王 星

(中海油能源發(fā)展工程技術(shù)深水鉆采技術(shù)公司，深圳 518067)

0 引 言

深水油氣勘探開(kāi)發(fā)除了要掌握深水鉆完采相關(guān)工藝技術(shù)外，與之配套的海洋工程裝備同樣不可或缺。以往我國(guó)深海油氣田主要采取對(duì)外聯(lián)合作業(yè)的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)高價(jià)租賃如Halliburton、 Expro、 Schlumberger等外國(guó)公司深水設(shè)備及雇傭人員提供技術(shù)服務(wù)，如早期南海東部的合營(yíng)荔灣3-1深海氣田和正在開(kāi)發(fā)建設(shè)的南海西部自營(yíng)陵水17-2深海氣田，國(guó)外的這種技術(shù)加設(shè)備的服務(wù)模式以及核心技術(shù)“封鎖”嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)海洋油氣裝備發(fā)展，導(dǎo)致低油價(jià)形勢(shì)下國(guó)內(nèi)深水油氣田開(kāi)發(fā)成本劇增，貿(mào)易戰(zhàn)的不確定性更是加大了深水油氣田的勘探開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。深水完井作為深水油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用浮式平臺(tái)開(kāi)展上部完井作業(yè)時(shí)必須考慮在發(fā)生緊急情況下，譬如水下管柱損壞或泄漏，臺(tái)風(fēng)、內(nèi)波流及動(dòng)力失效等引起平臺(tái)偏移過(guò)大時(shí)，需要在解脫水下BOP組之前快速解脫水下采油樹(shù)油管掛的送入管柱[1-2]。隨著我國(guó)深水油氣田開(kāi)發(fā)步伐的不斷加快，作為上部完井作業(yè)中至關(guān)重要的安全應(yīng)急響應(yīng)裝備，深水油管掛送入管柱的使用將會(huì)愈加廣泛，然而其中核心工具所涉及的水下電磁閥、可插拔濕電接頭、精密金屬配件涂層、大尺寸密封及剪切球閥、小尺寸長(zhǎng)通道沖孔及配套控制軟件等關(guān)鍵技術(shù)和裝備國(guó)內(nèi)目前尚未有效攻克。

因此，大力開(kāi)展深水電液控油管掛送入管柱“卡脖子”技術(shù)的研究與裝備制造勢(shì)在必行。鑒于國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，研究及操作人員對(duì)管柱關(guān)鍵工具功能及技術(shù)原理等認(rèn)知不夠深入，應(yīng)急解脫與回接的邏輯順序不夠明晰，筆者結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐及國(guó)外主流產(chǎn)品理論研究與結(jié)構(gòu)分析，對(duì)電液控送入管柱所應(yīng)具備的功能、結(jié)構(gòu)組成、工具分析、管柱解脫和回接邏輯順序以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了深入分析與論述，為后續(xù)的國(guó)產(chǎn)化研究及現(xiàn)場(chǎng)安全高效應(yīng)用提供參考。

1 管柱功能及結(jié)構(gòu)組成

1.1 管柱功能

送入管柱是水下井口與地面井口之間的一段水下聯(lián)頂管串，主要功能如下： 為井下完井功能實(shí)現(xiàn)提供液壓和電氣通道；為清井返排及油氣田開(kāi)發(fā)后期的措施作業(yè)提供連接至地面流程的垂直通道及井控安全屏障；安裝或回收油管掛并執(zhí)行油管掛與水下采油樹(shù)之間的鎖緊、解鎖及管柱自身與油管掛的連接與脫手；提供泥線附近和井下化學(xué)藥劑的注入通道；惡劣天氣海況下的快速應(yīng)急關(guān)井、解脫送入管柱及實(shí)現(xiàn)解脫后安全封存管柱內(nèi)部流體，防止油氣外泄造成海洋環(huán)境污染并確保井控安全；應(yīng)急剪切管柱內(nèi)鋼絲、電纜或一定尺寸和強(qiáng)度的連續(xù)油管；水下測(cè)試樹(shù)和防噴閥的球閥關(guān)閉后可正向泵通實(shí)現(xiàn)應(yīng)急循環(huán)壓井需求；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥面附近管柱內(nèi)外的溫度及壓力，為返排期間的水合物防治提供參考[3-4]。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

完井電液控油管掛送入管柱通徑大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作及技術(shù)應(yīng)用要求較高，核心工具須根據(jù)作業(yè)水深、地層溫壓、水下防噴器組配置等綜合選配。其結(jié)構(gòu)主體組成如下： ①水下測(cè)試樹(shù)，位于水下防噴器組內(nèi)部，具有兩個(gè)可獨(dú)立操作且失效關(guān)閉的球閥，承載送入管柱系統(tǒng)解脫和回接功能，具有電纜及各類管線穿越通道，自身可實(shí)現(xiàn)化學(xué)藥劑注入、電纜及連續(xù)油管剪切。球閥上部可承壓，實(shí)現(xiàn)送入管柱試壓。具備電路控制、液路控制、環(huán)空加壓及機(jī)械旋轉(zhuǎn)等四種解脫方式[5]。②承留閥，位于剪切短節(jié)上部，球閥上部可承壓，液壓失效時(shí)球閥狀態(tài)保持不變。用于管柱解脫時(shí)封閉送入管柱內(nèi)的流體，解脫前能夠快速泄放承留閥與水下測(cè)試樹(shù)球閥之間圈閉的壓力，避免脫開(kāi)位置密封件受壓力沖擊而損壞。功能上與水下測(cè)試樹(shù)互鎖，保障管柱解脫邏輯順序。③防噴閥，位于隔水管伸縮節(jié)內(nèi)部或內(nèi)筒以下一定位置，單球雙向密封，液壓失效時(shí)球閥狀態(tài)保持不變。球閥關(guān)閉，可協(xié)助連續(xù)油管設(shè)備或鋼絲工具串井口設(shè)備拆裝以及試壓。④蓄能器模塊，位于立管控制模塊上部，由12個(gè)儲(chǔ)能瓶組成，10個(gè)用于操作水下測(cè)試樹(shù)液動(dòng)球閥，2個(gè)用于操作承留閥液動(dòng)球閥[6]。⑤立管控制模塊，位于儲(chǔ)能器模塊下部，是整個(gè)送入管柱的水下核心控制單元，用于實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)轉(zhuǎn)換。通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)水下測(cè)試樹(shù)及油管掛的快速操作，具有溫壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集及傳輸功能。包含上下兩個(gè)腔室，上部腔室由電磁閥、壓力傳感器、上下電子模塊及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，下部腔室由液動(dòng)閥組成。上、下腔室分別通過(guò)注滿絕緣液及干凈的控制液以保證電子元件絕緣和外罩內(nèi)外壓力平衡。⑥轉(zhuǎn)換接頭，用于管柱配長(zhǎng)、扣型轉(zhuǎn)換及管線穿越。⑦油管掛送入工具，用于連接及送入油管掛，結(jié)構(gòu)及功能與油管掛和水下測(cè)試樹(shù)相匹配[7-8]。

2 解脫與回接

在深水完井作業(yè)期間，如遇臺(tái)風(fēng)侵襲或者完井管柱工具損壞、送入管柱泄漏、平臺(tái)定位系統(tǒng)故障失效等復(fù)雜情況時(shí)，需要按照一定邏輯順序執(zhí)行水下測(cè)試樹(shù)和隔水管的解脫和回接程序。

(1) 解脫程序： 收到解脫指令，快速確認(rèn)水下測(cè)試樹(shù)控制面板壓力，釋放送入管柱過(guò)提懸重并下壓5 klbs；水下測(cè)試樹(shù)開(kāi)線泄壓，關(guān)閉球閥，執(zhí)行解脫動(dòng)作，解脫前后如圖1所示；利用鉆柱補(bǔ)償器快速上提，將解脫部分起至隔水管下部撓性接頭以上；關(guān)閉BOP組剪切閘板，解脫BOP組及隔水管。

(2) 回接程序： 確認(rèn)控制面板壓力，打開(kāi)鉆柱補(bǔ)償器，小排量循環(huán)并緩慢下放管柱，距離剪切閘板頂部約5 m時(shí)，打開(kāi)剪切閘板并降低循環(huán)排量，下探水下測(cè)試樹(shù)下部閥體部分；確認(rèn)探到閥體，停止循環(huán)并繼續(xù)下壓送入管柱5 klbs，正轉(zhuǎn)管柱半圈進(jìn)行回接；泄掉解脫管線壓力以復(fù)位解脫活塞，過(guò)提20 klbs，確認(rèn)回接成功，釋放過(guò)提拉力；送入管柱試壓，確認(rèn)回接位置密封良好，打開(kāi)水下測(cè)試樹(shù)球閥，設(shè)定系統(tǒng)壓力，繼續(xù)下一步作業(yè)。

圖1 水下測(cè)試樹(shù)解脫前后示意圖

3 應(yīng)用實(shí)踐

我國(guó)南海西部自營(yíng)陵水17-2深海氣田開(kāi)發(fā)11口井，作業(yè)海域平均水深1 420 m，采用水下井口和臥式水下采油樹(shù)形式開(kāi)發(fā)，泥線附近海底溫度為2～4℃。為滿足油管掛送入、清井放噴、大尺寸堵頭安裝及快速控制的響應(yīng)時(shí)間要求，選用內(nèi)通徑為187.33 mm的電液控制油管掛送入管柱，工作壓力為10 000 psi(1 psi=6.89 kPa)。深水作業(yè)快速反應(yīng)，3 000 m水深能夠在15 s內(nèi)完成水下測(cè)試樹(shù)和承留閥的關(guān)閉及送入管柱解脫。在應(yīng)急情況下，水下測(cè)試樹(shù)可剪切外徑為60.33 mm的連續(xù)油管。電控方式失效后，液控方式備用。實(shí)時(shí)溫壓監(jiān)控，選用加強(qiáng)型數(shù)采系統(tǒng)，數(shù)據(jù)刷新率達(dá)0.25秒/次，有效監(jiān)控和預(yù)防泥線附近管柱內(nèi)水合物的形成。

根據(jù)氣田及作業(yè)裝置深水奮進(jìn)號(hào)平臺(tái)水下設(shè)備配置情況，優(yōu)選與之相適應(yīng)的電液控油管掛送入管柱，整體組配如圖2所示。

圖2 電液控送入管柱整體組配示意圖

送入管柱下部在水下BOP組內(nèi)部的精準(zhǔn)配長(zhǎng)是管柱各項(xiàng)功能順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，要求下部密封短接、剪切短接和上部密封短接分別與BOP組內(nèi)的固定/可變閘板、剪切閘板及萬(wàn)能防噴器對(duì)應(yīng)配合，上下密封短接內(nèi)部應(yīng)具有長(zhǎng)距離管線穿越通道，以防萬(wàn)能和閘板防噴器關(guān)閉時(shí)損傷管線及電纜。關(guān)閉萬(wàn)能可以建立應(yīng)急循環(huán)壓井通道，并協(xié)助管柱居中和坐掛到位，防止油管掛坐掛前在BOP組內(nèi)出現(xiàn)阻掛，關(guān)閉固定/可變閘板可以實(shí)現(xiàn)油管掛坐掛后的密封驗(yàn)封，剪切閘板可在水下測(cè)試樹(shù)不能正常解脫或在特殊情況下來(lái)不及解脫時(shí)快速剪斷剪切短接，以確保送入管柱和隔水管串可以應(yīng)急脫離。陵水17-2氣田目前已通過(guò)電液控坐落管柱順利完成6口深水開(kāi)發(fā)井的油管掛坐掛及驗(yàn)封等工作。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 深水完井電液控送入管柱是一個(gè)先進(jìn)且復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，對(duì)上部完井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控起著至關(guān)重要的作用。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)作業(yè)水深和水下測(cè)試樹(shù)允許的偏移角度提前核算平臺(tái)允許偏移量，技術(shù)人員須明確送入管柱與水下BOP組兩者之間的解脫邏輯順序。

(3) 國(guó)內(nèi)應(yīng)加快電液控油管掛送入管柱相關(guān)“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，研制出適應(yīng)我國(guó)深水區(qū)域特征且滿足材料等級(jí)、產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)以及性能要求的油管掛送入管柱系統(tǒng)及配套設(shè)備，完善深海油氣田開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，改變高價(jià)租賃外方設(shè)備、技術(shù)及人員服務(wù)現(xiàn)狀。