深水臥式采油樹完井坐落管柱應(yīng)用技術(shù)研究

孫子剛，王 星

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深水鉆采技術(shù)公司，廣東深圳 518067）

隨著世界范圍內(nèi)深水油氣田開發(fā)步伐的不斷邁進(jìn)，未來幾十年我國(guó)也將進(jìn)入深水油氣勘探開發(fā)的高峰期。我國(guó)擁有豐富的深水油氣資源，特別是南海深水油氣資源潛力巨大。為了加快深水油氣勘探開發(fā)速度及確保開發(fā)質(zhì)量，就必須深入掌握深水鉆完井的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于配合深水水下臥式采油樹完井作業(yè)，為保證坐鎖油管掛及完井作業(yè)中可靠的井控屏障，并為投產(chǎn)前的清井返排提供從水下井口延伸至地面井口的有效放噴通道，將不可避免的大量使用深水完井坐落管柱（Landing String）系統(tǒng)進(jìn)行臥式采油樹油管掛的送入坐掛及鎖定作業(yè)[1]。深水完井坐落管柱系統(tǒng)作為深水油氣資源勘探開發(fā)中的關(guān)鍵組成部分，國(guó)內(nèi)尚未進(jìn)行過深入理論研究與結(jié)構(gòu)功能分析，在實(shí)際應(yīng)用中也全部租賃國(guó)外如 Schlumberger、Halliburton、Expro 公司產(chǎn)品[2]。由于國(guó)外技術(shù)封鎖導(dǎo)致國(guó)內(nèi)租賃費(fèi)用高昂，加之國(guó)內(nèi)以往深水完井作業(yè)量少，該系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)欠缺，因此有必要對(duì)深水完井坐落管柱系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及關(guān)鍵設(shè)備優(yōu)選進(jìn)行深入分析研究，以期提升后續(xù)深水完井作業(yè)效率，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)及成本，也為今后的國(guó)產(chǎn)化研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒，以加快我國(guó)深水油氣資源勘探開發(fā)步伐[3]。

1 深水完井坐落管柱系統(tǒng)介紹

深水水下井口完井系統(tǒng)主要由井下完井工具系統(tǒng)、水下坐落管柱系統(tǒng)、地面設(shè)備三大部分構(gòu)成，其中水下坐落管柱系統(tǒng)作為完井、清井放噴、后期修井和增產(chǎn)作業(yè)的主要井控屏障，主要用來安裝及回收油管掛或水下采油樹，提供上部完井作業(yè)中的安全保障，同時(shí)在清井返排作業(yè)中提供連接至地面流程的垂直通道，并具備緊急情況下（惡劣天氣如臺(tái)風(fēng)、平臺(tái)漂移量過大或平臺(tái)定位失效）實(shí)現(xiàn)關(guān)井和水下防噴器內(nèi)部管柱解脫及回接功能[4]。具體承載的主要功能及特性還包括：通過水下測(cè)試樹失效關(guān)閉的球閥進(jìn)行應(yīng)急關(guān)井；應(yīng)急情況下15秒以內(nèi)快速解脫；具備多種應(yīng)急解脫方式；應(yīng)急剪切穿過水下樹球閥的鋼絲/電纜/連續(xù)油管；解脫后能夠承留坐落管柱管串內(nèi)部流體，防止油氣外泄，保護(hù)海洋環(huán)境；滿足關(guān)閉水下防噴器閘板、萬(wàn)能和剪切閘板的需求；實(shí)現(xiàn)油管掛的鎖緊、鎖緊確認(rèn)及解鎖與油管掛送入工具的連接與脫手功能；系統(tǒng)失效時(shí)，能夠正循環(huán)壓井；化學(xué)藥劑注入功能（泥線及井下）；泥面附近管柱內(nèi)外溫度及壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控功能；為井下完井功能提供液壓和電氣通道。深水完井坐落管柱系統(tǒng)組成（見圖1）[5]。

2 坐落管柱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

深水完井坐落管柱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需根據(jù)水下臥式采油樹結(jié)構(gòu)及完井特點(diǎn)進(jìn)行綜合全面考慮：

（1）應(yīng)考慮和隔水管及防噴系統(tǒng)的匹配。

圖1 深水完井坐落管柱系統(tǒng)組成示意圖

（2）應(yīng)具有防噴閥、水下測(cè)試樹及泥面以下等位置的水合物抑制劑的注入功能，同時(shí)具備井下控制與監(jiān)測(cè)功能。

（3）考慮設(shè)置水下及井下作業(yè)的雙安全屏障。

（4）應(yīng)考慮坐落管柱緊急解脫系統(tǒng)和平臺(tái)應(yīng)急解脫系統(tǒng)的邏輯關(guān)系。

（5）水下坐落管柱應(yīng)具有備用剪切、球閥關(guān)閉及解脫等功能。

（6）應(yīng)包含以下至少兩種解脫方式：電液控制系統(tǒng)、直接液壓、機(jī)械解脫。

（7）坐落管柱系統(tǒng)應(yīng)可安裝和回收油管掛，可作為水下采油樹帽下入工具。

（8）坐落管柱外徑、長(zhǎng)度及位置等應(yīng)與平臺(tái)水下設(shè)備相匹配，管柱配長(zhǎng)后在正常關(guān)閉萬(wàn)能防噴器時(shí)保證臍帶纜不受損壞，內(nèi)徑應(yīng)滿足鋼絲投堵及連續(xù)油管作業(yè)等要求。

（9）坐落管柱系統(tǒng)工作壓力值應(yīng)不小于預(yù)測(cè)最高地層壓力，系統(tǒng)工作溫度值應(yīng)滿足所處環(huán)境及流體的最高、最低溫度要求。

（10）坐落管柱系統(tǒng)在有承重的情況下能承受外部一定壓力的能力（例如防噴器試壓，防噴器阻流或油嘴管匯壓力等）。

（11）可用于井控和有干預(yù)作業(yè)剪切后井控，并在應(yīng)急解脫后儲(chǔ)存管柱流體防止海洋環(huán)境污染。

3 坐落管柱關(guān)鍵設(shè)備選型

基于深水臥式采油樹結(jié)構(gòu)及深水完井技術(shù)特點(diǎn)，在選擇坐落管柱配套工具及功能時(shí)應(yīng)充分考慮以下因素：

（1）具備可快速關(guān)閉及應(yīng)急解脫與回接功能。

（2）工作壓力值應(yīng)滿足預(yù)測(cè)最高地層壓力1.25倍。

（3）工作溫度值應(yīng)滿足所處環(huán)境及流體的最高、最低溫度要求。

（4）本體內(nèi)徑為清井返排提供作業(yè)通道，環(huán)空壓力操作通過關(guān)閉防噴器閘板密封坐落管柱承壓短節(jié)來實(shí)現(xiàn)。

（5）水下測(cè)試樹、承留閥本體有一定的通道余量，可滿足動(dòng)力電纜等的穿越。

（6）外徑、長(zhǎng)度及位置等應(yīng)與平臺(tái)水下設(shè)備相匹配，管柱配長(zhǎng)后在正常關(guān)閉萬(wàn)能防噴器時(shí)保證臍帶纜不受損壞。

（7）可安裝和回收油管掛，可作為水下采油樹帽下入工具。

（8）宜具有泥線附近數(shù)據(jù)采集功能，包括但不限于溫度和壓力。

（9）內(nèi)徑應(yīng)滿足鋼絲投堵及連續(xù)油管作業(yè)的要求。

（10）可作為井控手段進(jìn)行關(guān)閉，并可以剪切鋼絲及連續(xù)油管后井控。

（11）在應(yīng)急解脫后可以儲(chǔ)存管柱流體防止環(huán)境污染。

（12）具有回接功能。

（13）系統(tǒng)通徑滿足ISO 10432∶2004標(biāo)準(zhǔn)，通徑規(guī)公差為0.68 mm。

深水坐落管柱關(guān)鍵工具選型：深水水下坐落管柱關(guān)鍵組成部分包括水下測(cè)試樹、承留閥、立管控制模塊、儲(chǔ)能模塊、防噴閥、扶正器及油管掛送入工具等，各工具選型需結(jié)合實(shí)際井況、作業(yè)水深以及平臺(tái)水下BOP配置等綜合考慮。

（1）水下測(cè)試樹：作為坐落管柱的核心工具，執(zhí)行應(yīng)急情況下井下解脫與回接。水下測(cè)試樹結(jié)構(gòu)示意圖（見圖2）。具有剪切一定尺寸的鋼絲、電纜及連續(xù)油管功能；具有雙閥，其球閥設(shè)計(jì)為失壓關(guān)閉；尺寸與防噴器組匹配；具有泵通壓井功能；具有化學(xué)注入功能；承壓短節(jié)外徑及長(zhǎng)度滿足防噴器閘板關(guān)閉、密封的要求；具有備用控制系統(tǒng)；應(yīng)至少具備兩種解脫方式：電液控制系統(tǒng)、直接液壓、備用液壓系統(tǒng)、破裂盤、機(jī)械解脫[6]。

（2）防噴閥：一般位于轉(zhuǎn)盤下部30 m左右，具體根據(jù)平臺(tái)伸縮節(jié)內(nèi)筒下抬肩位置配置安裝，應(yīng)避免設(shè)置在伸縮節(jié)內(nèi)筒下抬肩位置附近，避免下抬肩隨平臺(tái)升沉而反復(fù)撞擊防噴閥風(fēng)險(xiǎn)。防噴閥上部管柱可作為鋼絲或連續(xù)油管等作業(yè)的防噴管，用于協(xié)助入井前試壓工作。應(yīng)具有化學(xué)注入功能；可選擇剪切鋼絲、電纜及連續(xù)油管功能；球閥具有上下承壓能力；具有泵通功能；具有輔助其他帶壓作業(yè)功能[7]。

（3）承留閥：位于水下測(cè)試樹上部，其結(jié)構(gòu)可以理解為倒置的防噴閥，不同點(diǎn)是使用提升滑套代替化學(xué)注入單流閥，提升滑套用于水下測(cè)試樹解脫前泄放與承留閥之間的圈閉壓力，保護(hù)解脫位置的各類膠皮密封完好，確保回接后水下測(cè)試樹仍可安全作業(yè)。

承留閥用于在解脫時(shí)隔離承留閥和防噴閥之間的油氣，防止環(huán)境污染。在應(yīng)急解脫時(shí)，具有安全泄壓，保護(hù)隔水管的功能；與水下測(cè)試樹互鎖功能[8]。

（4）儲(chǔ)能模塊：為水下測(cè)試樹和承留閥打開提供動(dòng)力，是縮短井下響應(yīng)時(shí)間的能量保障。應(yīng)滿足坐落管柱系統(tǒng)響應(yīng)速度要求，可提供溫度、壓力及流量的采集和傳輸，提供系統(tǒng)所需的全部液壓動(dòng)力。

（5）立管控制模塊：深水完井坐落管柱的水下控制單元，接收、分析和傳達(dá)地面的電信號(hào)，是電液控制坐落管柱的核心部分，能將RCM位置的實(shí)時(shí)溫壓數(shù)據(jù)傳給地面。

（6）油管懸掛器下入工具：用以連接水下測(cè)試樹和油管掛。應(yīng)匹配水下測(cè)試樹和油管掛的結(jié)構(gòu)與功能，可作為水下采油樹內(nèi)帽下入工具，具有定位指示功能，并滿足鋼絲投堵和其他工具作業(yè)的需求。

圖2 坐落管柱下送內(nèi)樹帽至油管掛頂部示意圖

4 坐落管柱系統(tǒng)配長(zhǎng)

坐落管柱在水下防噴器中的配長(zhǎng)是深水現(xiàn)場(chǎng)完井工作的一項(xiàng)關(guān)鍵作業(yè)。深水完井坐落管柱往往不同于深水測(cè)試坐落管柱通過調(diào)節(jié)懸掛器高度配長(zhǎng)，而是根據(jù)完井作業(yè)前根據(jù)實(shí)際作業(yè)平臺(tái)水下BOP組配置預(yù)制固定長(zhǎng)度的承壓短節(jié)及剪切短節(jié)，確保BOP組內(nèi)部工具與相應(yīng)防噴器位置匹配，從而能夠滿足井控及后續(xù)完井作業(yè)要求。

配長(zhǎng)關(guān)鍵：抗磨補(bǔ)芯坐掛點(diǎn)角度需要與懸掛器角度匹配；可關(guān)閉閘板類型尺寸需要和承壓短節(jié)匹配，密封閘板對(duì)應(yīng)在承壓短節(jié)上；剪切短節(jié)對(duì)應(yīng)在剪切閘板；承留閥或環(huán)空承壓短節(jié)對(duì)應(yīng)在萬(wàn)能防噴器位置，防止萬(wàn)能防噴器關(guān)閉時(shí)電纜及管線受損；立管控制模塊應(yīng)設(shè)置在防噴器撓性接頭以上。

5 結(jié)論

深水完井坐落管柱系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)且復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，對(duì)作業(yè)順利及安全起著至關(guān)重要的作用。本文在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外深水完井坐落管柱系統(tǒng)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)坐落管柱系統(tǒng)組成、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、關(guān)鍵設(shè)備選型及水下BOP組內(nèi)部工具配長(zhǎng)進(jìn)行了深入的分析總結(jié)，使深水完井坐落管柱系統(tǒng)研究變得完整，希望可以為今后海洋深水完井作業(yè)安全順利高效開展提供借鑒，也為將來的深海石油裝備國(guó)產(chǎn)化研究提供理論支撐。