6月25日，由中海油能源發(fā)展股份有限公司(以下簡稱“海油發(fā)展”)自主研發(fā)的中國海油首套淺水水下采油樹 在海南下線，其關(guān)鍵技術(shù)躋身行業(yè)領(lǐng)先水平。

該套水下采油樹實(shí)現(xiàn)全球首次水下裝備溫度和壓力傳感器信號(hào)雙通道安全傳輸。與常規(guī)水下采油樹相比，結(jié)構(gòu)更加緊湊，操作更加方便，重量降低40%。與國際同類產(chǎn)品相比，生產(chǎn)供貨周期從至少18個(gè)月縮短至8個(gè)月以內(nèi)，制造成本降低40%。投用后，可撬動(dòng)渤海油田數(shù)億噸受制約原油儲(chǔ)量高效開發(fā) 。

01

量身定制淺水水下采油樹

水下采油樹是海洋油氣開發(fā)的核心裝備之一 ，是海底以下數(shù)千米油氣生產(chǎn)管柱與數(shù)十公里海底油氣運(yùn)輸管道連接的重要樞紐，猶如井口的智能“水龍頭”，控制著油氣的開采速度，并對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整。

能夠通過高度集成的精密儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測油氣井生產(chǎn)溫度、壓力、含水率、出砂量、氣油比等油氣生產(chǎn)過程中的重要數(shù)據(jù)，指導(dǎo)技術(shù)人員根據(jù)海域油氣田的生產(chǎn)需求合理控制單井產(chǎn)量、適時(shí)采取增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)措施，最大化保障油氣田的生產(chǎn)壽命和油氣采收率。

以往，水下采油樹常用于深水油氣開發(fā)，長期以來，全球僅少數(shù)幾家公司掌握水下采油樹的設(shè)計(jì)制造，而且外方技術(shù)壟斷，水下采油樹交貨周期長、安裝工序復(fù)雜、環(huán)境條件限制多、潛水操作風(fēng)險(xiǎn)大，費(fèi)用高昂。

渤海海域航運(yùn)繁忙、漁業(yè)發(fā)達(dá)，油氣田開發(fā)協(xié)調(diào)困難。例如，為確保渤中19-6氣田試驗(yàn)區(qū)投產(chǎn)，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局積極督辦協(xié)調(diào)。

目前，渤海灣受通航影響制約的油田32個(gè)，涉及井?dāng)?shù)約350口，每年566萬噸原油產(chǎn)量不能釋放，受制約難動(dòng)用的原油儲(chǔ)量達(dá)5.5億噸。

這對(duì)渤海油田增儲(chǔ)上產(chǎn)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為此，中國海油創(chuàng)新提出將受限區(qū)域油氣田開發(fā)由導(dǎo)管架平臺(tái)轉(zhuǎn)為水下生產(chǎn)模式，這意味著淺水水下采油樹及其配套服務(wù)能力，成為撬動(dòng)渤海數(shù)億噸受制約原油儲(chǔ)量的關(guān)鍵 。

海油發(fā)展直面渤海油田油氣開發(fā)需求，積極落實(shí)中國海油淺水水下采油樹開發(fā)模式，2022年8月，在廣泛調(diào)研國內(nèi)外淺水采油樹現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，向淺水水下采油樹研制發(fā)起攻堅(jiān)。

歷經(jīng)數(shù)月日夜攻關(guān)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)走完了國內(nèi)以往水下裝備研發(fā)至少三年以上的艱苦研發(fā)歷程。2023年6月，淺水水下采油樹從最初的構(gòu)想變成了一摞摞圖形，從圖紙變成了產(chǎn)品。項(xiàng)目剛啟動(dòng)，所有人都快速進(jìn)入了最佳狀態(tài)。基本設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化、詳細(xì)設(shè)計(jì)、專家論證、圖紙繪制等，一環(huán)緊扣一環(huán)，項(xiàng)目成員始終毫不懈怠。

總體方案設(shè)計(jì)開始階段，項(xiàng)目組充分調(diào)研實(shí)際生產(chǎn)需求，緊貼渤海油田導(dǎo)管架平臺(tái)轉(zhuǎn)水下生產(chǎn)的實(shí)際背景以及渤海淺水油田主要采用電潛泵舉升，淺部油藏疏松易出砂，后期修井可能相對(duì)頻繁的特征，反復(fù)調(diào)整優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，最終敲定雙電潛泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路。

“雙電泵設(shè)計(jì)可以顯著降低修井頻率 ，能有效解決適用于渤海地區(qū)井下單電潛泵由于出砂等因素導(dǎo)致檢泵修井頻率高等問題，有效延長油井生產(chǎn)周期、提升油井年產(chǎn)量。”項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人鞠少棟說。水下閥門是水下采油樹的關(guān)鍵部件，如果把水下采油樹生產(chǎn)通道比作油氣生產(chǎn)的高速公路，那么通道上的水下閥門就像公路上的交警，指揮著油流的前進(jìn)或者停止 。

為了適應(yīng)渤海油氣田對(duì)水下設(shè)備輕量化、小型化的開發(fā)需求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地將一種強(qiáng)彈力的碟簧替代傳統(tǒng)圓柱彈簧，應(yīng)用于閥門液壓驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過200次的溫度循環(huán)測試、高壓倉循環(huán)測試和耐久循環(huán)測試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可靠性。“不怕反復(fù)優(yōu)化，不怕重復(fù)測試，我們做設(shè)計(jì)就是要做出能用、好用、耐用的產(chǎn)品。”水下采油樹項(xiàng)目設(shè)計(jì)始終堅(jiān)守這一理念。

“研發(fā)淺水水下采油樹另外一個(gè)挑戰(zhàn)，就是水下采油樹眾多零部件的設(shè)計(jì)和選型 。”淺水水下采油樹重大專項(xiàng)執(zhí)行負(fù)責(zé)人王星說。水下采油樹是一個(gè)系統(tǒng)工程產(chǎn)品，涉及材料工程、熱處理工藝、水下防腐工藝、海生物防治等多個(gè)專業(yè)協(xié)同，1200多個(gè)零部件的設(shè)計(jì)、加工、組裝和測試工作。“零部件品質(zhì)的穩(wěn)定才能更大程度保障整體設(shè)備的性能穩(wěn)定。”

為了破解這個(gè)難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品研發(fā)初期就按照“淺水水下采油樹整套系統(tǒng)可以在海底正常運(yùn)行20年”的標(biāo)準(zhǔn) ，制定水下采油樹金屬材料、焊接堆焊、表面涂層、防腐處理、無損檢測等數(shù)十項(xiàng)質(zhì)控規(guī)范，整合國內(nèi)數(shù)十家品質(zhì)企業(yè)，形成了優(yōu)質(zhì)可控的零部件供應(yīng)鏈。“經(jīng)過比對(duì)，研發(fā)出的淺水水下采油樹相較于常規(guī)水下采油樹重量降低40%，在成本、生產(chǎn)周期、性能穩(wěn)定上優(yōu)勢更加明顯，為后期淺水采油樹實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”海油發(fā)展副總工程師、淺水水下采油樹項(xiàng)目經(jīng)理陳建兵說。

02

“一站一室”助力水下采油樹測試通關(guān)

“水下采油樹作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，要確保整套系統(tǒng)可以在海底正常運(yùn)行20年，要對(duì)水下采油樹及其連接設(shè)備進(jìn)行數(shù)十項(xiàng)嚴(yán)苛測試。”海南省深海深層工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水下井口及水下采油樹測試技術(shù)研究方向?qū)W科帶頭人同武軍說。

國外企業(yè)一度高價(jià)銷售水下采油樹產(chǎn)品，同時(shí)捆綁昂貴的技術(shù)服務(wù)，技術(shù)壟斷與限制成為水下產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大障礙 。

2020年5月，為全力支持“深海一號(hào)”氣田開發(fā)項(xiàng)目建設(shè)，解決項(xiàng)目11棵水下采油樹接收測試問題，海油發(fā)展工程技術(shù)公司組建中國海油首支水下采油樹測試工程師隊(duì)伍 ，多方對(duì)接，積極準(zhǔn)備相關(guān)測試技術(shù)支持服務(wù)工作。

“頭關(guān)不破二關(guān)難攻。測試團(tuán)隊(duì)從零起步，經(jīng)過近3個(gè)月的摸索，‘深海一號(hào)’氣田首棵水下采油樹SRT(系統(tǒng)接收)測試才完工。”水下采油樹測試團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人肖譚說。

當(dāng)時(shí)，受全球疫情影響，人員、設(shè)備等資源協(xié)調(diào)都很困難，水下采油樹測試并不輕松。大家一步步摸索，一點(diǎn)點(diǎn)總結(jié)，不斷優(yōu)化測試程序，反復(fù)調(diào)整測試流程，終于完成了“深海一號(hào)”11棵1500米級(jí)水下采油樹測試，保障了項(xiàng)目開發(fā)如期實(shí)施。

隨著經(jīng)驗(yàn)的積累、技術(shù)的更新，水下采油樹測試團(tuán)隊(duì)編制推出測試規(guī)范，形成3項(xiàng)測試指南，測試能力逐漸增強(qiáng)。隨著測試技術(shù)的沉淀，水下采油樹測試團(tuán)隊(duì)相繼完成我國自主研發(fā)的500米級(jí)水下采油樹投產(chǎn)前系統(tǒng)測試、東方1-1氣田3棵水下采油樹測試、工業(yè)和信息化部一期水下采油樹測試等16棵水下采油樹的測試工作 。

“水下采油樹所有的測試我們都能自己解決了，不再受制于國外企業(yè)。”肖譚說，“目前，‘深海一號(hào)’二期工程的全部12棵水下采油樹的測試已經(jīng)交給我們測試團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)。”

與此同時(shí)，國家政策的大力支持，讓水下采油樹測試技術(shù)加速實(shí)現(xiàn)自主可控。

為實(shí)現(xiàn)海洋科技領(lǐng)域自主創(chuàng)新、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)搭建高水平科研平臺(tái)，中國海油南海油氣能源院士工作站和海南省深海深層工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相繼在?？诮遗?。其中，院士工作站水下生產(chǎn)系統(tǒng)測試基地和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水下生產(chǎn)系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)中心均落地在海油發(fā)展工程技術(shù)公司深水鉆采海南基地。

“依托‘一站一室’的技術(shù)支持和前期的技術(shù)沉淀，我們建成了具備設(shè)計(jì)、組裝、總裝、測試、維修、運(yùn)維及服務(wù)的綜合性水下采油樹基地，形成了水下生產(chǎn)系統(tǒng)3大項(xiàng)測試技術(shù)體系和4大項(xiàng)測試平臺(tái)系統(tǒng) ，為水下采油樹產(chǎn)品測試通關(guān)提供了充分保障。”同武軍說。

03

精益求精打造”種樹“鐵軍

水下采油樹牢牢安放于海底，正常連接油氣生產(chǎn)管柱與海底油氣運(yùn)輸管道，才能充分發(fā)揮智能“水龍頭”的功能。如何在數(shù)百米甚至數(shù)千米深的海洋環(huán)境將幾十噸重的水下采油樹“種”在海底?

這個(gè)問題，直到2022年才被中國海油人全面自主解決。2022年之前，國內(nèi)水下采油樹安裝被外企壟斷，不僅作業(yè)費(fèi)用昂貴，而且整個(gè)作業(yè)節(jié)奏跟著外企走。

“關(guān)鍵核心裝備必須自己‘攻出來’，自己‘用起來’ 。這是中國海油人實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)、端牢能源飯碗的執(zhí)念。”海油發(fā)展工程技術(shù)公司總經(jīng)理韋龍貴說。

2020年初，海油發(fā)展工程技術(shù)公司組建成立自己的水下采油樹安裝隊(duì)伍，經(jīng)過兩年的探索，全面掌握了水下采油樹安裝技術(shù)。

2022年5月，水下采油樹現(xiàn)場安裝團(tuán)隊(duì)承接了樂東22-1氣田水下采油樹的安裝任務(wù)。第一次獨(dú)立承擔(dān)海上水下采油樹安裝作業(yè)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)高度緊張。

“水下采油樹安裝對(duì)平臺(tái)機(jī)具的要求高，海上作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，涉及眾多水下設(shè)備的連接、解脫、回收，作業(yè)程序復(fù)雜 ，稍有不慎，就會(huì)造成設(shè)備的損壞。”海油發(fā)展工程技術(shù)公司水下采油樹現(xiàn)場安裝領(lǐng)隊(duì)蔣澤東說。

第一次安裝作業(yè)，海域能見度極差，同時(shí)海底流速大。根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，幾天后還有高達(dá)9～10級(jí)的大風(fēng)天氣，留給水下采油樹入水安裝作業(yè)時(shí)間只有短短幾天，作業(yè)窗口極窄。

安裝團(tuán)隊(duì)采用“雙保險(xiǎn)”策略 ，搶抓時(shí)間窗口。一方面海上團(tuán)隊(duì)時(shí)刻跟蹤現(xiàn)場作業(yè)，另一方面，為應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，陸地技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)24小時(shí)全天候待命。

作業(yè)團(tuán)隊(duì)利用麻繩導(dǎo)向，對(duì)接高壓樹帽與水下采油樹，由于風(fēng)力大，樹帽姿態(tài)難以保持。作業(yè)人員集思廣益，臨時(shí)加工高壓樹帽導(dǎo)向架，為高壓樹帽提供額外扶正、居中服務(wù)，對(duì)接時(shí)間因此大大縮短，提高了作業(yè)效率。

經(jīng)過連夜不間斷奮戰(zhàn)，隨著安放鋼圈、拆裝繩錨、打壓鎖緊等一系列水下作業(yè)的結(jié)束，水下采油樹安裝及水下測試在預(yù)定時(shí)間內(nèi)全面完成，安裝團(tuán)隊(duì)以“零故障”的優(yōu)異成績，實(shí)現(xiàn)了中國海油人海底“種樹”的首次突破。

今年3月，團(tuán)隊(duì)相繼完成東方1-1氣田3棵水下采油樹的海上維修服務(wù)。截至目前，3棵水下采油樹運(yùn)行平穩(wěn)，氣田產(chǎn)量超過預(yù)期。