水下采油树位于通向油井顶端开口处,最初被称为水下十字树、水下X型树或者水下圣诞树。
水下采油树
安装在海床井口装置上由阀门、树体、树帽、管线、连接器及配件组成的采油装置。
- 英文名称
- subsea christmas tree
- 所属学科
- 石油与天然气工程
主要包括:①通过采油树连接器连接水下井口与采油树本体,隔离井筒、环空与外界环境,并承受井压和安装时的提升拉力。②生产液经过采油树阀门和油嘴回接到海底管道。③通过采油树帽/抽吸阀提供油井的测试和维修通道。④为井控装置、压力监测、气举等提供环空通道。⑤为井下安全阀提供液压控制接口,为井下仪器、电潜泵等提供电气接口。⑥为化学剂注入提供接口及通道,为生产管道和控制脐带缆接口提供支撑结构等。⑦可用于井下修井作业等。
主要由井口连接器、采油树本体、采油树大四通、采油树对扣接头和密封接头、遥控无人潜水器(ROV)操作盘、出油管线连接系统、采油树外帽、采油树导向架、采油树控制系统、油管悬挂器、高压套管(井口)头等组成。
井口连接器。用于连接水下采油树/油管头四通和水下井口装置,通过液压控制可以实现与井口的连接和断开,可用于将采油树提出水面进行维修。
采油树本体。采用承压式设计、整体加工、带有生产通路的重型锻件,两端为螺纹状结构,分别与液压井口连接器及采油树帽相连接,环空通路也可设在采油树本体内。
采油树大四通。用于实现不同尺寸、额定压力的水下井口装置和采油树间的转换。
采油树对扣接头和密封接头。用于生产/注入通道、环空、井下安全阀控制线、井下化学剂注入线/电力穿透器对接和密封。
遥控作业机器人(ROV)操作盘。置于采油树正面,所有阀门执行器均朝向ROV操作盘并通过延长杆与ROV操作盘相连,ROV操作头可以插入ROV操作盘上的母头,并转动阀杆的延长杆,操控阀门的开与关。
出油管线连接系统。用于将水下出油管线/控制脐带连接到水下采油树上。
采油树外帽。安装在采油树本体外部,直接与采油树本体连接,用于保护上部采油树连接器和采油树本体,防止采油树上部连接区和密封孔被海生物附着。
采油树导向架。用于保护出油管线连接、采油树组件等免受落物、拖网等影响。
采油树控制系统。在控制机构、阀驱动器、采油树、出油管线或作业工具和控制脐带之间传输液压、电信号或电力。
油管悬挂器。位于采油树本体内,主要用来悬挂油管柱,密封油管柱与套管柱之间的环形空间等。
高压套管(井口)头。套管与井口装置之间的连接件,上端与井口装置或防喷器相连,下端与表层套管相连,主要承受井口装置的重量,在内外套管之间形成压力密封等。
按发展进程可分为水下干式采油树、水下干湿混合型采油树、水下沉箱式采油树和水下湿式采油树四类。
水下干式采油树。最早的水下采油装置,置于封闭的常压、常温舱里,与海水不接触,维修人员可以进入其中工作,系统复杂,配有多套生命维持系统,对操作人员有潜在危险。
水下干湿混合型采油树。第二代水下采油树,可实现干/湿转换,正常生产时为湿式状态,维修作业时,需与服务舱连接,排空海水,转变为常温、常压的干式状态,其转化需要专门的接口,系统复杂。
水下沉箱式采油树。将整个采油树包括主阀、连接器和水下井口全部置于海床以下9.1~15.2米深的导管内,可有效减少采油树受海底外界冲击造成损坏,其最大优点是结构简单,可以在上部结构去掉后,仍能利用泥线下的井口保证正常生产。
水下湿式采油树。采油树完全暴露在海水中,结构形式最简单,组成及功能与其他采油树相同,更换方便,使用广泛。湿式采油树按照其3个主要阀门(生产主阀、生产翼阀及井下安全阀)布置方式可分为水下立式采油树和水下卧式采油树两种类型,其结构特点、优缺点见水下立式采油树、水下卧式采油树。
水下采油树功能多,部件多,体积大,重量大;远程自动控制,维修不便,可靠性要求十分高;安装复杂,成本很高,需专用工具;生产成本高,维修成本也很高。而陆上采油树功能简单,部件较少,体积小,重量轻;人工控制,维修方便,可靠性要求一般;安装简单,费用较低,无须专用工具;生产成本较低,维修成本也较低。
在国内外海洋石油工程领域已经得到广泛应用,使用数量巨大,未来应用还会持续增加。
扩展阅读
- 王懿,陈建义,段梦兰,等.水下生产系统及工程.青岛:中国石油大学出版社,2017.
- 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程深水油气田开发技术.北京:石油工业出版社,2011.
- 秦蕊,谷玉洪,罗晓兰,等.水下采油树设计影响参数分析.海洋工程,2012,30(2):116-122.