三、管汇四、跨接管五、脐带缆六、井口头49四、跨接管n跨接管的形式跨接管的形式n在水下油气生产系统中，跨接管是一个短的管状连接元件，主要用来在两个元件（如采油树和管汇、管汇和管汇等）之间输送流体。除了输送流体外，跨接管也可用来向油井注入水和气。n典型的跨接管在管子的两头分别有一个终端连接器，如果管子是刚性的，跨接管叫做刚性跨接管，如果管子是柔性的就叫做柔性跨接管。刚

26、性跨接管主要有“M”和“U”两种形式，如下图所示。50四、跨接管“M”型 (弯曲)有效的防止涡激振动和热膨胀现象的发生“M” 型 (弯管接头) 倒“U” 型51四、跨接管n在海底各个元件之间的跨接管基本上是刚性管，它们通常水平地放置在海底。当水下的硬件设备都安装完毕，各个元件之间的距离就确定下来。这时就可以精确地制造跨接管。n另外，柔性跨接管主要由两个终端接头以及接头之间的柔性管组成。柔性管主要用于在两个水下生产系统的元件之间输送石油和天然气，另外柔性管也用于分离船体的刚性隔离管和FPSO的隔离管。52四、跨接管n刚性跨接管的主要元件：刚性跨接管的主要元件：预先弯曲的钢管两个连接组件，并且带有

27、完整的可回收的作动器。两个连接器的接收器,跨接管的测量工具,制造和测试的支撑架和吊装工具 运输支架 测试设备绝缘 (if required),抑制涡激振动的装置 (if required)53四、跨接管柔性跨接管54四、跨接管n柔性跨接管的主要元件：柔性跨接管的主要元件：不锈钢的内骨架，用来抵抗外部的压力热塑性内鞘用来密封流体 螺旋形的环绕钢丝用来抵抗内部的压力轴向的保护钢丝用来增强拉伸载荷外部的聚酯鞘，用来抵抗外部环境外部的不锈钢骨架外部的附加的保护55四、跨接管n柔性跨接管的优点：柔性跨接管的优点： 灵活防腐耐高温静动态条件均可使用很好的疲劳设计寿命可清管抗坍塌性能好长度方向的规格非常简单

28、n缺点：缺点：就是柔性跨接管很贵，同时对于内压很高的管子来说直径比较小。56四、跨接管Vertical Tie-in assisted by V-CAT Vertical Tie-in Systems 垂直连接系统57四、跨接管Tie-in Connector Horizontal Tie-in Systems 水平连接系统58四、跨接管在设计刚性跨接管时，需要考虑以下几点：在设计刚性跨接管时，需要考虑以下几点：q通过安装船安装跨接管系统；q按照标准安装跨接管；q从基础结构跨接管元件独立地安装；q分析系统的所有元件的可靠性，使系统的失效降到最小。在设计刚性跨接管的元件时，应考虑以下方面：在设计

29、刚性跨接管的元件时，应考虑以下方面：q在组装、安装和维护时选择的材料应该降低磨损和密封性的损伤q通过安全、造价和可靠性分析所有的元件q相同设计的跨接管的元件可互换q整个系统使用标准化元件q所有的元件的设计操作都应该在深水中进行59四、跨接管安装的软着陆系统应该给出最小的冲击载荷，软着陆系统应该具备以下条件：n和连接器是一个整体；n当把跨接管放置在连接器上应该能够吸收一部分冲击载荷； n在密封表面和跨接管已经放在连接器的整体结构之间保持分离。n支撑跨接管的重量，当连接器已经放入相应的毂盘时分离跨接管与船体的运动。n软着陆系统应该把连接器和相应的毂盘放到相对的位置，然后把他们安装起来。 n能够使跨

30、接管的任意一端升起或者降低。60四、跨接管n跨接管的设计和分析，设计载荷：跨接管的设计和分析，设计载荷： 制造、组装和测试载荷.运输载荷安装跨接管系统在展开过程中假定内部装满水静水压力和水压测试载荷现场制作和测量的容限.热和压力载荷包括热和压力循环.波浪和流载荷.海底管线的操作载荷. ROV 冲击载荷.沉降载荷 Subsidence loads 61四、跨接管n跨接管曲线的稳定性分析n侧向稳定性分析关系：Rmin = 最小稳定半径 (m)SF = 1.5 (抵抗滑动的安全系数)DAF = 1.0 (动力放大系数)TR = 弯曲时最大残余应力 (kN)= 跨接管与海底接触的侧向摩擦系数Ws =跨

31、接管的水下的重量(kN/m)跨接管侧向弯曲稳定性分析结果能够用来：设计跨接管在海底的构型估计安装过程中的反作用力62四、跨接管柔性管的分析步骤1.材料选择主要根据功能和内部环境要求2.横截面设计主要根据功能要求、设计准则和局部的柔性分析3.系统构型设计主要根据载荷情况和设计准则进行整体的静态分析4.详细的服务寿命设计主要是端头的设计，弯曲限流器、腐蚀保护等5.安装安装系统的选择(船、设备、方法等)整体和局部的安装分析63四、跨接管第一步：将跨接管置于底部 第二步：得到所需安装形式柔性跨接管的安装64四、跨接管第三步：连接到第一个端头第三步：连接到第一个端头第四步：连接到第二个端头第四步：连接到

32、第二个端头65主要内容一、概述二、采油树三、管汇四、跨接管五、脐带缆六、井口头66五、脐带缆n脐带缆脐带缆(umbilicals)最著名的脐带缆制造商是Nexans、DUCO、 Oceaneering Multiflex和Kvaerner Oil Products，图就是一个脐带缆的横截面。 67五、脐带缆在进行脐带缆可行性分析时主要包括以下几方面：在进行脐带缆可行性分析时主要包括以下几方面：n截面的设计和尺寸;n分析极端响应，弯曲刚度尺寸、立管的干扰;n确定脐带缆的方位角、偏移角、铺放线路;n安装顺序和方法n详细说明每一部分的报价;n脐带缆的输送计划 脐带缆的可行性研究包括每一部分不锈钢管的

33、尺寸，拉伸角度等，可行性分析的最后是干扰分析，确保脐带缆在极端的波浪和流载荷下，不被邻近的立管、锚线或者结构干扰破坏。可行性分析最主要的就是确定脐带缆的横截面设计、通过干扰分析确定的方位角和极端响应分析的偏移角。68五、脐带缆水下控制系统便于阀门和节流口对水下完井和管汇的操作，在水下生产系统主要有5种类型的控制系统，分别是：n直接液压控制Direct hydraulic;是5种控制系统中最简单的形式，并且含有的元件最少。n导向液压控制Piloted hydraulic;n顺序液压控制Sequential hydraulic;n电液压控制Electro hydraulic;n多路电液压控制Mul

34、tiplex electro hydraulic69五、脐带缆n在脐带缆设计中最主要考虑疲劳问题。在有些设计问题中需要重复考虑弯曲刚度，另外在疲劳设计中，主要考虑涡机振动(vortex-induced vibrations)和涡致运动(vortex-induced vessel motions)所带来的疲劳破坏。通常设计是由脐带缆供应商进行，但是一些石油公司也要求第三方对设计进行校核。设计和设计校核包括完整的动力学分析，如极限响应，涡机振动和涡致运动所带来的疲劳，波浪载荷和安装等。 70五、脐带缆n脐带缆的疲劳破坏主要是轴向力、弯曲和摩擦力三种形式的应力作用的结果。n轴向力n弯曲力nwhere

35、, SDT:拉伸偏移量 standard deviation of tension;n A : 脐带缆的钢横截面面积n E : Youngs Modulus;n R : 管子的外直径n SDk : 曲率的偏移量standard deviation of curvature.摩擦应力主要由滑动摩擦和弯曲摩擦力组成。 F = min (FS,FB) ASDTA/22kBSDRE2271五、脐带缆tCFSAFkLFBSDRE2PLtubeLCLREIRTF342sinsin : 摩擦系数,FC : 螺旋管之间的接触面积, At : 脐带缆中的主管的横截面面积 RL: 管子的放置半径 T : 名义拉伸

36、力: 管子放置角度, EItube : 每个管子的弯曲刚度LP : 管子的螺距/2.72五、脐带缆n对于大型或者超大型脐带缆，在安装时需要大的安装船，但是对于飞头和其它元件，小的安装船就可以进行安装7。n脐带缆是由一组电缆组成，通过上部设备连接水下设备，目前最深的脐带缆是安装在壳牌公司Na Kika 项目中，使用水深达到2316m，还有一些脐带缆，如Thunder Horse脐带缆使用水深为1880m，还有Atlantis脐带缆使用水深为2134m。在设计和分析超深水脐带缆最重要的就是正确地模拟脐带缆的应力和应变，以及摩擦效应。n以前管子的疲劳测试需要满足脐带缆疲劳分析时的S-N曲线，现在厂家

37、所使用制造脐带缆金属管的金属的性能已经足够满足，因此现在已经不需要进行管子的疲劳测试。Zerbst等8，通过断裂力学的方法确定了脐带缆的管子预先带有损伤的残余寿命。主要从以下两个方面进行分析：1.确定不能引起管子失效的最大裂纹尺寸。2. 假设在最大裂纹尺寸存在的条件下，原件的残余寿命。73主要内容一、概述二、采油树三、管汇四、跨接管五、脐带缆六、井口头74六、井口头n井口头井口头(Wellhead)概述概述1作为套管装置和其他钻井压力控制元件的支撑基座2作为一个接收器，为套管悬挂器组件密封在井口头处成为被动的压力保护系统。3具有复杂的金属之间的密封技术和机理4套管悬挂器的密封失效会允许压力施加

38、到次外层的套管和与之相密封的井口头。Subsea Wellhead Assembly75六、井口头n设计时需要的参数：设计时需要的参数：1井口头的孔的尺寸2井口头所受的压力比3整个井口头的载荷容量q总的套管的重量 +防喷器( BOP)的压力测试的载荷4井口头和接头的弯曲能力5载荷传递到管子的效率6套管悬挂器的流动区域7穿过套管悬挂器的粒子的尺寸 8所有的金属之间的环空密封设计9多余的密封面积76六、井口头77六、井口头细长线(slimline)井口头系统细长线井口头：通常井口的尺寸小于16-3/4”主要目标：1降低整个井的造价2消除20”的套管3使钻井立管降到14”4降低钻具尺寸78六、井口头细长井口头系统的目标：降低整个井的造价：降低整个井的造价：钻泥土、水泥、齿片套管的用钢量：传导器、井口头等减少钻井时间使用轻的、低造价的立管、BOP等。降低钻具的造价：降低钻具的造价：延