海上平臺井槽高效利用關鍵技術*

付建民 韓雪銀 范白濤 馬英文 張曉誠 劉小剛

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452； 2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452)

海上平臺井槽高效利用關鍵技術*

付建民1韓雪銀2范白濤1馬英文1張曉誠1劉小剛1

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452； 2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452)

經過多年開發，渤海多數油田已進入建設的中后期，產量逐年遞減，因此高效利用珍貴的槽口資源，彌補產量虧欠，成為油田保產的重要措施。針對當前井槽利用存在的無槽口可用、槽口不可用、槽口未盡用等問題，結合渤海油田實際，經過分析優化，探索并形成了一套全方位的海上平臺井槽高效利用關鍵技術，主要包括井槽擴展技術與水下基盤技術、非常規隔水導管下入技術和大尺寸隔水導管開窗技術、老井槽口再利用技術與單筒雙井技術等。應用效果表明，海上平臺井槽高效利用技術解決了渤海油田現有槽口利用中存在的問題，取得了良好的經濟效益，為渤海油田穩產增產奠定了基礎，對后續槽口使用具有借鑒意義。

平臺槽口資源；槽口擴展技術；隔水導管下入技術；單筒雙井技術

渤海油田開發日益提速，目前已達到3 000萬m3原油的年產能規模，成為我國重要的能源基地[1]。但經多年開發，大量油田(群)已進入生產建設的中后期，產量呈現逐年降低的態勢；同時新油田的建設與投產又不可一蹴而就,所以高效利用現有資源、發揮更大價值成為渤海油田穩產、增產的關鍵。從工程建設到鉆井,再到完井投產，均圍繞槽口資源進行；作為平臺現有設施的核心，槽口具有無法替代的稀缺性和重要性,因此高效利用現有設施的關鍵在于最大程度地利用好槽口資源。但當前槽口利用存在3個層面的問題：無槽口可用、槽口不可用、槽口未盡用。為解決上述問題，筆者做了系統分析，在結合渤海油田實際的基礎上，針對性提出了解決思路：利用槽口擴展和水下基盤等技術可使槽口資源由無變有；利用非浮吊法隔水導管打樁+非標復合導管下入+大尺寸隔水導管開窗等技術則可將槽口資源由壞變好；老井再利用與單筒雙井等技術可使槽口資源的使用由次變優。經實踐檢驗，這些關鍵技術方案大獲成功，不僅將槽口各層面難題一一解決，而且節省了大量工期費用，同時對油田的穩產增產做出了巨大貢獻，具有廣闊的推廣空間。

1 渤海平臺井槽資源利用存在的問題

隨著渤海油田開發持續進行，老油田在做出重要能源貢獻的同時，也暴露出了許多應用瓶頸，如老平臺結構陳舊，無法擴展功能，而動用浮吊資源對其再作業，又面臨檔期長、費用高等難題，其中井槽問題尤為突出，主要表現在：①投產多年的生產平臺，再無槽口資源可用，又因平臺結構緊湊(圖1)，無法擴展面積；②對于未錘入隔水導管或隔水導管損壞的井槽來說，則是面臨有槽口卻不可用的尷尬；③經多年開發后的部分井，產量驟減、效益低下，無法發揮槽口資源的最大價值。

圖1 渤海油田某調整井井口照片

2 關鍵技術分析

針對上述挑戰，筆者探索并完善了一套具有中國海油特色的多層次槽口解決方案，其關鍵技術包括：①針對無槽口可用層面的困境，采用井槽擴展技術和水下基盤技術，分別起到了增加平臺槽口和先作業后安裝導管架的作用；②針對槽口不可用層面的挑戰，采取非常規導管下入技術解決特定環境下的隔水導管下入問題，使用大尺寸隔水導管開窗技術處理隔水導管的損壞問題；③針對槽口未盡用層面的問題，采用了老井再利用技術和單筒雙井技術，使槽口功效最大化。

2.1 井槽擴展技術與水下基盤技術

針對已投產多年的老平臺來說，平臺槽口使用已飽和，只有向周圍“借面積”才能“借出槽口”，因而井槽擴展技術是最佳的選擇。此外，對于因工期或作業調整等原因造成無導管架的問題，則可嘗試導管暫置方案，即水下基盤技術。

2.1.1 井槽擴展技術

在平臺原有結構允許的前提下，經計算和校核確認后，通過擴展的形式增加槽口數量，達到從無到有的目的。平臺加掛井槽具有工程周期短、投資成本低等特點，且能滿足新增調整井的要求。擴展井槽主要有內掛井槽、外掛井槽、新增樁腿加掛井槽等3種方式。一般而言，內掛井槽位于原平臺的井口區內，外掛井槽和新增樁腿加掛井槽位于原井口區外部，應根據鉆完井待用機具及作業模式來確定擴展井槽方式。3種井槽擴展方式對比情況詳見圖2及表1。

采用內掛和外掛方式加掛井槽時，盡可能不改變導管架原結構，保證其結構強度，而加放位置則由平臺實際情況和待開發井群的方位共同決定。新增結構自上而下與原導管架結構應保持一定的安全距離，避免安裝時損傷原結構。若新增結構與原導管架的碰撞難以避免時，可考慮減小隔水導管尺寸，如由φ609.6 mm隔水導管改為φ508.0 mm隔水導管等，或將隔水導管設計為一定斜度，具體角度視現場情況決定。若隔水導管與輔助結構(如陽極、防沉板等)發生干涉，經過計算分析后，可在滿足導管架強度及防腐的要求下拆除該結構。

圖2 內掛井槽、外掛井槽及新增樁腿外掛井槽方式示意圖

表1 3種井槽擴展方式對比

新增樁腿加掛井槽方式屬于大型改造，對平臺結構的整體影響大，須進行以下各處的數據校核及分析：①須將新增結構和老平臺結構進行詳細的整體在位分析，包括靜力分析、地震分析、疲勞分析等；②對新增樁腿結構進行安裝分析，包括吊裝分析、裝船分析、拖航分析、樁和隔水導管的自由站立及打入可行性分析；③根據具體分析結果進行新增樁腿結構設計，視情況展開相應的老平臺改造。

2.1.2 水下基盤技術

在工程資源短缺、作業計劃緊張的條件下，提出了采用水下基盤技術，即先利用水下基盤配合鉆井船完成鉆完井作業，再安裝導管架和上部組塊。該模式顛覆了傳統的先安裝導管架(或組塊)、再鉆完井作業的模式，有效緩解了工程資源緊缺的問題。

如渤中某平臺為渤南二期油氣田之樞紐中轉平臺，但其導管架在預定時間內無法完成海上安裝。為解決該問題，提出并實踐了水下基盤方案，即由渤海七號平臺配合水下基盤技術先完成6口井的鉆完井作業，再安裝導管架、組塊的作業模式進行開發。其關鍵技術點為：①水下基盤量身定制。該次作業根據渤海七號平臺凹槽量身定制2×3結構6孔座底式水下基盤，孔距1.8 m×2.0 m，其重量由海底泥面承擔。②鉆完井和工程方案一體化。為防止在安裝導管架時與水下基盤產生碰撞，在水下基盤兩端焊接定位樁，為工程施工作業提供最大的安全和方便。③應用先進設備，確保水平度。為使泥面均勻受力，保證基盤水平，在安放控制好鋼絲繩下放速度的同時，還借助電羅經定位設備指導水下基盤的安裝、調整，保證其水平度。此外，還進行穩性研究，依據研究結果在井口海面以上4 m的地方增加1支撐梁，支撐梁的規格為H440×300×11×18 JIS SM490YB，有效限制了隔水導管的位移。經實踐檢驗，該技術取得成功應用，為導管架建設和安裝爭取了大量時間。

2.2 非常規隔水導管下入技術和大尺寸隔水導管開窗技術

對于無法使用的井槽，其原因多為未錘入隔水導管或是隔水導管有損壞，同時浮吊資源又無法跟進。針對上述問題，對無隔水導管的槽口采取非浮吊法隔水導管打樁或非標復合導管下入的方法，對隔水導管損壞的情況則采取大尺寸隔水導管開窗的方案。

2.2.1 非常規隔水導管下入技術

非常規隔水導管下入技術是指特定條件下為滿足作業要求而采取特殊的導管下入工藝，主要是使用設備和管材規格上的區別，包括非浮吊法隔水導管打樁技術和非標大尺寸復合隔水導管鉆井下入技術(簡稱鉆下技術)。

隔水導管錘入一般由浮吊完成，但由于浮吊資源緊張，部分井槽未錘入隔水導管。為利用此類井槽，決定采用非浮吊資源打樁方案。該技術概括為拆除井架下原有頂驅，更換為打樁設施，并在鉆臺及甲板安裝相應的液控、氣控和電控管路設施，將原有浮吊打樁設備代由鉆井設施完成；同時，為配合非浮吊法打樁，設計并加工使用了新型隔水導管及連接扣。非浮吊法打樁銜接緊湊、作業連貫，節省了大量作業和等浮吊的時間，保障了作業安排的連續。由于作業機具的變化不會對井下環境產生影響，因此非浮吊法打樁延用常用打樁公式[2-3]，即隔水導管底部失去地層支撐，只受到向上的鉆井液壓力和側向摩擦力，處于極限條件下的軸向受力平衡狀態[4-5]。

非浮吊法打樁銜接緊湊、作業連貫，可顯著提升作業效率，該技術在遼東地區進行了多次使用，其中錦州某油田的實施最具代表性：為緩解浮吊資源緊張的局面，降低作業成本，采用生活支持船+模塊鉆機模式開展隔水導管錘入作業，并取得了成功。該技術的主要內容及創新點有：①采用生活支持船+模塊鉆機進行隔水導管定位、打樁的作業模式，開創了渤海地區使用模塊鉆機進行隔水導管打樁的先例；②使用帶有最新研發的特殊螺紋隔水導管，實現了安全快速上扣，提高了工作效率[6]；③打樁期間采用實時水下監控等措施，保證了作業安全、高效；④配合鉆完井作業，適時調整打樁方案，及時優化打樁順序，平臺鉆完井作業及后續油田開發具有較大的主動性；⑤在隔水導管飛濺區和潮間帶位置加裝了新型熱收縮包覆防蝕材料，提高了平臺使用壽命[7-8]。

隨著非浮吊法打樁技術的推廣，也暴露出一定的技術局限，即平臺用打樁錘最大作業尺寸為φ762.0 mm，無法進行更大尺寸的打樁作業；導管架導引孔尺寸限制了大尺寸導管接箍的通過，進而造成無法鉆下大尺寸隔水導管。為盤活槽口資源，經分析決定采用非標大尺寸隔水導管鉆下技術，即在滿足強度要求的前提下，采用非標大尺寸復合隔水導管下入技術，既保證了管柱的通過性，又滿足了作業要求。該技術針對隔水導管下入后的受力狀態，按橫向和縱向對隔水導管進行受力分析及安全校核，優化的管串能夠滿足油井完整性及安全性的要求[9-10]。渤海常用隔水導管配套尺寸見表2。

表2 不同尺寸槽口、隔水導管配套尺寸

以錦州某平臺單筒雙井空槽口下隔水導管為例，項目組采用了非標隔水導管鉆入法作業模式。此前現場存在以下難題：①導管架在水下8 m處分別留有φ914.4 mm直徑的標準導向孔，轉盤最大開口直徑為φ952.5 mm，而標準φ914.4 mm隔水導管接箍外徑為φ1 016.0 mm，無法通過導向孔和轉盤；②為抵御遼東灣冬季的嚴重冰情，海面上下5 m須采用不小于φ914.4 mm規格的隔水導管，因此該平臺的φ914.4 mm單筒雙井隔水導管的下入工作十分棘手，且無先例可循。在導引孔尺寸限制和抗冰強度硬性要求的雙重制約下，使用標準尺寸隔水導管無法滿足作業要求，因此須對隔水導管結構及要求進一步分析，跳出原有思維局限，決定加工非標準尺寸隔水導管并復配使用：非標準隔水導管采取φ838.2 mm+φ914.4 mm復合隔水導管串的形式，即隔水導管整體尺寸選用φ838.2 mm；在有抗冰要求的水面上下5 m處，使用上下端為φ838.2 mm扣的φ914.4 mm隔水導管。這樣φ838.2 mm隔水導管內徑φ787.4 mm，可以滿足雙套管下入的作業需要，水下8 m導向槽以下下入φ838.2 mm隔水導管(接箍外徑φ914.4 mm)，水面附近下入φ914.4 mm隔水導管(兩端為φ838.2 mm扣)，既滿足了隔水導管的抗冰要求，同時也擺脫了轉盤與導向槽的限制。經現場使用檢驗，非標準隔水導管完全滿足該平臺單筒雙井的作業要求，圓滿完成了對上述槽口的合理利用；同時配合優化后的導管吊卡等配套工具，該技術的可靠性和可操作性有了明顯提升。

2.2.2 大尺寸隔水導管開窗技術

浮吊打樁期間還會出現隔水導管變形和損壞等問題，其中微小損傷可通過磨鞋修整或改變鉆具尺寸等方法處理，但對于嚴重變形的管柱則只能進行半路開窗，繞開損傷處套管[7]。大尺寸隔水導管開窗的難點在于管柱尺寸過厚、環空無水泥封固，導致無法有效磨銑、開窗成功率低等問題。為了挽救該槽口，進行了大尺寸隔水導管開窗的嘗試，這在國內尚屬首次。開窗基本原理為通過打壓將斜向器錨定在設計位置，再使用雙銑錐進行開窗和修窗。該技術所用主要工具包括：①錨定器與斜向器，其原理為向工具內打入高壓，促使液壓缸沿預設方向運行，同時其上卡瓦順勢張開并坐掛在隔水導管內壁上；斜向器連在錨定器上部，窗口長度7.2 m，斜面角度2.6°。②雙銑錐，是一體式通過螺栓與斜向器頂部連接，外形是雙銑錐型，前銑錐主要功能是開窗，后銑錐則是修窗。③平底磨鞋，主要作用是備用修窗。

渤海某平臺28#槽口隔水導管底部發生嚴重變形，因而采取大尺寸隔水導管開窗方案。開窗鉆具組合：錨定器+斜向器+銑鞋銑錐+送入工具+加重鉆桿+定向接頭+變扣+鉆鋌。作業流程：通過精確丈量與計算，以坐掛和窗口位置避開隔水導管接箍為原則，同時考慮窗口深度盡量靠下以及與鄰井的防碰分析，最終確定窗口位置。后組合并下入開窗工具，對隔水導管進行磨銑窗口作業，第1套銑鞋、銑錐開窗鉆進至82.12 m后，由于磨損程度較大，提前出窗口；更換第2套銑鞋、銑錐，修窗至83.5 m，再次提前出窗口；更換第3套平底磨鞋，修窗至84.9 m出窗。經過105 h的開窗作業，最終窗口總長6.34 m，出窗點局部傾斜角度0.5°，滿足下步作業要求，挽回1口井。

2.3 老井槽口再利用技術與單筒雙井技術

對于采收率低的開發井，再次進行開發時多采用老井槽口再利用技術；對井槽利用率不高的井，則采用單筒雙井技術。

2.3.1 老井槽口再利用技術

老油田開采多年，產量遞減較快，因此相應井須進行槽口再利用，即將該槽口內原有井眼部分棄置或全部棄置，再進行新井位的作業。這涉及到以下作業：若原井眼全部棄置，則須在井眼淺部將原有各層套管割斷并提出井口，重新作業全部鉆完井流程；如部分棄置(保留使用部分井眼)，則會選擇在某合適套管位置進行磨銑開窗，由該處側鉆完成下部井段。

對于套管割斷作業，多采用磨(套)銑或高壓水射流技術。選用的領眼式切削型磨鞋經過特殊設計，使切削翼“騎”在套管上進行切削套管，變磨銑套管為切削套管，大大加快了處理套管的速度，根據鉆壓和轉速的不同，速度可達0.8～1.5 m/h，返出的鐵屑為絲狀鐵屑，如QHD32-6-D14/D18等井(D14井以磨銑作業為主，套銑為輔助；D18井以套銑為主，套銑參數出現異常后，改為磨銑作業)。如果套管偏心嚴重，不適合套銑和磨銑(效率低或成功率低)，則嘗試利用高壓水射流技術完成，一并回收泥面以下5 m的隔水導管與φ177.8 mm套管。高壓水射流切割技術是以水(或摻入固體顆粒)作為攜帶能量的載體，用高速水射流對各類材料進行切斷加工的一種方法，具有切割質量高、無火花、無污染、噪聲低等顯著優點。

對于套管開窗側鉆，則采用套管開窗側鉆技術。該技術可簡略概括為是將斜向器下至套管的規定位置，在其斜面的引導下用銑錐將套管按設計開窗，然后再用鉆頭鉆出一個新井眼，實現重新完井再生產。目前渤海油田逐步采用新型套管開窗側鉆技術，其主要組成部件為錨定器、斜向器、銑錐、送入工具、撓性鉆具等，主要特點是將斜向器坐掛和套管開窗合并到一趟鉆完成，簡化作業步驟、提高作業時效，應用實例有金縣、蓬萊等油田。

2.3.2 單筒雙井技術

對于大尺寸隔水導管而言，單筒雙井是大幅提高槽口利用率的技術方案之一，適用于海洋邊際油田及調整井的開發作業。單筒雙井技術在海上平臺空間受限的情況下，利用有限的井槽可鉆更多的井眼。

采用單筒雙井技術，相當于2 口井共用1 口井的隔水導管，應用于叢式井平臺可有效降低鉆井成本和工程造價。相比分支井鉆井及采油技術，單筒雙井技術無生產層間干擾及油氣井維修作業分支間的干擾問題。實踐應用表明，該技術鉆井施工要求難度不高，成本節約明顯，具有廣闊的推廣應用前景。

3 應用效果

本文所提出的海上平臺井槽高效利用關鍵技術已在金縣1-1、錦州25-1S、旅大10-1、旅大32-2、旅大27-2、綏中36-1和秦皇島32-6等渤海油田進行了應用，不僅節約了槽口，大幅度減少了工程投資，同時節約了鉆完井費用。僅單筒雙井技術，共進行了8個平臺、35口井作業，節約鉆井費用共1 723.69萬元，節省工程建設費用約7 000萬元；僅老井再利用技術，共應用5個平臺、16口井作業，節約鉆井費用共2 163.69萬元，節省工程建設費用約3 200萬元。

截至2014年底，海上平臺井槽高效利用技術應用于渤海油田已累計節約鉆井及工程投資費用14 087.38萬元，累計增油量達到32 773 m3，達到了降低油田開發成本的目標。

4 結論

1) 針對不同原因造成的槽口利用難題，海上平臺井槽高效利用技術給出對應的解決方式，從技術層面解決了槽口利用問題，盤活了大量待利用的槽口資源，為渤海油田調整井和生產井大規模開發創造了可能。

2) 海上平臺井槽高效利用技術擺脫了對大型浮吊的嚴重依賴，從而有效減少了等待時長和浮吊動復員費用，較常規大型工程建設節省了大量工期費用。

3) 海上平臺井槽高效利用技術后續將在規模推廣和標準化執行等方面進行進一步探索，包括海上平臺的井槽擴展預留設計、先期水下基盤與后期組塊安裝的一體化設計及流程、非標隔水導管配套工具的針對性研發、高效棄井技術、單筒雙井(表層)固井質量改進等。

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(編輯：孫豐成)

Key technology for efficient utilization of offshore platform well slots

Fu Jianmin1Han Xueyin2Fan Baitao1Ma Yingwen1Zhang Xiaocheng1Liu Xiaogang1

(1.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China;2.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Ltd.,Tianjin300452,China)

After many years of production, many oilfields in Bohai sea have entered into the mid-later period of development, and production has been decreasing year by year. How to effectively take advantage of well slot resource and make up production deficit is key to stabilize the total output. There are three problems involved with the utilization of well slots: no slot existing, slot inapplicable and failing to utilize slot effectively. Considering the practical situation of Bohai oilfields, through analysis and optimization, we explored and established a set of comprehensive well slot utilization scheme, which includes some key technologies such as slot extension, underwater base plate, unconventional riser drilling, large size riser window cutting, old slot reusing, and dual wellbore etc. Applications in Bohai oilfields show that the problems involved with slot utilization can be solved with the scheme, achieving good economic benefits. It not only lays a foundation for stabilizing and enhancing production in Bohai oilfields but also has a profound value and reference significance for using follow-up well slots.

platform well slot; well slot extension; riser drilling; dual bore well

*中海石油(中國)有限公司科研項目“渤海油田提升鉆井效率系統優化研究及其應用(編號：YXKY-2010-TJ-04)”部分研究成果。

付建民，男，工程師，2004畢業于原石油大學(華東)石油工程專業，主要從事海上鉆完井方面的技術管理工作。地址：天津市塘沽區渤海石油路668號海洋石油大廈B座A301(郵編：300452)。電話：022-25801537。E-mail:fujm@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)02-0103-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.014

TE242

A

2015-05-24 改回日期：2015-11-02

付建民,韓雪銀,范白濤，等.海上平臺井槽高效利用關鍵技術[J].中國海上油氣，2016,28(2)：103-108.

Fu Jianmin,Han Xueyin,Fan Baitao,et al.Key technology for efficient utilization of offshore platform well slots[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(2):103-108.