4663612864水下生产系统一般要求和推荐做法标准.ppt
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1、水下生产系统设计与操作:一般要求与推荐做法,李清平中海石油研究总院深水实验室2010年10月2日,提 纲,水下生产系统设计标准一般要求与推荐做法,前期研究可行性研究,基本设计,详设建造,安装调试运行管理,标准规范新技术,质量控制体系安全风险管理体系,一、水下生产系统设计标准,API,ISO,DNV,ABS,etc.,ISO 13628API 17,ISO 13628 标准体系基本采用API 171999年第一版本(9部)2005年修订完善(15部)新技术标准还在探索中,DNV、ASME、NACE,一、水下生产系统设计标准,ISO 10423:Wellhead and Christmas Tre
2、e Equipment,一、水下生产系统设计标准,水下生产系统的设计和操作原则(1 U-DP-001);水下采油树系统(2 U-CR-003);水下颜色和标识(3 U-CR-008);材料选择(4 M-DP-001);结构钢加工(5 M-CR-101)(1996年1月第2次修订);结构钢材料数据表(6 M-CR-120)(1994年12月第1次修订);表面处理和保护覆盖层(7 M-CR-501)(1996年1月第2次修订);阴极保护(8 M-CR-503)(1994年12月第1次修订);腐蚀监测设计(9 M-CR-505)(1994年12月第1次修订);管道的焊接与检验(10 M-CR-601
3、)(1994年12月第1次修订);玻璃增强塑料管道材料(11 M-CR-621)(1994年12月第1次修订);管道材料数据表(12 M-CR-630)(1994年12月第1次修订);专用器材制造商资格(13 M-CR-650)(1994年12月第1次修订);完井设备用材料(14 M-CR-701)(1994年12月第1次修订);钻柱组件(15 M-CR-702)(1996年1月第1次修订);套管和油管材料(16 M-CR-703)(1996年1月第1次修订);,Standards-norsk,GB/T 21412.1,Petroleum and natural gas industriesD
4、esign and operation of subsea production systemsPart 1:General requirements and recommendations(ISO 13628-1:2005 IDT),二、一般要求与推荐做法,本部分由中国石油标准化技术委员会海洋石油工程专业标准化技术委员会归口。,二、一般要求与推荐做法,GB/T 21412石油天然气工业 水下生产系统的设计与操作第1部分:一般要求和推荐做法第2部分:水下挠性管系统第3部分:过出油管(TFL)系统第4部分:水下井口和采油树设备第5部分:水下脐带缆第6部分:水下生产控制系统第8部分:水下生产系统中
5、遥控作业机器人(ROV)接口第9部分:遥控作业工具(ROT)维修系统以下部分正处在起草阶段:第7部分:修井/完井立管系统第10部分:连接挠性管的详细说明第11部分:水下挠性管系统本部分是GB/T 21412 的第1部分,本部分等同采用ISO 13628-1:2005。,1)未修订。,1 范围2 规范性引用文件3 术语,定义及缩略语4 系统和接口描述5 设计6 材料和腐蚀保护7 制造和测试8 操作9 文档,二、一般要求与推荐做法,主要内容,二、一般要求与推荐做法,附录A(资料性附录)水下生产系统描述附 录 B(规范性附录)颜色和标记附 录 C(资料性附录)水下生产设备的完整性试验附 录 D(资料
6、性附录)典型的试运转程序附 录 E(资料性附录)操作文档附 录 F(资料性附录)数据表附 录 G(资料性附录)结构、工艺阀门和管道附 录 H(资料性附录)水下油田开发中的系统工程附 录 I(资料性附录)流动安全保障注意事项附 录 J(资料性附录)屏障原理附 录 K(规范性附录)提升装置和常压结构组件的要求和推荐做法,二、一般要求与推荐做法,第一部分:范围,时间跨度:从设计到废弃各个阶段的一般要求和推荐做法;设施范围:密闭在干式舱中的组合式采油树、采油树和管汇 等没有转么规定,但也适用。,二、一般要求与推荐做法,第二部分 规范性引用文件,GB/T 19190-2003 石油天然气工业钻井和采油提
7、升设备(ISO 13535:2000 IDT)GB/T 21412.4-2008 第4部分:水下井口装置和采油树设备(ISO 13628-4:1999 IDT)GB/T 21412.6-2009 第6部分:水下生产控制系统(ISO 13628-6:2000 IDT)ISO 3506-1 碳钢和合金钢制紧固件的机械特性 第1部分:螺钉、螺杆、柱头螺栓ISO 3506-2 耐腐蚀不锈钢制紧固件的机械性质 第2部分:螺帽ISO 10423 石油和天然气工业 钻采设备 井口装置和采油树ISO 13628-5 第5部分:水下脐带缆ISO 13628-7 第7部分:完井/修井立管系统ISO 13628-8
8、 第8部分:水下生产系统中遥控作业机器人(ROV)接口ISO 13628-9 第9部分:遥控作业工具(ROT)维修系统API RP 2A 推荐规划实践,海上固定平台设计和建造台 工作应力设计 第21版DNV2.7-1 海上货运集装箱,二、一般要求与推荐做法,第三部分 术语,定义及缩略语,深水 deep water通常指水深610m(2000ft)到1830m(6000ft)。超深水 ultra-deep water水深超过1830m(6000ft)。,二、一般要求与推荐做法,第四部分 系统和接口描述,适用于系统总体设计、材料、结构、管汇管道、颜色和标记以及吊装设备。,1)水下生产设施:包括水下
9、完井设备和油气生产的基础设施;常规+水下油气集输处理+人工举升2)海底管道:生产管道、控制脐带缆、注水/气管线、动力电缆、化学药剂注入管线3)依托设施:平台、终端、海底管汇等;4)作业工具与测试系统:水下生产设备安装、维修的船、钻完 井装备、水下采油树、油管挂等相应的水下作业工具、海底管道、管汇安装的各类工具等。,二、一般要求与推荐做法,二、一般要求与推荐做法,二、一般要求与推荐做法,典型的系统和接口区域应包括:采油树到出油管线/脐带缆/管汇;采油树修井立管到完井系统;采油树到或海底立管;采油树控制系统的接口。,完井设备:地面控制的井下安全阀,井下压力表、温度计或化学药剂注入系统 以及任何其他
10、互动式元件,例如远程操作的滑套和相应设备;依托处理设施,包括段塞抑制控制装置。,二、一般要求与推荐做法,第五部分 设计,应采用系统的方法综合考虑水下生产系统的安装、操作、检测、维护、维修和废弃要求;设计初期就需要考虑将来扩大生产的需求,如后期调整井或周边小区块的开发;水下生产系统的设计应综合考虑油气田发展各个阶段的需要、油田运行的需要、设计数据和水下生产系统安装位置的设计载荷。,数据表,5.1 概述,二、一般要求与推荐做法,5.2 设计准则,海洋数据(微地形学、海床水合物)气象数据 冰山(大小、出现频率、方向、速度)油藏和流体数据完井数据工艺和运行数据依托设施的数据 安全和危害,浅层气;渔业活
11、动特点;船只活动;军事活动;海床冲刷;冰山活动;海底滑坡可能性;海底火山活动;砂波;管线路由;海床特性;环境保护(野生动物,繁殖季节等);应急预案;其他基础设施。,二、一般要求与推荐做法,5.3 油田开发,油田开发计划,如计划开发的井、将要开发的井、将来产出液的回接方式,预留井及连接方法;早期试井和开发的可能性;油井增产要求,如酸化,压裂等;压井要求(从生产设施或修井船、压井液特性、流量和压力);为增产所需采用的注气或注水要求(流量、清洁度和压力);所有海管过压保护系统的要求;为防止水合物生成、结垢、氧化、腐蚀等需要加注的药剂或周期性注剂的要求(注入药剂的类型、流量和压力);应建立油气田开发中
12、流动安全保障策略。,二、一般要求与推荐做法,5.3.3 系统环境为了保护海洋环境,系统设计应遵循合适的条例:水下结构和管线海底布局;渔业活动和海上交通法规;液压液的排放;置换或清管液的处理;钻井液和岩屑的处理。,二、一般要求与推荐做法,5.4 设计载荷,二、一般要求与推荐做法,在制造、储存、测试、输送、安装、钻/完井、操作和拆除等各个相关阶段,所有可能影响水下生产系统的载荷应当在设计基础中明确,并作为设计基础。,偶然载荷应通过专门的风险分析进行确认,偶然载荷可包括落物、拖曳载荷(打捞装置、锚),非正常的环境载荷(如地震)等。,用于定义相应载荷的载荷矩阵,二、一般要求与推荐做法,二、一般要求与推
13、荐做法,5.5 系统设计:系统工程概念 技术和管理层面,二、一般要求与推荐做法,水下工程是一门跨学科的系统工程,包括从油气藏到依托设施上的处理设施在内的完整系统,同时考虑油气田开发各个阶段的要求,包括工程设计、采购、建造、测试、安装、调试、运行、修井/维护和废弃。,5.5.1系统工程5.5.2 总体设计5.5.3屏障,二、一般要求与推荐做法,5.6 水下完井设备,1 立管张力2 施加弯矩3 环境(水流、波浪作用、潜在载荷等)4 出油管线连接5 土壤作用6 热膨胀7 导向张力,二、一般要求与推荐做法,5.6.2 外部载荷5.6.3 修井 5.6.4 结构分析5.6.5 井口等级5.6.6 水下作
14、业5.6.7 作业工具要求5.6.8 探井完井,压力等级:5000PSI 10000PSI 15000PSI H2S Service,设计参数:储层与地层参数储层油气物性参数外部载荷钻完井工艺设计,设计:由钻完井完成,界面:通常将井口头为泥线作为工程与钻完井界面。选型要点:满足钻完井要求,同时与水下采油树相匹配,最大限度减少连接工作量及设备,二、一般要求与推荐做法,井口在泥线上的高度;井口头内指定位置处的套管挂的设置;套管挂密封总成的工作条件和压力完整性;永久导向基盘的状况;井口头的自锁面和密封区域的状况;最上部套管挂内部密封区域的状况;仔细审阅油井历史以确定其他可能出现问题的地方。,5.6.
15、8 探井完井,二、一般要求与推荐做法,井流参数压力、流量、物性(H2S,sand,hydr),Temp,材料等级控制系统DH,顺序EH(H),E-H,Vendors生产管线海管尺寸,压力,接头形式,Vendors水下井口Mudline vs subsea,Clamp Hub,Mandrel/H4,Vendors,井口,管线连接,控制系统,油流物性,采油树 设计界面,5.7 油管挂/采油树的设计要点,二、一般要求与推荐做法,Tree MasterValve Block,Tubing Spool,Wellhead,Tree Connector,TubingHanger,WellheadConnec
16、tor,Tree Cap,二、一般要求与推荐做法,采油树大四通:用于将已有的系统恢复或为水下完井系统,同时可用来实现井口尺寸或类型的转换;实现不同尺寸/额定压力的水下井口装置和采油树之间转换;当现有井口装置遭到破坏,同样也可安装采油树大四通。采油树大四通包括液压远程操作型、机械远程驱动型、潜水员/ROV操作型,,二、一般要求与推荐做法,.采油树帽2 环空进入可选路线3 转换跨接堵头4 环空扣5 跨接短管(图中配有定位螺旋)6 井口7 采油树接头8 油管挂9 导管头10 套管挂和密封总成11 导向柱(可选)12采油树内帽(ITC)13 内部采油树帽塞14 水平缝制接箍/接头15 生产扣16 地面
17、控制井底安全阀和DHPTT管线17 采油树18 出油管线接头19 导向基座20 出油管线/固定短管接头21 井口22 钻井导向基座或基盘槽,“通钻”卧式采油树在油管挂外提起采油树,需采用小口径井口,即标准16 3/4 in(或13 5/8 in)的内径和18 3/4 in的外径。,二、一般要求与推荐做法,二、一般要求与推荐做法,二、一般要求与推荐做法,5.8 完井修井立管系统,ISO 13628-7。自升式钻井船的隔水导管,那么完井/修井立管设计就类似于井下油管设计。修井或完井立管的设计要考虑水下采油树的通径和井距等。此外,特定的油田开发作业情况也要反映到立管系统的设计中。应界定在特定的操作条
18、件下的最大允许使用寿命,参见ISO 13628-7。,二、一般要求与推荐做法,5.10 生产控制,选择高可靠性的总成和零部件;选择耐磨、耐腐蚀的零件;零件和系统冗余;潜水员/遥控作业机器人/遥控作业工具修井能力;备用系统旁通;备品备件(模块);建立控制液特性和清洁度标准。设备设计成可进入的和易于维修;控制系统总成设计成能独立地从水下完井设备中回收。生产控制系统及其部件的特殊设计要求应遵循GB/T 21412.6-2009,带SBX或SRX垫圈的API法兰符合API 16A的API毂和夹钳或专有型号的毂和夹钳;专有连接器(液压机械)焊接,当需使用海管保护系统时,管道接头区域内的海管保护装置应作为
19、整个水下结构和海管保护系统的一部分进行设计。,二、一般要求与推荐做法,5.11管线及其终端接头,二、一般要求与推荐做法,5.12.1 概述5.12.2 钻完井接口5.12.3 对中5.12.4 导向5.12.5 废弃规定(如需回收基盘,设计中应考虑。)5.12.6基盘的安装要求5.12.7结构 如ISO 19900 13的相关规定。,5.12基盘和管汇系统,5.12.9管汇和配管,ASME B31.323,ASME B31.424,ASME B31.825DNV OS F-10130中的可适用部分可用于水下管汇配管系统。,,以上的任何推荐标准都不能特定地作为水下管汇配管系统的标准,二、一般要求
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