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        自升式鉆井船就位作業(yè)防滑移措施與應用

        2024-04-11 11:34:18張冠杰
        石化技術 2024年3期
        關鍵詞:插樁腳印鉆井

        張冠杰

        中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459

        隨著渤海油田調(diào)整井作業(yè)日益增多,鉆井船就位采油平臺的次數(shù)急劇增加,就位滑移問題也越來越突出,渤海油田各礦區(qū)都有此類情況的發(fā)生,僅2021年就多達5次,增加工期73天,增加費用2800余萬元,近幾年渤海油田鉆井船就位滑移統(tǒng)計見表1。

        表1 近幾年渤海油田鉆井船就位滑移統(tǒng)計表

        一旦就位滑移曠日持久,甚至最后失敗,將形成更加復雜的樁靴坑,使用其他鉆井平臺再就位時會更加困難,產(chǎn)生大量不必要的費用,增加就位風險,嚴重影響工程作業(yè)計劃和油田開發(fā)進程。因此,研究滑移原因,制定有效措施,減少就位時間顯得愈發(fā)重要。本文將深入探討滑移的原因,并提出有效的預防和應對措施。

        1 常見滑移風險

        鉆井船設計就位采油平臺的位置,往往伴隨著海底各類管線、海纜等無法移除的障礙物,同時需要比較高的就位精度,常見風險見表1。

        1.1 無法滿足一批次作業(yè)井的全覆蓋

        渤海井全為叢式井,調(diào)整井作業(yè),數(shù)量一般只有幾口,即使只有兩口井,槽口分布位置也可能處于兩個極端位置,就位滑移時,同樣將無法滿足全覆蓋,造成二次動員其他平臺就位作業(yè),從而大大增加作業(yè)費用。

        1.2 鉆井船升降裝置受損

        渤海油田鉆井船都采用自升式,樁腿數(shù)量通常為3腿或4腿,需要通過升降裝置的作用,來完成樁腿的上下活動,從而完成就位作業(yè),滑移對升降裝置造成的沖擊負荷較大,可能引起電機過載、樁腿斜撐彎曲變形、樁腿齒條齒面擠壓變形等情況,除了設備損壞以外,還會造成無法插樁臨時升船,無法滿足鉆井船原地升船避風條件[1]。在就位期間出現(xiàn)大風天氣時,必須臨時升船避風,否則將帶來鉆井船自存安全問題和作業(yè)人員的生命安全問題。

        1.3 碰撞采油平臺

        渤海油田自升式鉆井船本身不具備航行動力,就位作業(yè)時需要靠鉆井平臺四個錨控制船體位置,加上1條主拖輪和2條輔助拖輪的纜繩帶力,實現(xiàn)鉆井船的就位作業(yè)[2]。采油平臺布局一般有吊車、燃燒臂等突出物,考慮覆蓋作業(yè)井的同時,要避讓開突出物。一般的,鉆井船就位的船尾側(cè)距離采油平臺最近距離只有4~5米的距離,在鉆井船就位期間,滑移的方向不確定,有碰撞采油平臺的風險。

        1.4 刮蹭海管、海纜等

        海上各采油平臺的原油,都需通過海底管道運輸,平臺所需電力,很多都需要海底電纜輸送,單個采油平臺附近,往往具有3條以上的海底線纜,這些線纜承擔著整個平臺的原油和電力輸送,一旦鉆井船滑移,樁靴就有可能刮斷海管海纜等,造成平臺斷電斷油事故,甚至出現(xiàn)原油污染海洋,釀成環(huán)保事件。

        1.5 鉆井船嚴重傾斜甚至傾覆

        老樁靴印的深度,一般在4~8米,初始插樁滑移時,如果向老樁靴印處滑移,極易造成鉆井船傾斜,在此期間,升降裝置易受損,操控不到位,甚至會發(fā)生鉆井船傾覆的風險。

        2 滑移原因

        2.1 土質(zhì)原因

        就位插樁易滑移區(qū)塊表層土質(zhì)分為兩類,一種是表層為軟到非常軟的粘土,抗剪切強度低;二是表層有一層很薄的鐵板砂,下層為軟黏土。黏土層插樁較為容易,同時側(cè)向支撐力不足,不易固定樁靴;表層出現(xiàn)“軟+薄硬+軟”的地層結構形式,更加容易出現(xiàn)平臺側(cè)傾,進而出現(xiàn)更嚴重的滑移現(xiàn)象,大大增加操控鉆井船的難度。

        2.2 老腳印多且分布混亂

        多次就位同一個采油平臺可能會選用不同的鉆井船,這就會出現(xiàn)多組老腳?。ㄆ毡?組以上,大部分老平臺達到了5組以上),導致腳印分布雜亂,樁靴坑深淺不一、大小不一。樁靴受力不均時,易產(chǎn)生側(cè)向力,鉆井船就位時,受插樁深度、就位方案、舊樁靴坑坡度深度等影響,導致再就位滑移量和滑移方向的不確定性,克服滑移將變得更加困難[3]。

        2.3 地層壓實作用

        部分地層已被前期就位過的鉆井船樁靴踩踏多次,受壓實作用的影響,導致部分地層由軟變硬,留存深淺不一的樁靴坑,常規(guī)手段不易修復,存在“硬臺階”現(xiàn)象,導致海床凹凸不平、軟硬兼有,加劇了滑移的可能性。

        2.4 鉆井船選擇不匹配

        對于計劃作業(yè)的采油平臺,如果未進行合理有效的鉆井船選型,未能充分考慮鉆井船的滑移量、滑移方向、踩實能力、覆蓋能力等,導致樁靴尺寸、插樁深度、滑移傾向大等不合理的鉆井船被動安排到不匹配的采油平臺處就位,滑移風險加大。

        2.5 就位操作方案有限

        通常情況下,除了滿足一批次井的全覆蓋以外,還需考慮盡量滿足一個采油平臺所有槽口的覆蓋,增加作業(yè)井數(shù)的同時,也盡量利用老樁靴腳印來穩(wěn)定鉆井船,同時也減少了單個采油平臺的歷史腳印數(shù)量,方便后期鉆井船的就位作業(yè)。當然,單個平臺所有槽口全覆蓋的設計方案,也會帶來負面影響,會導致就位方案可調(diào)整的余地變小,就位過程中,可能出現(xiàn)頻繁操作,不易消除滑移或劈腿的帶來的負面效應。

        3 應對措施

        2021年出現(xiàn)的滑移較為嚴重的平臺是BZ35-2B平臺,具有典型的代表作用。本平臺設計作業(yè)3口調(diào)整井,槽口分布距離遠,鉆井船實際就位過程中,無論是正就位還是斜就位方案,HYSY942都出現(xiàn)嚴重劈腿現(xiàn)象,始終無法升船,最終累計耗時18天,就位宣布失敗,改用CPOE12就位。CPOE12實際就位過程中,正就位方案失敗,滑移也很嚴重,但未劈腿,最終斜就位方案成功,但只能覆蓋2口井,累計耗時18天(其中臨時升船避風時間7天)。兩次鉆井船實際就位情況見表2。

        表2 HYSY942與CPOE12在BZ35-2B采油平臺就位情況表

        綜合HYSY942及CPOE12的實際就位情況,能夠得出以下結論:老腳印太多、近采油平臺側(cè)的5m左右位置存在斜坡,且斜坡附近的地層特別硬,難以增加入泥深度,導致滑移嚴重,并最終造成樁腿劈腿,甚至出現(xiàn)無法升船離開水面的現(xiàn)象。如果斜就位三口井,意味著鉆井船需距離平臺更近4m左右,這個位置的地層有斜坡且特別硬,最終還是會滑移,無法滿足最遠端一口的覆蓋。CPOE12斜就位成功二口井的因素主要有兩個:鉆井船本身樁靴分布避讓老腳印能力最好、樁腿距離采油平臺較遠后可實現(xiàn)入泥深度明顯增加、樁靴結構防滑設計更好。

        2021年其他區(qū)塊也陸續(xù)都有類似滑移、劈腿(無法升船)、不滿足設計覆蓋等復雜情況發(fā)生,下面根據(jù)本平臺實際就位中出現(xiàn)的復雜情況的處理措施及注意事項分析如下:

        3.1 滑移,但不劈腿

        3.1.1 可能的原因

        與老腳印重合多,且未避讓開;存在斜坡;向旁邊入泥更深的坑內(nèi)滑移。

        3.1.2 應對措施

        根據(jù)滑移方向,朝對應的反方向多調(diào)整一點船位,給滑移量留空間,通過反復試插樁,向坑內(nèi)不斷刮泥填坑,一般嘗試幾次后,情況會明顯好轉(zhuǎn)。

        對于滑移不見好轉(zhuǎn)的情況,可用兩條輔拖在平臺尾側(cè)持續(xù)帶力,減小滑移趨勢,同時逐漸插樁,嘗試增加入泥深度。

        插樁過程中,配合沖樁方式會非常有效,但斜坡很硬的就顯得無效果,此時可嘗試沖樁時間更長一些。

        3.1.3 注意事項

        充分考慮滑移量,插樁要注意速度,防止刮蹭采油平臺;輔助拖輪要根據(jù)滑移的方向來調(diào)整船位,持續(xù)輸出拖帶力,穩(wěn)住鉆井船。

        3.2 劈腿,但不滑移

        3.2.1 可能的原因

        老腳印太多,且未避讓開;平臺本身存在缺陷,比如樁靴尺寸和結構形式不合適。

        3.2.2 應對措施

        壓載前充分活動樁腿釋放扭矩,必要時可考慮整體壓載法,不采用單腿壓載法,使各樁腿受力均衡,平穩(wěn)入泥;平臺方允許時,可部分壓載后嘗試升船至作業(yè)氣隙,觀察劈腿值大小,減少后期壓載完畢或快壓載完畢時,再次劈腿導致無法升船,有的平臺已經(jīng)出現(xiàn)壓載完畢后無法升船的情況,作業(yè)時間浪費太多。

        3.2.3 注意事項

        劈腿意味著不能正常升船,強制升船可能導致升降系統(tǒng)損壞,另外當遇到惡劣海況時,可能升船無法升到8m以上的氣隙,涌浪大時,可能拍打船底,造成平臺升降系統(tǒng)損壞、平臺移位、刮蹭采油平臺甚至傾覆。當不能正常升船時,應根據(jù)預測海況情況,果斷做決定拖離到外部初就位點附近,盡快臨時升船避風。

        3.3 滑移,且劈腿

        3.3.1 可能的原因

        這種綜合了滑移和劈腿兩種情況的原因,也是最嚴重的一種情況,安全風險極高。

        3.3.2 應對措施

        應做足準備工作,操作每一步都需更加小心,充分討論作業(yè)方案,將可能遇到的風險先桌面演練一遍,做到遇到突發(fā)情況時,可立即采取措施應對,增強決策能力。當耗時較長不能滿足設計就位時,應果斷決定放棄部分井槽,選取只覆蓋一部分井的方式,必要時采取斜就位甚至換鉆井船的措施。

        3.3.3 注意事項

        控制安全距離,選擇平潮、海況好、能見度好的條件下進行作業(yè),保人員安全、保升降系統(tǒng)安全、保平臺安全、保不刮蹭采油平臺及海底線纜,不可冒進。

        4 鉆井船選型

        設計階段應做好如下工作:盡量避讓老腳印至少直徑的一半(0.5D)以上,否則很容易滑移;明確老腳印的入泥深度;平臺樁靴入泥深度預測要準確;200m×200m范圍內(nèi)的海底障礙物要全部打撈,給斜就位等特殊就位方案留出空間。

        選擇合適鉆井船最重要,不同的鉆井船,具有不同類型的樁靴結構、樁腿長度、平臺重心高度、樁腿升降系統(tǒng)等,每一個因素都至關重要。要主動出擊,選擇合適的鉆井船,而不是選擇作業(yè)能力強的船,不被動等待船舶安排,滑移風險大的鉆井船應主動放棄,根據(jù)樁靴形狀、尺寸等與地層的配伍關系,樁腿長度、平臺重心與劈腿的關系,根據(jù)土質(zhì)調(diào)查、老腳印分析、插樁深度、覆蓋能力、海底管線等進一步優(yōu)選鉆井船。覆蓋能力強的鉆井船,能設計更多就位操作方案,比如可比較大范圍的改變樁靴入泥位置、保留斜就位方案等,大大降低滑移帶來的困難。

        5 結束語

        鉆井船在就位過程中出現(xiàn)的滑移、劈腿等問題需被高度重視,因為這些問題可能引發(fā)更復雜的情況和安全隱患,決策時應當果斷,避免優(yōu)柔寡斷和強制夜間作業(yè)等可能增加風險的行為。選擇覆蓋能力強的鉆井船,可增加就位方案數(shù)量,在平潮、能見度好、海況好等條件下進行就位作業(yè),降低海水涌浪和流速的客觀影響,增強鉆井船就位作業(yè)的操船性能,保護好設備的完整性,結合實際發(fā)生滑移類型,采取對應的防滑措施,可以進一步降低就位作業(yè)的總時間,實現(xiàn)安全高效的目的。這些方法和建議不僅為當前的作業(yè)提供了指導,也為未來的決策和工作流程提供了重要的參考。

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