輕型無隔水管作業(yè)船在水下井口油井修井中的應(yīng)用

張志剛

(中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029)

國際上從事海洋油氣田勘探開發(fā)相對(duì)較早的一些海域，受半潛式鉆機(jī)的供應(yīng)數(shù)量及高昂作業(yè)日費(fèi)的限制，對(duì)采用水下井口開發(fā)的油田修井作業(yè)方式進(jìn)行了嘗試與探索，逐漸發(fā)展和完善了輕型無隔水管作業(yè)船工藝技術(shù)，使水下井口油氣井能以較低成本快速修井，釋放油氣井產(chǎn)能。我國使用水下井口開發(fā)的油田修井作業(yè)時(shí)仍完全依托半潛式鉆機(jī)進(jìn)行，未嘗試過輕型無隔水管作業(yè)船的修井應(yīng)用。本文以英國Helix公司研制的輕型無隔水管作業(yè)船為例，探討其替代半潛式鉆機(jī)實(shí)施一定范圍的修井作業(yè)能力[1]。輕型無隔水管作業(yè)船不配備隔水管及鉆井配套設(shè)備等，相對(duì)于半潛式鉆機(jī)來說，總重量和體積大大減小，具有機(jī)動(dòng)靈活、作業(yè)效率高的特點(diǎn)。與半潛式鉆機(jī)相比，使用輕型無隔水管作業(yè)船進(jìn)行相同類型的修井作業(yè)施工周期可大大縮短，作業(yè)費(fèi)用大大降低。輕型無隔水管作業(yè)船采用動(dòng)力定位設(shè)計(jì)，修井過程中船舶能垂直定位在水下井口之上；作業(yè)船的小型井架能充分滿足起、下水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)和采油樹的提升力要求，水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)能保證修井過程中井內(nèi)流體不逸散到海水中造成污染，其設(shè)計(jì)很好地滿足了安全環(huán)保設(shè)計(jì)理念。因此，輕型無隔水管作業(yè)船成為了國外作業(yè)者對(duì)水下井口油井修井作業(yè)時(shí)首選的工作船舶[2]，相信輕型無隔水管作業(yè)船在國內(nèi)海域的水下井口油氣田開發(fā)中同樣會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景。

1 輕型無隔水管作業(yè)船的主要配套設(shè)備

輕型無隔水管作業(yè)船通過對(duì)船舶各模塊進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使各模塊(系統(tǒng))能相應(yīng)完成半潛式鉆機(jī)類似的功能，但其體積和重量大大小于半潛式鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)施工的高效、快捷。輕型無隔水管作業(yè)船相對(duì)于半潛式鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)思路見表1。

表1 輕型無隔水管作業(yè)船設(shè)計(jì)技術(shù)思路

輕型無隔水管作業(yè)船配備的主要設(shè)備系統(tǒng)及功能如下。

1.1 小型井架及提升系統(tǒng)

配備的井架及提升系統(tǒng)可以起、下水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)、采油樹等。一般提升系統(tǒng)的提升能力在100 t左右，允許同時(shí)起、下水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)和采油樹。為了減小海浪對(duì)作業(yè)的影響，保護(hù)水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)、采油樹和井口等設(shè)備，輕型無隔水管作業(yè)船在井架上均配備有升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，保證起放水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)、采油樹時(shí)的施工緩慢平穩(wěn)，降低損壞設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 月池

輕型無隔水管作業(yè)船在船體上均開有月池，月池的尺寸大小需要保證水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)和采油樹的順利通過。Seawell輕型無隔水管作業(yè)船的月池尺寸為7 m×5 m。

1.3 水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)

水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)是輕型無隔水管作業(yè)船實(shí)現(xiàn)對(duì)水下井口油井安全修井施工的關(guān)鍵井控裝備[3],見圖1。水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)一般由連接器、井口壓力控制設(shè)備、容納電纜/鋼絲作業(yè)工具的立管和電纜/鋼絲作業(yè)壓力控制頭等組成。井口壓力控制設(shè)備的功能等同于鉆機(jī)設(shè)備的防噴器系統(tǒng)，由具有剪切、密封功能的液壓閥門組成，可剪切電纜、鋼絲及連續(xù)油管等并密封井口，達(dá)到安全控制井口的目的。容納電纜/鋼絲作業(yè)工具的立管頂端為電纜/鋼絲作業(yè)壓力控制頭，保證了井口帶壓的情況下實(shí)施電纜/鋼絲作業(yè)的井控安全。井口壓力控制設(shè)備的壓力級(jí)別一般為70 MPa，其公稱通徑根據(jù)各船的配置稍有不同。

1.4 水下機(jī)器人

一般輕型無隔水管作業(yè)船都配備有2臺(tái)大功率水下作業(yè)機(jī)器人ROV，水下作業(yè)機(jī)器人可在一定程度上代替潛水員協(xié)助修井作業(yè)，如錄像監(jiān)測(cè)、協(xié)助開關(guān)液壓控制的采油樹閥門、清洗井口設(shè)備等。

1.5 油井修井作業(yè)設(shè)備及工具

輕型無隔水管作業(yè)船甲板面積一般很大，可以擺放固井泵、水泥罐、電纜及鋼絲作業(yè)絞車、采油樹及各種入井工具等。大的甲板面積保證作業(yè)船出海時(shí)可攜帶用于多口井作業(yè)的設(shè)備及工具，提高出海作業(yè)效率。

圖1 水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)

1.6 人工潛水設(shè)備

一般老的水下采油樹由手、液動(dòng)閥門組合而成，設(shè)計(jì)下入深度相對(duì)較淺，需要潛水員在水下配合作業(yè)，如手動(dòng)開關(guān)閥門、對(duì)采油樹閥門試壓等，所以一些輕型無隔水管作業(yè)船配備有人工潛水設(shè)備，潛水員可在海底協(xié)助修井施工。如Helix公司的Seawell和Well Enhancer輕型無隔水管作業(yè)船均配有人工潛水設(shè)備，允許安全人工潛水深度達(dá)300 m。

2 輕型無隔水管作業(yè)船修井作業(yè)技術(shù)措施

2.1 安裝/回收垂直采油樹

對(duì)于水下垂直采油樹來說，需要先下入完井管串，然后再安裝采油樹。如果垂直采油樹需要維修、更換[4]，可以使用輕型無隔水管作業(yè)船，把水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)安裝在采油樹上，連接壓井管線到井口，泵送壓井液壓井，使用電纜/鋼絲在油管內(nèi)下入機(jī)械橋塞建立井筒安全作業(yè)屏障，然后原地維修或更換成新采油樹，用電纜/鋼絲起出機(jī)械橋塞，使油井重新投產(chǎn)，完成修井作業(yè)。

2.2 泵送施工

如果油井出垢，生產(chǎn)一段時(shí)間后，原油中的垢會(huì)在油管內(nèi)壁積聚，縮小原油生產(chǎn)流道面積，增加原油流動(dòng)阻力。為了提高原油產(chǎn)量，可使用輕型無隔水管作業(yè)船，向井筒泵入化學(xué)除垢劑進(jìn)行化學(xué)除垢[5]。輕型無隔水管作業(yè)船同樣可泵送水泥、壓井液到油管內(nèi)，完成臨時(shí)棄井以恢復(fù)井筒完整性、降低油氣無控制溢出井口的風(fēng)險(xiǎn)[6]。

2.3 電纜及鋼絲作業(yè)

由于輕型無隔水管作業(yè)船配備有水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)保證了井口帶壓情況下起下電纜及鋼絲作業(yè)的安全，可實(shí)現(xiàn)密封關(guān)井或緊急情況下剪切電纜、鋼絲或連續(xù)油管并控制井口的功能，保證作業(yè)過程中的施工安全，避免油氣無控制地流出井口。通過電纜/鋼絲作業(yè)，可起、下完井管串內(nèi)的機(jī)械橋塞、可回收式封隔器、更換氣舉閥芯等多種類型修井工作。

2.4 連續(xù)油管作業(yè)

如果油管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，可能無法通過泵入化學(xué)除垢劑的方式清除污垢。市場(chǎng)上個(gè)別輕型無隔水管作業(yè)船已成功使用連續(xù)油管，配合井下動(dòng)力馬達(dá)和鉆頭除垢，使油井恢復(fù)生產(chǎn)[7]。

2.5 打永久棄井水泥塞

如果油井已無利用價(jià)值，在生產(chǎn)套管固井質(zhì)量良好的情況下，可綜合分析完井管串結(jié)構(gòu)及需要打永久棄井水泥塞的井段，連接高壓軟管到采油樹上，泵入足夠量的水泥漿(或樹脂)到油管內(nèi)形成油層封隔棄井水泥塞，完成永久棄井作業(yè)[8,9]。

在油井出現(xiàn)緊急風(fēng)險(xiǎn)情況下，可以使用輕型無隔水管作業(yè)船，將水泥漿泵入油井內(nèi)，形成水泥塞安全屏障，達(dá)到臨時(shí)封井目的。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

北海海域T水下油田的T11油井因產(chǎn)量低、無經(jīng)濟(jì)效益以及設(shè)施安全問題，已通過關(guān)閉水下采油樹閥門的方式停產(chǎn)多年，油管內(nèi)未下入機(jī)械橋塞，所以該油井僅依靠采油樹的閥門提供安全屏障。2016年使用潛水支持船對(duì)水下采油樹工況及油井狀況進(jìn)行兩年一次的例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，采油樹的生產(chǎn)流程一側(cè)只有一個(gè)閥門滿足試壓要求，不符合油井兩道安全屏障規(guī)定，且測(cè)得井口有壓力，檢查流體性質(zhì)為氣體。一旦僅有的一道安全屏障失效將造成油氣無控制溢出到海底的惡性環(huán)保事件，需要盡快在油管內(nèi)下入橋塞臨時(shí)封井，確保油井井筒完整性。

該油井于20世紀(jì)70年代完井，區(qū)域水深為140 m，為北海第一代水下井口的油井，采油樹設(shè)計(jì)為螺栓連接的手、液動(dòng)閥門組，采油樹頂部連接法蘭直徑僅為177.8 mm，無法直接用半潛式鉆機(jī)安裝476.25 mm水下防噴器到采油樹上進(jìn)行修井。為了降低安全風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過對(duì)不同修井方式的對(duì)比篩選，決定使用配備有潛水員的輕型無隔水管作業(yè)船進(jìn)行修井以恢復(fù)井筒完整性，降低溢油風(fēng)險(xiǎn)。2017年使用Helix公司的Seawell輕型無隔水管作業(yè)船，安排潛水員對(duì)采油樹閥門試壓發(fā)現(xiàn)多個(gè)閥門試壓不成功，閥門密封失效，潛水員通過閥門注入孔多次注入特殊密封脂才滿足了閥門的試壓要求，測(cè)得井口壓力為5.6 MPa，然后從作業(yè)船的水泥車上連接50.8 mm高壓管線到水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)上，打開采油樹閥門排放完油管內(nèi)氣體后，泵入1.32 g/cm3氯化鈣壓井液38 m3，壓穩(wěn)油層。關(guān)閉采油樹各閥門后，起出采油樹保護(hù)帽，把水下井口作業(yè)控制系統(tǒng)安裝在采油樹上，先在114.3 mm完井油管內(nèi)下入97 mm鋼絲通徑管串至3 005 m(114.3 mm油管下入深度為2 975 m)，然后使用電纜在油管內(nèi)下入76.2 mm膨脹式封隔器，坐膨脹式封隔器于177.8 mm的尾管上，封隔器深度為2 992 m。繼續(xù)泵入6.3 m3壓井液后，對(duì)膨脹式封隔器試壓11.2 MPa，合格。使用電纜在膨脹式封隔器上倒水泥13 m，接著在井口頭以下15 m用電纜打機(jī)械橋塞，并試壓11.2 MPa，合格，滿足了油氣井保持兩道安全屏障的要求，恢復(fù)了井筒安全完整性，把井內(nèi)油氣無控制溢出到海洋環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)降到了最低。通過和同區(qū)塊其它油井使用半潛式鉆機(jī)進(jìn)行相同的修井項(xiàng)目費(fèi)用對(duì)比來看，其修井費(fèi)用比使用半潛式鉆機(jī)配合潛水支持船作業(yè)降低了30%。

4 結(jié)論

輕型無隔水管作業(yè)船的研制解決了水下井口油氣井修井對(duì)半潛式鉆機(jī)的依賴，把半潛式鉆機(jī)作業(yè)耗時(shí)的起、拋錨作業(yè)和起、下隔水管作業(yè)相應(yīng)優(yōu)化，輕型無隔水管作業(yè)船無需拖航船舶及供應(yīng)船的支持，在水下井口油氣井修井中得以很好的應(yīng)用。

a)輕型無隔水管作業(yè)船作為替代半潛式鉆機(jī)的一種簡(jiǎn)易船舶，可實(shí)施對(duì)水下井口油井一定范圍的修井作業(yè)，也可泵入水泥漿實(shí)施臨時(shí)封井或有針對(duì)性的永久棄井。

b)輕型無隔水管作業(yè)船靈活機(jī)動(dòng)性好、作業(yè)效率高、施工周期較半潛式鉆機(jī)要大大縮短。通過和以往使用半潛式鉆機(jī)修井費(fèi)用對(duì)比，修井作業(yè)成本可降低25%～40%以上。

c)受其設(shè)備配置的影響，輕型無隔水管作業(yè)船修井工作范圍有其局限性，作業(yè)者要具體分析油井的特點(diǎn)，針對(duì)性地選擇修井船舶。