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。

該套水下采油樹實現(xiàn)全球首次水下裝備溫度和壓力傳感器信號雙通道安全傳輸。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個月縮短至8個月以內(nèi)，制造成本降低40%。投用后，可撬動渤海油田數(shù)億噸受制約原油儲量高效開發(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，并對生產(chǎn)情況進行實時監(jiān)測和調(diào)整。

能夠通過高度集成的精密儀器實時監(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)險大，費用高昂。

渤海海域航運繁忙、漁業(yè)發(fā)達，油氣田開發(fā)協(xié)調(diào)困難。例如，為確保渤中19-6氣田試驗區(qū)投產(chǎn)，國家發(fā)展和改革委員會、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，涉及井數(shù)約350口，每年566萬噸原油產(chǎn)量不能釋放，受制約難動用的原油儲量達5.5億噸。

這對渤海油田增儲上產(chǎn)提出了嚴峻的挑戰(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，成為撬動渤海數(shù)億噸受制約原油儲量的關(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)團隊，向淺水水下采油樹研制發(fā)起攻堅。

歷經(jīng)數(shù)月日夜攻關(guān)，項目團隊走完了國內(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。項目剛啟動，所有人都快速進入了最佳狀態(tài)。基本設(shè)計、方案優(yōu)化、詳細設(shè)計、專家論證、圖紙繪制等，一環(huán)緊扣一環(huán)，項目成員始終毫不懈怠。

總體方案設(shè)計開始階段，項目組充分調(diào)研實際生產(chǎn)需求，緊貼渤海油田導(dǎo)管架平臺轉(zhuǎn)水下生產(chǎn)的實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，后期修井可能相對頻繁的特征，反復(fù)調(diào)整優(yōu)化方案設(shè)計，最終敲定雙電潛泵結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路。

“雙電泵設(shè)計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。”項目技術(shù)負責(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，指揮著油流的前進或者停止 。

為了適應(yīng)渤海油氣田對水下設(shè)備輕量化、小型化的開發(fā)需求，項目團隊創(chuàng)新地將一種強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，驗證了設(shè)計的可靠性。“不怕反復(fù)優(yōu)化，不怕重復(fù)測試，我們做設(shè)計就是要做出能用、好用、耐用的產(chǎn)品。”水下采油樹項目設(shè)計始終堅守這一理念。

“研發(fā)淺水水下采油樹另外一個挑戰(zhàn)，就是水下采油樹眾多零部件的設(shè)計和選型 。”淺水水下采油樹重大專項執(zhí)行負責(zé)人王星說。水下采油樹是一個系統(tǒng)工程產(chǎn)品，涉及材料工程、熱處理工藝、水下防腐工藝、海生物防治等多個專業(yè)協(xié)同，1200多個零部件的設(shè)計、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。”

為了破解這個難題，項目團隊在產(chǎn)品研發(fā)初期就按照“淺水水下采油樹整套系統(tǒng)可以在海底正常運行20年”的標準 ，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，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現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。”海油發(fā)展副總工程師、淺水水下采油樹項目經(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)可以在海底正常運行20年，要對水下采油樹及其連接設(shè)備進行數(shù)十項嚴苛測試。”海南省深海深層工程重點實驗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)一度高價銷售水下采油樹產(chǎn)品，同時捆綁昂貴的技術(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”氣田開發(fā)項目建設(shè)，解決項目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伍 ，多方對接，積極準備相關(guān)測試技術(shù)支持服務(wù)工作。

“頭關(guān)不破二關(guān)難攻。測試團隊從零起步，經(jīng)過近3個月的摸索，‘深海一號’氣田首棵水下采油樹SRT(系統(tǒng)接收)測試才完工。”水下采油樹測試團隊負責(zé)人肖譚說。

當時，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，一點點總結(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”11棵1500米級水下采油樹測試，保障了項目開發(fā)如期實施。

隨著經(jīng)驗的積累、技術(shù)的更新，水下采油樹測試團隊編制推出測試規(guī)范，形成3項測試指南，測試能力逐漸增強。隨著測試技術(shù)的沉淀，水下采油樹測試團隊相繼完成我國自主研發(fā)的500米級水下采油樹投產(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’二期工程的全部12棵水下采油樹的測試已經(jīng)交給我們測試團隊負責(zé)。”

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

為實現(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，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實驗室相繼在海口揭牌。其中，院士工作站水下生產(chǎn)系統(tǒng)測試基地和重點實驗室水下生產(chǎn)系統(tǒng)測試實驗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、組裝、總裝、測試、維修、運維及服務(wù)的綜合性水下采油樹基地，形成了水下生產(chǎn)系統(tǒng)3大項測試技術(shù)體系和4大項測試平臺系統(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)費用昂貴，而且整個作業(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’ 。這是中國海油人實現(xiàn)科技自立自強、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)場安裝團隊承接了樂東22-1氣田水下采油樹的安裝任務(wù)。第一次獨立承擔海上水下采油樹安裝作業(yè)，整個團隊高度緊張。

“水下采油樹安裝對平臺機具的要求高，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)隊蔣澤東說。

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

安裝團隊采用“雙保險”策略 ，搶抓時間窗口。一方面海上團隊時刻跟蹤現(xiàn)場作業(yè)，另一方面，為應(yīng)對突發(fā)情況，陸地技術(shù)支持團隊24小時全天候待命。

作業(yè)團隊利用麻繩導(dǎo)向，對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)，對接時間因此大大縮短，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)定時間內(nèi)全面完成，安裝團隊以“零故障”的優(yōu)異成績，實現(xiàn)了中國海油人海底“種樹”的首次突破。

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