某平臺隔水套管現狀及治理

鄒繼成

(中海石油(中國)有限公司 上海分公司平湖作業公司，上海 200335)

海洋石油固定式導管架平臺的導管架和隔水套管水下部分分別和海底大陸架固定連接，水上部分隔水套管通過導管架的上部組塊結構進行固定。由于隔水套管隨內部流體溫度變化會產生垂直方向位移，所以隔水套管和海洋平臺導管架二者之間雖然相互固定，但運動位移不同步，導致二者間不能采用焊接固定，只能采用特殊的加固方式。

1 隔水套管現狀

某平臺所在海域水深EL(-)89 m，隔水套管加固位置依托導管架水平層進行加固，分別位于EL(-)83.5 m、EL(-)60.5 m、EL(-)37.5 m、EL(-)15.5 m、EL(+)4.5 m、EL(+)19.8 m、EL(+)24.2 m，共7個水平層。EL(-)表示海平面以下。

井槽位置分布示意圖見圖1。圖1中A表示油井，B表示氣井，S表示側鉆井，20″等括號內數字表示隔水套管工程直徑，17#等括號外數字為井位號。目前隔水套管加固方法存在以下問題。

圖1 井槽位置分布示意圖

1)晃動問題。水上部分隔水套管晃動嚴重，且20口井普遍存在晃動現象，大風天頂部采油樹位置尤為明顯。晃動致使EL(+)4.5 m處固定弧形板變形、損壞，隨著時間的推移，情況惡化。

2)腐蝕問題。EL(+)4.5 m加固位置普遍發生油漆脫落、腐蝕減薄的狀況，其中A1、A2、A5井發生腐蝕穿孔。

3)抬升問題。A7、A5、A11等井隔水套管上下竄動及轉動位移較大，A5井采油樹出油管線傾斜，造成采油樹出口管線EL(+)4.5 m垂直方向產生8 cm的傾斜。

4)旋轉問題。A4、B2等工作甲板上部隔水套管和采油樹連接處有錯位。

2 隔水套管現狀原因分析

1)帶纜走道加固層位置低。該平臺帶纜走道設計高度為EL(+)7.0 m，由于導管架打樁安裝時的原因，實際安裝高度為EL(+)4.5 m。導致帶纜走道甲板更接近于海平面，也意味著更容易受到海浪的沖擊。此種現象可以和其它平臺比較，位于EL(+)7.0 m處的隔水套管加固裝置基本沒有出現晃動大的問題。

該平臺位于飛濺區的帶纜走道EL(+)4.5 m，會額外受到波浪、海流等環境載荷的作用，同時飛濺區濕度更大，海水腐蝕也更嚴重。隔水套管加固裝置損壞的也最為嚴重。

2)隔水套管內流體溫差大。該平臺油井數量較多，采油樹出口溫度90 ℃，環境溫度0～40 ℃，則開、關井的溫差至少約50 ℃，導致隔水套管金屬熱脹冷縮，產生抬升現象。每段隔水套管之間是絲扣連接，受熱不均勻則會產生旋轉。經查詢設計數據，已經充分地考慮此種工況。采油樹出口管線產生8 cm的垂直位移偏差，可繼續正常使用。

3)加固方式不得當。設計數據的變化，導致我們要面臨更加惡劣的環境，事實證明以往的加固方式不適用于此工況。平臺人員對加固方式做了改進，但沒有解決問題。加固方式及存在問題見表1。

表1 加固方式及存在問題

3 新型隔水套管加固方式

我們設計研究出一種新型的隔水套管加固方法，采用高分子材料和楔式扶正塊，徹底解決了該平臺隔水套管腐蝕減薄及晃動的問題。

3.1 高分子材料

1)高分子材料性能。納塑鋼NPS8201 通用成型修復材料是一種對設備進行修補和再生的工程修復材料。本材料為將高分子重反應聚合物與硅鋼合金混合，并以此為基礎，構成的由基料和固化劑組合成的黏接修補材料。固化后，經久耐用，且可進行機加工。其特點為：①抗腐蝕性。按 ASTM B117 在鹽霧箱中10 000 h后，無可見腐蝕。②抗壓強度。按 ASTM D695 測試時，其抗壓強度為997 kg/cm2。③硬度。按 ASTM D2240 測試時，其硬度為87D。④沖擊強度。按 ASTM D256 測試，沖擊強度 70 J/m(非V型槽)。⑤抗熱性。根據應用場合不同，其溫度適宜性為干燥環境110 ℃，潮濕環境60 ℃。

2)高分子材料施工。在對隔水套管的帶攬走道位置進行修復加強前，使用磨機等工具對隔水套管進行表面處理，打磨后的套管應露出金屬基體，表面粗糙度達到St 2.0級。

套管外壁存在腐蝕凹坑，為了確保加強后的效果，在實施纏繞前，需要對腐蝕的凹坑進行填充修復，修復使用的材料為NPS8201通用成型修復材料。修復材料均為泥狀，施工時需先在腐蝕的套管表面涂敷薄薄一層，這一層需使用毛刷用力往下按，保證修復材料與基體完全有效接觸，不留空隙和氣泡。

為確保隔水套管的整體修復強度并具有優秀的防腐效果，在對套管表面完成初步的修復后還需要進行纏繞加強，將納塑鋼NPS8115材料涂敷到NPS8902增強防腐帶上。在5 min之內將涂敷了NPS8115材料的NPS8902增強防腐帶均勻地纏繞到套管外壁，纏繞過程中需確保增強防腐帶與管體的表面完全貼合，纏繞總層數以2層為宜，纏繞后的總厚度約為5 mm。

3.2 楔式扶正塊在隔水套管上的應用

1)采用了楔式扶正塊，楔式扶正塊模型見圖2。高分子材料配合楔式扶正塊加固方法見圖3。利用原平臺結構上的喇叭口[1]，只需將設計好的楔式扶正塊在陸地預制完成，然后在平臺安裝即可。隨著海浪的沖擊，楔式扶正塊會自動下移，使隔水套管和楔式扶正塊的間隙越來越小，限制隔水套管垂直方向的位移，但不限制其水平方向的位移。

圖2 楔式扶正塊模型

2)楔式扶正塊采用空心設計，每組4塊，拼成1個圓弧。每塊質量約15 kg，便于施工搬運。

3)每塊楔式扶正塊之間用螺栓固定連接[2]，楔式扶正塊和喇叭口之間通過螺栓連接(留出滑動位移量)，使之互相牽制，避免因海浪過大將楔式扶正塊帶入海里。

4)楔式扶正塊內部內襯橡膠，避免金屬間磕碰而引起振動和損傷。

4 結束語

我們將納塑鋼高分子材料應用到隔水套管的修復上，增強了隔水套管的強度、耐磨性和耐腐蝕性能。采用了高分子材料配合楔式扶正塊，新型加固方法和之前的加固方式相比，徹底解決了隔水套管的腐蝕和晃動問題。經歷了3年的考驗，應用效果良好。新型加固方法施工程序簡單，降低了作業人員安全風險。新型加固方法屬于一勞永逸的做法，減少了維護工作量，具有良好的經濟性。

圖3 高分子材料配合楔式扶正塊加固方法