深水臥式采油樹完井坐落管柱應用技術研究

孫子剛，王 星

（中海油能源發展股份有限公司工程技術深水鉆采技術公司，廣東深圳 518067）

隨著世界范圍內深水油氣田開發步伐的不斷邁進，未來幾十年我國也將進入深水油氣勘探開發的高峰期。我國擁有豐富的深水油氣資源，特別是南海深水油氣資源潛力巨大。為了加快深水油氣勘探開發速度及確保開發質量，就必須深入掌握深水鉆完井的關鍵技術。對于配合深水水下臥式采油樹完井作業，為保證坐鎖油管掛及完井作業中可靠的井控屏障，并為投產前的清井返排提供從水下井口延伸至地面井口的有效放噴通道，將不可避免的大量使用深水完井坐落管柱（Landing String）系統進行臥式采油樹油管掛的送入坐掛及鎖定作業[1]。深水完井坐落管柱系統作為深水油氣資源勘探開發中的關鍵組成部分，國內尚未進行過深入理論研究與結構功能分析，在實際應用中也全部租賃國外如 Schlumberger、Halliburton、Expro 公司產品[2]。由于國外技術封鎖導致國內租賃費用高昂，加之國內以往深水完井作業量少，該系統應用經驗相對欠缺，因此有必要對深水完井坐落管柱系統構成、設計準則及關鍵設備優選進行深入分析研究，以期提升后續深水完井作業效率，降低作業風險及成本，也為今后的國產化研究與結構設計提供借鑒，以加快我國深水油氣資源勘探開發步伐[3]。

1 深水完井坐落管柱系統介紹

深水水下井口完井系統主要由井下完井工具系統、水下坐落管柱系統、地面設備三大部分構成，其中水下坐落管柱系統作為完井、清井放噴、后期修井和增產作業的主要井控屏障，主要用來安裝及回收油管掛或水下采油樹，提供上部完井作業中的安全保障，同時在清井返排作業中提供連接至地面流程的垂直通道，并具備緊急情況下（惡劣天氣如臺風、平臺漂移量過大或平臺定位失效）實現關井和水下防噴器內部管柱解脫及回接功能[4]。具體承載的主要功能及特性還包括：通過水下測試樹失效關閉的球閥進行應急關井；應急情況下15秒以內快速解脫；具備多種應急解脫方式；應急剪切穿過水下樹球閥的鋼絲/電纜/連續油管；解脫后能夠承留坐落管柱管串內部流體，防止油氣外泄，保護海洋環境；滿足關閉水下防噴器閘板、萬能和剪切閘板的需求；實現油管掛的鎖緊、鎖緊確認及解鎖與油管掛送入工具的連接與脫手功能；系統失效時，能夠正循環壓井；化學藥劑注入功能（泥線及井下）；泥面附近管柱內外溫度及壓力實時監控功能；為井下完井功能提供液壓和電氣通道。深水完井坐落管柱系統組成（見圖1）[5]。

2 坐落管柱設計準則

深水完井坐落管柱系統設計中，需根據水下臥式采油樹結構及完井特點進行綜合全面考慮：

（1）應考慮和隔水管及防噴系統的匹配。

圖1 深水完井坐落管柱系統組成示意圖

（2）應具有防噴閥、水下測試樹及泥面以下等位置的水合物抑制劑的注入功能，同時具備井下控制與監測功能。

（3）考慮設置水下及井下作業的雙安全屏障。

（4）應考慮坐落管柱緊急解脫系統和平臺應急解脫系統的邏輯關系。

（5）水下坐落管柱應具有備用剪切、球閥關閉及解脫等功能。

（6）應包含以下至少兩種解脫方式：電液控制系統、直接液壓、機械解脫。

（7）坐落管柱系統應可安裝和回收油管掛，可作為水下采油樹帽下入工具。

（8）坐落管柱外徑、長度及位置等應與平臺水下設備相匹配，管柱配長后在正常關閉萬能防噴器時保證臍帶纜不受損壞，內徑應滿足鋼絲投堵及連續油管作業等要求。

（9）坐落管柱系統工作壓力值應不小于預測最高地層壓力，系統工作溫度值應滿足所處環境及流體的最高、最低溫度要求。

（10）坐落管柱系統在有承重的情況下能承受外部一定壓力的能力（例如防噴器試壓，防噴器阻流或油嘴管匯壓力等）。

（11）可用于井控和有干預作業剪切后井控，并在應急解脫后儲存管柱流體防止海洋環境污染。

3 坐落管柱關鍵設備選型

基于深水臥式采油樹結構及深水完井技術特點，在選擇坐落管柱配套工具及功能時應充分考慮以下因素：

（1）具備可快速關閉及應急解脫與回接功能。

（2）工作壓力值應滿足預測最高地層壓力1.25倍。

（3）工作溫度值應滿足所處環境及流體的最高、最低溫度要求。

（4）本體內徑為清井返排提供作業通道，環空壓力操作通過關閉防噴器閘板密封坐落管柱承壓短節來實現。

（5）水下測試樹、承留閥本體有一定的通道余量，可滿足動力電纜等的穿越。

（6）外徑、長度及位置等應與平臺水下設備相匹配，管柱配長后在正常關閉萬能防噴器時保證臍帶纜不受損壞。

（7）可安裝和回收油管掛，可作為水下采油樹帽下入工具。

（8）宜具有泥線附近數據采集功能，包括但不限于溫度和壓力。

（9）內徑應滿足鋼絲投堵及連續油管作業的要求。

（10）可作為井控手段進行關閉，并可以剪切鋼絲及連續油管后井控。

（11）在應急解脫后可以儲存管柱流體防止環境污染。

（12）具有回接功能。

（13）系統通徑滿足ISO 10432∶2004標準，通徑規公差為0.68 mm。

深水坐落管柱關鍵工具選型：深水水下坐落管柱關鍵組成部分包括水下測試樹、承留閥、立管控制模塊、儲能模塊、防噴閥、扶正器及油管掛送入工具等，各工具選型需結合實際井況、作業水深以及平臺水下BOP配置等綜合考慮。

（1）水下測試樹：作為坐落管柱的核心工具，執行應急情況下井下解脫與回接。水下測試樹結構示意圖（見圖2）。具有剪切一定尺寸的鋼絲、電纜及連續油管功能；具有雙閥，其球閥設計為失壓關閉；尺寸與防噴器組匹配；具有泵通壓井功能；具有化學注入功能；承壓短節外徑及長度滿足防噴器閘板關閉、密封的要求；具有備用控制系統；應至少具備兩種解脫方式：電液控制系統、直接液壓、備用液壓系統、破裂盤、機械解脫[6]。

（2）防噴閥：一般位于轉盤下部30 m左右，具體根據平臺伸縮節內筒下抬肩位置配置安裝，應避免設置在伸縮節內筒下抬肩位置附近，避免下抬肩隨平臺升沉而反復撞擊防噴閥風險。防噴閥上部管柱可作為鋼絲或連續油管等作業的防噴管，用于協助入井前試壓工作。應具有化學注入功能；可選擇剪切鋼絲、電纜及連續油管功能；球閥具有上下承壓能力；具有泵通功能；具有輔助其他帶壓作業功能[7]。

（3）承留閥：位于水下測試樹上部，其結構可以理解為倒置的防噴閥，不同點是使用提升滑套代替化學注入單流閥，提升滑套用于水下測試樹解脫前泄放與承留閥之間的圈閉壓力，保護解脫位置的各類膠皮密封完好，確保回接后水下測試樹仍可安全作業。

承留閥用于在解脫時隔離承留閥和防噴閥之間的油氣，防止環境污染。在應急解脫時，具有安全泄壓，保護隔水管的功能；與水下測試樹互鎖功能[8]。

（4）儲能模塊：為水下測試樹和承留閥打開提供動力，是縮短井下響應時間的能量保障。應滿足坐落管柱系統響應速度要求，可提供溫度、壓力及流量的采集和傳輸，提供系統所需的全部液壓動力。

（5）立管控制模塊：深水完井坐落管柱的水下控制單元，接收、分析和傳達地面的電信號，是電液控制坐落管柱的核心部分，能將RCM位置的實時溫壓數據傳給地面。

（6）油管懸掛器下入工具：用以連接水下測試樹和油管掛。應匹配水下測試樹和油管掛的結構與功能，可作為水下采油樹內帽下入工具，具有定位指示功能，并滿足鋼絲投堵和其他工具作業的需求。

圖2 坐落管柱下送內樹帽至油管掛頂部示意圖

4 坐落管柱系統配長

坐落管柱在水下防噴器中的配長是深水現場完井工作的一項關鍵作業。深水完井坐落管柱往往不同于深水測試坐落管柱通過調節懸掛器高度配長，而是根據完井作業前根據實際作業平臺水下BOP組配置預制固定長度的承壓短節及剪切短節，確保BOP組內部工具與相應防噴器位置匹配，從而能夠滿足井控及后續完井作業要求。

配長關鍵：抗磨補芯坐掛點角度需要與懸掛器角度匹配；可關閉閘板類型尺寸需要和承壓短節匹配，密封閘板對應在承壓短節上；剪切短節對應在剪切閘板；承留閥或環空承壓短節對應在萬能防噴器位置，防止萬能防噴器關閉時電纜及管線受損；立管控制模塊應設置在防噴器撓性接頭以上。

5 結論

深水完井坐落管柱系統是一個先進且復雜的綜合性系統，對作業順利及安全起著至關重要的作用。本文在廣泛調研國內外深水完井坐落管柱系統相關資料的基礎上，對坐落管柱系統組成、設計準則、關鍵設備選型及水下BOP組內部工具配長進行了深入的分析總結，使深水完井坐落管柱系統研究變得完整，希望可以為今后海洋深水完井作業安全順利高效開展提供借鑒，也為將來的深海石油裝備國產化研究提供理論支撐。