半潜式钻井平台创新型电潜泵测试工艺.pdf

l 2 2 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年8 月第3 1 卷第4 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 0 9 V o 1 ． 3 1 N o ． 4 半潜式钻 井平台创新型电潜泵测试工艺 唐海雄 ，王跃曾 张俊斌 ，彭作如 昝志恩 ，张元鹏 中海石油 中国有限公司深圳分公司，广东 深圳 5 1 8 0 6 7 中海油能源发展股份有限公司， 厂东 深圳 5 1 8 0 6 7 [ 摘 要] 由于在半潜 式钻井平 台上采 用常规 电潜泵测试工艺进行 常规 电潜泵 油井测试 存在着成功 率低 、井 下事故率高等缺点 ．通过 自主研 发和集成 ，形成 了创新 型 电潜 泵测 试工 艺 ，该 工 艺主要包 括可调 长度 悬 挂器 、专用 电缆桥 、双压力循环 阀组 、可重复 坐封封隔器 组合、新 型 电缆 保护器 、大直径 电缆保 护器 等 创新 型工具及工具 组合 ，在水平 井流花 4 - 1 2评价井油井测试 中应用成功 。 [ 关键词]海洋石油勘探；半潜式钻井平台；潜油电泵；测试工艺；人工举升 [ 中图分类号]T E 3 5 3 ． 3 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 0 9 0 4 0 1 2 2 0 5 目前 ，在全球范围内水深在 1 0 0 t5 0 0 m 的探井和评价井测试作业主要是在半潜式钻井平台上进行 的。针对利用半潜式平 台进行勘探所发现的一批含油构造 常压或低压地层油品粘度高 、密度大 、低 气油比等原因引起的地层供液不足或开井流动困难，无法利用天然能量进行 自喷求产的评价井 ，必须采 用人工举升方式才能进行地面分离器求产。 半潜式钻井平台是漂浮在海面上的，半潜式平台在压载至作业吃水后 ，其下体浸没在海水中，平台 在风、海潮 、涌 、流、波浪 、锚链等综合作用下出现升沉、平移 、横摇与纵摇。防喷器连接在泥线处的 水下井 口上 ，是固定不动的，平台与防喷器之间通过球接头、伸缩节和隔水管连接，也就是说平 台相对 于水下井口及防喷器始终处于运动中。同样 ，隔水管受海潮、涌 、流 、波浪 、半潜式平台的牵引等作用 也始终处于摆动状态 。利用悬挂器将电潜泵管柱坐在水下井 口头腔 的抗磨补心上 ，悬挂器以下管柱维持 静止不动。悬挂器以上管柱悬挂在平 台的游动系统上，通过钻柱补偿器补偿 管柱的升沉运动。由于近海 水深在 3 0 0 m左右的评价井主要是利用半潜式平台承钻 的，电潜泵具有 排量范围广、排量可连续调整 通过调频 、性能可靠、故障率低 、在导管架生产平台的生产井应用中安装技术成熟度较高等优点 ，如 果在浮式钻井装置上利用电潜泵进行机采测试应用成功，将能使近海探 明的许多构造得到评价 。然而在 浮式钻井装置上应用电潜泵进行人工举升将面临如下难题 ①南 中国海海洋环境条件特殊 ，季风期海况 恶劣，4 m 的浪和 3节的海流 ，且存在能量巨大的内波流 ，使得浮式钻井装置 的升沉在 2 m 以上 ，从而 使从水下井口延伸上来的测试管柱与平 台隔水管系统存在大幅度的相对运动；②浮式钻井装置与测试管 柱问的相对运动造成管柱连接困难 ，容易引起落物卡钻、电缆损坏 ，存在着操作人员在作业时易被伤害 的风险；③柔性电缆如何固定在测试管柱上并保证在通 过斜井段时不被磨损 ；④ 浮式钻井装置的水下 湿式防喷器组连接在泥线 附近的水下井 口上 ，关防喷器时，如何保证 电缆不被挤坏或挤断；⑤为电 潜泵提供能源的水下电缆在通过水下防喷器 内腔的电缆桥和泥面处的井 口悬挂器时的连接、密封和导电 问题 ；⑥在斜井及水平井中，电潜泵机组不宜在全角变化率大的地方 以及水平段工况条件下工作 ，如何 保证获得准确 的井下压力、温度恢复资料 ；在电潜泵测试管柱内，怎样 取得地层流体的高压物性样 品； ⑦浮式钻井装置 ，在测试期间如何防止油气从环空溢出，达到环保和平台作业安全要求。 [ 收稿 日期] 2 0 0 9一O 3 2 2 [ 作者简介]唐海雄 1 9 6 2 一 ，男， 1 9 8 3 年江汶石油学院毕业，高级工程师，现主要从事海洋钻完井技术管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 4期 唐海雄等半潜式钻井平台创新型电潜泵测试工艺 1 常规电潜泵测试工艺存在的问题 常规电潜泵测试管柱如图 l 所示。主要存在如下问题 ① 由于受到电潜泵 自身条件的限制 ，电潜泵 只能下人接近 7 O 。 的井斜角井段，压力计直接连接在 电机尾部，无法实现油藏提出的精确测试地层压力 的要求 。②没有泵工况，地面无法监测 井下电潜泵机组 的吸入 I l 压力和温度 、电潜泵振动等泵工况参 数 ，不能及时通过调频等手段来消除不 良工况对 电泵机组的影响。③利用钢丝作业将堵塞器下到工作筒 位置实现油管封堵 ，再利用泵注压力来实现封隔器坐封。工序繁琐、占用井 口时间长 。④采用单次坐封 封隔器 ，如果一次坐封失败 ，需重新起管柱更换封隔器。⑤管柱内与环空的循环是通过钢丝作业移开滑 套来实现的，占用井 口时间长 。⑥安装了液控井下安全阀，安全阀液控管线的下人和绑扎 占用了大量的 井 口时间。⑦没有安全可靠的水下工具系统 ，主要包括水 下井 口悬挂器、电缆桥 、电缆穿越和密封等。 ⑧电缆保护器采用铸造材质，易出现疲劳破坏 ，导致断电缆 、卡管柱等恶性事故。 国内外在半潜式平台上进行过几次常规电潜泵测试 包括延长地面测试的尝试 ，其中绝大部分以 失败告终 。主要原因有 ① 由于大幅度的平台升沉和移动引起泥面以上 、隔水管内的测试管柱与隔水管 出现交互碰撞和振动 ，出现断电缆卡钻 、掉 电缆卡子卡钻等事故。②由于电潜泵在开泵过程中出现振动 而引起 电子压力计落井、断电缆、掉电缆卡子出现卡钻等复杂事故 ，引起打捞等大修作业，甚至导致井 眼报废 ，造成 巨额 的经济损失。③ 平台与测试 管柱 间的相对运动造成 管柱连接困难和高空安装作业风险， 引起落物 卡钻 、电缆损坏 、导致人 身伤害 。④为 电潜泵 提供 电能 的动 力电缆在通过 防喷器和穿越悬挂器 时的连接 和密 封 出现 漏 电和失 封。 ⑤在关防喷器进行环空操作井下测 试工具时，挤 伤和挤 断电缆。⑥ 动 力电缆在测试管柱上 的绑 扎固定 不 牢靠 ，在通过斜井段时被磨损。 2 创新型电潜泵测试工艺 针对常规 电潜泵测试工艺存在 的问题 ，对测试 管柱进行 了创新式 设计及 组合 ，开发 出一批新工具 和 工具组合 ，通 过集成 和研 发，形成 了具有 自主 知 识 产 权 的新 型 测 试 工 艺 。 创新型电潜泵测试 工艺是一种 能够安全高效 地在半潜式钻井平 台 上应用 的工艺。其测试 管柱子主要 包括地面设 备、井 口部分 、水下部 分、井下管柱部分 图 2 。地 面设 备与常规 电潜泵地 面设 备相 同，在 此不再赘述 。井 口部分 是指转盘 面 以上的部分 ，由测 试长 吊环、测试 油管挂 油管 控 制管线 井下安全阀 动力 电缆 滑套 封隔器 工作简 单流 阀 泵出 口 电潜泵 分离器 保护器 电机 压力计托筒 导锥 流动 头 电泵控 制房 油管 电缆桥 调整短 节 水下井 口悬挂器 油管 循环阀 lc D 循环阀 可重复封 隔器 动力电缆 可调短节 单向剪切 阀 泵出 口 电潜泵 分离器 泵吸入 口 保护器 电机 泵工况 延伸管 压力计托 筒 导锥 图 1 常规 电潜 泵测试管柱示意图 图 2 新型测试管柱示意 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 8月 流动头、动力电缆等组 成。水下部分是指水下井 I I 处的管柱悬挂器以上到转盘面之间的管柱 参见水下 管柱示意图 ，主要有动力电缆、大直径扶正器、电缆保护器、电缆桥 包括电缆穿越和密封 、油气流 通通道 、剪切短接、水 下井 口悬 挂器 等。井下 管柱主要 包括 可重复 坐封封 隔器、单 次循环 阀和 RD R u p t u r e D i s c 循环阀组 、单向剪切阀、电潜泵机组、泵工况、延伸管与仪器托筒。该工艺既能实现 人工举升测试求产，还能实现利用地层天然能量进行 自喷求产。该工艺主要有以下特点 1 可调长度 悬挂器 图 3 使用悬挂器 简化水下测试树坐于水下井 口内，并对悬挂器进行 特殊设计 ①下部与 4 i n 1 i n 2 ． 5 4 c mNE W VAM 油管连接 ，并能坐挂在高压井 E l 头腔 内。②上 部通过 3 i n NE W VAM 油管与 9 i n电缆桥连接。③保 留油气流通 和电缆穿越通道。④为 了顺利通过 B OP 水下防喷器组而防止 出现阻挂 ，悬挂器的上下均设计为大纺锤型起引导居中作用。⑤考虑连接 密封并校核连接强度。⑥通过旋转悬挂器 沿芯轴上的粗扣螺纹上下调整长度后通过锁止块锁止 ，并 设计 了特殊的电缆通道 。 2 专用电缆桥 图 4 电潜泵机组的动力是由地面动力 电源通过电缆 向井下机组提供 的，目前 动力电缆是没有专门通道而仅是挂在生产管柱的外壁 ，当需要关 闭防喷器进行环空 打压操作 AP R或 P C T测试工具时，无论关闸板或是万能都会损坏 电缆，必须在管 串中特殊设计一个起保护和密封作用 的电缆桥 ，确保电缆在水下防喷器组工作时电缆得到保护 ①电缆桥外径 9 ％i n适应关万能防喷器密封 其与防喷器之间的环空。②内部保留居中的油气流通通道和电缆穿越通道 5 i n与 9 i n两层管 中间的 环空 ，电缆通道必须承压密封可靠并便于电缆穿越和承压密封 。③整体设计成纺锤型便于通过防喷器 。 图 3可调长 度悬挂器 示意图 图 4专用 电缆桥 3 双压力循环阀组常规方法是使用井下安全 阀，同时将井下安全阀的控制管线绑扎在管柱外侧 ， 工序繁琐 ，安装和操作的时间长。本方法创新地采用环空单次循环 阀 图 5 与 R D循环 阀 图 6 组 合成双压力循环阀，既简化了操作工序同时又具备安全控制功能和满足施工工艺的要求。达到双循环功 能的同时还拥有安全上的双保险。 4 可重复坐封封隔器组合 由于电缆沿封隔器下行并穿越封隔器 ，因此 ，要求所使用封隔器 的坐 封方式为既不能旋转也不能在坐封前后出现长度变化，否则，均会扭断电缆。管柱设计中创新地使用了 具可重复坐封技术的封隔器与单 向剪切阀组合 ，打压坐封后 ，上提解封再坐上悬挂器 以后 ，打压仍可以 坐封；坐封 、验封完成后 ，再正 向超压打破单向剪切阀实现全通径。替代了下工作筒加钢丝作业下堵头 打压才能完成坐封的旧组合 。该组合既具有高效重复坐封功能和保持电缆穿越功能 ，并 同时可提供正向 的挤 注 通道 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1卷第 4期 唐海 雄等 半潜式钻井平 台创新 型电潜泵测试工艺 5 新型电缆保护器 图 7 通过对 比分析电缆保护器在管 串工况下的失效形式并通过 模拟工况 的载荷分析后认为铸造材质在动载荷的作用下容易出现疲劳破坏 ，引发井下恶性事故 。因此 ，设计制 造了以特殊钢材为原料非铸造的新型电缆保护器。 6 大直径电缆保护 器 图 8 为适应半潜式平 台工作动载工况而设计制造了新 型水下 隔水 管专 用的灯笼型大直径电缆保护器 。防止动力 电缆因动载磨损失效和断裂落井 。 图 5 单次循环闷 图 6 R D循环阀 图 7 新型电缆保护器 图 8 大直径 电缆保 护器 3 应用实例及效果 流花 4 - 1 构造是一个碳酸盐岩及生物 礁灰岩油 田，位于南 中国海珠 江 口盆地 中央隆起带东 沙隆起 西南 部 ，构 造 位置 水深 2 6 2 m。属高粘 、低气油 比的重质原 油。油藏 埋深仅 1 2 7 0 mRT R a t o r y T a b l e 转盘 面 左 右 ，常 压 地 层 ，油层 温 度 低 。流花 4 1 - 2井是一 口评 价兼 开发井 ， 其地质 目的是 评价油藏储 层性 质和落 实 礁后控制 区的储 量和 产能 ，根据 开发要 求 ，产量必 须达到 5 0 0 m。 ／ d的开 发经济 门槛值 ，并要求精确录取地层压力 。 该井 由南 海五号半 潜式钻 井 平 台承 钻 ，使用水下井 口系统 ，采用 钻 领 眼回 填后侧钻水 平井测 试 ，井身结 构 中最 大 全角变化率超过 6 。 ，大 于 8 0 。 的类水平段 超过 1 7 0 0 m 参见 图 9 。在半潜式平 台 上进行裸眼水平井人 工举 升在世 界上都 是极少有 的，经大量 的调研 和反 复 的方 案论证 ，只有采用 电潜 泵测试 才 能满 足 图 9 半潜式平台水平井裸眼电潜泵测试示意 图 地质油藏需求 。然而 ，在浮式钻井平台条件下进行电潜泵人工举升无论从工艺设计 、管串设计到作业程 序设计 ，目前国际上均没有十分可靠的设计与成功的实践经验 。在传统测试工艺理念中，诸多 的问题是 不予考虑的，何况项 目是在南 中国海季风季节恶劣的海况条件下面临的设计井型为高水垂 比水平井 。因 此设计及施工过程中会面临诸多风险 ，作业实施 、质量和安全控制均面临巨大的挑战 。 为了满足油藏评价要求 ，准确评价产能，这就要求 ①评价井井型及完井方式必须接近未来 的开发 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 8 月 井 。②钻井过程中实施油层保护，消除钻井污染。③地层压力接近海水静液柱压力，水平裸眼段完井液 体积是垂直段测试管柱 内体积的 9 倍 ，在开井求产初期利用天然能量无法实现流动求产 ，必须采用人工 举升方式将完井液排净后，使地层原油全部替换测试管柱内的完井液，才能实现天然能量求产。也就是 说人工举升方式进行测试是唯一的选择。 数年前 ，Amo c o公 司在进行流花 4 - 1 - 1 井测试时，由于原油密度大、粘度高、气油 比低 、流动摩阻 大 、常压地层，采用常规 DS T测试 ，地层流体难以克服静水柱压力 ，无法进分离器求产 ，导致测试失 败。通过方案的对 比分析 ，流花 4 - 1 2井 的测试工艺设计为先启动电潜泵排水，出油求产后 ；再 通过 原管柱利用天然能量进行 自喷求产 。 经过详细的设计和准备，在南海五号半潜式钻井平 台上完成了对流花 4 - 1 2井的测试施工作业 ，在 人工举升求产后又利用 了天然能量求产 ，人工举升 日产油达到 6 2 1 ． 3 m。 自喷 日产油 4 4 m。 ，均达到了 理想的效果 。并在测试过程 中经历 了中国南海季风季节大风大浪的考验，圆满地完成了地层评价。这项 作业从 2 0 0 8年 2月 2 2日开始至 2 0 0 8年 3 月 1日结束 ，历时 6 ． 8天 ，环境保护 、安全及风险控制均达 到了预期 的良好效果。可调长度悬挂器有效地调整了悬挂器和电缆桥之间的距离，使 电缆桥正好处在下 万能防喷器芯子关闭的位置 ；在开井前关下万能防喷器 ，测试期间电缆桥密封和导电良好 。双压力循环 阀组在正打压坐封可重复坐封封隔器并验封后 ，正打压超压剪断单次循环阀，整个操作高效简捷 ，节约 了作业时间。新型电缆保护器在整个作业过程中表现出良好的可靠性 。新型水下隔水管专用的灯笼型大 直径电缆保护器有效地防止了动力电缆因动载磨损失效和断裂落井 。电潜泵工况正常 ，利用小油管连接 在 电潜泵尾部将 电子压力计 、温度计等测量仪器送入油层部位 ，从而精确完整地录取了地层压力和温度 等数据。该次测试按照测试地质设计要求三开三关 ，取得 了地层压力 、井底流动压力 、日产油量 、采油 指数、比采油指数和指示曲线等油层产能资料 ；取得 了所测试油藏有代表性 的地层高压物性流体样品； 测得了合格的流动及压力恢复曲线。 实践证明 ，该创新方案在经过详细的作业设计、充足的准备、完备的作业程序及作业预案以及切实 可行的应急程序后 ，通过有效地组织 、风险评估和作业过程的跟踪 、监控和实施 ，有效地控制了各种风 险 ，达到了作业质量要求和最初的设计 目的，完成了地质任务 ，有效地完成 了储层保护，通过测试该层 的表皮系数为一O ． 8 5 。该方案在南海东部海域的天气和海况条件下 ，应对半潜式钻井平台的升沉和水平 井井况所面临的各种挑战是切实可行的。 4 结 论 1 针对半潜式钻井装置进行勘探所发现的一批含油构造 如常压或低压地层，油品粘度高、密 度大、气油比低或不含气的油层的测试提供了一种有效的测试工艺。 2 通过对管柱结构 的创新和优化 ，有效地发挥了工具相互 间的功能 ，是防范风险、提高成功率 的 有效 方 法 。 3 通过模拟分析在各种工况条件下井下工具及零部件的失效形式 ，找 出相关影响因素，采取针对 性措施和创新设计是防范风险和提高成功率的重要手段。 4 通过将构造、地层物性 、流体性质等油藏情况结合井型 、井 身结构进行针对性的测试工艺设计 和作业方式研究才能收到最佳的效果。 5 研发和创新 的设计方案 、作业技术以及分析研究成果对 同类型作业具有普遍 的指导意义 。通过 对流花 4 - 1 2井采用电潜泵人工举升测试获得 了十分理想 的测试结果 ，为今后类似天气、海况和井况的 测试作业提供了详实的测试作业模式。 [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m