采油树设计方案文档格式.docx

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储藏温度-18℃~+50℃

工作压力：

LP5000psi，HP7500psi

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（TREEBODY）

✧采油树与井口回接系统（CONNECTORTIE-BACK）

✧井口连接器（WELLHEADCONNECTOR）

✧采油树帽（INTERNALTREECAP）

✧阀门（VALVEBLOCK&

VALVE）

✧ROV控制盘（ROVCONTROLPANEL）

✧化学药剂注入（CHEMICALINJECTION）

✧采油树体总成（X’TREEASSEMBLY）

2.1树体（TREEBODY）

✧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FMCTORUSIV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

✧QuadPenetrator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（CONNECTORTIE-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UpperAlignmentStab，其顶部与树体相接并密封，其下部分叫LowerAlignmentStab，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5000PSI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（WELLHEADCONNECTOR）

✧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

✧FMCTorusIV-18-3/4″10000PSI（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，将采油树提出水面进行维修、密封垫片的更换等工作

◆管毂的连接（FlowlineHub）

✧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FlowlineHub连接器11″-5000PSI（WP）FMCTorusⅡ，以液压驱动方式与PGB上的管毂连接

✧液压控制FlowlineHub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（INTERNALTREECAP）

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（VALVEBLOCK&

✧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。

2.7ROV控制盘（ROVCONTROLPANEL）

✧ROV（RemoteOperationVehicle）

✧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（CHEMICALINJECTION）

✧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’TREEASSEMBLY）

✧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（TubingHanger）

✧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（HydraulicPenetrator）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（WirelinePlug）

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（TubingHangerRunningTool）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

2.13油管挂紧急释放工具（THERT-TubingHangerEmergencyRunningTool）

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-ProductionGuideBase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

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。

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：

表1、主回路各阀门驱动器的工作压力

阀门

驱动器

压力

水面控制水下安全阀

SCSSV

生产主阀

PMV

生产翼阀

PWV

生产节流泄放阀

PCV

最小开启压力

7500psi

4000psi

最大工作压力

10000psi

6000psi

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：

触动器容积：

3200ml

触动器进口螺纹：

3/8"

SAE

触动器回油螺纹：

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

PWV生产翼阀

130mm（5-1/8’’）

类型：

闸阀，带液压促动器

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：

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℃

量程温度漂移：

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800Ω；

电压输出型：

大于50KΩ

绝缘电阻:

大于2000MΩ（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。

图5、环空回路流程图

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，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，此时MCS发出指令给SCM，由SCM紧急关闭井下安全阀SCSSV。

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

52mm（2-1/16’’）

550ml

FSC失效安全关闭NC正常关闭RET回流管线

62.8mm

AWV环空翼阀

FSC失效安全关闭RET回流管线

行程：

AAV环空接入阀

闸阀，带液压促动

FSC失效安全关闭RET接回流管线

AVV环空泄放阀

19mm（3/4’’）

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）。

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：

350/1000/1650/2000Ω　　

介质温度：

-20～85～125℃

长期稳定性能：

0.1%FS/年

绝缘电阻：

大于2000MΩ（100VDC）

密封等级：

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等，其它螺纹可依据要求设计

170*60*45mm；

快换接头连接；

φ22*85MM；

φ12*5MM，软管；

3.1.3药剂注入回路

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。

图6、甲醇注入流程图

图7、阻垢剂注入流程图

图8、乙二醇注入流程图

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SICIMV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MGCIMV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。

1、当SCM将采集到的注入计量阀SICIMV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。

阻垢剂注入回路：

阻垢剂的注入计量阀（SICIMV）

乙二醇注入回路：

乙二醇的注入计量阀（MGCIMV）

1.5等，其它螺纹可依据客户要求设计

φ8*5MM，软管；

需要控制阀门1个：

CIV2化学药剂注入阀#2

15000

FSC失效安全关闭NO正常开启RET回流管线

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）

甲醇注入回路需要控制阀门1个：

MIV甲醇注入阀尺寸：

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、药剂注入阀流出。

环空回路：

套管头:

套管头连接套管柱上端，由套管悬挂器及四通，阀门等组成，用于支承下一层较小的套管柱并密封上下两层套管间的环形空间。

海上油田一般有多层套管及环形空间，有多个套管头。

最下部套管头安装在隔水导管顶端，上法兰与中间套管头的下法兰相连接。

螺纹底部连接套管头安装简单。

底部螺纹为API圆螺纹或偏梯形螺纹。

套管头壳体采用API6A低合金钢制造.

套管悬挂器:

套管悬挂器是坐在最下部套管头或中间套管头的锥座中，用于牢固地悬挂下一级较小的套管柱，并在所悬挂的套管和套管头锥座之间提供密封。

套管悬挂器承受所悬挂的套管柱重量。

油管挂上有一个BIW电缆穿越口，两个1/4inNPT液压控制管线穿越口，化学药剂注入口。

下油管时，同时SCSSV控制管线及注化学药剂管线及毛细管应随油管一起下入（如采用电潜泵采油时，电缆应随油管下入）。

下最后油管前，清洗油管挂并检查各部分密封元件是否齐全和破损，若有缺少和破