國(guó)內(nèi)外水下采油樹(shù)安裝研究分析

張明 廖林堅(jiān)（中海輝固地學(xué)服務(wù)(深圳)有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著陸上油氣資源的不斷開(kāi)采和減少，世界各國(guó)開(kāi)始將油氣開(kāi)發(fā)的目光投向海洋，我國(guó)也在不斷加大海洋開(kāi)發(fā)的力度。海洋油氣開(kāi)采必然用到水下生產(chǎn)系統(tǒng)，而水下采油樹(shù)是其中重要的組成部分，由于采油樹(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較大，其設(shè)計(jì)制造及安裝作業(yè)都具有極大難度，加上海上作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變和未來(lái)作業(yè)水深的不斷增加，使采油樹(shù)的安裝面臨更多挑戰(zhàn)，因而必將成為各國(guó)研究的主要方向，筆者作為海洋石油從業(yè)者，曾多次在海上參與水下采油樹(shù)的安裝、完井等作業(yè)，對(duì)采油樹(shù)的結(jié)構(gòu)及安裝過(guò)程有一定了解，在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)后對(duì)目前水下采油樹(shù)的研究歷程及安裝方法進(jìn)行了梳理，以期為我國(guó)采油樹(shù)自主研發(fā)和工程安裝提供借鑒。

1 國(guó)內(nèi)外水下采油樹(shù)發(fā)展研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)水下采油樹(shù)的研究起步較早，開(kāi)始于上世紀(jì)五六十年代，目前在國(guó)際深海裝備和技術(shù)市場(chǎng)中，F(xiàn)MC 技術(shù)公司、Caneron公司、Aker工程公司和GE石油天然氣公司在水下采油樹(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段還不具備獨(dú)立自主設(shè)計(jì)研發(fā)水下采油樹(shù)的能力，國(guó)內(nèi)部分廠商與國(guó)外企業(yè)合作，關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備外采取外購(gòu)的方式完成采油樹(shù)的生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)大部分海上油氣田完全依賴國(guó)外技術(shù)的現(xiàn)狀在一定程度上影響了我國(guó)深水油氣的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

采油樹(shù)的種類根據(jù)發(fā)展歷程可以大致分為以下幾種類型，如圖1所示。最早開(kāi)始是將陸上采油樹(shù)應(yīng)用于淺水，主要有水下干式采油樹(shù)、干/濕混合型采油樹(shù)和沉箱式采油樹(shù)，隨著海洋油氣開(kāi)發(fā)的水深不斷增加，水下采油樹(shù)的結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生本質(zhì)性變革，可以直接應(yīng)用于環(huán)境惡劣多變的深水環(huán)境中，根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同，主要分為立式采油樹(shù)和臥式采油樹(shù)。

圖1 水下采油樹(shù)分類

關(guān)于水下采油樹(shù)安裝的研究，目前可查閱到的信息主要是國(guó)外的一些對(duì)采油樹(shù)安裝流程及相關(guān)作業(yè)工具的簡(jiǎn)單介紹，沒(méi)有系統(tǒng)性的研究理論。如J.R.F.Moreira等人介紹了使用鉆桿下放采油樹(shù)的方法，并指出這種方法可以與鉆完井等作業(yè)很好地銜接在一起，可以極大地節(jié)省安裝時(shí)間，并提出了水下采油樹(shù)下放過(guò)程中進(jìn)行靜力分析和動(dòng)力分析，具有一定的借鑒意義。從筆者在海上參與國(guó)內(nèi)水下采油樹(shù)安裝的過(guò)程中知道，采油樹(shù)的安裝工藝過(guò)程及關(guān)鍵參數(shù)是嚴(yán)格保密的，因此在水下采油樹(shù)安裝領(lǐng)域，我國(guó)還有很長(zhǎng)的探索路程，國(guó)內(nèi)一些高校和研究機(jī)構(gòu)已開(kāi)始進(jìn)行一些理論探究，如孫友義等人分析了隔水管和防噴器在下放和回收狀態(tài)下的動(dòng)力特性，指出增加懸重可以使隔水管出現(xiàn)動(dòng)態(tài)壓縮的風(fēng)險(xiǎn)降低但增加了下放裝置過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)，并使用有限元分析軟件對(duì)懸掛系統(tǒng)在硬懸掛和軟懸掛下的動(dòng)力特性進(jìn)行對(duì)比研究，指出在軟懸掛模式下隔水管軸向幅度較小且受力穩(wěn)定，這些結(jié)論對(duì)采油樹(shù)的安裝過(guò)程都有一定的參考價(jià)值。

2 水下采油樹(shù)常用的安裝方法

由于海上環(huán)境復(fù)雜多變，海上設(shè)施具有重量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，因此海上安裝過(guò)程充滿各種風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于水下采油樹(shù)的安裝方法，目前常用的是借助海上鉆井平臺(tái)的鉆桿下放和借助海上工程船的吊機(jī)下放兩種方式，采油樹(shù)入水之后借助水下機(jī)器人進(jìn)行可視化監(jiān)控，從而減少安裝風(fēng)險(xiǎn)，提高安裝精度和效率。

2.1 海上鉆井平臺(tái)鉆桿安裝方法

如圖2所示為借助海上鉆井平臺(tái)鉆桿下放安裝采油樹(shù)的方法，即首先由駁船將采油樹(shù)運(yùn)到目的地，將采油樹(shù)吊上鉆井平臺(tái)并轉(zhuǎn)運(yùn)至鉆臺(tái)月池，然后在采油樹(shù)上安裝下放工具，鉆桿接下放工具，由平臺(tái)下放鉆桿將采油樹(shù)坐上井口，水下機(jī)器人協(xié)助采油樹(shù)鎖緊測(cè)試等工作后將下放工具與采油樹(shù)解脫，然后回收鉆桿和下放工具，完成水下采油樹(shù)的安裝。

采用這種安裝方法可以節(jié)省選用和動(dòng)員其它作業(yè)平臺(tái)的時(shí)間，大大減少了成本開(kāi)銷，而且這種方法有利于保持整個(gè)作業(yè)的連續(xù)性，前期鉆井期間即可著手水下采油樹(shù)的運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳎瓿砷_(kāi)井作業(yè)后，將采油樹(shù)吊上平臺(tái)月池并下放安裝，安裝到位后即可展開(kāi)采油樹(shù)完井作業(yè)，整個(gè)作業(yè)流程連貫，避免平臺(tái)作業(yè)出現(xiàn)空檔期，可以大大減少不必要的開(kāi)支。另外，可以進(jìn)行深水鉆井作業(yè)的平臺(tái)大多數(shù)裝有動(dòng)力定位系統(tǒng)，這可以為采油樹(shù)下放過(guò)程提供強(qiáng)有力的支持，再加上鉆臺(tái)的升沉補(bǔ)償裝置可以使下放過(guò)程的受力及下放速度得到精準(zhǔn)控制，從而保障水下采油樹(shù)的安裝安全穩(wěn)定高效的完成。不過(guò)這種方法只適用于井口較少的作業(yè)，對(duì)于批量鉆完井作業(yè)，這種方法會(huì)使得整個(gè)作業(yè)周期較長(zhǎng)。

2.2 海上工程船吊機(jī)安裝方法

如圖3所示為借助海上工程船吊機(jī)安裝采油樹(shù)的方法，即將采油樹(shù)由陸地吊裝到工程船，工程船開(kāi)到目的地進(jìn)行吊裝下放，這種安裝方式對(duì)工程船的要求較高，一般要求船舶需配備動(dòng)力定位系統(tǒng)，滿足起吊要求的吊機(jī)且配置升沉補(bǔ)償裝置，船舶上安裝兩套水下機(jī)器人系統(tǒng)，另外由于采油樹(shù)本身體積較大，加上采油樹(shù)鎖緊測(cè)試等作業(yè)所用的水面單元，因而船舶的甲板面積要足夠大，而隨著作業(yè)水深的增加，吊機(jī)的負(fù)載會(huì)顯著增加，這又提高了船舶上吊機(jī)的要求。各種限制條件使得安裝費(fèi)用大幅度提高，因此該方法一般只用于淺水作業(yè)。而如果是批量鉆完井作業(yè)，選用較好的工程船，一次性的安裝多顆采油樹(shù)可以大大縮短工期。

圖3 借助海上工程船吊機(jī)安裝采油樹(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

本文梳理了國(guó)內(nèi)外水下采油樹(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，根據(jù)發(fā)展歷程介紹了水下采油樹(shù)的種類，即應(yīng)用于淺水的水下干式采油樹(shù)、干/濕混合型采油樹(shù)和沉箱式采油樹(shù)，和應(yīng)用于深水的立式采油樹(shù)和臥式采油樹(shù)。然后分別介紹了目前兩種常見(jiàn)的水下采油樹(shù)安裝方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，借助海上鉆井平臺(tái)安裝水下采油樹(shù)的方法可以使整個(gè)作業(yè)流程保持連續(xù)性，鉆井平臺(tái)的動(dòng)力定位系統(tǒng)和鉆臺(tái)的升沉補(bǔ)償裝置可以使采油樹(shù)下放過(guò)程安全平穩(wěn)高效，適用于井口較少的作業(yè)類型。借助海上工程船吊機(jī)安裝水下采油樹(shù)的方法對(duì)工程船的要求較高，適用于批量鉆完井作業(yè)中的采油樹(shù)安裝。