叶永彪，王　勇，张玉勇，方　霖

水下采油树DP船吊机下放安装方法研究

叶永彪1，王勇1，张玉勇2，方霖1

（1.深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳518067；2.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518067）①

介绍了水下卧式采油树的结构组成及主流类型。通过比较水下采油树安装方法得出DP船吊机下放安装方法的优越性。对水下采油树DP船下放安装所需的设备资源进行分析，探讨了水下采油树采用DP船吊机下放安装的施工程序，并总结水下采油树采用DP船吊机下放安装的几个要点。对我国水下采油树的自主安装提供借鉴。

水下卧式采油树；船吊机；采油树下放工具；井口帽；安装

水下采油树是海上油气开发过程中必不可少的重要设备之一，按照阀的方向可以分为立式采油树和卧式采油树2种类型［1］。立式采油树阀组安置在1条垂线上，是早期使用最多形式的采油树，其优点是产品成熟可靠，成本相对低廉。主要缺点是占用了轴向空间高度而不便于布设安装，修井时必须将采油树取出、移开才能进行修井作业，从而增大了修井成本。卧式采油树的应用起始于20世纪90年代，此后在国内外得到了广泛的应用。相对于立式采油树而言，卧式采油树的油管悬挂器安装在采油树内部，顶部阻塞器代替生产抽汲阀对油管内部实现堵塞，使井下原油不能向上流通，只能从油管挂侧面开口流出而到达各个生产管汇。卧式采油树的主要优点是不占用井孔垂直空间高度而便于采油树的布设安装，修井时不需要将采油树取出、移开，方便从井孔下入修井工具进行修井，明显降低了修井时间和成本；主要缺点是下放安装过程复杂，安装成本较高，且产品本身价格相对较高［2-5］。立式采油树和卧式采油树的内部结构如图1～2所示。

图1　水下立式采油树内部结构

图2　水下卧式采油树内部结构

全球的水下采油树技术主要被FMC、Cameron和Aker Kraemer Subsea 3家公司垄断，控制了水下采油树90%的市场［6-7］。目前，国内采用的采油树的生产厂家有FMC、Cameron及Aker Solution，且均为卧式采油树［8］。FMC公司生产的卧式采油树已经形成系列化，主要有68.966 MPa （10 000 psi）和103.448 MPa（15 000 psi）2种压力等级，目前其主要产品为2002年推出的改进型卧式采油树。Cameron公司与Schlumberger公司共同拥有1家公司——OneSubsea，自1994年卧式采油树得到开发，OneSubsea公司已供应超过1000个采油树系统，其采油树的类型有68.966 MPa （10000 psi）的浅水型、68.966 MPa（10000 psi）及103.448 MPa（15000 psi）的深水型。Aker Solution的卧式采油树也有有浅水和深水2种类型，设计压力为68.966 MPa（10000 psi），油管悬挂器孔径有127 mm（5英寸）和177.8 mm（7英寸）2种规格，旁侧出口孔径也是这2种规格。

FMC、Cameron及Aker Solution 3家公司的水下卧式采油树均采用吊机下放安装，安装的部分主要为采油树主体。

1　采油树DP船吊机安装优势

随着海洋油气开采规模的日益扩大，水下采油树及其相关组件的下放安装难度日益突出。采用合适的下放方式，设计合理的安装机具，也逐渐成为水下油气开采过程的难点。采油树安装通常可采用钻杆下放安装或采用吊机下放安装，如图3～4所示。

图3　钻杆安装方法示意

图4　DP船吊机安装示意

借助钻杆的安装方法主要是考虑操作船是否携带钻杆以及是否容易操作。采用钻杆安装方法稳定性好，水下采油树在下放工程中不会发生旋转［9］。如果水深较深，所需钻杆较长，钻杆本身重力会抵消到钻杆的承载能力，通常情况下，采用钻杆安装采油树的水深在1000 m以内。钻杆安装方法可安装采油树主体、防喷器、油管悬挂器、采油树帽，若作业船上有绞车，还可安装顶部阻塞器。目前，国内采用钻杆安装采油树的方法已经成熟。

采用吊机安装水下采油树需要用到钢丝绳机具，相对于钻杆而言，钢丝绳机具收放简便快捷，且对船舶要求相对较低，更具经济性。采用吊机安装水下采油树的部分仅限于采油树主体。因此，选用DP船吊机进行水下采油树的安装及回收，其他诸如油管悬挂器、采油树帽等的安装及回收工作还需要利用钻杆来完成。近年，国内采油树安装作业中，已有国内DP船舶安装水下采油树的案例［10］。但总的来说，国内尚未充分掌握水下采油树安装技术。

从性能上看，由于钻井船通常都比较大，采用钻井船钻杆安装采油树，对海况的要求较低，理论上，6级海况下仍可采用钻井船钻杆安装作业。相对而言，DP船对海况要求较高，采油树从DP船舷侧下放时，海况应为3～4级，但是对于采油树从甲板月池下放时，海况可为5级。因此，在对作业要求上钻井船钻杆安装方式稍微占优。

但是从经济上看，DP船吊机安装方法具有绝对的优势。由于DP船日费用一般低于钻井船的日费用，安装1个采油树DP船只需要约12 h（以水深1 500 m为例），而钻井船钻杆却需要36 h，费用相差数倍。海上的钻井一般也是批钻批完，也即首先钻完全部井眼，再进行完井的工作，这一作业顺序也有利于DP船进行安装采油树，从而降低施工费用及工程投资［11］。

2　DP船吊机安装方法设备要求

2.1船舶资源

采用DP船安装水下采油树，DP船应能满足必要的一些要求。例如，DP船的甲板面积和尺寸需要满足采油树装船的甲板布置要求；DP船的动力定位等级应在DP2级以上，以满足定位要求；DP船配备吊机，以吊放回收水下采油树等设备；采油树安装作业中，需要ROV作业，因此所选用的DP船应具备ROV支持系统，以便装备ROV。目前，国内满足条件的船舶主要有深圳海油工程水下技术有限公司的HYSY289船、HYSY286船、HYSY291船，中海油服公司的HYSY708船、HYSY709船等。

2.2吊机

吊机是采油树下放安装的关键设备之一，由于吊机通常是作业船舶上的固定设施，因而在选定作业船舶时，要考虑吊机要求。吊机具备足够的吊装能力，能满足水下采油树吊装作业中的承重要求；吊机具备主动升沉补偿功能，以确保采油树安装作业平稳安全及良好定位；吊机钢丝绳具有足够长度和强度，能满足作业水深要求。

2.3ROV

采油树吊机安装作业中，需要用到的ROV作业内容包括作业开始前海底的预调查、井口帽拆除与安装、作业过程的监控、采油树位置姿态的调整、采油树的液压控制、采油树下放工具的液压控制、作业完成后的完工调查。ROV的要求为：作业ROV数量为2台，且均为工作级ROV，能满足作业水深要求。

ROV的配套设备主要有作业工具（例如，转矩工具（torque tool）、hot stab、夹持工具）及支持设备（例如ROV起吊设备等）。ROV停靠在水下采油树或采油树下放工具上，通过torque tool打开或关闭门阀；ROV通过hot stab与采油树或采油树下放工具实现液压联系。

2.4采油树下放工具

卧式采油树的下放工具有多种，为实现水下采油树采用DP船吊机下放安装，必须选用适于吊装作业的采油树下放工具。不同公司生产的下放工具也存在差异，但功能上相同。

Aker Solution公司的下放工具有TRT（Tree RunningTool）和 LTRT（LightTreeRunning Tool）2种，如图5～6所示。TRT的构成包括中央体、锁紧装置及上部适应器，以快速连接吊缆，其MQC（多功能快速接头）面板上有多个接口，可连接脐带缆接收信号，也有hot stab接口，可与ROV建立联系。TRT可用于采油树的下放、回收机压力测试。LTRT通过其内部锁紧装置与采油树进行连接。连接操作中，通过将LTRT上面的执行机构环（actuator ring）从非锁紧位置转到锁紧位置实现连接；解脱操作中，可利用ROV拔出LTRT上的安全锁紧螺栓，使执行机构环从锁紧位置转到非锁紧位置，实现LTRT与采油树解脱。

图5　TRT模型

图6　LTRT模型

2.5其他设备资源

采油树下放安装中需要的其他设备主要有绞车、定位系统及一些辅助机具。在用钢丝绳下放采油树过程中，吊机为主要起吊工具。吊机下放采油树的过程中，需连接绞车进行牵引，绞车起辅助作用。船舶定位、ROV作业、采油树等设备下放过程中，除船舶自身携带的定位系统以外，还需要海底应答架、吊机吊钩信标、荧光棒等提供参考。钢丝绳连接可能用到的其他辅助机具有吊环、吊钩、卸扣、吊索、浮体模块、配重块等。

3　DP船吊机安装动员及准备工作

3.1陆地测试

采油树装船前，对采油树、下放工具进行测试，确保功能正常。测试内容包括采油树、下放工具自身测试及与ROV连接后的状态进行测试。其他设备也应根据需要进行针对性的测试。测试工作应由厂家测试人员进行。

3.2甲板布置及装船

甲板布置对海上作业影响巨大，布置时，要考虑到甲板各个区域的载荷能力、热工区域远离动火区域、设备之间是否会影响、设备存放空间是否足够、是否留有安全通道、吊机半径是否满足工作需求等因素。设备设施装船固定时，固定前应对设计方案进行计算分析；在必要的地方放置加强结构，确保所有连接部位有足够的机械强度；必要时，设置隔离和缓冲装置，确保采油树等不受损伤。

3.3船舶DP测试

船舶航行至采油树安装位置附近，进行DP调试，包括DP系统的推进装置、手动／自动控制单元、电力系统、计算机系统、报警装置、定位单元、备用电池、航迹记录等的调试工作。该项工作为常规调试工作，一般作业船舶此项工作施工前都会进行，经验丰富，但必须按调试要求进行。

3.4甲板测试

船舶驶入采油树安装位置后，再一次检查采油树、采油树下放工具等设备，确保运输过程中采油树等设备设施完好无损。

4　DP船吊机安装程序

DP船吊机安装水下采油树的工作主要包括井口帽的拆除、水下卧式采油树的下放安装以及井口帽的重新安装。其他可能涉及到的作业内容可能有PGB导向柱的安装、VX垫圈的安装、顶部阻塞器的安装，视安装需求确定。有些井口有时需要先于采油树安装永久导向基盘PGB，则视PGB类型而定，PGB通常采用钻杆安装，但有的类型可采用吊机安装。

4.1井口帽拆除

在钻井完成后，需对井口安装井口帽，以防止杂物进入井口。安装采油树之前，默认PGB已经装好。安装水下采油树时，需要先拆除井口帽，该工作由ROV完成。ROV利用机械手夹持井口帽，使采油树帽从井口上移除，并放置海底合适位置，以便再次安装。

4.2采油树下放安装

采油树安装为安装作业的核心，作业中需要采用2台ROV，考虑到国内采油树一般较大，下放工具选取为TRT，其施工程序如下：

1）DP船甲板上连接采油树及TRT。

2）对吊机吊钩安装信标、荧光棒，并激活应答器。

3）起吊准备工作，吊机索具安装，与TRT上面的吊点连接，绞车钢丝绳连接。

4）移除采油树在甲板上的固定设施，激活吊钩信标，吊起水下采油树。

5）打开月池，将采油树慢慢吊起，下放采油树。

6）辅助ROV停留在船体以下水深50 m处。

7）对主ROV装备hot stab，准备好TRT、采油树操作所需的液压系统；主ROV上安装好转矩工具，下放主ROV至海床面以上20 m处。

8）下放采油树至50 m水深，辅助ROV监控采油树，检查采油树姿态及吊装索具连接状态，如无问题，继续下放采油树。

9）在安全路径下，以0.5 m／s的速度继续下放采油树至水下最高设施上方20 m处，开启吊机AHC模式。

10）下降采油树至海床面5 m处，同时调整船舶位置，使采油树进一步接近井口，但距井口仍有一定距离；定位过程中，悬浮的采油树不能穿越任何水下设施。

11）安装主ROV转矩工具至采油树顶部中间的凹槽中，停靠在采油树上以便调整采油树位置，使采油树位于井口正上方，且朝向准确。

12）辅助ROV检查确认采油树连接器完全解锁。

13）吊机继续下放采油树，直至采油树完全落在井口上；下放的过程中，要考虑吊缆上的任何升沉运动。

14）主ROV通过hot stab与采油树建立液压交流，驱动采油树井口连接器的执行机构，使采油树连接器与井口锁紧。

15）进行采油树锁紧及其他压力测试。

16）主ROV从采油树上解脱；停靠在TRT ROV面板上，通过hot stab与TRT建立液压交流，使TRT与采油树解脱分离。

17）辅助ROV和主ROV离开采油树，保持安全距离，监控索具。

18）回收TRT、索具、主ROV至甲板。

4.3井口帽重新安装

采油树安装完成后，需要将从井口拆下的井口帽重新安装在采油树顶部，防止杂物落入采油树内部，保护采油树。有时也会根据需要下放安装新的井口帽，其过程多了甲板上的吊装连接和下放。通常的做法是，直接利用之前从井口拆下的井口帽，通过还在海底的辅助ROV找到，并夹持放置在采油树顶部的井口上。

5　结论

1）采油树、井口帽的下放都需要相应的下放工具，只有采用适于钢丝绳作业的下放工具，才能保证钢丝绳下放安装采油树作业的实现。

2）只有充分熟知采油树、下放工具的连接原理，特别是锁紧装置的构造和操作方法，才能在具体连接环节安全顺利地实现连接分离工作。

3）水下采油树作业水深一般相对较深，钢丝绳机具在水中受环境的影响敏感，提高钢丝绳操作熟练程度，对作业的顺利进行具有重要意义。

4）采油树安装过程中，调整采油树、井口帽位置，连接hot stab，操纵锁紧装置等工作，对ROV操作技术要求较高，因此需熟练ROV操作技术。

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Study of Subsea Tree Deployment and Installation by DP Vessel Crane Method

YE Yongbiao1，WANG Yong1，ZHANG Yuyong2，FANG Lin1
（1．COOEC Subsea Technology Co．，Ltd．，Shenzhen 518067，China；2．CNOOC Ltd．Shenzhen，Shenzhen 518067，China）

The main composition of subsea horizontal tree is introduced，and several current products as well.Comparison of subsea tree’s deployment and installation methods was made，which shows DP vessel crane method has great advantage.Requirement on equipments and tools necessary for the deployment of subsea horizontal tree was analyzed then.The main work focused on the preparation job and deployment procedure.Finally，several key points related to the deployment of subsea tree using DP vessel crane method were concluded.This p rovides reference andguidance for deployment of subsea horizontal tree.

subsea horizontal tree；vessel crane；tree running tool；debris cap；mounting

TE952

A

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.10.004

1001-3482（2015）10-0015-05