鉆修機(jī)井架冷放空方法在旅大5-2油田的應(yīng)用

劉孔忠,安 婧,李 偉,范兵奇,聶寶棟,雷聚濤

(中國石油(中國)有限公司綏中36-1一期調(diào)整工程開發(fā)項(xiàng)目組,天津300452) *

鉆修機(jī)井架冷放空方法在旅大5-2油田的應(yīng)用

劉孔忠,安 婧,李 偉,范兵奇,聶寶棟,雷聚濤

(中國石油(中國)有限公司綏中36-1一期調(diào)整工程開發(fā)項(xiàng)目組,天津300452)*

介紹了利用鉆修機(jī)冷放空系統(tǒng)方法在旅大5-2油田的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)及其控制措施。由于旅大5-2 WHPB平臺重新定位后,2平臺間距只有2 m,從而造成DPP平臺火炬臂影響導(dǎo)管架和組塊安裝,為此需要在導(dǎo)管架下水前拆除DPP平臺火炬臂,同時(shí)將平臺火炬放空改為臨時(shí)冷防空。綏中36-1一期調(diào)整項(xiàng)目LD5-2DPP平臺利用鉆修井井架進(jìn)行冷放空技術(shù)的成功應(yīng)用,不僅充分利用了老平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)施,無需建造安裝新的冷放空設(shè)施,同時(shí)在短期切除火炬后平臺無需停產(chǎn),原有平臺的各種作業(yè)照常進(jìn)行,大大節(jié)省了投資和能耗,并保證了原有油田的產(chǎn)量,為今后相似油田開發(fā)提供了成功的范例。

修井機(jī);井架;冷放空

綏中36-1一期調(diào)整開發(fā)項(xiàng)目是中國海洋石油總公司承擔(dān)的國家級重大科研專項(xiàng)示范項(xiàng)目,充分依托綏中36-1老平臺設(shè)施及海底管線,進(jìn)一步對綏中36-1油田進(jìn)行開發(fā)[1]。根據(jù)ODP開發(fā)方案,需要在 LD5-2DPP平臺西側(cè)新建 1座平臺 LD5-2WHPB,2平臺相距僅2 m,用棧橋聯(lián)接。原LD5-2DPP平臺的實(shí)體模型如圖1。由圖1可以看出,在其西側(cè)有一火炬臂,火炬臂與平臺水平面夾角為30°,其臂長為25 m。如果在其西側(cè)僅2 m處新建平臺必將與原火炬臂相碰,因此,在新建平臺海上施工期間需要將其火炬拆除,待LD5-2WHPB平臺建造完成之后,將LD5-2DPP平臺的火炬系統(tǒng)及冷放空系統(tǒng)與LD5-2WHPB平臺的火炬系統(tǒng)及冷放空系統(tǒng)相聯(lián),一起引入安裝在LD5-2WHPB平臺西側(cè)的火炬臂上。火炬移位之后的2個(gè)平臺相對位置如圖2。

圖1 LD5-2 DPP平臺實(shí)體模型

圖2 LD5-2DPP火炬移位于LD5-2WHPB實(shí)體模型

根據(jù)施工計(jì)劃,LD5-2WHPB平臺的導(dǎo)管架安裝期為2009-04,組塊的海上安裝期為2009-07,因此在海上安裝的120 d周期內(nèi)需要將LD5-2DPP平臺的火炬臂進(jìn)行短期的拆除。在此短期拆除期間如果新建火炬及冷放空塔替代原有火炬,需要消耗大量的人力、物力及財(cái)力,同時(shí)為了使LD5-2 DPP平臺油氣田得到更好的開發(fā),保證SZ36-1油田的產(chǎn)量,有必要利用平臺現(xiàn)有設(shè)施有針對性地選擇“先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、高效”的冷放空開發(fā)方案。項(xiàng)目組集思廣益,對各環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致分析,與平臺方、施工方進(jìn)行充分溝通,對工作重點(diǎn)、難點(diǎn)提出完善的控制措施,針對平臺生產(chǎn)現(xiàn)狀與流程特點(diǎn)深入分析,使用不間斷生產(chǎn)完成“臨時(shí)冷放空改造和火炬臂拆除”方案。此方案的實(shí)施不僅減少了工作環(huán)節(jié),并避免了因停產(chǎn)造成產(chǎn)量損失,初步估計(jì)不間斷生產(chǎn)完成該工程至少挽回原油產(chǎn)量損失470 m3。

1 LD5-2DPP平臺工藝流程

LD5-2DPP平臺的總體工藝流程如圖3,在正常生產(chǎn)的情況下,旅大5-2火炬系統(tǒng)燃燒的天然氣主要來自于原油緩沖罐通過壓力調(diào)節(jié)閥釋放出的天然氣;在正常情況下,火炬泄放量為:3 420 m3/d(連續(xù)泄放),57 759 m3/d(緊急泄放)。冷放空泄放量為:0 m3/d(連續(xù)泄放),7 200 m3/d(緊急泄放)。

圖3 LD5-2DPP總體工藝流程

根據(jù)API 521和API 520規(guī)范要求,利用如下公式計(jì)算冷放空管線管徑,即

式中,D為冷放空管直徑;W為氣體最大泄放量;ρg為氣體密度;v為氣體流速。

放空管高度為

經(jīng)過計(jì)算可知,平臺在最大冷放空泄放量為7 200 m3/d的工況下,只需要 1根高19 m的?152.4 mm(6英寸)管線即可滿足其泄放要求。因此,利用鉆修機(jī)井架高46.8 m的?203.2 mm(8英寸)放空管線進(jìn)行平臺的冷放空管線完全可以滿足要求。

同理,計(jì)算校核火炬正常泄放量3 420 m3/d和最大泄放量5.8×104m3/d兩種工況只需要?101.6 mm(4英寸)高度13 m的管線即可滿足泄放要求;同時(shí)利用流體動力學(xué)分析方法及軟件對其氣量下冷放空進(jìn)在風(fēng)速范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散模擬分析,冷放空可燃?xì)怏w擴(kuò)散邊界影響范圍均不低于放空口3 m以下,因此利用鉆修機(jī)井架固定1根高出鉆修機(jī)井架3 m的?101.6 mm(4英寸)管線即可滿足火炬放空改為臨時(shí)冷放空泄放的要求。

2 LD 5-2 DPP井架冷放空方法風(fēng)險(xiǎn)及控制

LD5-2DPP平臺利用鉆修機(jī)井架進(jìn)行平臺冷放空的工藝及方案在國內(nèi)尚未見到相關(guān)報(bào)道,其改造模式為國內(nèi)首例,沒有相似經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,因此利用鉆修機(jī)井架冷放空方法進(jìn)行臨時(shí)冷放空改造和火炬臂拆除方案的改造工作面臨各種風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn),工程項(xiàng)目組不僅委托專業(yè)評估公司對存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行專業(yè)評估,并且在此基礎(chǔ)上組織召開專家專題討論會對此方案在實(shí)施過程中各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步討論并提出控制措施。

2.1 火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)及控制

原火炬放空的天然氣采用冷放空后,可燃?xì)怏w將持續(xù)排放至大氣中,一旦遇到明火源就有可能造成火災(zāi)、爆炸等事故。根據(jù)API RP 500石油行業(yè)一般取爆炸下線25%作為報(bào)警防護(hù)體積分?jǐn)?shù)。根據(jù)LD5-2 DPP平臺火炬放空天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù),甲烷含量占96%以上,一般甲烷在空氣中的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%～15%時(shí),點(diǎn)燃即發(fā)生爆炸。海上平臺火源出現(xiàn)的形式主要有明火、電火花、雷擊放電、靜電等。本項(xiàng)目潛在的明火源包括:①施工作業(yè)過程的動火作業(yè);②雷擊放電火花;③修井作業(yè)過程中天車與索具之間潤滑不好由于摩擦產(chǎn)生火花;④修井設(shè)備等吊運(yùn)、移動過程中,有可能碰撞產(chǎn)生火花。

對于①、③、④項(xiàng)產(chǎn)生火花的情況均可通過平臺進(jìn)行有效的防范,但對于雷擊放電火花將無法控制。冷放空管置于井架頂端且暴露在大氣中,如遇雷雨天氣,易遭受雷擊,雷擊有可能引燃冷放空口的可燃?xì)怏w。冷放空氣體被意外點(diǎn)燃后若未及時(shí)熄滅,很可能會燒到井架,進(jìn)而導(dǎo)致井架結(jié)構(gòu)受損失效。同時(shí)冷放空管線較長,若固定不好在外力作用下可能會導(dǎo)致管線松動、變形。若頂部支出部分過長還可能產(chǎn)生渦激振動,對放空管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),在保證施工質(zhì)量的前提下,此風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍。因此在平臺利用鉆修機(jī)井架臨時(shí)冷放空時(shí),為了防止冷放空管線被雷擊點(diǎn)燃,工程項(xiàng)目組在其頂部增加了1套冷放空頭以及對整個(gè)冷放空系統(tǒng)增加1套CO2滅火系統(tǒng),以保證冷放空管線被意外點(diǎn)燃時(shí),將其及時(shí)撲滅。

2.2 直升機(jī)起降風(fēng)險(xiǎn)及控制

LD5-2DPP平臺上直升機(jī)甲板位于鉆井模塊井架的東側(cè),如圖4所示?，F(xiàn)行最新規(guī)范《小型航空器商業(yè)運(yùn)輸運(yùn)營人運(yùn)行合格審定規(guī)則》(中國民用航空總局令第151號)附件E——旋翼機(jī)水上平臺運(yùn)行要求中未明確禁止直升飛機(jī)在冷放天然氣的船(平)臺著陸。

圖4 LD5-2DPP平臺直升機(jī)甲板位置

直升機(jī)起飛、降落為逆風(fēng)方向,而冷放空可燃?xì)怏w則是順風(fēng)擴(kuò)散,從這一點(diǎn)考慮,不利于直升飛機(jī)避開冷放空擴(kuò)散的可燃?xì)怏w。一旦直升飛機(jī)起飛或降落時(shí)接觸冷放空口排放的可燃?xì)怏w團(tuán),有點(diǎn)燃可燃?xì)怏w的風(fēng)險(xiǎn),甚至導(dǎo)致飛機(jī)爆炸,造成嚴(yán)重的事故。冷放空可燃?xì)怏w擴(kuò)散模擬的結(jié)果表明,無論正常、事故工況,體積分?jǐn)?shù)為1.25%的甲烷擴(kuò)散范圍均未到達(dá)直升機(jī)甲板。

LD5-2 WHPB平臺海上施工計(jì)劃在2009-04—06進(jìn)行,圖5為2008年DPP平臺直升機(jī)飛行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)?？梢钥闯?除5月份外,4～8月份DPP平臺直升機(jī)飛行次數(shù)占全年飛行次數(shù)的比例相對較低。因此在平臺利用鉆修機(jī)井架冷放空進(jìn)行臨時(shí)放空期間,工程項(xiàng)目組采取了正常情況下LD5-2 DPP平臺停止起降直升飛機(jī),在必須實(shí)施應(yīng)急救援時(shí)可采用2種方案:

a) 通過守護(hù)船將有關(guān)人員送往臨近 SZ36-1CEP平臺,再通過直升飛機(jī)送回陸地。LD5-2DPP平臺距SZ36-1CEP約2.4 km,航行時(shí)間只需0.5 h。

b) LD5-2DPP平臺停止生產(chǎn),確保直升飛機(jī)起降安全。

圖5 2008年LD5-2DPP平臺直升機(jī)飛行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2.3 H2S毒性傷害風(fēng)險(xiǎn)及控制

LD5-2DPP平臺的冷放空氣體中含有 H2S,雖然目前檢測到DPP平臺工藝系統(tǒng)內(nèi)H2S最高質(zhì)量濃度為14 mg/L,遠(yuǎn)沒有達(dá)到《海洋石油作業(yè)硫化氫防護(hù)安全要求》(COOOSO)規(guī)定的H2S人員防護(hù)全臨界濃度20 mg/L,以及危險(xiǎn)臨界質(zhì)量濃度為100 mg/L的范疇,同時(shí)冷放空點(diǎn)距離上層甲板超過40 m,冷放空H2S毒性傷害風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍。但如果平臺排放的 H2S質(zhì)量濃度升高,且通風(fēng)條件不利,則有可能導(dǎo)致人員中毒。因此在平臺冷放空期間在除了確保平臺現(xiàn)有工藝流程中各取樣位置的 H2S質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測正常的情況下,工程項(xiàng)目組還在鉆修機(jī)井架頂部、井架二層平臺等部分增設(shè)了可燃?xì)怏w和 H2S探測設(shè)備,并將其信號引至中控室,以確保H2S毒性傷害。

2.4 交互作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)及控制

在平臺臨時(shí)冷放空期間,將會進(jìn)行修井作業(yè),則生產(chǎn)作業(yè)、修井作業(yè)、安裝/改造施工作業(yè)等交互作業(yè)。同時(shí)修井作業(yè)是LD5-2DPP平臺上一項(xiàng)重要作業(yè)內(nèi)容,據(jù)如圖6所示2008年LD5-2 DPP平臺油水井作業(yè)類型的統(tǒng)計(jì),2008年LD5-2 DP平臺油田總計(jì)實(shí)施各項(xiàng)油水井作業(yè)39井次,其中常規(guī)檢泵9井次,增產(chǎn)措施16井次,測試作業(yè)6井次,油井轉(zhuǎn)注5井次,注水井分層調(diào)配3井次。

在同一海上,設(shè)施能否同時(shí)進(jìn)行幾種作業(yè)取決于各種因素,例如作業(yè)活動的形式和規(guī)模、計(jì)劃進(jìn)行的作業(yè)與其他正在進(jìn)行的作業(yè)之間的地點(diǎn)位置關(guān)系、作業(yè)工期、該項(xiàng)作業(yè)對整體作業(yè)的影響等[2-5]。交互式作業(yè)會導(dǎo)致多種作業(yè)之間的相互影響復(fù)雜化,如果作業(yè)人員的安全意識淡薄,安全管理工作不到位,就會發(fā)生較嚴(yán)重的安全事故,甚至使事故疊加升級。大量事實(shí)證明:在交互式作業(yè)中由于組織分工不明確、指揮不統(tǒng)一和交流不透徹,導(dǎo)致行動不統(tǒng)一,從而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。為了防止作業(yè)單位之間的相互影響、相互干擾,避免出現(xiàn)可能的風(fēng)險(xiǎn)和事故,需要制定交互式作業(yè)期間的防范措施,從而確保各項(xiàng)作業(yè)的安全。因此在LD5-2DPP平臺臨時(shí)冷放空期間將盡量不進(jìn)行修井等交差作業(yè)。為了規(guī)避相互作業(yè)的影響,工程項(xiàng)目要求在臨時(shí)冷放空期間在在進(jìn)行交互作業(yè)前,必須對相關(guān)人員進(jìn)行必要的安全教育并配備足夠的安全設(shè)施和設(shè)備;制定嚴(yán)格的作業(yè)程序和嚴(yán)格的安全管理措施,并根據(jù)實(shí)際情況做進(jìn)一步深入的交互式作業(yè)安全分析。生產(chǎn)期間盡量避免動火作業(yè),避免不了的,要制定工作程序、計(jì)劃及應(yīng)急計(jì)劃,同時(shí)建立了一套應(yīng)急指揮體系,制定一套應(yīng)急預(yù)案,明確在緊急狀態(tài)時(shí)平臺上所有作業(yè)人員的職責(zé)以及明確交互式作業(yè)的組織機(jī)構(gòu),各種緊急情況的應(yīng)急部署、應(yīng)急報(bào)告及內(nèi)外部聯(lián)絡(luò)電話、應(yīng)急物資分布等。同時(shí)考慮到如果在臨時(shí)冷放空期間LD5-2DPP平臺必須進(jìn)行修井作業(yè),工程項(xiàng)目組還在鉆修機(jī)井架二層平臺增設(shè)一套防輻射裝置防護(hù)措施,以確保在修機(jī)作業(yè)及臨時(shí)冷放空同時(shí)被意外點(diǎn)燃時(shí)對井架二層平臺上操作人員安全保護(hù)。

在LD5-2DPP平臺火炬切除后,利用鉆修機(jī)井架進(jìn)行臨時(shí)冷放空期間,在一次雷雨天氣里,其臨時(shí)放空頭被雷擊點(diǎn)燃,為其配備的1套CO2滅火系統(tǒng)啟動,迅速將火焰撲滅,有效地控制了臨時(shí)冷放空被意外點(diǎn)燃的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過此次意外事件,進(jìn)一步說明在平臺臨時(shí)冷放空期間對各風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估及組織召開專家會議的重要性。并且嚴(yán)格執(zhí)行專家意見,從而保證此次意外點(diǎn)燃沒有造成任何財(cái)產(chǎn)損失。

3 結(jié)語

隨著國際原油資源的緊缺,石油行業(yè)將面臨越來越激烈的市場競爭,勘探、開發(fā)新油田將需要大量的人力、物力及財(cái)力;因此對目前一些現(xiàn)有海洋油田進(jìn)行二次開發(fā)的發(fā)展模式將有更好的發(fā)展前景。綏中36-1一期調(diào)整項(xiàng)目LD5-2DPP平臺利用鉆修井井架進(jìn)行冷放空技術(shù)的成功應(yīng)用,為油田二次開發(fā)提供了一種新的探索模式。它不僅充分利用了老平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)施,不建造安裝新的冷放空設(shè)施,同時(shí)在短期切除火炬后平臺無需停產(chǎn),原有平臺的各種作業(yè)照常進(jìn)行,大大節(jié)省了投資和能耗,并保證了原有油田的產(chǎn)量,為今后相似油田開發(fā)提供了成功的范例。

[1] 綏中36-1一期調(diào)整開發(fā)項(xiàng)目成果文件[Z].2009.

[2] 趙洪山,劉新華,白立業(yè).深水海洋石油鉆井裝備發(fā)展現(xiàn)狀[J].石油礦場機(jī)械,2010,39(5):68-74.

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[5] 張用德,袁學(xué)強(qiáng).我國海洋鉆井平臺發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].石油礦場機(jī)械,2008,37(9):14-17.

Application of Cold Blowdown by Derrick of Drilling Unit in LD5-2 Oilfield

LIU Kong-zhong,AN Jing,LI Wei,FAN Bing-qi,NIE Bao-dong,LEI Jv-tao
(S Z36-1Phase One Oilf ield Development A djusting Project Team,CNOOC(China)Ltd.,Tianjin300452,China)

After the LD 5-2 WHPB platforms was located,between two platforms was only 2 meters apart,resulting in the installation of the jacket and topside being influenced by the flare arm on LD5-2 DPP platform,so the flare arm on LD-DPP platform needed to be removed before the jacket is installed,and the cold blowdown system would replace the flare system when the flare system was removed.its success application on CNOOC LD5-2 DPP platform,not only takes full advantage of the structure and facilities of the old platform replace the installation of the new vent system,but also the LD5-2 DPP platform need not to stop production and all operations would be as usual,and significantly saving in investment and energy consumption,and to ensure the output of existing oil field,and provide a successful example for the similar to oil field development in the future.Main description is presented of the risk and control measures of the method of the cold blowdown by the derrick of the drilling unit in the LD5-2 oilfield.

drilling unit;derrick;cold blowdown

1001-3482(2010)12-0068-04

TE923

B

2010-06-29

劉孔忠(1971-),男,江西九江人,高級工程師,碩士研究生,主要從事海洋石油工程項(xiàng)目管理及新工藝、新技術(shù)的研究。