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发布时间：2023-06-26
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近日，由中海油能源发展股份有限公司（以下简称“海油发展”）自主研发的中国海油首套浅水水下采油树在海南下线，其关键技术跻身行业领先水平。
该套水下采油树实现全球首次水下装备温度和压力传感器信号双通道安全传输。与常规水下采油树相比，结构更加紧凑，操作更加方便，重量降低40%。与国际同类产品相比，生产供货周期从至少18个月缩短至8个月以内，制造成本降低40%。投用后，可撬动渤海油田数亿吨受制约原油储量高效开发。
01、量身定制浅水水下采油树
水下采油树是海洋油气开发的核心装备之一，是海底以下数千米油气生产管柱与数十公里海底油气运输管道连接的重要枢纽，犹如井口的智能“水龙头”，控制着油气的开采速度，并对生产情况进行实时监测和调整。能够通过高度集成的精密仪器实时监测油气井生产温度、压力、含水率、出砂量、气油比等油气生产过程中的重要数据，指导技术人员根据海域油气田的生产需求合理控制单井产量、适时采取增产稳产措施，最大化保障油气田的生产寿命和油气采收率。
以往，水下采油树常用于深水油气开发，长期以来，全球仅少数几家公司掌握水下采油树的设计制造，而且外方技术垄断，水下采油树交货周期长、安装工序复杂、环境条件限制多、潜水操作风险大，费用高昂。
渤海海域航运繁忙、渔业发达，油气田开发协调困难。例如，为确保渤中19-6气田试验区投产，国家发展和改革委员会、国家能源局积极督办协调。目前，渤海湾受通航影响制约的油田32个，涉及井数约350口，每年566万吨原油产量不能释放，受制约难动用的原油储量达5.5亿吨。这对渤海油田增储上产提出了严峻的挑战。
为此，中国海油创新提出将受限区域油气田开发由导管架平台转为水下生产模式，这意味着浅水水下采油树及其配套服务能力，成为撬动渤海数亿吨受制约原油储量的关键。
海油发展直面渤海油田油气开发需求，积极落实中国海油浅水水下采油树开发模式，2022年8月，在广泛调研国内外浅水采油树现状的基础上，组建研发团队，向浅水水下采油树研制发起攻坚。
历经数月日夜攻关，项目团队走完了国内以往水下装备研发至少三年以上的艰苦研发历程。2023年6月，浅水水下采油树从最初的构想变成了一摞摞图形，从图纸变成了产品。
项目刚启动，所有人都快速进入了最佳状态。基本设计、方案优化、详细设计、专家论证、图纸绘制等，一环紧扣一环，项目成员始终毫不懈怠。
总体方案设计开始阶段，项目组充分调研实际生产需求，紧贴渤海油田导管架平台转水下生产的实际背景以及渤海浅水油田主要采用电潜泵举升，浅部油藏疏松易出砂，后期修井可能相对频繁的特征，反复调整优化方案设计，最终敲定双电潜泵结构设计的思路。
“双电泵设计可以显著降低修井频率，能有效解决适用于渤海地区井下单电潜泵由于出砂等因素导致检泵修井频率高等问题，有效延长油井生产周期、提升油井年产量。”项目技术负责人鞠少栋说。
水下阀门是水下采油树的关键部件，如果把水下采油树生产通道比作油气生产的高速公路，那么通道上的水下阀门就像公路上的交警，指挥着油流的前进或者停止。为了适应渤海油气田对水下设备轻量化、小型化的开发需求，项目团队创新地将一种强弹力的碟簧替代传统圆柱弹簧，应用于阀门液压驱动器，经过200次的温度循环测试、高压仓循环测试和耐久循环测试，验证了设计的可靠性。
“不怕反复优化，不怕重复测试，我们做设计就是要做出能用、好用、耐用的产品。”水下采油树项目设计始终坚守这一理念。
“研发浅水水下采油树另外一个挑战，就是水下采油树众多零部件的设计和选型。”浅水水下采油树重大专项执行负责人王星说。水下采油树是一个系统工程产品，涉及材料工程、热处理工艺、水下防腐工艺、海生物防治等多个专业协同，1200多个零部件的设计、加工、组装和测试工作。“零部件品质的稳定才能更大程度保障整体设备的性能稳定。”
为了破解这个难题，项目团队在产品研发初期就按照“浅水水下采油树整套系统可以在海底正常运行20年”的标准，制定水下采油树金属材料、焊接堆焊、表面涂层、防腐处理、无损检测等数十项质控规范，整合国内数十家品质企业，形成了优质可控的零部件供应链。
“经过比对，研发出的浅水水下采油树相较于常规水下采油树重量降低40%，在成本、生产周期、性能稳定上优势更加明显，为后期浅水采油树实现产业化、规模化应用奠定了坚实基础。”海油发展副总工程师、浅水水下采油树项目经理陈建兵说。
02、“一站一室”助力水下采油树测试通关
“水下采油树作为水下生产系统的重要组成部分，要确保整套系统可以在海底正常运行20年，要对水下采油树及其连接设备进行数十项严苛测试。”海南省深海深层工程重点实验室水下井口及水下采油树测试技术研究方向学科带头人同武军说。
国外企业一度高价销售水下采油树产品，同时捆绑昂贵的技术服务，技术垄断与限制成为水下产业发展的一大障碍。
2020年5月，为全力支持“深海一号”气田开发项目建设，解决项目11棵水下采油树接收测试问题，海油发展工程技术公司组建中国海油首支水下采油树测试工程师队伍，多方对接，积极准备相关测试技术支持服务工作。
“头关不破二关难攻。测试团队从零起步，经过近3个月的摸索，‘深海一号’气田首棵水下采油树SRT（系统接收）测试才完工。”水下采油树测试团队负责人肖谭说。
当时，受全球疫情影响，人员、设备等资源协调都很困难，水下采油树测试并不轻松。大家一步步摸索，一点点总结，不断优化测试程序，反复调整测试流程，终于完成了“深海一号”11棵1500米级水下采油树测试，保障了项目开发如期实施。
随着经验的积累、技术的更新，水下采油树测试团队编制推出测试规范，形成3项测试指南，测试能力逐渐增强。
随着测试技术的沉淀，水下采油树测试团队相继完成我国自主研发的500米级水下采油树投产前系统测试、东方1-1气田3棵水下采油树测试、工业和信息化部一期水下采油树测试等16棵水下采油树的测试工作。
“水下采油树所有的测试我们都能自己解决了，不再受制于国外企业。”肖谭说，“目前，‘深海一号’二期工程的全部12棵水下采油树的测试已经交给我们测试团队负责。”
与此同时，国家政策的大力支持，让水下采油树测试技术加速实现自主可控。
为实现海洋科技领域自主创新、关键核心技术攻关搭建高水平科研平台，中国海油南海油气能源院士工作站和海南省深海深层工程重点实验室相继在海口揭牌。其中，院士工作站水下生产系统测试基地和重点实验室水下生产系统测试实验中心均落地在海油发展工程技术公司深水钻采海南基地。
“依托‘一站一室’的技术支持和前期的技术沉淀，我们建成了具备设计、组装、总装、测试、维修、运维及服务的综合性水下采油树基地，形成了水下生产系统3大项测试技术体系和4大项测试平台系统，为水下采油树产品测试通关提供了充分保障。”同武军说。
03、精益求精打造”种树“铁军
水下采油树牢牢安放于海底，正常连接油气生产管柱与海底油气运输管道，才能充分发挥智能“水龙头”的功能。如何在数百米甚至数千米深的海洋环境将几十吨重的水下采油树“种”在海底？
这个问题，直到2022年才被中国海油人全面自主解决。
2022年之前，国内水下采油树安装被外企垄断，不仅作业费用昂贵，而且整个作业节奏跟着外企走。
“关键核心装备必须自己‘攻出来’，自己‘用起来’。这是中国海油人实现科技自立自强、端牢能源饭碗的执念。”海油发展工程技术公司总经理韦龙贵说。
2020年初，海油发展工程技术公司组建成立自己的水下采油树安装队伍，经过两年的探索，全面掌握了水下采油树安装技术。
2022年5月，水下采油树现场安装团队承接了乐东22-1气田水下采油树的安装任务。第一次独立承担海上水下采油树安装作业，整个团队高度紧张。
“水下采油树安装对平台机具的要求高，海上作业环境复杂多变，涉及众多水下设备的连接、解脱、回收，作业程序复杂，稍有不慎，就会造成设备的损坏。”海油发展工程技术公司水下采油树现场安装领队蒋泽东说。
第一次安装作业，海域能见度极差，同时海底流速大。根据天气预报，几天后还有高达9～10级的大风天气，留给水下采油树入水安装作业时间只有短短几天，作业窗口极窄。
安装团队采用“双保险”策略，抢抓时间窗口。一方面海上团队时刻跟踪现场作业，另一方面，为应对突发情况，陆地技术支持团队24小时全天候待命。
作业团队利用麻绳导向，对接高压树帽与水下采油树，由于风力大，树帽姿态难以保持。作业人员集思广益，临时加工高压树帽导向架，为高压树帽提供额外扶正、居中服务，对接时间因此大大缩短，提高了作业效率。
经过连夜不间断奋战，随着安放钢圈、拆装绳锚、打压锁紧等一系列水下作业的结束，水下采油树安装及水下测试在预定时间内全面完成，安装团队以“零故障”的优异成绩，实现了中国海油人海底“种树”的首次突破。
今年3月，团队相继完成东方1-1气田3棵水下采油树的海上维修服务。截至目前，3棵水下采油树运行平稳，气田产量超过预期。
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