一、發(fā)展現(xiàn)狀

1、國外市場格局

    國際上，水下采油樹的關(guān)鍵技術(shù)和九成以上的市場被美國的FMC、Cameron、GE、挪威Aker Solutions等廠商所壟斷，水下采油樹的設(shè)計研發(fā)已經(jīng)成熟。

    從國外采油樹發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，采油樹結(jié)構(gòu)形式模塊化，控制系統(tǒng)智能化，制造一體化，測試集成化，正成為采油樹的發(fā)展趨勢。采油樹安裝工具所適合的管徑尺寸范圍在變大，即同一種安裝工具通過接頭改變下放更多部件；采油樹的結(jié)構(gòu)變得更為簡單，材料耐腐蝕性變得更好，經(jīng)濟(jì)性變得更優(yōu)；采油樹下放安裝工具變得更為簡單，下放安裝測試的速度變得更快；采油樹的密封性能變得更可靠，密封件的壽命變得更長，更換密封件變得更便捷；采油樹向著智能化、自主運行方向發(fā)展；采油樹可適應(yīng)水深更深、介質(zhì)成分更復(fù)雜的環(huán)境；采油樹能適應(yīng)高溫高壓的使用工況。

2、國內(nèi)市場格局

    在國內(nèi)，由于國外公司技術(shù)壟斷和專利保護(hù)等原因，加之水下采油樹的研究工作本身就是一個跨學(xué)科的系統(tǒng)化工程，我國在水下采油樹的產(chǎn)品研發(fā)方面尚處于起步階段。國內(nèi)涉足水下采油樹的公司有寶雞石油機(jī)械廠、上海神開、江蘇金石、重慶前衛(wèi)及江鉆股份等公司。其中寶雞石油機(jī)械廠和上海神開都尚在樣機(jī)試驗階段，還沒有商業(yè)化的生產(chǎn)。

2010年，江蘇金石集團(tuán)與美國Argus公司在中國市場推出了國內(nèi)首個AZ-10型中心孔式水下采油樹，該水下采油樹屬于單孔立式采油樹，水下采油樹的重量不到25噸，需要5件安裝工具，整體組合簡單，體積小，可靠性、靈活性高，安裝簡捷。AZ-10水下采油樹應(yīng)用于邊際油田氣田的小型井口。AZ-10型中心孔式水下采油樹的設(shè)計參數(shù)符合API 6A、17D以及NACE MR0175設(shè)計規(guī)范。

AZ-10的結(jié)構(gòu)特點如下：油管懸掛器密封在傳統(tǒng)的套管內(nèi)而不是井口內(nèi)，具有極大的靈活性，減少了油管懸掛器上的負(fù)荷壓力，同時保持生產(chǎn)油管與井下的同心效果，易于鉆臺起重機(jī)快速、簡單起吊，支持引導(dǎo)繩和無引導(dǎo)繩操作。

2009年至2011年針對流花4-1油田，Kingdream（江鉆股份）與中國石油大學(xué)（北京）合作共同開發(fā)電潛泵采油的臥式采油樹，水深300米。

2013年，國家發(fā)改委開始啟動水下采油樹的研發(fā)，由重慶前衛(wèi)、中國海洋石油總公司等共同研發(fā)并產(chǎn)業(yè)化。同年，應(yīng)國家工信部要求，開始研制水下立式采油樹和水下立式采油樹配套工具，分別由重慶前衛(wèi)、中國海洋石油總公司、中國石油大學(xué)（北京）和中石油寶雞石油機(jī)械公司共同研制。

2014年，上海神開制造出水下采油樹樣機(jī)，并開始初步測試。

目前，中海油正在淺水采油樹工程示范項目中計劃首次將國產(chǎn)淺水采油樹工程應(yīng)用，計劃目標(biāo)油田水深40米，樣機(jī)加工制造單位為山東科瑞集團(tuán)下的威飛海洋工程公司，計劃投產(chǎn)時間為2022年。

總體而言，我國水下采油樹的發(fā)展仍處于研制和測試階段，目前未見有國產(chǎn)水下采油樹海上油氣田實際用例的報道。

二、關(guān)鍵技術(shù)

   1、控制技術(shù)

水下采油樹控制系統(tǒng)是保障水下生產(chǎn)安全運行的關(guān)鍵，目前得到廣泛應(yīng)用的是復(fù)合電液控制系統(tǒng)，由水下控制模塊（SCM）、電力/液壓及信號傳輸系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，其核心是水下控制模塊。

水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)先后經(jīng)歷了直接液壓控制、先導(dǎo)液壓控制、順序液壓控制、先導(dǎo)電液控制、復(fù)合電液控制和正在發(fā)展的深水全電控制系統(tǒng)與水下自治控制系統(tǒng)。

2、密封技術(shù)

在水下采油樹裝置中，密封部分占據(jù)著舉足輕重的地位。采油樹內(nèi)部環(huán)境比較惡劣，如高溫、高壓及強(qiáng)腐蝕，因而對密封的設(shè)計提出了很高的要求。一旦密封失效，不僅會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會污染環(huán)境，甚至釀成重大事故。

在采油樹上安裝有各類閥門，閥門上密封的密封性能是衡量閥門質(zhì)量的一個重要技術(shù)指標(biāo)。2007年Curt Miller統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)閥門的主要失效形式是密封面磨損、盤根失效及閥桿斷裂。所以，密封的壽命決定著閥門的壽命。

采油樹中油管頭、內(nèi)部采油樹帽、阻塞器及井口連接裝置等處的密封往往決定著整個井口裝置的施工、工作的成敗，一旦密封失效產(chǎn)生泄漏，輕則停工搶修，甚至造成嚴(yán)重的事故。

3、關(guān)鍵零部件技術(shù)

水下生產(chǎn)裝備設(shè)計制造是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，跨專業(yè)、跨學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域多、難度大。有些關(guān)鍵零部件仍然需要整體購買國外的現(xiàn)成產(chǎn)品。

如，水下閘閥和節(jié)流閥是水下采油樹的關(guān)鍵組成部件。作為流體管路的控制裝置，技術(shù)含量高，其性能直接關(guān)系到水下采油樹的可靠性和安全性，水下閘閥的基本功能是接通或切斷管路介質(zhì)通道，水下節(jié)流閥的基本功能是控制和調(diào)節(jié)產(chǎn)出油氣的流量和壓力。國外現(xiàn)有水下閥技術(shù)較成熟，國內(nèi)已有部分閥門廠家開始進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，但目前未見成熟產(chǎn)品實際應(yīng)用于工程項目。

4、防腐技術(shù)

水下采油生產(chǎn)系統(tǒng)的防腐，包括表面處理和犧牲陽極技術(shù)。

表面處理的方式包括防腐內(nèi)外涂層、鍍層等。防腐蝕內(nèi)涂層可以有效地防止管道的內(nèi)腐蝕，具有優(yōu)良的耐蝕性和耐磨性能?？紤]到水下操作及監(jiān)測困難，水下采油樹外部防腐采用犧牲陽極，設(shè)計壽命至少應(yīng)在20年以上。

5、試驗分析

海水的特殊環(huán)境，如海水的腐蝕以及伴隨海水深度增加的環(huán)境壓力，對于水下采油樹，尤其是水下閥門的承壓性能、耐腐蝕性能、密封性能、動作性能、使用壽命及維護(hù)周期都有著較高的要求。對組成水下采油樹的各個功能部件，通過環(huán)境分析、力學(xué)分析、溫度分析、故障樹分析和性能試驗等方法，研究深水條件下該類部件的運作可靠性和失效機(jī)理，提高水下采油樹的可靠性。

我國當(dāng)前試驗配套條件嚴(yán)重不足，不僅必要的實驗室模擬分析和地面單元試驗測試條件有限，而且最關(guān)鍵的是沒有用于從事海試試驗的基地，使得產(chǎn)品性能得不到有效驗證，從而使許多研究成果只能停留在文字或紙面上，難以形成產(chǎn)業(yè)。