液壓舉升修井技術在渤海油田的應用

姚俊材，尹澤剛

山東科瑞油田服務集團股份有限公司（天津 300467）

隨著國家實施擴大油氣資源勘探開發(fā)戰(zhàn)略，渤海油田提出了增儲上產的“七年行動計劃”，海上修井作業(yè)量成爆發(fā)式增長，修井設備供需矛盾日益突出。對于無修井機平臺的修井作業(yè)，需要動用鉆井船，存在動復員和操作費用高昂、鉆井船資源難以協調等問題，往往導致無修井機平臺的躺井油氣井長期不能恢復生產。在渤海油田，海上無修井機石油平臺有20 余座，如果該矛盾得不到解決，將嚴重影響油田產量計劃。因此，渤海油田急需找到一種替代模式，用更加簡易、靈活機動且安全高效的設備和技術替代鉆井船修井[1-2]。

通過大量的需求調研、研發(fā)、技術改造和試驗，在渤海地區(qū)引入了液壓舉升修井技術，該技術能很好地解決以上問題。主要運用液壓舉升系統(tǒng)及輔助設備實施修井作業(yè)[3]。

1 液壓舉升修井技術介紹

1.1 基本構成

液壓舉升修井技術，是利用液壓舉升系統(tǒng)及附屬設備來實施油田修井作業(yè)的集成技術。關鍵設備包含液壓舉升系統(tǒng)、桅桿系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、柴油供應系統(tǒng)、滑移底座系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、井控系統(tǒng)和油管上卸扣設備等組成，如圖1 所示。作為核心部分的液壓舉升系統(tǒng)，由工作籃、游動液壓卡瓦、4根液壓缸、固定液壓卡瓦和下底座組成[4]。

圖1 液壓舉升系統(tǒng)構成

1.2 工作原理

與傳統(tǒng)修井機用游車系統(tǒng)提升管柱不同，液壓舉升修井技術主要是利用游動液壓卡瓦和固定液壓卡瓦相互交替配合、上下往復來完成管柱的舉升或下降[5]。

起鉆時，操作游動卡瓦關閉手柄，關閉卡瓦，抱住管柱。確認卡瓦抱住管柱后，操作固定卡瓦開啟手柄，開啟固定卡瓦，固定卡瓦處于松弛狀態(tài)。緩慢操作液壓舉升缸上行，帶動游動卡瓦舉升管柱，同時，處于松弛狀態(tài)的固定卡瓦彈出。在液壓缸舉升到最高位置時，停止舉升。操作固定卡瓦關閉手柄，固定卡瓦抱住管柱。確認卡瓦抱住管柱后，操作游動卡瓦開啟手柄，開啟游動卡瓦，游動卡瓦處于松弛狀態(tài)。緩慢操作液壓缸下行，游動卡瓦彈出。整個管柱重量施加于固定卡瓦，處于靜止狀態(tài)。操作液壓舉升缸繼續(xù)下行，直到下降到最低點。重復以上過程，用游動卡瓦和固定卡瓦的往復運動來舉升管柱。工作原理和卡瓦位置。

下鉆時，游動卡瓦抱住管柱后，操作液壓舉升缸下行，并帶動游動卡瓦下放管柱。其余步驟與起鉆作業(yè)類似，都是用游動卡瓦和固定卡瓦的往復運動來實現下鉆作業(yè)[6]。

1.3 技術優(yōu)勢

1）舉升和下推能力強。由于采用液壓作用力，340K型液壓舉升系統(tǒng)能最大舉升154 t，提升能力與傳統(tǒng)650 型修井機相當。同時，相對于傳統(tǒng)修井只有向上施加提升力的功能，液壓舉升系統(tǒng)能自身通過液壓系統(tǒng)產生77 t 的向下推力，在需要向下施加鉆壓但管柱自身重量不足的情況下，液壓舉升系統(tǒng)的向下推力能很好地解決該問題[7]。

2）機動性強。液壓舉升修井技術所用設備具有小型化、模塊化等特點。根據設備功能分區(qū)，對設備進行了集成處理，大大地提升了設備安裝效率和安裝安全。單個設備重量最大不超過9 t，易于運輸和安裝，對于海上石油平臺的吊車能力要求較低，相對于傳統(tǒng)鉆修井船，液壓舉升設備動復員更便捷、安裝拆卸更迅速、機動性更強，大大地提高了該技術在海上平臺的適應性。

3）作業(yè)范圍廣。液壓舉升修井技術是集成化的修井技術，做到了“小而精”，能很好地實現常規(guī)修井機的基本功能。該技術適用于常規(guī)檢泵、沖砂、擠水泥、大修再完井、套管切割、套銑/磨銑以及開窗側鉆等作業(yè)。

4）能有效地降低作業(yè)成本。對于海上無修井平臺的修井作業(yè)，特別是只有少量井位時，如動用鉆井船修井，高昂的拖航和設備租賃費用，將大大增加修井成本。液壓舉升修井技術的應用，很好地解決了這個問題，其靈活機動的特點，使得作業(yè)成本大幅下降。

2 設備安裝模式優(yōu)化

液壓舉升系統(tǒng)及附屬設備主要是解決無修井平臺修井問題，其最大特點是機動靈活、操作簡便、安裝拆卸安全高效。充分考慮到各個平臺的實際情況，優(yōu)化設計了兩種設備安裝模式，可根據各目標平臺和客戶的需求進行選擇和調整，最大程度滿足客戶需求。

2.1 套管頭承載安裝模式

套管頭承載方式是將液壓舉升裝置自身重量和修作業(yè)負荷直接作用于套管頭的承載方式，其自下而上的結構形式為：套管頭+升高立管+防噴器租+四通+液壓舉升下底座+液壓舉升裝置主機。

該種承載方式對套管頭和隔水導管承載能力要求較高，作業(yè)前需要請第三方檢測公司對每口井腐蝕最嚴重的位于潮差帶的隔水導管進行測厚，評估腐蝕等級，綜合隔水導管材質和入泥深度、作業(yè)區(qū)塊的海況和地質情況等影響因子，并對套管頭和隔水導管的承載能力進行建模計算[8]。該承載方式的優(yōu)缺點分別如下。

優(yōu)點：可以有效減少液壓舉升裝置的占地面積，對其他井實施非修井機措施作業(yè)影響較小。

缺點：每次變換井位，都需要拆裝一次液壓舉升裝置，批量修井時作業(yè)效率低。每口井都需要評估隔水高管和套管頭的承載能力，作業(yè)成本較高，對于隔水導管和套管頭狀況較差的井無法實施該種承載模式；由于整個裝置的重量和作業(yè)負荷完全施加于防噴器組和升高管，因此整個系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，對抗風能力不夠，特殊天氣只能停止作業(yè)，影響作業(yè)時效[9]。

2.2 滑移底座承載安裝模式

滑移底座承載方式是利用滑移底座承載液壓舉升裝置自身重量和修井作業(yè)負荷，并利用可滑移支撐梁將載荷傳導給平臺既有的導軌，載荷將由整個采油平臺承受[4]，如圖2所示。該承載方式的優(yōu)缺點分別如下。

圖2 滑移底座承載方式

優(yōu)點：批量修井時，不需要拆裝液壓舉升裝置，修井作業(yè)總體效率較套管頭承載方式提高約20%。由于不需要將裝置重量和作業(yè)負荷作用于套管頭，因此減少了第三方檢測和建模計算的費用，成本節(jié)省約5%。對于隔水導管和套管頭狀況較差的井，也可以采用液壓修井裝置實施修井作業(yè)，作業(yè)范圍實現了全覆蓋。由于滑移底座可以懸掛防噴器組一起移動，減少了安裝防噴器時的時間和風險，縮短了空井時間，作業(yè)更加安全[10]。

缺點：對于無軌道或軌道承載能力不足的平臺，無法采用該模式安裝。該安裝方式增加了甲板占用面積，不適用于空間特別不足的平臺。對于非批量作業(yè)的情況增加了吊裝和安全滑移底座的工作量。

3 現場應用

3.1 作業(yè)背景

渤海油田LD5-2 采油平臺位于渤海遼東灣海域共有油水井70 余口，完鉆井深普遍為2500～2800 m，分為AB 兩個井區(qū)，卻只有一臺鉆修井機。由于該平臺側鉆任務多，無法協調出設備檔期來完成修井作業(yè)，導致待修油水井長期得不到修復，嚴重影響該平臺的年度產量計劃。因此，作業(yè)者決定使用液壓舉升修井技術來完成該平臺的修井作業(yè)，以使停產的油水井快速恢復生產。

3.2 作業(yè)方案

1）承載方式選擇。由于本次作業(yè)的A20井的隔水導管腐蝕程度較大，經過SACS軟件模擬分析，其無法充分保障極端情況下的載荷需求。因此，本次作業(yè)采用滑移底座承載模式。作業(yè)前用SACS軟件做有限元分析（FEA），對滑移底座整體施加極限工作載荷1800 kN，經過計算后輸出結果顯示滑移底座所有部件的UC值均小于1，結構強度滿足要求[5]。

2）設備動員。液壓舉升裝置的全套設備需要占用供應船300 m2的甲板空間，可實現所有設備一趟出海。設備出海前需要制定好詳細的裝船計劃，確保沒有關鍵設備被遺漏，并根據船舶的空間進行合理布局。設備要根據運輸和裝船計劃進行編號，在供應船上要嚴格按照既定方案擺放，如圖3 所示。這樣能大幅提高裝卸船和運輸作業(yè)時效。

圖3 供應船擺放示意圖

所有到達或離開平臺的貨物都應附有一份載貨單，注明在運貨物的大小、重量、內容和目的地。

3）液壓修井裝置安裝。渤海油田海上平臺均配備有10 t、吊裝半徑15 m 的吊車。液壓舉升裝置的單個安裝模塊采用輕量化設計，單個重量不超過8.5 t。設備卸船順序、設備安裝計劃將在項目啟動前同設備裝船計劃一同編制。設備在海上平臺安裝時，需嚴格按照既定安裝計劃進行。設備安裝完成后，需進行全面的試運轉和參數調試，確保各部件處于良好狀態(tài)。

4）檢泵作業(yè)。運用液壓舉升修井機進行檢泵作業(yè)，總體的基本程序與常規(guī)作業(yè)類似，但也存在以下幾點差異，在作業(yè)過程中需特別注意：①與傳統(tǒng)修井機的檢泵作業(yè)不同，液壓舉升修井機是利用上下液壓卡瓦交替往復作用來舉升油管，管柱的上下運動完全依靠卡瓦作用。因此，對于帶電纜的管柱，作業(yè)過程中需要特別關注卡瓦的位置，避免卡到電纜。②起下帶“Y”管的ESP 電泵管柱時，卡瓦卡住旁通管同時，保持液壓卡瓦的側開門打開，便于ESP 電泵通過側門的空間運行。因此，作業(yè)前必須保證液壓卡瓦的側門直徑大于井內ESP 電泵直徑。③由于桅桿高度最高為17 m，因此，在起甩長工具時，需要用到吊車配合。④常規(guī)修井機在進行現場交底會后就會將修井機移至需要檢修的井位上。而液壓舉升機的就位建立在壓井合格、拆采油樹，安裝升高管、防噴器組合格基礎上。⑤作業(yè)前的充分準備和標準化作業(yè)程序是成功的關鍵。由于設備不是固定在平臺上的，需要根據項目需要進行臨時動員，因此，項目啟動前的充分準備和標準化的作業(yè)程序至關重要[11]。

3.3 作業(yè)效果

本次A20井檢泵作業(yè)總施工時間為168 h，非生產時間為0，事故發(fā)生率為0。周密的計劃和精細的施工，使得作業(yè)效率與常規(guī)修井機作業(yè)時效相當。同時，實際作業(yè)周期較甲方設計作業(yè)周期縮短26.5 h。本次作業(yè)也同時驗證了利用液壓修井機進行起下“Y”管柱的技術可行性，為后續(xù)同類型井的作業(yè)提供了借鑒。

4 結論

液壓舉升修井技術作為常規(guī)修井模式的補充，其具備設備小型化、模塊化、作業(yè)成本低、所需場地小、舉升能力強和機動性強等特點，特別適用于海上小平臺和無修井機平臺的修井作業(yè)。優(yōu)化的兩種安裝模式，可根據平臺的實際情況和作業(yè)需求進行選擇，安裝模式靈活多樣。

液壓舉升修井作業(yè)需要前期的精心準備和周密計劃，設備運輸、出海、吊裝、排放、安裝和修井方案，以及標準化的操作規(guī)程，都需要在項目啟動前準備充分，并進行桌面推演。通過周密的作業(yè)銜接和精細化的施工，液壓舉升修井作業(yè)時效能達到與常規(guī)修井作業(yè)時效相當。隨著油田公司增儲上產和降本增效戰(zhàn)略的不斷深入，液壓舉升修井技術將在海上石油平臺廣泛的應用，潛力巨大。