半潛式鉆井平臺螺桿泵測試技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用推廣*

姚振河 關(guān)利軍 代一丁

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司 廣東深圳 518067； 2.中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067)

半潛式鉆井平臺螺桿泵測試技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用推廣*

姚振河1關(guān)利軍2代一丁2

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司 廣東深圳 518067； 2.中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067)

螺桿泵在海上稠油DST測試中具有優(yōu)勢，但由于受到鉆井平臺升沉特性制約而無法直接應(yīng)用在半潛式鉆井平臺DST測試中。自主研發(fā)設(shè)計了半潛式鉆井平臺螺桿泵測試井口操作臺和井口補償配套系統(tǒng)，解決了鉆井平臺、測試管柱、抽油桿、驅(qū)動泵頭在起下抽油桿、組裝驅(qū)動泵頭以及調(diào)整防沖距時存在相對運動的問題，從而實現(xiàn)了螺桿泵在半潛式鉆井平臺DST測試中的應(yīng)用。半潛式鉆井平臺螺桿泵測試技術(shù)目前已在南海東部海域進(jìn)行10余口井近20次作業(yè)，落實了近億立方米的稠油地質(zhì)儲量，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益，而且已被推廣至南海西部及東海等海域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

半潛式鉆井平臺；螺桿泵；稠油測試；井口操作臺；井口補償配套系統(tǒng)；應(yīng)用推廣

稠油測試的最大難點是原油密度較高且流動困難，測試期間往往無法實現(xiàn)自噴，同時疏松砂巖中的稠油更具有出砂風(fēng)險，因此人工舉升工藝的選擇對該類油藏測試尤其重要。目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的人工舉升包括螺桿泵、電潛泵、射流泵以及連續(xù)油管氣舉等工藝，每種工藝均有其自身的特點及適應(yīng)性[1-5]。海上稠油測試時人工舉升工藝的選擇不但要考慮油藏特點，更要考慮鉆井平臺類型、井筒溫降等制約因素。對于半潛式鉆井平臺探井稠油測試，由于掌握的油藏資料較少，選擇人工舉升工藝時必須綜合考慮其適應(yīng)性、井筒溫降條件下原油的流動性、儲層是否出砂以及成本等因素[6-7]。經(jīng)過對比分析，認(rèn)為螺桿泵結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)APR+TCP測試聯(lián)作[8-9]、可調(diào)頻、電加熱降粘等[10-11]，同時防砂精度要求不高[6]，在探井稠油測試中具有明顯的優(yōu)勢。另外，在使用半潛式鉆井平臺進(jìn)行測試時，地面驅(qū)動螺桿泵相比電潛螺桿泵具有出現(xiàn)故障時可在不動測試管柱的情況下在地面進(jìn)行檢修的優(yōu)勢[12-13]。

通常在超過100 m水深區(qū)域內(nèi)的探井大都采用半潛式鉆井平臺作業(yè)。相比海上自升式鉆井平臺，半潛式鉆井平臺的最大特點是升沉[14]，采用常規(guī)測試工藝時地面驅(qū)螺桿泵完全無法在升沉條件下使用。本文結(jié)合半潛式鉆井平臺升沉特征和升沉補償系統(tǒng)特點，研發(fā)了一套適應(yīng)于半潛式鉆井平臺測試的地面驅(qū)螺桿泵技術(shù)，并在南海東部地區(qū)取得了成功應(yīng)用。目前該技術(shù)已推廣至南海西部及東海等海域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 半潛式鉆井平臺螺桿泵組裝及運轉(zhuǎn)難點

常規(guī)地面驅(qū)螺桿泵工藝無法被直接應(yīng)用在半潛式鉆井平臺上，主要是因為半潛式鉆井平臺具有的升沉特點導(dǎo)致無法在其上組裝及運轉(zhuǎn)螺桿泵，具體體現(xiàn)在起下抽油桿、調(diào)整防沖距及組裝驅(qū)動泵頭等幾個關(guān)鍵工序受平臺升沉的影響無法完成。

在半潛式鉆井平臺進(jìn)行測試作業(yè)時，測試管柱坐封后管柱中的水下測試樹懸掛器坐在泥面處的水下井口抗磨補心上，由于抗磨補心是固定不動的，因此測試管柱與大地保持相對靜止，而鉆井平臺始終處于運動狀態(tài)，那么測試管柱與平臺轉(zhuǎn)盤就呈相對運動，風(fēng)浪愈大相對運動愈加劇烈。如果在此狀態(tài)下組裝螺桿泵設(shè)備，利用頂驅(qū)起吊抽油桿或驅(qū)動泵頭以及調(diào)整防沖距，由于抽油桿和驅(qū)動泵頭重量太輕，與頂驅(qū)所連接的鉆柱補償器無法正常發(fā)揮作用，而頂驅(qū)與鉆井平臺是一個相對靜止的整體，頂驅(qū)所吊抽油桿或驅(qū)動泵頭就會隨著鉆井平臺的升沉而上下、左右移動，相對于其下部的抽油桿或測試管柱持續(xù)不斷地上下開合且橫向擺動，從而無法將頂驅(qū)所吊抽油桿或驅(qū)動泵頭與其下部的抽油桿或測試管柱準(zhǔn)確對扣，更無法調(diào)整防沖距。同理，鉆井平臺上的氣動絞車等起吊設(shè)備也無法被用來組裝螺桿泵設(shè)備，且由于鉆臺面與測試管柱呈相對運動，使得操作人員沒有穩(wěn)定的操作位置可供站立。因此，要想在半潛式鉆井平臺上組裝和運轉(zhuǎn)螺桿泵，必須研究新的方法并設(shè)計制造相應(yīng)的配套設(shè)備。

2 半潛式鉆井平臺螺桿泵測試技術(shù)的自主研發(fā)

2.1 技術(shù)思路

解決半潛式鉆井平臺上螺桿泵組裝和運轉(zhuǎn)難題的核心在于起下抽油桿和組裝螺桿泵驅(qū)動泵頭的過程中如何使鉆井平臺與抽油桿以及鉆井平臺與驅(qū)動泵頭呈相對靜止。起下抽油桿和組裝驅(qū)動泵頭是2個不同的作業(yè)，必須采用不同的方法分別解決。由于鉆井平臺的升沉是其固有特性，因此解決起下抽油桿的問題就集中在如何使頂驅(qū)所吊抽油桿和已經(jīng)下入測試管柱中的抽油桿串呈相對靜止，使起下抽油桿不受測試管柱與抽油桿相對運動的影響。而解決組裝驅(qū)動泵頭的問題是如何借助鉆井平臺固有的鉆柱補償器，使驅(qū)動泵頭與測試管柱呈相對靜止。由于調(diào)整防沖距與組裝驅(qū)動泵頭具有相似的原理，因此解決了驅(qū)動泵頭組裝問題也就解決了調(diào)整防沖距的問題。

2.2 主要設(shè)備

根據(jù)上述技術(shù)思路，設(shè)計制造了半潛式鉆井平臺螺桿泵測試井口操作臺和井口補償配套系統(tǒng)。

2.2.1 井口操作平臺

井口操作臺由可分拆的2個小操作臺組合而成，使用時需在鉆臺上進(jìn)行對接、拼合，其上放置支撐臺，通過抽油桿卡瓦使其支撐下入測試管柱內(nèi)的抽油桿串，操作人員站在操作臺上松、緊抽油桿絲扣，利用鉆井平臺頂驅(qū)起下抽油桿，使得頂驅(qū)吊起的抽油桿與管柱內(nèi)的抽油桿串以及操作人員在垂向上呈相對靜止?fàn)顟B(tài)。盡管鉆井平臺頂驅(qū)所吊的抽油桿仍然會隨著風(fēng)浪橫向擺動，但由于其重量很輕，僅靠人力即可輕易地將其擺正，從而可順利實現(xiàn)抽油桿之間的對扣，有效克服了鉆井平臺升沉對作業(yè)的影響。

井口操作臺主要包括底框架、液壓站、防爆電機(jī)、液壓油缸、支架、工作臺、護(hù)欄、穩(wěn)定支腿、可調(diào)支腿等,其中電機(jī)位于操作臺的底框架之上，液壓油缸呈斜向支撐，支架與支架之間采用鉸鏈連接，可調(diào)支腿位于底框架底部，用于微調(diào)操作臺四角的高度。井口操作臺的基本原理是在起下抽油桿作業(yè)時，使坐封后的測試管柱與抽油桿不直接接觸，從而使鉆臺、抽油桿及操作人員等處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，消除了鉆井平臺升沉對起下抽油桿的影響，順利進(jìn)行抽油桿的起下作業(yè)，此時操作臺只承擔(dān)起下抽油桿串時抽油桿和操作人員的重量。圖1為半潛式鉆井平臺螺桿泵測試井口操作平臺安放位置示意圖。

圖1 井口操作臺安放位置示意圖

2.2.2 井口補償配套系統(tǒng)

井口補償配套系統(tǒng)可為螺桿泵驅(qū)動泵頭的組裝、防沖距的調(diào)整等提供空間與動力。通過應(yīng)用井口補償配套系統(tǒng)并借助鉆井平臺固有的鉆柱補償器，使坐在水下井口抗磨補心上的測試管柱、井口補償配套系統(tǒng)中的游車小鉤所吊的驅(qū)動泵頭在垂向上呈相對靜止?fàn)顟B(tài)，盡管游車小鉤所吊的驅(qū)動泵頭仍然會隨著風(fēng)浪橫向擺動，但由于其重量很輕，僅靠人力即可輕易地將其擺正，從而可順利實現(xiàn)驅(qū)動泵頭的組裝。

井口補償配套系統(tǒng)主要包括液壓絞車系統(tǒng)、液壓控制柜、長鋼絲繩、異型吊卡等。其中，液壓絞車系統(tǒng)包括與鉆桿補償器相連接的提升懸掛架、液壓絞車、游車小鉤以及其他配套部件；液壓控制柜是為液壓絞車提供動力，主要由液壓馬達(dá)、液壓油缸、保護(hù)外框、操作桿以及液壓連接管線等組成；異型吊卡主要用來扣住測試管柱。在下完抽油桿后組裝井口補償配套系統(tǒng)，使鉆井平臺的鉆柱補償器與測試管柱相連接，并打開鉆井平臺的鉆柱補償器，此時測試管柱、鉆井平臺及井口補償配套系統(tǒng)成為一個相對靜止的整體，該系統(tǒng)2根鋼絲繩之間的空間可以用來安裝螺桿泵驅(qū)動泵頭及其他井口設(shè)備，利用游車小鉤可以實現(xiàn)防沖距的調(diào)整、驅(qū)動泵頭的組裝、加熱電纜的下入以及螺桿泵的正常運轉(zhuǎn)。圖2為半潛式鉆井平臺螺桿泵測試井口補償配套系統(tǒng)位置示意圖。

圖2 井口補償配套系統(tǒng)位置示意圖

無論是抽油桿的起下，還是驅(qū)動泵頭的組裝，均需要借助鉆井平臺固有的鉆柱補償器。由于抽油桿的對扣、卸扣以及驅(qū)動泵頭與測試管柱的組裝和鉆桿連接時的對扣、卸扣原理相同，因此，既然鉆井平臺的升沉補償系統(tǒng)能夠滿足鉆桿的連接，其補償精度也就能滿足抽油桿的連接以及驅(qū)動泵頭的組裝。另外，在螺桿泵組裝完畢正常運轉(zhuǎn)期間，驅(qū)動泵頭、抽油桿與測試管柱連成一體，而此時測試管柱相對大地是靜止的，因此螺桿泵的相關(guān)設(shè)備受力不再受任何外界影響，其抽油桿的彎曲、疲勞等與這種組裝方法無關(guān)。

2.3 作業(yè)方法

測試管柱坐封后，將管柱中懸掛器坐在水下抗磨補心上，按照正常程序射孔、開井，初流動測試，如果根據(jù)初流動情況判斷需要采用螺桿泵泵抽，則將井口采油樹拆掉，準(zhǔn)備安裝螺桿泵相關(guān)設(shè)備。安裝螺桿泵相關(guān)設(shè)備主要包括以下3個關(guān)鍵工序。

2.3.1 起下抽油桿

測試管柱坐封后，管柱與大地保持相對靜止。將操作臺安放在鉆臺面上，并使其中心位置位于測試管柱及三通的正上方；再根據(jù)管柱方余及平臺升沉情況，將操作臺調(diào)整至合適高度，具體高度應(yīng)以平臺升沉最大時螺桿泵井口防噴器上平面與操作臺下平面之間不少于0.5 m。在操作臺頂面正對測試管柱的位置放置支撐臺，用以支撐打上卡子的抽油桿串。操作臺安放完畢后，操作人員即可開始站在操作臺上下入抽油桿：首先用鉆井平臺頂驅(qū)吊起轉(zhuǎn)子，下放并將轉(zhuǎn)子下入測試管柱之中，在轉(zhuǎn)子頂部打上抽油桿卡子，使轉(zhuǎn)子懸掛在測試管柱之中，此時轉(zhuǎn)子公扣向上；再按照同樣的方法，用平臺頂驅(qū)吊起1根打上抽油桿卡子的抽油桿，下放并使得轉(zhuǎn)子的公扣對正抽油桿底部的母扣，上緊絲扣，取下抽油桿卡子，下放頂驅(qū)將連接好的轉(zhuǎn)子與抽油桿使其進(jìn)入測試管柱。按照同樣的方法繼續(xù)下入抽油桿，直到轉(zhuǎn)子下放到位，即轉(zhuǎn)子碰泵，下抽油桿作業(yè)完成，然后拆除井口操作臺。

2.3.2 調(diào)整防沖距

用鉆井平臺頂驅(qū)、通過吊卡扣住井口補償配套系統(tǒng)懸掛框架的鉆桿短節(jié)并將其吊起，將1對長鋼絲繩與懸掛架連接好，長鋼絲繩下部連接管柱吊卡，用管柱吊卡卡住測試管柱，上提頂驅(qū)并打開平臺鉆柱補償器，此時測試管柱與頂驅(qū)呈相對靜止?fàn)顟B(tài)。驅(qū)動安裝在懸掛架中的絞車滾筒，上提游車小鉤，通過抽油桿卡子將抽油桿串吊起至自由懸重，碰泵3次確認(rèn)無誤后，估測碰泵時抽油桿的長度；用抽油桿短節(jié)調(diào)配抽油桿串的長度，并在抽油桿串頂端連接好光桿，再次確認(rèn)碰泵，上提0.4～0.6 m，并在光桿上做好標(biāo)記，防沖距即調(diào)節(jié)完畢。

2.3.3 安裝驅(qū)動泵頭

用井口補償配套系統(tǒng)的游車小鉤吊住螺桿泵驅(qū)動泵頭，驅(qū)動安裝在懸掛架中的絞車滾筒，上提游車小鉤，將驅(qū)動泵頭上的通孔對準(zhǔn)光桿，并將光桿穿過驅(qū)動泵頭通孔，緊固驅(qū)動泵頭與三通上的螺絲，將驅(qū)動泵頭固定在三通之上。按照調(diào)整防沖距時在光桿上做的標(biāo)記，在光桿上部打上抽油桿卡子，并使驅(qū)動泵頭與光桿連成一體。如需在抽油桿串中下入加熱電纜，則利用游車小鉤吊起下加熱電纜的定滑輪并將加熱電纜下入抽油桿中，安裝驅(qū)動泵頭的其他附屬設(shè)施并調(diào)試完畢，至此就完成了螺桿泵的全部組裝工作。

2.3.4 螺桿泵運轉(zhuǎn)及拆卸

螺桿泵組裝完畢后，無需拆卸井口補償配套系統(tǒng)，即可開始正常運轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)期間，螺桿泵與測試管柱融為一體，螺桿泵抽油桿的受力情況與螺桿泵在其他環(huán)境中的應(yīng)用一樣，不會因為是在半潛式鉆井平臺上應(yīng)用而有所不同，其安全性完全能夠滿足測試要求。

針對不同的油藏情況制定相應(yīng)的泵抽程序[15]，泵抽結(jié)束后利用井口補償配套系統(tǒng)的小游車拆掉驅(qū)動泵頭、起出加熱電纜。按照前述的相反步驟拆除井口補償配套系統(tǒng)并甩下鉆臺，并依程序安裝好井口操作臺，起出抽油桿，螺桿泵作業(yè)即告結(jié)束。

2.4 注意事項

1) 半潛式鉆井平臺上螺桿泵組裝與運轉(zhuǎn)方法的適應(yīng)性很強，對螺桿泵的選型沒有特殊要求，目前石油作業(yè)市場上通用的螺桿泵型號均可以應(yīng)用，但考慮到組裝時需要一定的人力輔助，而且組裝空間有限，因此應(yīng)優(yōu)先選擇直驅(qū)泵頭，且盡量選用體積和重量較小的泵頭。

2) 螺桿泵轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑應(yīng)小于泵筒以上測試管柱的最小內(nèi)徑2 mm以上，如果將螺桿泵定子安裝在泥面以下，則要注意水下測試樹下部承壓短接的內(nèi)徑。

3) 測試管柱預(yù)留方余時一定要考慮當(dāng)?shù)睾Ｓ虻某辈罴氨贸槠陂g可能的天氣變化。

4) 不能用鉆臺的氣動絞車安裝螺桿泵驅(qū)動泵頭及調(diào)整防沖距，必須使用“井口補償配套系統(tǒng)”的游車小鉤完成這兩項作業(yè)。

5) 安裝螺桿泵驅(qū)動泵頭時，如果風(fēng)浪較大，則需用牽引繩多人牽引，以避免其擺動幅度過大。

6) 如需要避臺風(fēng)，則應(yīng)根據(jù)臺風(fēng)預(yù)報信息，及時在關(guān)井狀態(tài)下將螺桿泵轉(zhuǎn)子起出，然后解脫水下測試樹。避臺結(jié)束后，回接測試管柱，下入螺桿泵轉(zhuǎn)子繼續(xù)泵抽。

7) 起下抽油桿過程中，要隨時關(guān)注天氣變化及鉆井平臺升沉大小，以便及時調(diào)節(jié)操作臺的高度，確保升沉最大時操作臺底面距離測試管柱頂部至少高0.5 m。

3 應(yīng)用推廣

本文自主研發(fā)的半潛式鉆井平臺螺桿泵組裝與運轉(zhuǎn)方法目前已成為南海東部海域半潛式鉆井平臺稠油測試作業(yè)的主要選擇，且已成功進(jìn)行10余口井近20次作業(yè)，為該地區(qū)番禺低凸起和恩平凹陷韓江組易出砂稠油油藏、陸豐凹陷珠江組灰?guī)r高凝油藏以及開平凹陷古近系稠油高凝油藏的測試提供了有效支撐，落實了近億立方米的稠油地質(zhì)儲量，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。同時該方法也被推廣至南海西部及東海等海域，已在“南海五號”、“勘探三號”等半潛式鉆井平臺成功應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

1) 在起下抽油桿、組裝驅(qū)動泵頭以及調(diào)整防沖距時，借助鉆井平臺固有的鉆柱補償器，利用自主研發(fā)設(shè)計的半潛式鉆井平臺螺桿泵測試井口操作臺和井口補償配套系統(tǒng)，使得鉆井平臺、測試管柱、抽油桿、驅(qū)動泵頭以及操作人員等相關(guān)要素由相對運動轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬o止，從而解決了半潛式鉆井平臺螺桿泵作業(yè)時由于平臺升沉而無法實現(xiàn)的幾個關(guān)鍵工序難題。

2) 基于本文自主研發(fā)的半潛式鉆井平臺螺桿泵組裝與運轉(zhuǎn)方法，建立了一種新的半潛式鉆井平臺稠油測試工藝，在南海東部海域解放了一大批稠油儲量，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)及社會效益，目前已推廣至南海西部及東海等海域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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(編輯：孫豐成)

Development and dissemination of testing technology for progressive cavity pumps on semi-submerged platforms

Yao Zhenhe1Guan Lijun2Dai Yiding2

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCompanyShenzhenBranch,Shenzhen,Guangdong518067,China;2.ShenzhenBranchofCNOOCLtd.,Shenzhen,Guangdong518067,China)

Progressive cavity pumps have many advantages in offshore heavy oil DST tests, but they cannot be used on semi-submerged platforms directly because of the heaving motion. A wellhead operating table and counteracting movement equipment system of progressive cavity pump wells on semi-submerged platforms were developed to solve the relative movement problem caused by the platform, well testing string, sucker rod and driving pump in the operations of sucker rod round trips, driving pump assembly and anti-collision distance adjusting. And then, progressive cavity pumps can be successfully used in DST tests on semi-submersible platforms. This method has been used nearly 20 times in more than 10 wells in eastern South China Sea, contributing nearly 100 million m3of heavy oil geological reserves. This method has created huge economic benefit, and has been widely disseminated to western South China Sea and East China Sea, showing broad application prospect.

semi-submerged platform; progressive cavity pump; heavy oil testing; wellhead operating table; wellhead counteracting movement equipment system; application dissemination

*中國海洋石油有限公司綜合科研項目“半潛式鉆井平臺螺桿泵測試井口補償配套系統(tǒng)及井口操作臺升級改造”部分研究成果。

姚振河，男，高級工程師，1988年畢業(yè)于原青島海洋大學(xué)海洋地質(zhì)系，目前主要從事油氣勘探方面的生產(chǎn)及研究工作。地址：廣東省深圳市蛇口工業(yè)二路1號海洋石油大廈B座1411(郵編：518067)。E-mail:yaozhh@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)01-0109-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.017

TE353+.3

A

姚振河,關(guān)利軍,代一丁.半潛式鉆井平臺螺桿泵測試技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用推廣[J].中國海上油氣，2016,28(1)：109-113.

Yao Zhenhe,Guan Lijun,Dai Yiding.Development and dissemination of testing technology for progressive cavity pumps on semi-submerged platforms[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):109-113.