水下采油树模型开发技术方案

水下采油树模型开发技术方案一、主要技术规范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 C121C)e 材料级别：DDf产品规范等级：PSL3g性能要求级别：PR1h总体尺寸(长X 宽 X 高)：3130mM 560 mnK 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路。外形尺寸：1400mm*900mm*1400mm环境温度：操作温度0C +40C储藏温度-18 C +50C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SCM1供温度、压力信号并记录，检测 SCM寸温度、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-BACK井口连接器(WELLHEAD CONNECTOR采油树帽 (INTERNAL TREE CAP阀门 (VALVE BLOCK & VALVE)RO控 制盘 (ROV CONTROL PANEL化学药剂注入 ( CHEMICAL INJECTION采油树体总成( XTREE ASSEMBLY2.1 树体 ( TREE BODY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FMC TORUS 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5000 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PG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PG上海底管线和注气管线分别与PG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 U,以液压驱动方式与PG上的管毂连接液压控制Flowline Hub连接器与PGB勺连接和解脱，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 (INTERNAL TREE CA)P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 (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RO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 控制盘 (ROV CONTROL PAN)ELROV (Remote Operation Vehicle)RO控制盘置于采油树正面，所有的阀门执行器均朝向 RO盘并通过延长杆与RO盘相连，而ROV 操作头均可以插入RO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? RO通过RO控制盘进行操作?潜水员通过RO控制盘操作2.8 化学药剂注入 ( CHEMICAL INJECTIO)N化学药剂的注入点? 生产主阀和翼阀之间注入管线通过SCI到达注入点，由SC开启CIV控制药剂的注入2.9 采油树体总成 (XTREE ASSEMB)LY采油树与PGB勺对接采油树的防护? 防护格栅? RO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( Hydraulic Penetrator )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(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(Tubing Hanger Running Tool) 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勺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-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 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 PG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PG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RO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。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SCSSV水面控制水下安全阀连接反馈回路MIV注入甲醇PTT1PWV生产翼阀SEPT1、 SEPT2沙粒冲蚀/温度/压力 传感器PMV生产主阀PCV生产节流泄放阀WGFM湿气流量计广CIV2注入乙二醇DHPT温度压力传感器ASDCVC声沙探测器CAMERON1 (接平台)立式连接器PIV生产隔离阀图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PM和口生产翼阀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PMVSCM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 PW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WGFJM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空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，SCMfE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虽行关闭阀门。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7500psi4000psi4000psi4000psi最大工作压力10000psi6000psi6000psi6000psi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：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）PWV生产翼阀尺寸：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：147.6mm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：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 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：00.5150MPa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、010V（三线制）温度输出：J、K、E型热电偶或PT100铂电阻供电电压：24DCV（936DCV）介质温度：-20 85150C、-30 C 125C、-40 150C环境温度：常温（-2085C）零点温漂移： 0.05%FSC量程温度漂移： SCMSUTUMEG1 MEG2超级双相钢乙二醇/图7、阻垢剂注入流程图T6CIVB化学药剂隔离阀B 安装于面板)主回路L4CIV2化学药剂注入阀#2 (MG)MMG CIMV乙二醇的注入 计量阀1控制开闭图&乙二醇注入流程图控制开闭工作时序：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各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，贝吐曾加平台化学药剂的流量；大于设定值，贝U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MCSF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 Q介质温度：-2085125C环境温度： 常温（-2085 E ）长期稳定性能：0.1%FS/年绝缘电阻： 大于2000MQ （100VDC）密封等级：IP65振动影响：在机械振动频率20Hz1000Hz内，输出变化小于0.1%FS电气接口：赫斯曼接头机械连接：M14X 1.5、M20X 1.5等，其它螺纹可依据客户要求设计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：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：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：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；&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：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。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API 6A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空制管线及注 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，若有缺少和破损应及时更换，检查完毕后，将油管挂上 提至油管四通上法兰。将油管挂与油管（或双公短节）均匀上紧至规定扭矩，卸去油管挂 控制管线接口底部1/4NPT堵头，将SCSS控制管线和注化学药剂管线采用快速接头与油管 挂连接成一体。油管头：油管头安装在最上部套管头的上端，由油管悬挂器 及其锥座组成，用于支承油管柱，并密封油管与生产套管间 的环形空间。油管头悬挂器座的上端通常与一个上法兰连 接，下端与一个四通连接。具有上下法兰和两个环空出口。油管四通：油管四通由清蜡阀、主阀、生产翼阀组成 一体，其下连接上法兰，上面连接采油树帽。采油树帽：采油树帽带有4-1/2 ” EUE提升螺纹,用于 备压阀送入取出工具的连接，用于采油树的提升和井 下作业管线连接。当油管内含腊时，可卸去采油树帽 顶盖，通过顶阀，总阀进行刮腊操作。套管、油管短节：产品包含短节、接头和接箍材料选用合金钢，符合API 5CT标准要求短节、接头和接箍连接螺纹为API螺纹或TM螺纹ROV空制面板：控制面板用于 SCM出现故障时手动控 制采油树各阀门通断，具体结构如图所示。采油树具体模型如图所示:生产翼阀环空翼阀