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

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)模式在開發(fā)邊際油田時(shí)帶來的問題是：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。隨著海洋石油的開發(fā)，Snubbing作業(yè)也越來越廣泛應(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（見圖5）利用自帶的動(dòng)力裝置、起升裝置及可伸縮井架來配合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，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)開發(fā)收益來看將更有利。

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，自帶液壓裝置的Snubbing裝置更適合今后在邊際油田的開發(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發(fā)帶來巨大的貢獻(xiàn)。

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