一重技术 ｉ／－Ｖｉｉ－＃ １０．３９６９ｑ．ｉｓｓｎ．１６７３－３３５５．２０１６．０５．００６ 海底生产系统 刘 放 ，李心砚 摘要：海底生产系统包括井｜ｌ头、采油树、防喷器、海底管汇、跨接管、脐带缆等，具有技术可靠性强、造价 高、利润空间大等特点，是当前开发深海油气ｍ的关键技术之一。我国海底生产系统一直依靠进口，因此亟需大 力发展，争取从水下设备的设计和制造技术为突破¨，逐步掌握深海油气田整体规划设计和开发技术。 关键词：海底生产系统；水下设备；水下采油树；水下防喷器 中图分类号：ＴＱ０５２．５文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—３３５５（２０１６）０５—０００６—０３ Ｓｕｂｓｅａ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｉｕ Ｆａｎｇ，Ｌｉ Ｘｉｎｙａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ａ ｓｕｂｓｅａ ｗｅｌｌｈｅａｄ，Ｃｈｒｉｓｔｍａｓ ｔｒｅｅ，ｈｌｏｗｏｕｔ ｐｒｅｖｅｎｔｅｒ，ｍａｎｉｆｏｌｄ，ｗｅｌｌ ｊｕｍｐｅｒ ａｎｄ ｕｍｂｉｌｉｃａｌ，ａｎｄ ｏｆｆｅｒ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｓｔ ａｎｄ ｐｒｏｆｉｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｄｅｅｐ ｓｅａ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｆｉｅｌｄｓ． ｌ＇ｈｅ ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｈａｖｅ ｈｅｅｎ ｉｍｐｏｒｔｅｄ ａｂｒｏａｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ｄｅｓｉｄｅｒａｔｅｄ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅａ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｆｉｒｓｔｌｙ ａｎｄ ｒｎａｓｔｅｌ’ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｔｈｅ ｐｌａｎ， ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｃｏｒｎｐｌｅｔｅ ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｓｅａｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｕ１）ｓｅａｅｑｕｉｐｍｅｎｌ；Ｃｈｒｉｓｔｍａｓｔｒｅｅ；ｓｕｂｓｅａＢＯＰ 近年来，随着经济不断发展，世界各 对于 （３）海底生产系统适用水深范围从几米到数千 米，而且适用于各种复杂海况，如海上二冰区等： （４）海底生产设施可以回收利用，在降低油气 油气资源的需求越来越大。随着陆＿Ｊ 油气资源的 日益枯竭，各国纷纷将目光移向了海洋。海底生 产系统以其显著的技术优势，町观的经济效益得 到各大石油公司的关注和应用。 ｝｝Ｉ开发成本的同时还有利于海洋环境的保护和海 交通航行的安全： １ 海底生产系统特点 海底生产系统是经济、高效开发边际油气田、 深海油气ＦＩ＿｛的关键技术之一。采用海底生产系统 可以避免建造昂贵的海上采油平台，节省大量建 ２ 海底生产系统组成 海底生产系统主要包括井口头、采油树、海底 管汇、跨接管、脐带缆等（见图Ｉ），在钻井过程 中还需要安装防喷器（ＢＯＰ）。下面详细介绍每一 设备的原理与特点【２ｊ。 ２．１ 井口头 没资金，而且海底生产系统受灾害天气影响小， 叮靠性强，在世界各地的深海油气｝开开发中得到 了广泛的应用。 海底生产系统具有如下特点…： 井口头系统是支持内部套管柱的基础，处于海 底泥线之 ，安装复杂，［作环境恶劣，同时要承 受海水压力，以及蚪口头Ｉ：部隔水管、ＢＯＰ飘１采油 树的 力，其密封性能与深水环境有关，所以井口 的没计方案与陆地』－的差别很大 片口头的主要功能有： （１）采用水下生产技术可以充分利用周边已 有或在建水面没施，大大减少了油气｝士｛开发费用。 （２）当开采水深较大，井口数量多，油藏分 布较密集时，采用海底生产系统可以缩短建设周 期，降低初期投资。 Ｉ．一重集团大连１ 稃技术公司高级工程师，辽宁２．一重集团大连ｌＩ：程技术公司１ 程师．辽宁２ ＣＦＨＩ 大连 ｌ １６６００ 大连 １ ｌ６６００ 工 ２ｏ１６年第５期（总１ ７３期 ｙｚ．ｊｓ＠ｃｆｈＬｃｏｒｎ 设 ｌ－ｌｊ计弹 备，它的主要作用是开启和封闭井口，以便处理和 控制井内复杂情况，防止井喷。水下防喷器安装在 井口或者采油树之上，通常由几个防喷器组成，所 以叫防喷器组，一般由下至上依次为井口连接器、 ２～３组闸板ＢＯＰ、ＢＯＰ连接器、环形ＢＯＰ、下立 管组连接器。 闸板ＢＯＰ主要用于井涌、井喷时封闭各型尺 寸的钻杆，将井孑Ｌ环形空间封闭，以实现控制井喷 的目的，通过操作相应闸板ＢＯＰ实现节流、放喷 图１海底生产系统简介 和压井，必要时负责将孔中的钻杆或套管剪断，使 平台或船能够紧急撤离。其闸板可分为全封闸板、 管子闸板、可变径芯子闸板和剪切闸板。 环形ＢＯＰ是由于封井的元件胶芯呈环状而得 名。封井时，环形胶芯被迫向井眼中心汇聚，环抱 （１）形成海底井口，提供与ＢＯＰ或采油树连 接器的连接接口。 （２）承受海底各层套管和ＢＯＰ组的重量，以 及Ｆ｝１海流力等的作用在井口上产生的弯曲应力。 （３）提供各层套管和防磨补芯的坐落位置并保 持密封。 住钻具以实现封井。它常与闸板ＢＯＰ配套使用。 根据胶芯的形状町以将其分为锥形胶芯环形ＢＯＰ、 球形胶芯环形ＢＯＰ和组合胶芯环形ＢＯＰ。 ２．２水下采油树 旋转ＢＯＰ是欠平衡钻井装备中的重要井控设 备，在实施欠平衡钻井 Ｉ 艺的带压钻井作业时，用 来密封旋转的钻具并起到分流作用，一般安装在环 水下采油树是海底油气生产的重要控制设施。 水下采油树位于井口之上，其上端通过海底管道连 接到管汇，是通向油井顶端开口处的组件，它包括 用来测量和维修的阀门、安全系统和监视系统；下 形ＢＯＰ上，作为控制设备的补充。 ２．４海底管汇 端与来自井下的生产管道和出相连接，同时还 作为油井顶端和外部环境隔绝的重要屏障。 水下采油树的主要功能有： （１）从井中输入油气到海底管道，或者向井内 或海底管道中注入功能性或保护性流体。 海底管汇主要是将海底采油树、其他卫星井采 油树的原油、天然气的生产管线与遥控阀门管线， 连接至水面平台的注气、注水管线，电缆、液压等 控制管线与遥控线等，统一聚集在一起，形成一个 集中的海底管汇Ｉ一切换控制系统，相当于海底油气 的控制中心。 （２）通过控制系统关闭和开启阀门，保证流体 输送或者注入的安全 （３）根据生产需要注入流体关闭采油井。 （４）释放完井时的多余压力。 水下采油树按照结构形式可以分为立式采油树 和卧式采油树。立式采油树的主阀、抽汲阀垂直设 置在井口的主通路上。它的优点是产品可靠，价格 管汇的主要功能是作为水下气、电、液的输送 枢纽，作为海底管道和油井之间的分界面，负责分 配、控制石油和天然气的流动；负责控制气、液物 质的集结、输入与输Ｈ｛（产ｍ油气、注入气体，化 学物质等）；负责分配电和水压系统；负责支持和 保护所有的管道和阀门系统；以及在ＲＯＶ（远程 作业机器人）操作过程中，作为ＲＯＶ的工作支撑 平台。 ２。５跨接管 跨接管是一个短的管状连接元件，主要用在两 个元件，如采油树和管汇之间及管汇和管汇等之 间，主要用来输送流体，也可以用来向油井中注入 相对较低；缺点是修井时必须将采油树先取 ，移 开后才能开展作业，从而增大了修井成本。 卧式采油树的各阀门置于水平位置。它的主要 优点是修井时不必将采油树取ｍ，而是能十分方便 地从井孑Ｌ下入修井１二具进行修井，从而明显降低了 修井时间与成本；该技术的缺点是造价相对较高， 设备占地面积较大。 ２．３防喷器 水和气。典型的跨接管在管子的两头分别装有一个 终端连接器。根据管子的特征，跨接管可分为刚性 水下防喷器是保证水下钻井作业安全的关键设 跨接管和柔性跨接管。 ２０１６年第５期（总１７３期） ｙｚ．ｊｓ＠ｃｆｈｉ．ｃｏｍ 一重技术 设／－ｋｓ汁算浅｜镶≮ 舞 蠢 刚性跨接管主要用于海底元件之问的连接，通 常水平放置，根据管子形状分为“Ｍ”型和“ｕ” 型；柔性跨接管主要由两个终端接头及接头之间的 柔性管组成，主要用于海底生产系统负责输送油气 的元件之间，也用于分离船体的刚性隔离管和ＦＰ ＳＯ的隔离管之间。 套１９个井口，６套管汇的海底生产系统造价可达５ 亿美元。一些高端的水下设备的造价远高于具有同 样功能的陆上设备，如陆地用节流阀门的单价一般 不会超过１０００美元，而一个水下节流阀门的售价 可达１５万美元；而一部重量只有３０多千克的水下 多相流流量计的售价甚至达到６０～１００万美元。 ２－６脐带缆 脐带缆通过上部设备连接到水下设备。它主要 负责为海底生产系统提供电力，为对海底生产系统 进行液压控制所需的介质提供通道，此外，脐带缆 还包括输送油气田开发所需化学药剂的管线，以及 传递系统控制信号和海底传感器信号的数据线缆 等。 ４ 结语 石油作为最主要的能源是世界各国可持续发展 的战略物资之一。在陆地资源正在迅速枯竭之际， 海洋中蕴藏的大量油气资源就成为各国未来的开采 目标。然而，由于欧美国家长期的技术垄断，致使 我国的水下设备一直依靠进口。因此，我国亟需大 力发展海洋石油开采技术。首先要争取早日掌握水 下设备的设计和制造技术，然后逐步掌握深海油气 田整体规划设计和开发技术，最终打破国际垄断。 参考文献 ［１］宋琳，杨树耕，５，１宝珑．水下油气生产技术及基础设备发展与 研究【Ｊ］．海洋开发与管理，２０１３（６Ｊ：９１． ３ 海底生产系统的市场 海底生产系统的商业化应用始于上世纪６０年 代。最初全球水下井口数量仅有６８口，随着人类 对石油的依赖越来越强，海上石油开采技术因此得 到迅猛发展。到２０１０年，水下井口的数量已经达 到３ ８００口，预计到２０２５年，水下井口数量将达 到７ ０００口【 。 【２】廖谟圣．海洋石油钻采工程技术与装备Ｉｎ］．北京：中国石化出 版社．２０１０：２０１—２５６． ［３１徐晓丽，徐冰．水下生产系统的发展现状及未来预测［ＪＩ．技术 与研发，２０１４（１）：８６—９０． 收稿日期：２０１６—０８—０３ 在海底生产系统中，水下设备的造价昂贵。一 （上接第３７页） 位移（ｍｎ１） 图２Ｏ凸起４与驱动环位移关系 图１９凸起１应力与驱动环位移关系 的密封性能与回收性能，确定合适的下放行程。 参考文献 【１］廖谟圣．海洋石油钻采工程技术与装备【Ｍ］．中国石化出版社， ２０１０：２０１—２０３． 如果继续将密封环压入到底（即行程２１．３ ｍｉｌ１）， 虽然能够得到更高的密封安全性，但却有可能导致 回收工作无法顺利进行。考虑到对密封总成有回收 的要求，因此在实际设计中，应综合考虑密封总成 ＿＋．．＋ ＋ ＋【２］石亦平，周玉蓉．ＡＢＡＱＵＳ有限元分析实例讲解【Ｍ Ｊ．机械工 业出版社，２０１０： 一 。 （上接第２７页） ［Ｊ］．钢铁，１９９４，２：７５—８０． 重型机械，２０１１（４）：２６—３２． ．．＋ ＋ ＋．．＋．．＋ ＋．．＋ ＋．．＋ ＋ ＋ ＋ ＋．．＋ ＋ ＋ ＋。＋ 里排．＋２０ １＋６－０ ＋８－ １＋６ ＋ ＋． 山大学，２０１１． ＋ｎ＋＊—■一一＋“＋＊十”—十一”十・ ［３１ｌ陈旭，马步强，温恒．森吉米尔二十辊厚度ＡＧＣ控制系统ｌＪＪ． １４ｊ闫冬．森基米尔二十辊轧机板型控制特性研究［Ｄ］．秦皇岛：燕 ［５］张清东，代畅，文杰，张晓峰．森基米尔轧机板型性能仿 真研究ｌ ＪＩ．轧钢，２０１３【５）：１—６． 收稿日期：２０１６—１０～１３
