首套国产化浅水水下采油树系统成功研发 解决渤海油气开发难题

“我们终于干成了!”

——自升式钻井平台燃烧臂喷发出的熊熊火炬，映红了团队成员们的脸庞，中海油研究总院副总工程师范白涛与大家激动相拥。

7月17日，渤海海域锦州31-1气田，我国首个自主研发的浅水水下采油树系统开发项目点火成功。

深埋于地下2000多米的天然气气龙，通过水下采油树系统稳定输送到平台火炬臂。单井试采气量达31万方/天，可供1500个家庭使用1年。

这棵来之不易的“树”，实现了我国浅水海域水下油气开发模式从“0”到“1”的历史性突破。

量体裁衣定方案

采油树是油气开发的关键装备，就像一个智能“水龙头”，能够实现开采的精确控制及温度压力的监控。在我国浅水区域，通常采用固定式导管架平台开发，采油树位于平台上，方便操作调节。然而，渤海区域不仅油气储量丰富，通航、渔业也很发达，在航道、渔场等区域无法架设平台，要开采油气，就必须把采油树“种”到水下去。

隔着一层海水，采油树的控制难度指数级增加。长期以来，全球仅有少数几家欧美公司掌握水下采油树的设计制造技术，而我国在渤海采用的浅水水下开发模式在世界范围内属于首创，开发难度更大。

但这又是必须做的事情。掌握更多海洋油气开发自主技术，是中国海油多年努力目标。而在渤海受限区域，油气开发更要使用自主装备。2019年，中国海油着手开展浅水水下生产系统技术攻关，以期推动渤海高达86%的受限开发区域探明储量的开发。

“外国人干过的我们能干，外国人没干过的我们也能干!”范白涛立下军令状，带领团队一头扎进了关键装备的研发中。

从零开始的研发，首要难题是确定技术路线。

范白涛带领团队充分调研、认真研究，基于渤海开发的实际需求，提出潜水员代替部分电液复合控制系统，通过潜水作业对水下采油树阀门进行开启或关闭的大方案。

“行不通!”该策略一提出便受到质疑。

反对方分析认为，渤海海域水浅、能见度低，水下可视性差，潜水员操作不具备可行性。

项目总体方案设计一时陷入僵局。

此时，项目核心成员王名春站了出来。他指出：轻量化、简易化是采油树研发的关键。

“又沉又贵的装备，即使研发出来，也不能满足工业化推广的经济门槛，与一堆废铁无异。”王名春说。

扑到渤海生产一线，与潜水员队伍深谈，王名春坚定了这一想法，“现场施工进度的作业时段，水下能见度可达70—100厘米，能够满足水下操作要求”。

同时，为了保证在天气恶劣的情况下继续作业，研发团队与潜水作业队伍共同提出，利用净水隔离带的方式保证水下能见度。

这一方案的落地，让水下采油树的研制迈出关键的第一步，这棵“树”有了粗壮的“树干”。

以此为基础，研发团队对采油树总计1358个零部件进行了“量体裁衣”式的精准设计，在满足需求的前提下，最大程度实现了经济性。

海上测试解难题

方案确定，图纸绘好，接下来要做的是确保每一个零部件达到要求。

受疫情影响，项目实施进展比原计划滞后两个月。为保证项目进度，中海油研究总院工程师张会增半年多坚守生产制造一线，严格把控产品质量和进度。

在水下井口系统制造过程中，张会增带领团队反复确认浅水水下井口衔接套管使用的管材型号，同设计方、独立第三方审核机构多次沟通。最终，团队确定选材满足渤海“百年一遇”的极端工况，保证研发设备在全寿命周期使用过程中安全可靠。

分秒必争，和时间赛跑，仅历时13个月，研发团队就完成了整套采油树系统的设计和加工制造。

产品还必须通过各项模拟测试，以验证可靠性和功能性。这个过程也并非一帆风顺。全程跟踪测试流程的中海油研究总院工程师王彬回忆：“经常焦虑到失眠。”

在工厂水池测试过程中，研究人员发现，回收后，油管挂上的2个密封圈脱落，其中一个发生断裂，且断裂处有些许不完整。

“这个问题出现在这个阶段，简直是灾难性的。”王彬说，如果解决不了，很可能前期工作都要作废。

到底是哪里出问题了?王彬没有给自己太多慌乱的时间。他迅速冷静下来，协调各方开展详细对比论证，驻厂分析设计图纸与测试作业过程中的问题。

“综合检查解析后，我们确定原因是在起出油管挂或树帽的时候，密封圈下部的密封腔体与外界不连通，导致水锁和憋压现象。”王彬说。

他带领团队立即重新制定测试计划，通过补充平衡压力的方式顺利完成回收操作，总结出一套适用于实际安装操作的方法，“惊险”过关。

就这样一个难关一个难关地闯，3年来，研发团队制作图纸1264份、编制技术规范450份，整合国内外100余家供应链，完成国产化浅水水下采油树系统的设计、加工、组装和测试工作，攻克了浅水水下生产系统技术难题。

“我国首套国产化浅水水下采油树系统的成功研发，不仅解决了渤海油气开发的难题，还可为国内外其他海域同类型油气田的开发提供新的解决方案。”中海油研究总院院长米立军告诉科技日报记者，“这一自主创新，对提高能源自给率、保障国家能源安全，具有十分重要的意义。”

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