无钻井船作业技术在海洋弃井作业中的应用.pdf

石油天然气学报 江汉石油 学院学报 2 0 1 0 年 2 月第 3 2 卷第 1 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c l h n o i o g y J ． J P I F e b ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 1 无钻 井船 作业技术在海洋弃井作业中的应 用 许明标，刘卫红 长江大学石油工程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 张忠强 中国石油海洋公司 钻井事业部， 天津3 0 0 2 8 0 [ 摘要]无钻 井船 弃 井作 业是 指采用专 门设计 的工程船 以及各种专用 的水上及水下设备进 行海上油 田弃井 作业 ，其主要设备 包括具有 动力定位 的工程船 、 吊装 设施 、各 种线缆及 绞车、水下 井控设备 以及 相 应的 辅助工具等。与常 规 的钻井船作业技 术相 比，该弃 井作业方 式具有 作业费用低 ，安 全性 能好 的优 点，同 时该技术在海洋深 水油 气井 的修井作业 以及增产措施的实施 中都 有着广 泛的应用前景。 [ 关键词]海上 油气 田；报废井 ；弃井作业；工程船；钻井船 [ 中图分类号]T E 5 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 1 0 1 5 7～ 0 4 随着全球经济的不断发展，人们对能源的需求量 日益增加，为了满足经济的发展对能源的需求，油 气资源的开发力度也在不断加大 ，尤其是海洋油气资源的开发，已经成为 目前开发的重点。据统计 ，世 界上已探明的海上石油储量 占地球石油总储量的 2 5 ． 2 ，天然气储量占 2 6 ． 1 ，近 2 O年来 ，海洋原油 产量的比重在世界总产油量中增加了近 1 倍。而对于某一 区块海上的油 田，随着开发力度的增加以及开 发时间的延续 ，其油气资源会变得逐渐枯竭而失去开发价值 ，为了有效保护海洋生态环境 ，海上油 田停 止 开发 后 ，水 下 油气 井必 须进 行有 效 的封 固和弃置 。 对于没有 固定平台的海洋深水油气井 ，根据其弃井作 业中是否用到钻井船 或其他移动式钻井装 置 ，如半潜式钻井平台 ，可将海洋弃井作业分为钻井船弃井作业 R i g 和无钻井船弃井作业 R i g ～ l e s s c 引。常规的海洋深水弃井作业往往采用钻井船进行作业 ，所动用的设施主要是钻井船 ，钻井船上 配有相应的钻架、绞车以及各种辅助设施 ，弃井作业 中可以将井下设施 ，如油管 、套管等取出。而无钻 井船弃井作业则是采用专门设计的工程船以及各种专用的水上及水下设备来进行弃井作业 。与钻井船相 比较 ，工程船上没有大型的钻架，因此其船体尺寸要小得多 ，弃井作业中操作更灵活 ，作业 费用也更 低[ 3 ] 。由于无钻井船作业无需动用资源稀缺的钻井船或移动式钻井平台且经济效益明显 ，因此近 1 O年 来该项技术在 国外得到了快速的发展 ，在海洋深水弃井作业 以及各种修井作业中都有着广泛应用 。目前 我国对该项技术的应用仍然处于空白，而随着我国海洋油气资源开发力度的加大 ，各种弃井 、修井以及 增产措施的作业数量将会不断增加，采用该项技术不仅可以节约我国稀缺的深水平台资源 ，而且具有巨 大 的经 济效 益 。 1 无钻井船弃井作业的主要设备 无钻井船弃井作业的主要设备包括具有动力定位的工程船 、吊装设施、各种线缆及绞车、水下井控 设备以及相应的辅助工具如注水泥工具 、切割工具等[ 4 ] 。 1 ． 1弃井 用工程 船 ． 用于无钻井船弃井作业的工程船[ 5 ] 一般要求具有动力定位系统且必须具有较宽范围的作业窗 口，如 用于北海地区的工程船，要求其在 9 5 以上的时间都可以进行作业 ，这就意味着其在蒲福风级为 7 ～8 级、海况等级为 7级的条件下仍能进行正常作业 。同时要求工程船具有一定的巡航速度，这样可以增加 [ 收稿日期]2 0 0 91 l 一2 o [ 作者简介]许明标 1 9 6 2一 ，男 ，1 9 8 3年大学毕业 ，博士 ，高级工程师 ，现从事油田勘探开发的入井流体研究 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 8 石油天然 气学报 江汉石 油学院学报 2 0 1 0年 2月 船舶在现场的作业时间，减少前期准备费用 ，一般可接受的最低船速为 1 5节 。船舶建造 的大小必须要 充分考虑其抵抗风浪的能力，同时也要尽可能的减少建造费用和作业费用 ，以保证其竞争优势。工程船 上要保证一定的作业面积 ，同-时要配备相应的储罐，以储备在作业过程中用到的各种添加剂。另外 ，工 程船上设有一定大小的月池以供工具和设备的下入或提升 。 1 ． 2 吊装 系统 吊装系统安装在工程船上 ，在弃井作业中，该系统可以以一种安全和可控的方式来布置和吊装水下 井控设备以及弃井作业 中用到的各种工具 。同时也可以用来回收油管、套管、采油树、井口等。 吊装系统由模块框架结构组成 ，该系统可以很方便地进行组装，并可根据需要安装在船尾或者船中 间的月池上 。在 吊装系统的框架上配备有 4 个升降补偿导向索绞车以及 1 个主提升绞车，升降补偿系统 可以补偿风浪和重量的变化引起的波动，使操作在一定的风浪下仍能保持稳定。吊装系统也提供了一套 滑 撬系 统 ，甲板 上的工具 可 以通 过滑撬 移至月 池上 ，通 过月池 再进 入井 下 。 1 ． 3水下 井控设 备 水下井控设备是一套与水下采油树相连接并用来控制井下压力的系统 。作业过程中，各种线缆及工 具穿过该系统进入带有压力的井内完成各种操作 。由于受到吊装设备高度的’ 限制，该设备往往分成上下 两部分 ，分别设有防喷管和多重防喷器 ，并设有在紧急情况下能 自动切断操作线缆的剪切防喷器。该设 备带有电子液压控制系统，并设有液体循环管路 ，可以完成对井下的清洗以及注水泥作业。 1 ． 4切 割工具 在弃井作业中，水下套管和水泥环往往要进行切割。 目前用于切割的技术有多种 ，其中用于水下套 管切割的方式主要有 水力碾磨切割 、机械切割以及爆破等。水力碾磨切割是未来的发展方向，它可以 用来切割水下导管、套管、沉箱以及其他各种水下结构 。水力碾磨切割工具通过下入到井 口或套管中， 利用含有磨料的高压水流进行全方位的 3 6 0 。 切割。 2 无钻井船弃井作业的主要作业程序 采用工程船进行无钻井船弃井作业的主要程序如下[ 6 ] ①利用声纳系统确定井 口方位，工程船动 力定位 ；②在水下机器人的协助下，下入导向索以及各种连接线缆 ，建立与水下井 口的联系；③注入压 井液控制井下压力 ，回收采油树帽，下入水下井控设施 ，起出油管悬挂器塞堵 ；④注入第 1 段水泥塞封 固油层并测压；⑤在油管尾部下人机械桥塞并测压 ，采用平衡法设置第 2段水泥塞并测压 ；⑥回收水下 井 口设备，在水下安全阀以上对油管进行切割 ，回收油管及油管悬挂器 ；⑦断开水下采油树与井 口及各 种线缆的连接 ，回收水下采油树 ；⑧在泥线 l O m 以下 ，水下安全 阀以上 ，注入第 3段水泥塞；⑨在泥 线以下 4 ～1 O m范围内切割井 口，回收井口及永久性基座。 3 无钻井船弃井作业与常规钻井船弃井作业技术的比较 3 ． 1 弃 井作 业程序 的 比较 常规的钻井船由钻架、绞车以及附带的设备如流体循环系统、起重系统 、动力系统、井控设备、各 种管道等构成 。钻井船要求具有将井下设备从井下取出的能力 ，必要时甚至要求取出套管 。采用钻井船 弃井 作业 与正 常 的修 井作业类 似 ，在进行 井下 作业之前 ，压井 液被 打入 井 内或 者进 行循环 以控制 井 内压 力，然后在井内安装单向阀，回收采油树 ，之后再装上防喷设备，对防喷器测压之后 ，按预定程序注入 水泥段塞。弃井作业中一般要求至少有 3段水泥塞才能有效地封固地层 ，防止地层流体之间的互窜。必 要时 ，钻 井平 台可 以取 出油管 ，切 割和取 出套 管 ，没置封隔 器和挡板 ，钻开 挡板等 。 无 钻井 船弃 井作 业涉及 到如下几 步 。首先 ，水泥浆 混合后 通过油 管泵 入并 固定 在井眼 内 ，第 1 段和 第 2段水泥 塞都 采用 此方法 固定在 井 眼 内不 同 的位 置 ，一般 用 钢 缆探 水 泥 塞 的 高度 并 对 水泥 塞 进行 测 压 。然 后利 用工 程船 f 的起重 机将 部油 管起 出 ，之 行泵人第 3段水 泥 塞 。采 用 高压水力 碾磨切 割或机 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 1期 许明标等 无钻 井船作业 技术 在海 洋弃井作业中的应用 械切割将油井套管在泥线以下进行切割，最后回收套管。 对无钻井船和钻井船弃置作业来说 ，当油井被封固和弃置后 ，其井眼状况并没有明显的区别，如图 1 所 示 。 3 ． 2 无钻井船弃井作业与钻井船弃井作业技术优缺点的比较 常规的钻井船弃井作业 ， 水面与水下 防喷器是 通过 刚 性的隔水管连接 的，防喷器 与水下井 口相连 。弃井 作业 工具 由缆线连接 ，通过 隔水 管、防喷器 和井 口下到 井 内 来完成各种作业 。连接 缆线 可 以是 钢缆 、带 控 制 线 的 线 缆或 者是 连 续 油 管 ，并 缠 绕 在绞 车上 ，下 人 或 提 升 作 业 工具时由绞 车完成。在钻井 船与油井 的连 接 中，往往还 有安全装置 ，如 防喷 管等 以 保证带有压力 的地层 与外部 环境的有效隔离 。 利用钻井船 进行弃井 作 业最大 的缺点是租用钻 井船 或其他移动式钻井平 台往往 需要 很 高 的 费 用。近几 年 ， 随着海上油气勘探开发投 资 不断增长，海上钻 井工作量 稳步增加，尤其是 深水钻井 工作量增加明显 ，而可动用 的海上钻井装 置数并没有增 加，导致海 上钻井装 置供应 紧张 ，深水 钻 井 装 置 更 是 供 不应求 。在 美 国 墨 西 哥 湾 以 a 弃置前典型的升身结构 R I G b 井眼底部被封固，采J 手 ] 钻外船作业时 油管被起出 c 注入第 2 段水泥塞的状况 d 注入第 3 段水 塞油井封同后的状况 图 1 无钻井船和钻井船弃置 比较 外海域 ，利用率维持在 9 5 左右，甚至达到 1 0 0 。一些在建的钻井装置也已签下多年钻井工程承包合 同。由于需求旺盛 ，导致海上钻井装置 E t 租金暴涨 。在北海 ，自升式钻井平台的 日租金已从 2 0 0 5年初 的大约 6 万美元狂涨到目前的 2 O万美元左右 ；全球深水半潜式钻井平台和钻井船的 日租金已从 2 0 0 5年 的约 l 7万美元飙升至 目前的约 5 O万美元 ，该费用 已占到整个弃置费用 的 6 O 以上 。据统计 ，采用半 潜式钻井平台或钻井船进行深水弃置作业的总费用一般为无钻井船弃置作业费用的 2倍以上。这也是人 们开发 无钻井 船作 业技 术 的原 因[ 8 ] 。 钻井船弃井作业 的另一个缺点是气候状况对该作业技术有较大的影响 ，主要是受到海浪高度和风的 强度的影响。这样 ，大量的时间将会花费在合适气候 的等待上，从而导致作业费用的增加 。而气候对作 业的影响在很大程度上是由钻井船与水下井口之间刚性隔水管的连接方式决定的。在风浪比较大的情况 下，由于钻井船的剧烈波动 ，这种刚性连接的隔水管必须断开。这样，通过隔水管进行的各种水下作业 也不得不停止。因此这种钻井船与水下井口的刚性连接是钻井船弃井作业 的不利因素，而且刚性隔水管 的最初安装和作业完成后的拆卸也要花费不少的时间，这样也会导致费用的上升。 采用钻井船弃置作业的工具和连接线缆通过连接钻井船和井 口的隔水管下到井 内完成各种作业 ，当 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报‘ 茳汝若油学院学报 2 0 1 0 年 2 月 需要对弃置工具和连接线缆进行更换时，这些工具和线缆必须通过隔水管从井下提升至水面，而这些工 具进出隔水管将会需要 额外的时间 ，这也就意味着需要额外的费用。这也是钻井船弃井作业 的缺点之 一 ，尤其是深水作业时这种缺点更加明显。 与常规的钻井船弃井作业相比，无钻井船弃井作业则只涉及柔性 的线缆作业。弃井作业时，在井内 保持压力的条件下，柔 性的钢丝缆绳和电缆直接穿过水面进入井内，这样就省去了常规的钻井船弃井作 业所需的隔水管。另外 ，与大型的移动式平台相比，小型的工程船的重新布置也更加灵活。 常规的钻井船弃井作业，其水面与水下井 口之间的连接是通过刚性的隔水管连接的，在遇到大的风 浪时，钻井船剧烈的运 动会导致 一些安全事故的发生，如隔水 管的断裂 、泄漏等。而无钻井船弃井作 业 ，其作业工具是由柔性的线缆连接进人水下 ，穿过专门设计的水下防喷设施进入井内，这种专 门设计 的水下防喷设施内设有多重防喷器 ，而且也带有 自动剪切防喷器 ，在紧急情况下能 自动切断连接线缆 。 因此 ，从对恶劣气候的适应性看 ，无钻井船弃井作业会更安全。 4 结论与建议 1 无钻井船弃井作业是采用专 门设计的工程船以及各种专用的水上及水下设备进行弃井作业 ，相 比较大型的移动式钻井装置，工程船上没有大型的钻架 ，因此其船体尺寸要小得多 ，弃井作业中操作灵 活。由于无需动用资源稀缺的钻井船 ，其作业的经济效益十分明显 。 2 无钻井船弃井作业方法与常规 的弃井方法尽管在作业程序上有一定的差别，但是井眼被封固后 的最终状态并没有明显的区别 ，因此在弃井质量上没有明显的差别 。 3 采用无钻井船作业技术进行弃井作业时，其作业工具是由柔性 的线缆连接，穿过专用的水下井 控设备进入井 内作业 ，与常规的钻井船作业技术相比，省去了连接水下与水面的刚性隔水管。因此 ，从 对 恶劣气 候 的适应性 看 ，无 钻井 船弃井 作业 会更安 全 。 4 无钻井船作业技术是 国外近 1 0年来发展的一项新的作业技术 ，它不仅可以用于海上油 田的弃井 作业 ，而且可广泛应用在于海洋深水油气井的各种修井作业 以及各种增产措施的实施[ 1 。 ] 。随着我国 海洋油气资源的开发进一步向深水发展 ，水下井 口的数量将进一步增加，随之而来的是各种修井作业和 增产措施的增加，如果每次作业都动用大型的钻井平台或钻井船既不经济也不现实。因此 ，我国应加大 力度开发无钻井船水下作业技术 ，使我 国海上油气资源的开发与利用更上一个台阶。 [ 参考文献] [ 1 ]D a v i d H， P a u l G． Ne w o f f s h o r e r i g l e s s i n t e r v e n t i o n s y s t e m [ J ]． S P E 1 0 4 7 4 7 ，2 0 0 7 ． ’ E 8 D i c k A J ． I e e p wa t e r s u b s e a w e l l i n t e r v e n t i o n --t h e f u t u r e s o l u t io n C J ]， S P E 9 3 8 6 6 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ]S i r i N，R o b e r t F，B e r n t G． P r e s e n t a n d f u t u r e we l l i n t e r v e n t io n o n s u b s e a we l l s E J 1． S P E I 1 2 6 6 1 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ]E a mo n n M，C o f l e x i p S ， S u b s e a we l l i n t e r v e n t i o n f r o m a mo n o h n l l v e s s e l f J ]． S P E3 0 4 2 4 ，1 9 9 5 ． [ 5 ]Wi l l i s S K， C a mp b e l l J A S ． Th e d e v e l o p me n t o f fl l ig h t we l l i n t e r v e n t i o n s h i p U3 ． S P E 6 0 7 2 9 ， Z O O 0 ． [ 6 ]P r i s e G J ，S t o c d w e l l T P ，L e i t h B F ，e t a 1 ． An i n n o v a t i v e a p p r o a c h t o Ar g y l l F i e l d a b a n d o n me n t[ J ]． S P E 2 6 6 9 1 ，1 9 9 3 ． [ 7 ]Y o u n g D R， Mu e l l e r S G． De s ig n i n g e f f i c i e n t we l l a b a n d o n me n t p r o c e d u r e s i n t h e 0 cS Gu l f o f Me x i c o t O i n c l u d e t h e p e r ma n e n t d i s p o s a l o f NOR M wa s t e[ J ]． S P E 2 8 3 3 7 ，1 9 9 4 ． [ 8 3 R u s s e l l J ，P h i l i p H． C o s t e f f e c t i v e w e l l a b a n d o n me n t口]． S P E 3 0 3 4 9 ， 1 9 9 5 ． [ 9 ]E v a n s B L ，S a i l o r R P ． We l l a b a n d o n me n t i n t h e L o s An g e l e s B a s i n a S u mma r y o f c u r r e n t r e q u i r e me n t s 。p r a c t ic e s a n d p r o b l e ms[ J ] ．SP E3 8 3 3 7 ． 1 9 9 7 ． [ 1 0 3 J a me s W，S u l i ma n S ，AI S u w a i l e m R，e t a 1 ． A u n i q u e r ig l e s s c a s i n g l e a k r e p a i r ， Gh a w a r F i e l d ，S a u d i Ar a b i a[ J 1． S P E 6 8 1 2 9 ，2 0 0 1 ． [ 1 1 ]F o l o r u n s o A，R o d g e r L ， Ro b e r t A ． R i g t e s s i n s t a l l a t i o n o f s a f e t y v a l v e s t O i mp l e me n t fl we l l -i n t e g r i t y c a mp a i g n a n d r e t u r n we l l s t O p r o d u c t i o n[ J ]． S P E 1 0 6 5 3 3 ，2 0 0 7 ． [ 1 2 1 Z a c a r i s a G，1 ． u i s 1 t D， J o s e、 C ． E f f i c i e n t o f f s h o r e s c a l e r e mo x ， a l w i t h o u t a r i g p l a n n i n g 。l o g i s t i c s ，a n d e x e c u t i o n[ 盯 ． S P E 1 1 3 7 8 3 ， 2 0 0 8 ． [ 编辑] 舍予 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m