不壓井起下作業裝置在海上邊際油田開發中的應用介紹

晏紹枝 喻貴民 馬巍巍

（1.中海油田服務股份有限公司 燕郊065201；

2.中海油研究總院 北京 100027）

0 引 言

邊際油田是指經濟上處于邊緣的油田。它是對油田開發決策時引入的一個概念，是指利用現有常規技術開發油田時，內部收益率低于行業基準收益率，但大于行業成本折現率的油田。目前開發海上油田普遍采用固定式平臺加鉆修機的模式，但這一常規生產模式在開發邊際油田時帶來的問題是：由于鉆修機重量和場地的要求，使得固定平臺本身設計過大，從而使設計建造、工程施工及后期維護費用非常高。本文介紹的這種不壓井起下作業裝置（Snubbing裝置），可有效實現平臺簡化，降低工程項目前期成本。

1 應用前景

我國沿海邊際油田儲量豐富。據統計，渤海灣三級儲量1 500萬m3以下的共探明10 188萬m3、控制 12 914萬 m3、預測共 20 361萬 m3、合計43 463萬m3。按照10%的采收率，可采儲量也相當可觀。因此，如何合理降低成本、有效開發這些邊際油田將具有非常重要的意義。

目前渤海灣油田建設時，普遍采用固定平臺的方式（即導管架加鉆修機），見圖1。由于傳統鉆修機重量大、占地面積寬、整體重心高，因此對于固定平臺的結構提出了更大、更強的要求。不僅前期設計建造固定平臺的成本高，在安裝鉆修機時需要使用海上浮吊的費用也非常昂貴。鉆修機安裝于平臺后，由于通常其利用率很低，擱置維護的成本就非常高。因此，采用簡單的鉆修井裝置替代傳統的鉆修井機，將具有良好的應用前景。

圖1 傳統固定平臺加鉆修機模式

2 Snubbing裝置介紹

Snubbing裝置主要用于承壓條件下通過彈性密封裝置下入或起出管子，或非承壓條件下入或起出管子，見圖2。

很多邊際油田所設的小生產平臺，無法使用常規修井機，而使用移動式鉆井平臺修井，則作業成本過高，但使用不壓井起下作業裝置卻可以大大節省費用。

圖2 Snubbing裝置作業布置圖

Snubbing的概念最早起源于1928年的美國。當時人們使用傳統鉆修機配合鋼絲繩、滑輪施加作用于井內的壓力，不僅費時，還引發了大量災難。1960年，人們發明了用于snubbing的液壓升降裝置，它的安全、高效使得Snubbing作業越來越廣泛。1980年，緊湊型的Snubbing作業卡車研制成功，廣泛應用于陸地油田。隨著海洋石油的開發，Snubbing作業也越來越廣泛應用于海上邊際油田。

不壓井起下作業裝置通常與不壓井防噴器配套使用。作業時，先關閉一個環形防噴器，密封鉆柱周圍以保持井內壓力。不壓井起下作業裝置通過一個固定卡瓦和一個移動卡瓦交替工作，使鉆柱進入或提出井內。

2.1 主要功能

Snubbing裝置主要用于：

（1）處理管柱作業；

（2）生產井的清除瀝青、石蠟等作業；

（3）使用單根或雙根進行完井作業；

（4）高壓修井作業；

（5）下橋塞或其他井下工具作業；

（6）氮氣泡沫洗井作業；

（7）安裝防砂篩網作業；

（8）進行酸化作業；

（9）打撈井下工具作業；

（10）井下工具研磨作業；

（11）欠平衡鉆井作業；

（12）井控和再進入井內作業；

（13）進行射孔作業；

（14）當連續油管尺寸不夠時，可以配合使有鉆柱進行作業。

2.2優點

Snubbing裝置具有如下優點：

（1）可以進行欠平衡作業；

（2）減少使用傳統泥漿的成本；

（3）避免了泥漿體系對油層污染；

（4）同連續油管作業相比，在欠平衡情況下可以旋轉井底鉆柱；

（5）某些情況下不用停產仍可進行不壓井作業；

（6）減少修井作業后回復生產作業的時間；

（7）相對傳統鉆修機提升能力更強；

（8）占用甲板空間??；

（9）可以改變平臺建造的模式，大大節省工程建設費用，減少前期投資。

3 Snubbing 作業形式［1-5］

Snubbing通常有以下四種作業形式：（1）鋼絲繩式（傳統鉆修機協助）；（2） 液壓鉆修機輔助式；（3）長沖程式；（4）獨立升降式。

3.1 鋼絲繩式（傳統鉆修機協助）

鋼絲繩式Snubbing裝置（見圖3）通常配合鉆修機使用，利用游動滑車、鋼絲繩、滑輪組及平衡重配合對管柱產生進入井內的作用力。在井筒承壓的情況下與其他常規作業機或鉆機配合工作，在不壓井的情況下起下鉆桿或油管，同時能夠保障全體現場作業人員的安全。該形式為最早的不壓井起下作業裝置，目前已基本上被液壓設備來代替，只是在少數由于空間原因不能使用液壓裝置的地方還偶爾使用。

圖3 鋼絲繩式Snubbing裝置

該形式的優點為：

（1）較其他形式的裝置更為經濟；

（2）設計簡單，設備安裝時間短；

（3）占地面積小，適宜安裝在緊湊空間或平臺；

（4）可以處理較大的管柱；

（5）可以產生較大的進入壓力；

（6）行程最大可達到12 m。

該形式的缺點為：

（1）BOP組的尺寸通常受限于鉆修機的尺寸；

（2）大的行程時較難安裝導向鋼絲繩；

（3）沒有旋轉系統；

（4）只能強下，不能強起；

（5）不壓井起下作業裝置與鉆修機的界面需要進行嚴格培訓。

3.2 液壓鉆修機輔助式

液壓鉆修機輔助式snubbing裝置（見圖4）采用液缸及液壓系統代替游動滑車、鋼絲繩、滑輪組及平衡重來對管柱產生進出井內的作用力，需由液壓鉆修機配合使用。

圖4 液壓鉆修機輔助式Snubbing裝置

當下部有較強的基礎結構時，該形式使用最為普遍。目前該形式的不壓井起下作業裝置在加拿大得到了廣泛應用，在美國及其他各地應用也越來越多。

該形式的優點為：

（1） 設備安裝時間很短（通常 1～2 h）；

（2）同其他形式相比，鉆柱起下時間短；

（3）在鉆修機井架內部還有能力進行排管；

（4）移動性能強；

（5）在欠平衡作業式可以旋轉鉆柱；

（6）由于模塊化設計，故可在需要時安裝使用，當油田開發一個長的項目時，可以有效節省成本。

該形式的缺點為：

（1）需要依靠鉆修機進行作業；

（2）不壓井起下作業裝置與鉆修機的界面需要進行嚴格培訓；

（3）BOP組的尺寸通常受限于鉆修機的尺寸。

3.3 長沖程式

長沖程式Snubbing裝置（見圖5）利用自帶的動力裝置、起升裝置及可伸縮井架來配合Snubbing裝置進行作業。該形式的不壓井起下作業裝置適合于井內壓力較小的情況，此時作業不需要復雜的防噴器組，快速起下鉆柱是它的最大優點。

圖5 長沖程式Snubbing裝置

該形式的優點：

（1）11 m長的行程更易處理井下動力鉆柱；

（2）在游動端通常有鉆柱旋轉驅動裝置；

（3）由于行程長，起下鉆柱時間更短；

（4）鉆柱重量根據設計在地面上或井口頭上；

（5）作業人員相比自升降裝置更接近地面，遇緊急情況更易于逃生；

（6）可以作為液壓修井機替代常規修井機。該形式的缺點：

（1）安裝復雜防噴器的空間受限；

（2）導向管系統安裝較為困難；

（3）設備尺寸大，需要安裝空間大。

3.4 獨立升降式

圖6 自帶液壓式Snubbing裝置

獨立升降式Snubbing裝置（見圖6）無需鉆修機配合，通常自帶一套液壓系統，并配備相應起下裝置。該裝置和不壓井防噴器可以整體安裝于井口之上。該形式的不壓井起下作業裝置可以根據需要進行多種形式的應用，提升能力從36 287～272 155 kg不等。

該形式的優點：

（1）由于安裝位置很高，可以與各種復雜形式的防噴器進行配套使用；

（2）提升能力強；

（3）Snub能力強；

（4）比傳統鉆修機結構緊湊；

（5）具有較大的旋轉扭矩；

（6）導向管系統更容易安裝。

該形式的缺點：

（1）起下管柱速度相對慢；

（2）設備安裝、拆除時需要吊車配合；

（3）通常情況下，管柱需要以單根形式水平排放；

（4）不管是否存在表層壓力，該裝置在整個作業程序中必須一致處于可用狀態；

（5）日使用費相對較高。

4 Snubbing 裝置的使用情況［6］

Snubbing裝置在北美洲使用較多，其使用情況統計如表1所示。

表1 Snubbing裝置的使用情況

油公司在鉆井、完井或修井時選擇使用Snubbing裝置需要考慮很多因素。如使用傳統方法油層是否容易受到破壞，Snubbing裝置形式、尺寸和壓力等級的選擇，地面設備和井下設備能否滿足井內參數的要求，輔助設備如防噴器、分離器、泥漿泵、鋼絲作業裝置的配套要求，井下鉆柱組合及地面工具的配套要求，Snubbing裝置是否比諸如連續油管等其他技術更有優勢。不過，最重要的是它能減小對油層的破壞。雖然有時使用Snubbing裝置比使用傳統鉆修機成本更高，但從油田的長遠開發收益來看將更有利。

5 應用實例

渤海邊際油田的特點是油田規模小、儲量少、產量相對較低，油田生產期短，按照常規技術和設備開發則生產效率與投資回報率低。此外，渤海灣油田井內壓力通常較低，不能自噴。根據這些特點，建議渤海邊際油田的開發可采用簡易平臺配套Snubbing裝置結合多功能鉆井平臺聯合作業的方式，見圖7。

圖7 Snubbing裝置結合多功能平臺作業

多功能鉆井平臺具有自航能力。它移動靈活，甲板面積大，起吊能力強且有較大的生活區。目前中海油服已建造兩條多功能鉆井平臺。以多功能鉆井平臺作為一個移動載體，搭載Snubbing裝置進行作業，簡易平臺可以不設生活區、不設鉆修機模塊，因此，平臺結構和重量將大幅減輕，前期各種費用將大幅縮減，后期維護費用更幾乎完全省去。由于邊際油田一個平臺井口少，修井作業需要設備移動性強，那么采用該聯合作業方式將非常理想。

由此可見，自帶液壓裝置的Snubbing裝置更適合今后在邊際油田的開發中使用。在作業時，Snubbing裝置和防噴器可以安裝在井口頭上，液壓裝置等地面設備都可以放在多功能鉆井平臺甲板上。由于井口平臺面積小，起下管柱的排放也需要放在多功能鉆井平臺的主甲板上。其他幾種形式的Snubbing裝置在早期開發的平臺上也可以應用。

6 結 論

Snubbing裝置在海上邊際油田有著很好的應用前景，其能有效減少油田項目前期投資和后期維護成本。因此，選擇這一模式需要在油田開發的ODP報告階段做起。相信這一技術投入使用后，隨著經驗的積累和技術的日漸成熟，必將為海洋石油邊際油田的開發帶來巨大的貢獻。

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