新型簡易井口保護架在CFD2-1邊際油田開發中的應用探討

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(中海油能源發展采油服務公司，天津 300457)

1 CFD2-1油田現狀

CFD(曹妃甸)2-1油田位于北緯38.11°，東經118.53°，地處渤海海域西北部，見圖1。

圖1 CFD2-1油田地理位置

海圖水深在11～14.5 m之間，常年平均氣溫為11.4 ℃，年平均降水量為554.9 mm，年平均降雪量2.1 cm，冬季有海冰存在。該地區地質主要由砂土與粘性土層交替形成。該油田的油氣儲量不確定，油品未知，屬于淺水邊際油田。對于邊際油田的開發，制約因素主要為投資回報率。常規的油田開發費用主要由鉆完井費用，平臺建設費用，以及海底管道和電纜費用三部分組成。其中，鉆完井約占到總費用的55%，平臺建設費用約占30%，二者占到了總開發費用的85%。對于油氣儲量較大的油田，井口數一般多于6個，因此常規的導管架形式即可滿足工作和收益要求。而對于CFD2-1這種儲量和油品均未明確的油田，常規的開發方式投資較大，回報率得不到保障，具有一定的風險[1-5]。

2 新型的簡易井口保護架

為了降低對CFD2-1 邊際油田的開發風險，擬采用試采平臺打一口試采井，對油田的儲量和油的品質進行確定。常規的試采井通常由試采平臺直接鉆井，外部僅僅靠隔水套管進行支撐，設計壽命較低，其所能承受的環境荷載較小。CFD2-1處于渤海灣海域，冬季有海冰存在，更增加了試采井被推倒的可能。由于每口井的鉆完井費用高達幾千萬，若試采井在鉆井完成后不能長期使用，僅能用于短時間的試采作業，會產生巨大的浪費。同時，在試采完成后若要對其進行拆除，則需要進行水下切割隔水套管才能完成棄井，人力物力消耗較大。

針對以上CFD 2-1等邊際油田試采時面臨的情況，結合海上風電基礎的結構形式，提出了一種新型的簡易井口保護架。該井口保護架用于保護和支撐前期試采平臺鉆下的試采井，同時為后續的油田開發新增平臺預留有棧橋接口，且甲板上可安裝采油樹和配電板等簡單的工藝設施，整體布置見圖2。

圖2 簡易井口保護架

該簡易井口保護架結構簡單，建造安裝快捷，可大大提高試采井的設計壽命，并且后續棄井時簡單易行，大大增加了試采井口在邊際油田開發中的應用效率。

2.1 新型簡易井口保護架結構形式

該新型簡易井口保護架的采用獨柱獨樁的結構形式，見圖3。

圖3 簡易井口保護架的結構形式

它主要由上部結構、下部結構和隔水套管三部分組成。其中上部結構包含工作甲板、主立柱、上隔水套管導向三部分，見圖4。

圖4 上部結構

下部結構由大直徑鋼樁、變徑鋼樁、主立柱和下隔水套管導向三部分組成，見圖5。

圖5 下部結構

由于工作甲板前期僅需放置一些簡單的采油設備，因此尺寸設計為4 m×6 m，主立柱的直徑為1.219 m，大直徑鋼樁直徑為5 m，入泥22 m。在主立柱和大直徑鋼樁之間靠變徑鋼樁連接，在變徑處內部設有加強筋等加固措施，該段采用變徑設計可有效地減輕冰荷載和波流荷載等環境荷載對井口保護架的水平力。隔水套管直徑為610 mm，入泥30 m，后期采用打樁錘打入或鉆井船鉆入的方式進行安裝，依靠安裝在上下部結構上的隔水套管導向來保持隔水套管安裝的垂直度(注：工作甲板和大直徑鋼樁封擋處為隔水套管，預留有開口)。

對該簡易井口保護架，按照曹妃甸海域的環境條件和地質資料，對其進行了初步的分析計算。采用SACS軟件計算了該井口保護架在不同工況下的強度，采用GRLWEAP軟件計算了安裝時大直徑鋼樁基礎的打樁情況。

根據SACS計算結果，桿件的最大UC值均小于1.0，滿足規范要求，最大位移為26.7 cm。通過GRLWAP軟件進行了打樁核算，由于該結構基礎的直徑較大，樁內不會形成土塞，按照雙面側摩和端部環面積計算打樁阻力，使用D180柴油錘在不同打樁工況下均可將該鋼樁打入到設計深度。同時，按照API RP 2A的相關公式對該獨樁基礎進行了抗傾覆和抗滑移的校核，該結構抗傾覆和抗滑移的受力分析和承載能力見圖6。

圖6 基礎承載力

2.2 簡易井口保護架的安裝

該簡易井口保護架的安裝快捷，所需的施工資源較少，可充分降低試采時在海上安裝方面的成本。

2.2.1 安裝方法

該簡易井口保護架的安裝方式比較簡單，現以后期采用打入方式安裝隔水套管時對其安裝的整個過程進行介紹。整個安裝過程包括以下環節：①碼頭裝船(圖7);②海上運輸(圖8);③下部基礎吊裝翻身(圖9);④下部基礎下水(圖10);⑤上部結構安裝(圖11);⑥隔水套管打入(圖12)。

圖7 碼頭裝船

圖8 海上運輸

圖9 下部基礎吊裝翻身

圖10 下部結構下水

圖11 上部結構安裝

圖12 隔水套管打入

2.2.2 施工資源

該簡易井口保護架所需的施工資源也比較少，僅需要一艘具備相應吊裝力的浮吊和幾條錨艇以及相應的輔助設備即可完成施工，主要的施工資源見表1。

表1 主要施工資源

2.2.3 簡易井口保護架的拆除

試采井在試采結束后需要對其進行拆除，傳統的拆除方法需要在封井后，依靠潛水員在水下進行濕式切割，隨著水深的增加其難度也不斷加大，同時消耗的時間和物資也比較大。新型簡易井口保護架的拆除則比較簡單，由于主立柱的最小尺寸為1.219 m，可允許工人通過其進入到保護架底部進行隔水套管的干式切割，待隔水套管拆除完畢后，封堵為其預留的借口，采用高壓注水的方式對其進行提升，再依靠浮吊的吊裝完成主體井口保護架的拆除。

3 簡易井口保護架的優缺點分析

相比以往的邊際油田開發試采方式,新型的簡易井口保護架具有以下優點。

1)結構簡單，安裝快捷，對施工資源要求較低，可充分降低對前期油田試采開發的投入。

2)增加試采井壽命，該井口保護架在增加了對隔水套管的支撐后大大提高了其強度和壽命。若油田儲量可觀后續則可聯合新增平臺進行聯合開發，節約了試采井口的鉆完井費用。若油田儲量未及預期，則可對該簡易井口保護架進行氣舉拆除，實現對試采井口保護架的回收。

3)拆除簡單方便。相較于傳統的濕式拆除法，該簡易井口保護架的拆除更為簡單經濟，利用率高。

在具有以上優點的同時，該新型簡易井口保護架也具有一些不可忽視缺點。

1)由于新型簡易井口保護架采用獨柱獨樁的結構形式，在水深增加時，保護架甲板有可能產生較大位移。

2)該新型簡易井口保護架對土質的要求較高，不同的土質對樁的直徑和入泥深度影響較大。

3)由于該新型簡易井口保護架結構形式的特殊性，對其在海上安裝后的垂直度有比較嚴苛的要求。

4 結束語

在海上石油資源開發日趨緊張的今天，對一些儲量未明確的邊際油田開發愈發凸顯出重要的地位。由于油田油氣儲量的不明確性，使得常規的油田開發方式充滿風險和未知性。本文介紹的新型簡易進口保護架為邊際油田開發提供了新的思路。該種簡易井口保護架無論從試采井口的鉆完井方面還是試采井口的拆除方面均可大大降低邊際油田的開發成本，對于促進海上邊際油田的開發可發揮重要的作用。

[1] 李懷印，李宏偉.不同類型海上平臺的建造費用[J].油氣田地面工程,2010，(2):34-35.

[2] 李宏偉，譚家華.近海邊際油田開發的現狀與前景[J].中國海洋平臺,1997，(3):100-105.

[3] 李玉珊，劉杰鳴，賈 旭，等.簡易平臺研究—優化結構設計[J].中國海上油氣,1999,11(6):9-12.

[4] 方華燦.我國海上邊際油田采油平臺選型淺談[J].石油礦場機械,2005,34(1):24-16.

[5] 王立忠.簡易平臺技術的研究[J].中國海洋平臺,2006,21(2):41-44.