海洋水下井口回接裝置技術(shù)現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)分析

金連登，王定亞，鄧 平，劉文霄，李 磊，張豐功，孫傳軒，劉小衛(wèi)

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西寶雞721002）①

海洋水下井口回接裝置技術(shù)現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)分析

金連登1，2，王定亞1，2，鄧 平1，2，劉文霄1，2，李 磊1，2，張豐功1，2，孫傳軒1，2，劉小衛(wèi)1，2

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，陜西寶雞721002）①

海洋水下井口回接裝置是海洋水下井口進(jìn)行回接作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，該裝置用于隔離海水，為生產(chǎn)平臺(tái)和海洋水下井口建立油氣通道。介紹了回接作業(yè)程序，簡述了回接裝置的技術(shù)現(xiàn)狀，并針對(duì)3種國外海洋水下井口回接裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，總結(jié)出回接裝置將向高壓、安全可靠、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的方向發(fā)展。

海洋水下井口回接裝置；回接作業(yè)；技術(shù)現(xiàn)狀；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目前，國內(nèi)外在淺海海域進(jìn)行油氣開采時(shí)，當(dāng)鉆井平臺(tái)鉆完1口井后，通常采用生產(chǎn)平臺(tái)的干式采油樹對(duì)該井進(jìn)行采油、采氣作業(yè)。由于生產(chǎn)平臺(tái)和海洋水下井口之間有很長一段距離，所以要采用海洋水下井口回接裝置來隔離海水，為生產(chǎn)平臺(tái)和海洋水下井口建立油氣通道。海洋水下井口回接裝置是油氣通道暢通的保障，其上部連接各層回接管柱，下部連接海洋水下井口裝置，起到承上啟下的作用。當(dāng)生產(chǎn)平臺(tái)安裝好干式采油樹后，在最里面的回接管柱內(nèi)下入油管柱便可進(jìn)行采油、采氣作業(yè)。

1 海洋水下井口回接作業(yè)概述

海洋水下井口回接是海洋石油鉆井工程中的一項(xiàng)特殊工藝。所謂的回接作業(yè)是指把鉆井底盤預(yù)鉆井的各層套管，通過各層回接管柱及回接工具，從海洋水下井口回接到生產(chǎn)平臺(tái)并安裝于生產(chǎn)平臺(tái)井口裝置的作業(yè)過程［1］。回接作業(yè)一般是根據(jù)井內(nèi)管柱確定的，常用的有?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管、?339.7 mm（13 3/8英寸）套管和?244.5 mm（9 5/8英寸）套管［2-3］，其回接順序一般是從大尺寸套管到小尺寸套管，即從隔水導(dǎo)管開始，然后是表層套管，再是技術(shù)套管和生產(chǎn)套管，即先回接?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管，然后回接?339.7 mm（13 3/8英寸）套管，最后回接?244.5 mm（9 5/8英寸）套管［4-5］。其中?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管不僅直徑大、剛度強(qiáng)、對(duì)導(dǎo)管架各水平塊導(dǎo)向孔偏移誤差影響敏感，而且還可以保護(hù)其內(nèi)在的2層套管免受海水腐蝕，抵抗海流和風(fēng)浪的沖擊，因此?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管回接是關(guān)鍵。至于?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管內(nèi)的?339.7 mm（13 3/8英寸）和?244.5 mm（9 5/8英寸）2層套管，回接后一般只需按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行試壓，便達(dá)到回接作業(yè)的要求。

2 國內(nèi)外海洋水下井口回接裝置技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

國家在“十一五”期間對(duì)水下井口頭系統(tǒng)進(jìn)行了立項(xiàng)研究［6-7］。當(dāng)時(shí)，國內(nèi)水下井口頭系統(tǒng)剛進(jìn)入試制階段，還沒有形成產(chǎn)品，因此沒有與之相配套的海洋水下井口回接裝置。此后，我國又在“十二五”期間對(duì)海洋水下井口回接裝置進(jìn)行了立項(xiàng)，目前處于研究階段。

目前，我國淺海海域油氣田開采所用的海洋水下井口裝置及回接裝置全部需要進(jìn)口。我國第1個(gè)投入開發(fā)的淺海油氣田是位于東海海域的平湖油氣田，由“南海6號(hào)”預(yù)鉆5口油井和2口氣井，于1998年上半年完成生產(chǎn)平臺(tái)的安裝，同年8月開始進(jìn)行井口回接作業(yè)。此后，平湖油氣田BZ34-3井、A5井和BG-2井都采用了海洋水下井口回接裝置，運(yùn)營效果顯示良好，隨后通過綏中36-1-E井和南海西部新文昌油田群井的運(yùn)用，該項(xiàng)技術(shù)逐步得到完善。

2.2 國外技術(shù)現(xiàn)狀

國外在海洋水下井口回接裝置領(lǐng)域起步較早、技術(shù)成熟，并且得到現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證，效果良好。目前，海洋水下井口回接裝置供應(yīng)商主要集中在歐美等幾個(gè)發(fā)達(dá)國家，主要開發(fā)供應(yīng)商包括GE Vetco Gray、FMC和Dril-Quip公司等幾家公司，基本上占有全球90%的市場份額，主要應(yīng)用于墨西哥灣海域、北海油田、西非油田和中國。

3 國外海洋水下井口回接裝置構(gòu)成及特點(diǎn)

3.1 GE Vetco Gray海洋水下井口回接裝置

GE Vetco Gray公司的海洋水下井口回接裝置適應(yīng)于SG-5／5XP型海洋水下井口，主要應(yīng)用于固定平臺(tái)和張力腿平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

GE Vetco Gray公司的海洋水下井口回接裝置特點(diǎn)如下：

1） 能與GE Vetco Gray公司的水下井口裝置相配套，采用常用的?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管、?339.7 mm（13 3/8英寸）套管和?244.5 mm（9 5/8英寸）套管回接作業(yè)方案。

2） ?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管回接接頭為內(nèi)鎖式，當(dāng)其坐放在海洋水下井口頭后，通過工具旋轉(zhuǎn)其內(nèi)部的連接套，使連接套下端外部的回接螺紋與井口頭上端內(nèi)部回接螺紋嚙合，實(shí)現(xiàn)接頭與海洋水下井口的鎖緊，通過彈性橡膠密封圈實(shí)現(xiàn)和海洋水下井口的密封，灌水試壓。

3） ?339.7 mm（13 3/8英寸）套管回接接頭采用重力坐放式，通過工具下放到水下井口后，利用回接套管柱的自重，使接頭上端連接環(huán)外部的螺紋與?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管回接接頭內(nèi)部的連接套上端內(nèi)部的螺紋嚙合，實(shí)現(xiàn)鎖緊，下端外部通過2層O形橡膠密封圈密封在?244.5 mm（9 5/8英寸）套管回接懸掛器內(nèi)，試驗(yàn)壓力17.2 MPa。

4） ?244.5 mm（9 5/8英寸）套管回接接頭為內(nèi)鎖式，該回接接頭內(nèi)部有1個(gè)下端帶有回接螺紋的連接短節(jié)，當(dāng)接頭下放到?244.5 mm（9 5/8英寸）回接套管懸掛器時(shí)，利用工具旋轉(zhuǎn)連接短節(jié)，使之與?244.5 mm（9 5/8英寸）回接套管懸掛器的回接螺紋嚙合，即可實(shí)現(xiàn)接頭與懸掛器的鎖緊，同時(shí)使得接頭下部的金屬對(duì)金屬密封在旋轉(zhuǎn)擠壓作用下產(chǎn)生變形，從而實(shí)現(xiàn)接頭與懸掛器的金屬對(duì)金屬密封，試驗(yàn)壓力24.1 MPa。

圖1 GE Vetco Gray公司海洋水下井口回接裝置

3.2 FMC海洋水下井口回接裝置

FMC海洋水下井口回接裝置適用于UWD-15型水下井口，主要應(yīng)用于自升式平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 FMC公司海洋水下井口回接裝置

FMC公司的海洋水下井口回接裝置特點(diǎn)如下：

1） 能與FMC標(biāo)準(zhǔn)水下井口套管懸掛器配套使用，并且能夠?qū)崿F(xiàn)與?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管、?339.7 mm（13 3/8英寸）套管和?244.5 mm（9 5/8英寸）套管的匹配。

2） ?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管回接接頭為外鎖式，通過接頭內(nèi)部的鎖銷裝置和彈性密封圈實(shí)現(xiàn)與海洋水下井口鎖緊和密封，試驗(yàn)壓力6.8 MPa。

3） ?339.7 mm（13 3/8英寸）套管回接接頭為內(nèi)鎖式，采用直接插入方式使得其上端外部通過彈簧鎖塊實(shí)現(xiàn)與海洋水下井口內(nèi)壁鎖緊，下端外部置于?244.5 mm（9 5/8英寸）回接套管懸掛器內(nèi)壁上，通過外部彈性組合密封圈實(shí)現(xiàn)密封，試驗(yàn)壓力20.7 MPa。

4） ?244.5 mm（9 5/8英寸）套管回接接頭為內(nèi)鎖式，通過工具旋轉(zhuǎn)，使得接頭下部的回接螺紋與?244.5 mm（9 5/8英寸）回接套管懸掛器的回接螺紋嚙合，實(shí)現(xiàn)接頭和懸掛器鎖緊。同時(shí)，在旋轉(zhuǎn)擠壓作用下使得接頭金屬密封斜面產(chǎn)生變形，實(shí)現(xiàn)接頭與懸掛器之間的金屬對(duì)金屬密封，試驗(yàn)壓力高達(dá)34.5 MPa。

3.3 Dril-Quip公司海洋水下井口回接裝置

Dril-Quip公司的海洋水下井口回接裝置適應(yīng)于SS-15，SS-10和SS-10C型海洋水下井口裝置，主要應(yīng)用于固定平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 Dril-Quip公司海洋水下井口回接裝置

Dril-Quip公司的海洋水下井口回接裝置特點(diǎn)如下：

1） 適應(yīng)于Dril-Quip公司的水下井口裝置采用?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管、?339.7 mm（13 3/8英寸）套管和?244.5 mm（9 5/8英寸）套管的回接作業(yè)程序。

2） ?508 mm（20英寸）隔水導(dǎo)管回接接頭為內(nèi)鎖式，通過工具旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)環(huán)驅(qū)動(dòng)楔形套下移，使得C形鎖環(huán)張開并嵌入海洋水下井口上端鎖緊槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)接頭和水下井口鎖緊。其2層O形彈性密封圈在海洋水下井口上端的金屬環(huán)密封區(qū)域?qū)崿F(xiàn)密封，試驗(yàn)壓力為10.5 MPa。

3） ?339.7 mm（13 3/8英寸）套管回接接接頭為內(nèi)鎖式，通過工具旋轉(zhuǎn)接頭，使得接頭下部的鎖固環(huán)回接螺紋與?244.5 mm（9 5/8英寸）回接套管懸掛器的回接螺紋嚙合，實(shí)現(xiàn)接頭和懸掛器的鎖緊。該接頭和懸掛器之間的密封采用O形密封圈為主，金屬對(duì)金屬密封為輔的雙重密封形式，試驗(yàn)壓力高達(dá)31.5 MPa。

4） ?244.5 mm（9 5/8英寸）套管回接接頭為內(nèi)鎖式，通過工具旋轉(zhuǎn)接頭，使得接頭下部的鎖固環(huán)回接螺紋與?244.5 mm（9 5/8英寸）回接套管懸掛器的回接螺紋嚙合，實(shí)現(xiàn)接頭與懸掛器的鎖緊。該接頭與懸掛器之間的密封采用金屬對(duì)金屬密封為主，O形密封圈為輔的雙重密封方式，試驗(yàn)壓力為52.5 MPa。

4 結(jié)論

1） 海洋水下井口回接裝置將隨著海洋水下井口壓力的不斷升高而向更高壓力方向發(fā)展。

2） 海洋水下井口回接裝置關(guān)鍵密封處將更廣泛采用金屬對(duì)金屬密封形式，有利于保證回接裝置的安全性和可靠性。

3） 海洋水下井口回接裝置將根據(jù)回接作業(yè)程序向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方向發(fā)展。

［1］ 方華燦.海洋石油工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

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［4］ 魏剛，李立宏，張春琳，等.水下井口回接工藝在邊際油田開發(fā)中的應(yīng)用及改進(jìn)［J］.海洋石油，2009，29（2）：88-91.

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［12］ 中海石油研究中心.深水鉆井手冊(cè)［K］.2008.

Analysis of the Status and Structure of Subsea Wellhead Tieback Device

Subsea wellhead tieback device is the key to the subsea wellhead tieback operation device，the device is used to isolate the water of the sea，in order to establish the oil and gas production platforms and subsea wellhead channel.First the tieback operation procedure was introduced，and then the situation back device was described.The structure characteristics of 3 kinds of foreign water tieback equipments are analyzed to summarize that the tieback device will trend to high pressure，safe and reliable，standardized，and serialized direction.

subsea wellhead tieback device；tieback procedure；technology status；structural feature

TE951

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.004

1001-3482（2014）11-0014-04①

2014-05-27

中國石油天然氣集團(tuán)公司“十二五”技術(shù)攻關(guān)課題“海洋鉆井新裝備開發(fā)”（2011B-4308）；中國石油裝備制造分公司科技統(tǒng)籌項(xiàng)目“海洋水下井口裝置研制”（Y-10K900001）

金連登（1981-），男，江蘇豐縣人，工程師，碩士，主要從事石油鉆采裝備設(shè)計(jì)研究，E-mail：jinld21＠163.com。