李志剛，霍宏博，李金蔓，蔡德軍，吳文兵，雷云軍

1.中國(guó)石油海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部，天津 300028

2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459

海上探井、生產(chǎn)井井口遭受嚴(yán)重外部荷載作用（如船只碰撞、冰災(zāi)、風(fēng)浪等）有可能造成隔水導(dǎo)管傾覆[1]，此類井存在井噴、溢油風(fēng)險(xiǎn)，可能對(duì)海洋環(huán)境和安全造成災(zāi)難性影響[2-5]。發(fā)生隔水導(dǎo)管傾覆事故時(shí)需要重建井口，形成控制井內(nèi)油氣溢流的條件之后，再對(duì)隔水管傾覆井進(jìn)行棄置。常規(guī)海上油氣井棄置工作已非常復(fù)雜[6-8]，傾覆井口棄置的安全風(fēng)險(xiǎn)和施工難度更高[4]，且對(duì)其處理手段較少，經(jīng)驗(yàn)缺乏。本研究將用作海洋工程筒形基礎(chǔ)的吸力錨進(jìn)行改造，用于拆除傾覆隔水導(dǎo)管的隔水屏障，為井口重建提供人員操作空間，以實(shí)現(xiàn)傾覆隔水導(dǎo)管拆除。通過分析筒型基礎(chǔ)插入海底的深度與其在風(fēng)、浪、流下的穩(wěn)定性，論證了其應(yīng)用于渤海傾覆隔水導(dǎo)管拆除的可行性，形成一套利用吸力錨拆除傾覆隔水井口的新技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施階段通過浮吊、鉆井平臺(tái)配合作業(yè)，完成井口重建、隔水導(dǎo)管切割等高難度作業(yè)，成功實(shí)現(xiàn)了井口傾覆井的棄置。實(shí)踐證明，該技術(shù)解決了安全隱患，為傾覆隔水導(dǎo)管拆除作業(yè)提供了安全保障。

1 吸力錨用于水下傾覆井口重建

吸力錨于上世紀(jì)80年代初開始在海洋工程中應(yīng)用[9-10]，一般應(yīng)用于海洋筒型基礎(chǔ)平臺(tái)。若發(fā)生淺海隔水導(dǎo)管傾覆、井口變形，需對(duì)井口進(jìn)行修復(fù)后回接生產(chǎn)套管，安裝防噴器使地層流體上竄可控。此情況下可將吸力錨覆蓋在倒伏井口折斷處，并插入海底可阻隔海水，便于操作人員進(jìn)入吸力錨內(nèi)進(jìn)行井口修復(fù)和生產(chǎn)套管回接作業(yè)，也可降低流體上涌污染海洋環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

吸力錨應(yīng)用于傾覆井口棄置時(shí)，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造：在頂部安裝人孔和護(hù)欄，在筒壁安裝爬梯，提供人員進(jìn)出通道；安裝吊裝艙口蓋，便于井口回接設(shè)備、井口修復(fù)設(shè)備下入等，見圖1。

圖1 吸力錨改造效果示意

施放吸力錨前，需測(cè)試井筒內(nèi)壓力，并計(jì)算出壓井液密度[11]，用壓井液壓穩(wěn)地層流體，以保證作業(yè)期間井筒壓力穩(wěn)定。

1.1 吸力錨穩(wěn)定性分析

潛水員引導(dǎo)浮吊完成吸力錨安裝，吸力錨憑自重插入海底泥面。淺海海底一般為淤泥、黏土、粉砂及砂泥混層等，海底淺層土質(zhì)成巖性差，吸力錨靠自重插入可節(jié)省打樁等工程投資，且方便后期拆除。工作中的吸力錨受力由4部分組成，見圖2。

圖2 吸力錨受力示意

當(dāng)吸力錨側(cè)壁摩擦力Nf、底部阻力N阻與海水對(duì)吸力錨浮力N浮之和與吸力錨自重N重（各種力的計(jì)量單位：kN）相等時(shí)，吸力錨能夠保持穩(wěn)定。

吸力錨內(nèi)外筒的摩擦阻力為：

式中：h為吸力錨入泥深度，m；D為吸力錨直徑，m；δ為吸力錨壁厚，m；f為吸力錨側(cè)壁單位面積摩擦力（根據(jù)海底土壤性質(zhì)，f采用API方法和λ方法計(jì)算[12]），kN/m2。

海水浮力為：

式中：ρ海為海水密度，t/m3；L為海水深度，m。

海底土對(duì)吸力錨的阻力通過下式計(jì)算：

式中：τ為海底土抗剪強(qiáng)度，MPa；c為海底土內(nèi)黏聚力，MPa；φ為海底土內(nèi)摩擦角，（°）。

不同海域海底土壤特性不同，根據(jù)海底土壤參數(shù)計(jì)算地層承載力和吸力錨插入深度。

吸力錨長(zhǎng)度由海水深度、潮高和浪高確定，吸力錨插入海底后，人孔蓋和吊裝艙口蓋所在平面需高于最高潮位時(shí)的波峰高度1～2 m，井口重建作業(yè)工期一般小于7 d，按照十年一遇的環(huán)境條件計(jì)算潮高和風(fēng)浪。

計(jì)算出入泥深度后校核吸力錨穩(wěn)性，若吸力錨靠自重插入海底深度不能滿足環(huán)境條件下的穩(wěn)定性要求，則需通過水箱壓載來增加吸力錨插入海底深度，并應(yīng)加長(zhǎng)吸力錨長(zhǎng)度。

1.2 井口修復(fù)重建

棄井作業(yè)過程需控制井內(nèi)壓力，要將生產(chǎn)套管回接至海面以上，并在上部安裝防噴器，傾覆井口一般變形嚴(yán)重，井口需修復(fù)后再進(jìn)行回接。

用電潛泵將吸力錨內(nèi)海水排出，吸力錨內(nèi)露出海底泥面，利用高壓噴沖管道及排污泵將淤泥排出，使井口露出1.5 m，便于井口修復(fù)。折斷面一般由隔水導(dǎo)管、技術(shù)套管、生產(chǎn)套管組成，各層套管環(huán)空充填水泥塊。用爬行切割器從隔水導(dǎo)管頂部向下切割1.3 m并拆除，用強(qiáng)力電鎬破壞環(huán)空水泥塊；之后拆除技術(shù)套管并再次破壞環(huán)空水泥塊，露出最內(nèi)層技術(shù)套管[13]；切割掉技術(shù)套管變形部分，并打磨技術(shù)套管便于生產(chǎn)套管回接工具安裝。

利用生產(chǎn)套管回接卡瓦可將修整好的生產(chǎn)套管回接至海面以上，在生產(chǎn)套管上部安裝套管頭，用于安裝防噴器組?；亟涌ㄍ呤疽庖妶D3。

2 自升式鉆井船完成井筒棄置

傾覆井口重建完畢，用浮吊拆除吸力錨后復(fù)原。自升式鉆井平臺(tái)拖航至作業(yè)海域?qū)?zhǔn)井口，采用硬頂法壓井[14-15]，使井筒內(nèi)充滿高密度鉆井液，觀察井內(nèi)壓力變化，待壓力為零且無變化后安裝防噴器。

圖3 回接卡瓦示意

按照棄井規(guī)范要求[16]，在產(chǎn)層段、套管鞋座等部位，座封橋塞或注水泥塞，并試壓驗(yàn)證封固質(zhì)量。完成下部地層封隔后，在泥面以下4 m處，用磨料水射流或者水力割刀等內(nèi)切割設(shè)備割斷隔水導(dǎo)管、表層套管、技術(shù)套管和生產(chǎn)套管，并在割口處注水泥塞，復(fù)原鉆井船，棄置作業(yè)結(jié)束。

3 吸力錨拆除傾覆隔水導(dǎo)管實(shí)施案例

XX井是一口海上探井，所在區(qū)域海水深度16 m，采取臨時(shí)棄井方式保留井口，井筒通過橋塞封隔，不符合永久棄置規(guī)范。海冰災(zāi)害使隔水導(dǎo)管所受外力超過其強(qiáng)度范圍[17-18]，造成井口傾覆。經(jīng)潛水員探摸，隔水管泥面以上25 cm彎折，傾覆于海底。直徑30 in（1 in=25.4 mm）隔水管90%斷裂，直徑13-3/8 in表層套管擠扁，但無裂痕，采油樹部分陷入海底淤泥，亟待棄置。

XX井直徑30 in隔水管斷裂，直徑13-3/8 in套管雖目測(cè)無漏點(diǎn)，但其強(qiáng)度無法預(yù)估，棄井作業(yè)前需進(jìn)行井口重建，安裝井控裝置，防止地層流體上竄。潛水員在隔水導(dǎo)管頂部穿鋼絲繩，引導(dǎo)浮吊將倒伏井口吊出水面，見圖4（a），通過擠注壓控制井筒內(nèi)壓力，拆除折斷隔水導(dǎo)管后，用吸力錨覆蓋井口，如圖4（b）所示，吸力錨長(zhǎng)度24 m，壁厚1 in，外徑3.2 m。

該海域地質(zhì)條件下，吸力錨靠自重可入泥5 m，見圖5。據(jù)此圖可計(jì)算吸力錨在自重下的入泥深度以及達(dá)到所需深度需要施加的額外壓載力。

根據(jù)SACS軟件模擬，吸力錨靠自重下入泥深度下可滿足十年一遇風(fēng)浪流條件下的穩(wěn)定性要求，最大的應(yīng)力位于吸力錨的底端，UC值為0.2，可滿足桿件強(qiáng)度要求，UC值云圖見圖6。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)施工照片

圖5 吸力錨靠自重的入泥深度

圖6 吸力錨穩(wěn)定性校核

吸力錨插入海底并穩(wěn)定后，將其內(nèi)部海水排干，發(fā)現(xiàn)井口變形嚴(yán)重，見圖7（a），采用自爬行切割工具，見圖7（b），對(duì)傾覆隔水導(dǎo)管及內(nèi)層套管進(jìn)行切割修復(fù)，使各層套管割口整齊。

采用卡瓦懸掛器將生產(chǎn)套管回接至海面，在井口上部安裝法蘭及套管頭，并在套管頭安裝盲法蘭。拆除吸力錨，浮吊復(fù)原，自升式鉆井船拖航就位，拆除盲法蘭安裝防噴器，確保控制地層壓力后完成井下封隔和井口切除，施工結(jié)束。采用吸力錨回接井口施工過程和工期見表1。

圖7 變形井口切割修復(fù)

表1 隔水導(dǎo)管拆除施工過程

4 結(jié)束語

應(yīng)用吸力錨拆除傾覆隔水導(dǎo)管技術(shù)在渤海得到了很好的應(yīng)用，有效解決了安全隱患，并在保證作業(yè)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)了縮短作業(yè)工期的目標(biāo)，達(dá)到了真正意義上的降本增效，該案例實(shí)施對(duì)類似安全隱患處理有較好指導(dǎo)作用和借鑒意義。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，對(duì)傾覆隔水導(dǎo)管拆除工作提出以下建議：

（1）作業(yè)前對(duì)吸力錨入泥深度和穩(wěn)性進(jìn)行分析非常重要，如果不能夠滿足穩(wěn)性要求，必須通過施加額外載荷來增加吸力錨入泥深度。

（2）作業(yè)期間，若潮水超過人孔蓋高度，在漲潮前人員必須離開吸力錨。

（3）根據(jù)水位變化，開啟吸力錨內(nèi)排污泵，以降低錨內(nèi)水位，方便人員操作。

（4）吸力錨設(shè)計(jì)需考慮拔出難度，若作業(yè)區(qū)域入泥較深，可考慮增加噴沖系統(tǒng)。