1. 什么是水下生产产系统统技术术它是一种通过水下完井系统，和安装在海底的生 产设 施，海底管汇系统及海底管线组成一套水下油气 水采输系统；通过地面和水下控制系统的操作控制，将 油气井采出的油水气从海底输送到依托设备 或陆上终端 的系统工程它是一个技术密集、多学科综合协调 的海洋工程 高技术领 域，有着极其广泛的应用前景，特别对 中深水 油气田开发和边际 油气田的开发，水下生产系统技术 更体现出它的优越性图1. 水下生产系统LH11-1图2. LF221水下生产设施图4. 水下井口、管汇搭接模式图2. 水下生产产系统统典型单单元图5. 水下生产系统典型单元3. 水下生产系统生产设施典型单元图6. 水下生产系统生产设施典型单元4. 水下生产产系统设计统设计 原则则根据海上油气田具体特点进行合理的水下生产系统工程 方案设计对这 一技术的推广应用至关重要，所需遵循的基本原 则如下：1)水下生产系统工程方案的设计 应综 合考虑油气田发展各 个阶段的需要、油气田基本设计 参数、设计 荷载；2)设计 初期要考虑到将来扩大生产需求，如后期调整井或周 边小区块的开发；3)水下生产系统设计应满 足设计标 准规范和当地特殊规定 ，尽可能采用国际成熟技术，在满足功能和安全的同时最大限 度简化水下生产设 施，使开采周期内的利益最大化；4)水下生产系统设计 中应考虑鱼 网、锚区和落物等潜在风 险，敏感设备应设 保护装置；5)水下生产系统设计 中应考虑环 境保护问题 ，如液压液选 择与泄露风险 等；6)应考虑水下生产系统的安装、操作、检测 、维护 、维修和 废弃期间的要求；7)水下生产系统设计时 应充分利用周边基础设 施；8)综合考虑水下生产设 施与依托设施、钻完井工程的界面：水下生产系统与钻完井界面根据工程项目：水下生产系统 与钻完井界面通常在泥线处 ，井下完井设备 ，包括井下安全阀 、井下压力温度传感器、化学药剂 注入系统等；水下生产系统与依托设施之间的界面。
水下生产产系统设计统设计 原则则：5. 水下生产产系统统特点 水下生产产系统统的特点：应用水下生产系统进 行海上油气田开发具有以下特点： ①采用水下生产技术可充分利用周边已有或在建水面设 施 ； ②深水、井数少或油藏较分散时，采用水下生产系统具有建 设周期短、初投资低等优势 ； ③采用水下井口油气井布置较灵活：如丛式井不能钻及的边 缘地区可采用水下完井； ④水下生产系统适用水深范围从几米到数千米，且可用于各 种复杂海况，如海上冰区等； ⑤通过水下完井方式可将探井、评价井转变为 生产井，从 而不致使探井报废 ； ⑥水下生产设备 可回收利用，在降低油气田开发成本的同时 还有利于海洋环境的保护和海上交通航行的安全； ⑦水下生产系统可用于不允许建立水面设施如固定平台、深 水 浮式平台的军事禁区和航线6. 水下生产设产设 施 与 水下完井设设施界面划分其界面划分在海底泥线，泥线下部井眼内 部的完井管柱和设备，包括井下安全阀，井下 压力温度传感器，化学药剂注入装置及人工 举升设备，完井管柱系统都 属水下完井设备 而海底组装的油气井口系统，管汇系统， 控制和处理设施等都 属水下生产设施7. 水下生产设产设 施包括：8. 水下生产设产设 施完整性试验试验水下生产设备 完整性试验 的主要目的如下：1、检验产 品是否达到合同要求；2、验证产 品性能是否满足油气田现场 的实际 要求 ；3、使海上工作人员了解和掌握相应的水下生产设 备的功 能、操作方式和故障诊断方法。
水下生产设备 的完整性试验 主要内容如下：1、现场检查验 收；2、陆地试验 ；3、浅水试验 ；4、深水试验 图7. 水下采油树发展历程1. 水下采油树发树发 展历历程图8. 水下立式和卧式采油树2. 四种采油树图树图2.1. 水下立式和卧式采油树树图9. 导向安装采油树图10. 无导向安装采油树2.2. 导导向安装采油树树和无导导向安装采油 树树•LF22-1 水下卧式采油树图树图图11. 水下卧式采油树图12. TDF接头及连接3. 水下卧式采油树树图13. 卧式采油 树图14. LH11-1水下采油树及附件•LH11-1 卧式采油树图树图图15. 卧式采油树剖面图图16. URT修井工具图17. LH11-1卧式有导向采油树图18. 水下采油树剖示图4. 水下卧式采油树树特点卧式采油树树特点：1. 采油树主题为 整体加工的圆筒，可设计 大通径，用大油管 ；2. 生产主阀和生产翼阀在主体外侧，成水平排列；3. 除个别在采油树帽内装有球阀，否则，采油树垂直方向没 有采油树阀组 ，（可不移动采油树起下油管修井）4. 油管挂坐在采油树内，去掉采油树帽可修井；5. 卧式采油树通常采用套管管装接头完井，需要一个较为 复 杂的下放管柱来安装油管挂。
且下放管柱需要隔离阀和解 脱配件，才能适应特定的闸板或专用环形防喷器的标高， 但可节省双筒完井立管的费用；6. 完井较复杂，卧式采油树只有在所有钻井和下套管作 业完成之后，在完井之前，回收钻井BOP，把采油井 口安装在钻井井口头上再在采油树上部装上试油 BOP，才能钻穿水泥塞完井，下完完井管串，座好油管 挂，再装上采油树帽，工艺复杂7. 卧式采油树任何组件失效都需要压井之后回收采油树 上来修理因此，如何防止失效，提高可靠性很重要；8. 卧式采油树独立油管挂的设计 ，需要一套复杂的环空 隔离系统目前改进型的油管挂与采油树帽集成在一 起9. 井下测试 采油树，阀门 和紧急解脱配件包都是通 过油管挂下入工具的因此，装卸和保护设备 ，测试 桩，油管挂模型等都算入卧式采油树的组成部分水下卧式采油树树特点：图19. 卧式采油树图20. 卧式采油树— 油管悬挂器在井口装置内5. 卧式采油树树（油管悬悬挂器在井口装置内）图21. 卧式水下采油树剖面图图22. 水下采油树及其ROV操作盘6. 水下卧式采用树树帽图23. 用于水下电潜泵完井的采油树图24. LH11-1采油树帽7. 水下卧式采油树树油管挂水下采油树油管挂—卧式采油树油管挂在采油树内。
1. 用于悬挂油管串，并与密封总成配合各力和密封油管和生产套 管之间的环空； 2. 为生产阀 ，环空阀提供接口； 3. 为井下化学剂注入口，电潜泵动 力源，SCSSV控制提供接口； 4. 油管挂为生产阀 、环空阀和控制系统提供密封； 5. 油管挂外径压应 与防喷器阻，隔水管内径想适应； 6. 油管挂额定工作压力，34.5， 51.7， 69.0 ， 86.3 1, 103.5 20.7（MPa）（ 5000）（7500）（10000）（12500） （15000） （17500）(PSI) 7. 油管挂密封处材料应选择 抗腐蚀性材料； 8. 油管挂静水试压 要求，油管挂通径和下入工具道孔应试压 ，1.5 倍额定压力/稳压 15min图25. 通钻采油树基本配 置8.通钻钻采油树树基本配 置图26.1. 水下生产产控制系统统主要工作内容：① 根据油气田总体工程方案确定水下控制系统类 型； ② 根据油气田的生产特点确定水下控制模块的控制和监视 功能； ③ 确定通信方式； ④ 确定水下控制设备 的安装与集成位置、易损部件的回收、更换 模式； ⑤ 控制脐带缆 和控制跨接管的选型设计 ； ⑥考虑水下生产控制系统与安装修井控制系统之间的关系； ⑦ 确定水下生产控制系统与水面依托设施工作界面和接口； ⑧ 确定水下生产控制系统与水下相关设备 、仪表、作业工具、 ROV之间接口； ⑨根据油气田实际 需求考虑扩 展功能。
2. 水下控制系统组统组 成：图27. 水下生产控制系统的基本组成3. 水下生产产控制系统统功能：主要用于对水下采油树、水下管汇系统等 设备的远程控制，用以闸阀开/关，水下油咀 的调节，井下压力温度及水下设施进行的监 测，所需化学药剂的配注主要模式有：直接液压控制系统，直接电 液控制系统和复合电液控制系统等等控制方式 4. 控制系统统比较较表图28. 各类控制系统比较表图29. 直接液压控制系统原理 图30. 先导液压控制系统5. 直接液压压控制系统统原理图图/先导导 液压压控制系统图统图6. 直接液压压控制系统统直接液压控制是最简单 的水下控制系统，基本组成包括 ：液压动 力源、液压控制盘（主控站）、液压液输送管线、液 压驱动 器等，见图 14和图15 其主要特点：水下设备 上每个 远程控制阀都需一条专用控制线水面液压控制盘的盘面上标 有水下采油树控制阀位置和控制线路，它的操纵手柄与采油树 上遥控阀对应 ，操作人员可较直观的操纵采油树，当回接距离 在3英里内、井数为1-2口时，建议使用这类 控制模式其主要 优势为 ：设备简单 、经济 、易于维护 其主要缺点是： ①功能较少，每个控制阀都需要独立的液压线 ，水下设备 所 需控制液压 线较 多； ②为了保证驱动 器响应时间 ，须采用较大直径的高压软 管（ 3／4--1英寸），使控制脐带缆 尺寸大、笨重； ③直接液压控制系统如不增加特殊设备 ，就无法对液压管进 行清洗。
图31. 直接电液控制系统7. 直接电电液控制系统统8. 直接电电液控制系统统直接电液控制系统中，电信号取代部分液压信号 ，水上电液控制盘的电信号通过水下电缆传 送给水下 电磁阀，采用单一、独立电路控制电磁导向阀开启， 由供应线 向驱动 器供应液压液，从而实现 采油树以及 其他水下控制动作，见图 16当回接距离较长时 ，脐带缆 内部电压 降和液压降 较大，同时对 控制脐带缆 的要求与所需控制的井数成 正比直接电液控制系统能从水下采油树传 回生产翼 阀、环空翼阀和井下压力信号9. 复合电电液控制系统统复合电液控制系统采用了先进的数字复合技术，实现 了真正的 远程遥测和遥控，为智能 化综合管理提供了可能，该系统由上部电动 和液压控制系统、水下 控制单元组成，见图 给出带水下液压动 力源的复合电液控制系统，它通过控制脐 带缆连 接到一个或多个采油树、管汇等每个终端装置或节点都有 一个水下控制模块(SCM)采用多心电缆 ，上行信号用于遥测大量 水下数据如压力、温度、阀门 状态等，下行信号则用于快速地控制 水下电磁执行机构，这些电磁执行机构又进一步经液压放大驱动 液 压阀门 和油嘴水下电子模块( SEM)的应用增加了电液系统的复杂 性，但却缩短了其响应时间 ，可用于监视较 大范围的数据遥测设备 。
通常，电液系统适用于多井系统，开发过 程中的井控和／或油 藏监控应具有操作灵活、操作速度快和数据遥测的特点其主要优 点是采用多路电气控制技术，减少了导线 数量，简化了水下电路连 接，大大降低了控制脐带缆 成本，多用于回接距离长、井数多的水 下系统图32. 典型的复合电液 控制系统图33. 带有水下液压动力源的复合电 液控制系统10. 典型复合电液控制系统图图34. 水面控制单元组成11. 水面控制系统组成12. 水下控制系统统所需控制的阀门阀门 有：（1）水面控制的井下安全阀门 (SCSSVs); （2）生产主阀； （3）生产翼阀； （4）环空主阀； （5）环空翼阀； （6）转换阀 （注入阀）； （7）甲醇／化学药剂 注入阀； （8）防垢剂注入阀； （9）防腐剂注入阀； （10）油嘴（每个油嘴可具备两个控制功能）； （11）注入调节阀 （每个调节阀 可具备两个控制功能）； （12）管汇阀组 ； （13）化学药剂 注入控制阀13. 水下控制系统监视统监视 参数如下：14. 水下控制系统设计统设计 条件水面控制设备应 考虑气候条件、腐蚀、海生物、潮汐 、照明和危险区划分；水下控制设备应 考虑腐蚀、环境压 力和温度及维护 。
1、 压力等级水下控制系统中液压系统允许的最大操作压力应至少 小于设计压 力（额定工作压力）10%水面控制的井下安全 阀回路。