某平臺(tái)隔水套管現(xiàn)狀及治理

鄒繼成

(中海石油(中國)有限公司 上海分公司平湖作業(yè)公司，上海 200335)

海洋石油固定式導(dǎo)管架平臺(tái)的導(dǎo)管架和隔水套管水下部分分別和海底大陸架固定連接，水上部分隔水套管通過導(dǎo)管架的上部組塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。由于隔水套管隨內(nèi)部流體溫度變化會(huì)產(chǎn)生垂直方向位移，所以隔水套管和海洋平臺(tái)導(dǎo)管架二者之間雖然相互固定，但運(yùn)動(dòng)位移不同步，導(dǎo)致二者間不能采用焊接固定，只能采用特殊的加固方式。

1 隔水套管現(xiàn)狀

某平臺(tái)所在海域水深EL(-)89 m，隔水套管加固位置依托導(dǎo)管架水平層進(jìn)行加固，分別位于EL(-)83.5 m、EL(-)60.5 m、EL(-)37.5 m、EL(-)15.5 m、EL(+)4.5 m、EL(+)19.8 m、EL(+)24.2 m，共7個(gè)水平層。EL(-)表示海平面以下。

井槽位置分布示意圖見圖1。圖1中A表示油井，B表示氣井，S表示側(cè)鉆井，20″等括號內(nèi)數(shù)字表示隔水套管工程直徑，17#等括號外數(shù)字為井位號。目前隔水套管加固方法存在以下問題。

圖1 井槽位置分布示意圖

1)晃動(dòng)問題。水上部分隔水套管晃動(dòng)嚴(yán)重，且20口井普遍存在晃動(dòng)現(xiàn)象，大風(fēng)天頂部采油樹位置尤為明顯?；蝿?dòng)致使EL(+)4.5 m處固定弧形板變形、損壞，隨著時(shí)間的推移，情況惡化。

2)腐蝕問題。EL(+)4.5 m加固位置普遍發(fā)生油漆脫落、腐蝕減薄的狀況，其中A1、A2、A5井發(fā)生腐蝕穿孔。

3)抬升問題。A7、A5、A11等井隔水套管上下竄動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)位移較大，A5井采油樹出油管線傾斜，造成采油樹出口管線EL(+)4.5 m垂直方向產(chǎn)生8 cm的傾斜。

4)旋轉(zhuǎn)問題。A4、B2等工作甲板上部隔水套管和采油樹連接處有錯(cuò)位。

2 隔水套管現(xiàn)狀原因分析

1)帶纜走道加固層位置低。該平臺(tái)帶纜走道設(shè)計(jì)高度為EL(+)7.0 m，由于導(dǎo)管架打樁安裝時(shí)的原因，實(shí)際安裝高度為EL(+)4.5 m。導(dǎo)致帶纜走道甲板更接近于海平面，也意味著更容易受到海浪的沖擊。此種現(xiàn)象可以和其它平臺(tái)比較，位于EL(+)7.0 m處的隔水套管加固裝置基本沒有出現(xiàn)晃動(dòng)大的問題。

該平臺(tái)位于飛濺區(qū)的帶纜走道EL(+)4.5 m，會(huì)額外受到波浪、海流等環(huán)境載荷的作用，同時(shí)飛濺區(qū)濕度更大，海水腐蝕也更嚴(yán)重。隔水套管加固裝置損壞的也最為嚴(yán)重。

2)隔水套管內(nèi)流體溫差大。該平臺(tái)油井?dāng)?shù)量較多，采油樹出口溫度90 ℃，環(huán)境溫度0～40 ℃，則開、關(guān)井的溫差至少約50 ℃，導(dǎo)致隔水套管金屬熱脹冷縮，產(chǎn)生抬升現(xiàn)象。每段隔水套管之間是絲扣連接，受熱不均勻則會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。經(jīng)查詢設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，已經(jīng)充分地考慮此種工況。采油樹出口管線產(chǎn)生8 cm的垂直位移偏差，可繼續(xù)正常使用。

3)加固方式不得當(dāng)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的變化，導(dǎo)致我們要面臨更加惡劣的環(huán)境，事實(shí)證明以往的加固方式不適用于此工況。平臺(tái)人員對加固方式做了改進(jìn)，但沒有解決問題。加固方式及存在問題見表1。

表1 加固方式及存在問題

3 新型隔水套管加固方式

我們設(shè)計(jì)研究出一種新型的隔水套管加固方法，采用高分子材料和楔式扶正塊，徹底解決了該平臺(tái)隔水套管腐蝕減薄及晃動(dòng)的問題。

3.1 高分子材料

1)高分子材料性能。納塑鋼NPS8201 通用成型修復(fù)材料是一種對設(shè)備進(jìn)行修補(bǔ)和再生的工程修復(fù)材料。本材料為將高分子重反應(yīng)聚合物與硅鋼合金混合，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)成的由基料和固化劑組合成的黏接修補(bǔ)材料。固化后，經(jīng)久耐用，且可進(jìn)行機(jī)加工。其特點(diǎn)為：①抗腐蝕性。按 ASTM B117 在鹽霧箱中10 000 h后，無可見腐蝕。②抗壓強(qiáng)度。按 ASTM D695 測試時(shí)，其抗壓強(qiáng)度為997 kg/cm2。③硬度。按 ASTM D2240 測試時(shí)，其硬度為87D。④沖擊強(qiáng)度。按 ASTM D256 測試，沖擊強(qiáng)度 70 J/m(非V型槽)。⑤抗熱性。根據(jù)應(yīng)用場合不同，其溫度適宜性為干燥環(huán)境110 ℃，潮濕環(huán)境60 ℃。

2)高分子材料施工。在對隔水套管的帶攬走道位置進(jìn)行修復(fù)加強(qiáng)前，使用磨機(jī)等工具對隔水套管進(jìn)行表面處理，打磨后的套管應(yīng)露出金屬基體，表面粗糙度達(dá)到St 2.0級。

套管外壁存在腐蝕凹坑，為了確保加強(qiáng)后的效果，在實(shí)施纏繞前，需要對腐蝕的凹坑進(jìn)行填充修復(fù)，修復(fù)使用的材料為NPS8201通用成型修復(fù)材料。修復(fù)材料均為泥狀，施工時(shí)需先在腐蝕的套管表面涂敷薄薄一層，這一層需使用毛刷用力往下按，保證修復(fù)材料與基體完全有效接觸，不留空隙和氣泡。

為確保隔水套管的整體修復(fù)強(qiáng)度并具有優(yōu)秀的防腐效果，在對套管表面完成初步的修復(fù)后還需要進(jìn)行纏繞加強(qiáng)，將納塑鋼NPS8115材料涂敷到NPS8902增強(qiáng)防腐帶上。在5 min之內(nèi)將涂敷了NPS8115材料的NPS8902增強(qiáng)防腐帶均勻地纏繞到套管外壁，纏繞過程中需確保增強(qiáng)防腐帶與管體的表面完全貼合，纏繞總層數(shù)以2層為宜，纏繞后的總厚度約為5 mm。

3.2 楔式扶正塊在隔水套管上的應(yīng)用

1)采用了楔式扶正塊，楔式扶正塊模型見圖2。高分子材料配合楔式扶正塊加固方法見圖3。利用原平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的喇叭口[1]，只需將設(shè)計(jì)好的楔式扶正塊在陸地預(yù)制完成，然后在平臺(tái)安裝即可。隨著海浪的沖擊，楔式扶正塊會(huì)自動(dòng)下移，使隔水套管和楔式扶正塊的間隙越來越小，限制隔水套管垂直方向的位移，但不限制其水平方向的位移。

圖2 楔式扶正塊模型

2)楔式扶正塊采用空心設(shè)計(jì)，每組4塊，拼成1個(gè)圓弧。每塊質(zhì)量約15 kg，便于施工搬運(yùn)。

3)每塊楔式扶正塊之間用螺栓固定連接[2]，楔式扶正塊和喇叭口之間通過螺栓連接(留出滑動(dòng)位移量)，使之互相牽制，避免因海浪過大將楔式扶正塊帶入海里。

4)楔式扶正塊內(nèi)部內(nèi)襯橡膠，避免金屬間磕碰而引起振動(dòng)和損傷。

4 結(jié)束語

我們將納塑鋼高分子材料應(yīng)用到隔水套管的修復(fù)上，增強(qiáng)了隔水套管的強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性能。采用了高分子材料配合楔式扶正塊，新型加固方法和之前的加固方式相比，徹底解決了隔水套管的腐蝕和晃動(dòng)問題。經(jīng)歷了3年的考驗(yàn)，應(yīng)用效果良好。新型加固方法施工程序簡單，降低了作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)。新型加固方法屬于一勞永逸的做法，減少了維護(hù)工作量，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

圖3 高分子材料配合楔式扶正塊加固方法