国内外水下采油树安装研究分析

张明 廖林坚（中海辉固地学服务(深圳)有限公司，广东 深圳 518000）

随着陆上油气资源的不断开采和减少，世界各国开始将油气开发的目光投向海洋，我国也在不断加大海洋开发的力度。海洋油气开采必然用到水下生产系统，而水下采油树是其中重要的组成部分，由于采油树系统结构复杂，质量较大，其设计制造及安装作业都具有极大难度，加上海上作业环境复杂多变和未来作业水深的不断增加，使采油树的安装面临更多挑战，因而必将成为各国研究的主要方向，笔者作为海洋石油从业者，曾多次在海上参与水下采油树的安装、完井等作业，对采油树的结构及安装过程有一定了解，在查阅国内外相关文献后对目前水下采油树的研究历程及安装方法进行了梳理，以期为我国采油树自主研发和工程安装提供借鉴。

1 国内外水下采油树发展研究现状

国外对水下采油树的研究起步较早，开始于上世纪五六十年代，目前在国际深海装备和技术市场中，FMC 技术公司、Caneron公司、Aker工程公司和GE石油天然气公司在水下采油树领域处于领先地位，而国内现阶段还不具备独立自主设计研发水下采油树的能力，国内部分厂商与国外企业合作，关键技术与设备外采取外购的方式完成采油树的生产，国内大部分海上油气田完全依赖国外技术的现状在一定程度上影响了我国深水油气的开发进程。

采油树的种类根据发展历程可以大致分为以下几种类型，如图1所示。最早开始是将陆上采油树应用于浅水，主要有水下干式采油树、干/湿混合型采油树和沉箱式采油树，随着海洋油气开发的水深不断增加，水下采油树的结构开始发生本质性变革，可以直接应用于环境恶劣多变的深水环境中，根据其结构不同，主要分为立式采油树和卧式采油树。

图1 水下采油树分类

关于水下采油树安装的研究，目前可查阅到的信息主要是国外的一些对采油树安装流程及相关作业工具的简单介绍，没有系统性的研究理论。如J.R.F.Moreira等人介绍了使用钻杆下放采油树的方法，并指出这种方法可以与钻完井等作业很好地衔接在一起，可以极大地节省安装时间，并提出了水下采油树下放过程中进行静力分析和动力分析，具有一定的借鉴意义。从笔者在海上参与国内水下采油树安装的过程中知道，采油树的安装工艺过程及关键参数是严格保密的，因此在水下采油树安装领域，我国还有很长的探索路程，国内一些高校和研究机构已开始进行一些理论探究，如孙友义等人分析了隔水管和防喷器在下放和回收状态下的动力特性，指出增加悬重可以使隔水管出现动态压缩的风险降低但增加了下放装置过载的风险，并使用有限元分析软件对悬挂系统在硬悬挂和软悬挂下的动力特性进行对比研究，指出在软悬挂模式下隔水管轴向幅度较小且受力稳定，这些结论对采油树的安装过程都有一定的参考价值。

2 水下采油树常用的安装方法

由于海上环境复杂多变，海上设施具有重量大且结构复杂等特点，因此海上安装过程充满各种风险，对于水下采油树的安装方法，目前常用的是借助海上钻井平台的钻杆下放和借助海上工程船的吊机下放两种方式，采油树入水之后借助水下机器人进行可视化监控，从而减少安装风险，提高安装精度和效率。

2.1 海上钻井平台钻杆安装方法

如图2所示为借助海上钻井平台钻杆下放安装采油树的方法，即首先由驳船将采油树运到目的地，将采油树吊上钻井平台并转运至钻台月池，然后在采油树上安装下放工具，钻杆接下放工具，由平台下放钻杆将采油树坐上井口，水下机器人协助采油树锁紧测试等工作后将下放工具与采油树解脱，然后回收钻杆和下放工具，完成水下采油树的安装。

采用这种安装方法可以节省选用和动员其它作业平台的时间，大大减少了成本开销，而且这种方法有利于保持整个作业的连续性，前期钻井期间即可着手水下采油树的运输等工作，待完成开井作业后，将采油树吊上平台月池并下放安装，安装到位后即可展开采油树完井作业，整个作业流程连贯，避免平台作业出现空档期，可以大大减少不必要的开支。另外，可以进行深水钻井作业的平台大多数装有动力定位系统，这可以为采油树下放过程提供强有力的支持，再加上钻台的升沉补偿装置可以使下放过程的受力及下放速度得到精准控制，从而保障水下采油树的安装安全稳定高效的完成。不过这种方法只适用于井口较少的作业，对于批量钻完井作业，这种方法会使得整个作业周期较长。

2.2 海上工程船吊机安装方法

如图3所示为借助海上工程船吊机安装采油树的方法，即将采油树由陆地吊装到工程船，工程船开到目的地进行吊装下放，这种安装方式对工程船的要求较高，一般要求船舶需配备动力定位系统，满足起吊要求的吊机且配置升沉补偿装置，船舶上安装两套水下机器人系统，另外由于采油树本身体积较大，加上采油树锁紧测试等作业所用的水面单元，因而船舶的甲板面积要足够大，而随着作业水深的增加，吊机的负载会显著增加，这又提高了船舶上吊机的要求。各种限制条件使得安装费用大幅度提高，因此该方法一般只用于浅水作业。而如果是批量钻完井作业，选用较好的工程船，一次性的安装多颗采油树可以大大缩短工期。

图3 借助海上工程船吊机安装采油树

3 结语

本文梳理了国内外水下采油树的发展历程和现状，根据发展历程介绍了水下采油树的种类，即应用于浅水的水下干式采油树、干/湿混合型采油树和沉箱式采油树，和应用于深水的立式采油树和卧式采油树。然后分别介绍了目前两种常见的水下采油树安装方法及各自的优缺点，借助海上钻井平台安装水下采油树的方法可以使整个作业流程保持连续性，钻井平台的动力定位系统和钻台的升沉补偿装置可以使采油树下放过程安全平稳高效，适用于井口较少的作业类型。借助海上工程船吊机安装水下采油树的方法对工程船的要求较高，适用于批量钻完井作业中的采油树安装。