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        不壓井起下作業(yè)裝置在海上邊際油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用介紹

        2012-06-07 01:30:24晏紹枝喻貴民馬巍巍
        船舶 2012年3期
        關(guān)鍵詞:鉆柱修井邊際

        晏紹枝 喻貴民 馬巍巍

        (1.中海油田服務(wù)股份有限公司 燕郊065201;

        2.中海油研究總院 北京 100027)

        0 引 言

        邊際油田是指經(jīng)濟(jì)上處于邊緣的油田。它是對(duì)油田開(kāi)發(fā)決策時(shí)引入的一個(gè)概念,是指利用現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)開(kāi)發(fā)油田時(shí),內(nèi)部收益率低于行業(yè)基準(zhǔn)收益率,但大于行業(yè)成本折現(xiàn)率的油田。目前開(kāi)發(fā)海上油田普遍采用固定式平臺(tái)加鉆修機(jī)的模式,但這一常規(guī)生產(chǎn)模式在開(kāi)發(fā)邊際油田時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題是:由于鉆修機(jī)重量和場(chǎng)地的要求,使得固定平臺(tái)本身設(shè)計(jì)過(guò)大,從而使設(shè)計(jì)建造、工程施工及后期維護(hù)費(fèi)用非常高。本文介紹的這種不壓井起下作業(yè)裝置(Snubbing裝置),可有效實(shí)現(xiàn)平臺(tái)簡(jiǎn)化,降低工程項(xiàng)目前期成本。

        1 應(yīng)用前景

        我國(guó)沿海邊際油田儲(chǔ)量豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì),渤海灣三級(jí)儲(chǔ)量1 500萬(wàn)m3以下的共探明10 188萬(wàn)m3、控制 12 914萬(wàn) m3、預(yù)測(cè)共 20 361萬(wàn) m3、合計(jì)43 463萬(wàn)m3。按照10%的采收率,可采儲(chǔ)量也相當(dāng)可觀。因此,如何合理降低成本、有效開(kāi)發(fā)這些邊際油田將具有非常重要的意義。

        目前渤海灣油田建設(shè)時(shí),普遍采用固定平臺(tái)的方式(即導(dǎo)管架加鉆修機(jī)),見(jiàn)圖1。由于傳統(tǒng)鉆修機(jī)重量大、占地面積寬、整體重心高,因此對(duì)于固定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)提出了更大、更強(qiáng)的要求。不僅前期設(shè)計(jì)建造固定平臺(tái)的成本高,在安裝鉆修機(jī)時(shí)需要使用海上浮吊的費(fèi)用也非常昂貴。鉆修機(jī)安裝于平臺(tái)后,由于通常其利用率很低,擱置維護(hù)的成本就非常高。因此,采用簡(jiǎn)單的鉆修井裝置替代傳統(tǒng)的鉆修井機(jī),將具有良好的應(yīng)用前景。

        圖1 傳統(tǒng)固定平臺(tái)加鉆修機(jī)模式

        2 Snubbing裝置介紹

        Snubbing裝置主要用于承壓條件下通過(guò)彈性密封裝置下入或起出管子,或非承壓條件下入或起出管子,見(jiàn)圖2。

        很多邊際油田所設(shè)的小生產(chǎn)平臺(tái),無(wú)法使用常規(guī)修井機(jī),而使用移動(dòng)式鉆井平臺(tái)修井,則作業(yè)成本過(guò)高,但使用不壓井起下作業(yè)裝置卻可以大大節(jié)省費(fèi)用。

        圖2 Snubbing裝置作業(yè)布置圖

        Snubbing的概念最早起源于1928年的美國(guó)。當(dāng)時(shí)人們使用傳統(tǒng)鉆修機(jī)配合鋼絲繩、滑輪施加作用于井內(nèi)的壓力,不僅費(fèi)時(shí),還引發(fā)了大量災(zāi)難。1960年,人們發(fā)明了用于snubbing的液壓升降裝置,它的安全、高效使得Snubbing作業(yè)越來(lái)越廣泛。1980年,緊湊型的Snubbing作業(yè)卡車研制成功,廣泛應(yīng)用于陸地油田。隨著海洋石油的開(kāi)發(fā),Snubbing作業(yè)也越來(lái)越廣泛應(yīng)用于海上邊際油田。

        不壓井起下作業(yè)裝置通常與不壓井防噴器配套使用。作業(yè)時(shí),先關(guān)閉一個(gè)環(huán)形防噴器,密封鉆柱周圍以保持井內(nèi)壓力。不壓井起下作業(yè)裝置通過(guò)一個(gè)固定卡瓦和一個(gè)移動(dòng)卡瓦交替工作,使鉆柱進(jìn)入或提出井內(nèi)。

        2.1 主要功能

        Snubbing裝置主要用于:

        (1)處理管柱作業(yè);

        (2)生產(chǎn)井的清除瀝青、石蠟等作業(yè);

        (3)使用單根或雙根進(jìn)行完井作業(yè);

        (4)高壓修井作業(yè);

        (5)下橋塞或其他井下工具作業(yè);

        (6)氮?dú)馀菽淳鳂I(yè);

        (7)安裝防砂篩網(wǎng)作業(yè);

        (8)進(jìn)行酸化作業(yè);

        (9)打撈井下工具作業(yè);

        (10)井下工具研磨作業(yè);

        (11)欠平衡鉆井作業(yè);

        (12)井控和再進(jìn)入井內(nèi)作業(yè);

        (13)進(jìn)行射孔作業(yè);

        (14)當(dāng)連續(xù)油管尺寸不夠時(shí),可以配合使有鉆柱進(jìn)行作業(yè)。

        2.2優(yōu)點(diǎn)

        Snubbing裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):

        (1)可以進(jìn)行欠平衡作業(yè);

        (2)減少使用傳統(tǒng)泥漿的成本;

        (3)避免了泥漿體系對(duì)油層污染;

        (4)同連續(xù)油管作業(yè)相比,在欠平衡情況下可以旋轉(zhuǎn)井底鉆柱;

        (5)某些情況下不用停產(chǎn)仍可進(jìn)行不壓井作業(yè);

        (6)減少修井作業(yè)后回復(fù)生產(chǎn)作業(yè)的時(shí)間;

        (7)相對(duì)傳統(tǒng)鉆修機(jī)提升能力更強(qiáng);

        (8)占用甲板空間??;

        (9)可以改變平臺(tái)建造的模式,大大節(jié)省工程建設(shè)費(fèi)用,減少前期投資。

        3 Snubbing 作業(yè)形式[1-5]

        Snubbing通常有以下四種作業(yè)形式:(1)鋼絲繩式(傳統(tǒng)鉆修機(jī)協(xié)助);(2) 液壓鉆修機(jī)輔助式;(3)長(zhǎng)沖程式;(4)獨(dú)立升降式。

        3.1 鋼絲繩式(傳統(tǒng)鉆修機(jī)協(xié)助)

        鋼絲繩式Snubbing裝置(見(jiàn)圖3)通常配合鉆修機(jī)使用,利用游動(dòng)滑車、鋼絲繩、滑輪組及平衡重配合對(duì)管柱產(chǎn)生進(jìn)入井內(nèi)的作用力。在井筒承壓的情況下與其他常規(guī)作業(yè)機(jī)或鉆機(jī)配合工作,在不壓井的情況下起下鉆桿或油管,同時(shí)能夠保障全體現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全。該形式為最早的不壓井起下作業(yè)裝置,目前已基本上被液壓設(shè)備來(lái)代替,只是在少數(shù)由于空間原因不能使用液壓裝置的地方還偶爾使用。

        圖3 鋼絲繩式Snubbing裝置

        該形式的優(yōu)點(diǎn)為:

        (1)較其他形式的裝置更為經(jīng)濟(jì);

        (2)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,設(shè)備安裝時(shí)間短;

        (3)占地面積小,適宜安裝在緊湊空間或平臺(tái);

        (4)可以處理較大的管柱;

        (5)可以產(chǎn)生較大的進(jìn)入壓力;

        (6)行程最大可達(dá)到12 m。

        該形式的缺點(diǎn)為:

        (1)BOP組的尺寸通常受限于鉆修機(jī)的尺寸;

        (2)大的行程時(shí)較難安裝導(dǎo)向鋼絲繩;

        (3)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)系統(tǒng);

        (4)只能強(qiáng)下,不能強(qiáng)起;

        (5)不壓井起下作業(yè)裝置與鉆修機(jī)的界面需要進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)。

        3.2 液壓鉆修機(jī)輔助式

        液壓鉆修機(jī)輔助式snubbing裝置(見(jiàn)圖4)采用液缸及液壓系統(tǒng)代替游動(dòng)滑車、鋼絲繩、滑輪組及平衡重來(lái)對(duì)管柱產(chǎn)生進(jìn)出井內(nèi)的作用力,需由液壓鉆修機(jī)配合使用。

        圖4 液壓鉆修機(jī)輔助式Snubbing裝置

        當(dāng)下部有較強(qiáng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí),該形式使用最為普遍。目前該形式的不壓井起下作業(yè)裝置在加拿大得到了廣泛應(yīng)用,在美國(guó)及其他各地應(yīng)用也越來(lái)越多。

        該形式的優(yōu)點(diǎn)為:

        (1) 設(shè)備安裝時(shí)間很短(通常 1~2 h);

        (2)同其他形式相比,鉆柱起下時(shí)間短;

        (3)在鉆修機(jī)井架內(nèi)部還有能力進(jìn)行排管;

        (4)移動(dòng)性能強(qiáng);

        (5)在欠平衡作業(yè)式可以旋轉(zhuǎn)鉆柱;

        (6)由于模塊化設(shè)計(jì),故可在需要時(shí)安裝使用,當(dāng)油田開(kāi)發(fā)一個(gè)長(zhǎng)的項(xiàng)目時(shí),可以有效節(jié)省成本。

        該形式的缺點(diǎn)為:

        (1)需要依靠鉆修機(jī)進(jìn)行作業(yè);

        (2)不壓井起下作業(yè)裝置與鉆修機(jī)的界面需要進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn);

        (3)BOP組的尺寸通常受限于鉆修機(jī)的尺寸。

        3.3 長(zhǎng)沖程式

        長(zhǎng)沖程式Snubbing裝置(見(jiàn)圖5)利用自帶的動(dòng)力裝置、起升裝置及可伸縮井架來(lái)配合Snubbing裝置進(jìn)行作業(yè)。該形式的不壓井起下作業(yè)裝置適合于井內(nèi)壓力較小的情況,此時(shí)作業(yè)不需要復(fù)雜的防噴器組,快速起下鉆柱是它的最大優(yōu)點(diǎn)。

        圖5 長(zhǎng)沖程式Snubbing裝置

        該形式的優(yōu)點(diǎn):

        (1)11 m長(zhǎng)的行程更易處理井下動(dòng)力鉆柱;

        (2)在游動(dòng)端通常有鉆柱旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置;

        (3)由于行程長(zhǎng),起下鉆柱時(shí)間更短;

        (4)鉆柱重量根據(jù)設(shè)計(jì)在地面上或井口頭上;

        (5)作業(yè)人員相比自升降裝置更接近地面,遇緊急情況更易于逃生;

        (6)可以作為液壓修井機(jī)替代常規(guī)修井機(jī)。該形式的缺點(diǎn):

        (1)安裝復(fù)雜防噴器的空間受限;

        (2)導(dǎo)向管系統(tǒng)安裝較為困難;

        (3)設(shè)備尺寸大,需要安裝空間大。

        3.4 獨(dú)立升降式

        圖6 自帶液壓式Snubbing裝置

        獨(dú)立升降式Snubbing裝置(見(jiàn)圖6)無(wú)需鉆修機(jī)配合,通常自帶一套液壓系統(tǒng),并配備相應(yīng)起下裝置。該裝置和不壓井防噴器可以整體安裝于井口之上。該形式的不壓井起下作業(yè)裝置可以根據(jù)需要進(jìn)行多種形式的應(yīng)用,提升能力從36 287~272 155 kg不等。

        該形式的優(yōu)點(diǎn):

        (1)由于安裝位置很高,可以與各種復(fù)雜形式的防噴器進(jìn)行配套使用;

        (2)提升能力強(qiáng);

        (3)Snub能力強(qiáng);

        (4)比傳統(tǒng)鉆修機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊;

        (5)具有較大的旋轉(zhuǎn)扭矩;

        (6)導(dǎo)向管系統(tǒng)更容易安裝。

        該形式的缺點(diǎn):

        (1)起下管柱速度相對(duì)慢;

        (2)設(shè)備安裝、拆除時(shí)需要吊車配合;

        (3)通常情況下,管柱需要以單根形式水平排放;

        (4)不管是否存在表層壓力,該裝置在整個(gè)作業(yè)程序中必須一致處于可用狀態(tài);

        (5)日使用費(fèi)相對(duì)較高。

        4 Snubbing 裝置的使用情況[6]

        Snubbing裝置在北美洲使用較多,其使用情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

        表1 Snubbing裝置的使用情況

        油公司在鉆井、完井或修井時(shí)選擇使用Snubbing裝置需要考慮很多因素。如使用傳統(tǒng)方法油層是否容易受到破壞,Snubbing裝置形式、尺寸和壓力等級(jí)的選擇,地面設(shè)備和井下設(shè)備能否滿足井內(nèi)參數(shù)的要求,輔助設(shè)備如防噴器、分離器、泥漿泵、鋼絲作業(yè)裝置的配套要求,井下鉆柱組合及地面工具的配套要求,Snubbing裝置是否比諸如連續(xù)油管等其他技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)。不過(guò),最重要的是它能減小對(duì)油層的破壞。雖然有時(shí)使用Snubbing裝置比使用傳統(tǒng)鉆修機(jī)成本更高,但從油田的長(zhǎng)遠(yuǎn)開(kāi)發(fā)收益來(lái)看將更有利。

        5 應(yīng)用實(shí)例

        渤海邊際油田的特點(diǎn)是油田規(guī)模小、儲(chǔ)量少、產(chǎn)量相對(duì)較低,油田生產(chǎn)期短,按照常規(guī)技術(shù)和設(shè)備開(kāi)發(fā)則生產(chǎn)效率與投資回報(bào)率低。此外,渤海灣油田井內(nèi)壓力通常較低,不能自噴。根據(jù)這些特點(diǎn),建議渤海邊際油田的開(kāi)發(fā)可采用簡(jiǎn)易平臺(tái)配套Snubbing裝置結(jié)合多功能鉆井平臺(tái)聯(lián)合作業(yè)的方式,見(jiàn)圖7。

        圖7 Snubbing裝置結(jié)合多功能平臺(tái)作業(yè)

        多功能鉆井平臺(tái)具有自航能力。它移動(dòng)靈活,甲板面積大,起吊能力強(qiáng)且有較大的生活區(qū)。目前中海油服已建造兩條多功能鉆井平臺(tái)。以多功能鉆井平臺(tái)作為一個(gè)移動(dòng)載體,搭載Snubbing裝置進(jìn)行作業(yè),簡(jiǎn)易平臺(tái)可以不設(shè)生活區(qū)、不設(shè)鉆修機(jī)模塊,因此,平臺(tái)結(jié)構(gòu)和重量將大幅減輕,前期各種費(fèi)用將大幅縮減,后期維護(hù)費(fèi)用更幾乎完全省去。由于邊際油田一個(gè)平臺(tái)井口少,修井作業(yè)需要設(shè)備移動(dòng)性強(qiáng),那么采用該聯(lián)合作業(yè)方式將非常理想。

        由此可見(jiàn),自帶液壓裝置的Snubbing裝置更適合今后在邊際油田的開(kāi)發(fā)中使用。在作業(yè)時(shí),Snubbing裝置和防噴器可以安裝在井口頭上,液壓裝置等地面設(shè)備都可以放在多功能鉆井平臺(tái)甲板上。由于井口平臺(tái)面積小,起下管柱的排放也需要放在多功能鉆井平臺(tái)的主甲板上。其他幾種形式的Snubbing裝置在早期開(kāi)發(fā)的平臺(tái)上也可以應(yīng)用。

        6 結(jié) 論

        Snubbing裝置在海上邊際油田有著很好的應(yīng)用前景,其能有效減少油田項(xiàng)目前期投資和后期維護(hù)成本。因此,選擇這一模式需要在油田開(kāi)發(fā)的ODP報(bào)告階段做起。相信這一技術(shù)投入使用后,隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)的日漸成熟,必將為海洋石油邊際油田的開(kāi)發(fā)帶來(lái)巨大的貢獻(xiàn)。

        [1]趙建國(guó),李友軍,陳蘭明,等.不壓井作業(yè)設(shè)備引進(jìn)技術(shù)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2004(6):104-107.

        [2]黃小兵,劉清友,王德玉.淺析我國(guó)不壓井裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2004(B8):19-21.

        [3]裴峻峰,蘇愛(ài)明.值得發(fā)展和開(kāi)發(fā)的石油機(jī)械產(chǎn)品[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2003(2):4-5.

        [4]唐一心.不壓井起下鉆裝置及工藝技術(shù)[J].鉆采工藝,1995(1):56-58.

        [5]王勛弟.不壓井作業(yè)設(shè)備[J].國(guó)外石油機(jī)械, 1997(2):22-26.

        [6]王方飛,李金祥,何應(yīng)春,等.液壓不壓井修井機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油機(jī)械,1997(5):49-52.

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