海洋液壓修井機研制應用現狀及趨勢

李友興 張曉丹 劉 亮 楊 超 張豐功 張有峰

1.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心有限公司 四川 成都 610052；2.寶雞石油機械有限責任公司 陜西 寶雞 721000；3.中海油田服務股份有限公司油田生產研究院 天津 300202

1 概述

與陸地帶壓作業機應用場景和作業工況有所不同，海洋液壓修井機的特點主要有：

（1）由于海洋平臺吊機起吊能力的限制，設備主要以模塊化為主，一般要求各模塊最大重量不超過10t；

（2）設備大部分具有大通徑、高舉升力的特點；

（3）設備設計需考慮海上的風載和管柱重量，滿足API4F 第5 版要求；

（4）海上平臺的場地有限，需提前規劃設計設備擺放、地面流程等；

（5）設計時考慮平臺單位面積的承載能力的限制；

（6）根據井內管柱結構確定設備安裝構成；

（7）可能需要根據工藝設計增加特殊的夾持工具和密封等。

2 國內外研制應用現狀

2.1 國外海洋液壓修井機發展現狀

目前液壓修井機的應用廣泛，其應用范圍已從陸地帶壓作業擴展到海洋修井施工作業。液壓修井設備的國外制造商主要以美國、加拿大為主，如CUDD、BPC、Top Well、CEEM 等公司，其針對海洋的液壓修井機產品，最大舉升力達2085kN,扭矩達30000N·m，具有單元模塊重量輕、拆裝方便靈活等特點，產品質量優良，性能穩定，在國內外市場占有率較高。但國外產品普遍存在價格昂貴采購周期長以及配件采購困難等特點，給油田生產帶來較多不便。

2.1.1 CUDD 公司

CUDD 公司的海洋液壓修井機主要配套修井機主機、鉆井泵、高壓管匯、節流壓井管匯、低壓泥漿系統、液氣分離器等組成，其特點是主機兩側帶有立根盒，可存放雙單根立根，作業效率高。其主要技術參數：最大拉力：130000lbs；液壓系統壓力：2400psi；轉盤最大扭矩：20000ft- lbs；單個模塊重量：不超過11t。CUDD 公司的海洋液壓修井機及其主機結構圖見圖1 和圖2。

圖1 CUDD 公司的海洋液壓修井機

圖2 CUDD 公司海洋液壓修井機主機結構圖

CUDD 公司海洋液壓修井作業的應用領域：在油套管內打撈或者鉆磨；清油管襯管或者套管內的儲層附近的砂塞；鉆磨水泥塞和橋塞；清洗壓后管柱；壓控/ 壓井；循環清除高密度泥漿和修井液；下或起可回收橋塞，用于分層作業；酸化和沖洗作業；清采油/ 氣樹或者油管內的冰堵或者水合物；在連續油管不可及的深度或者作業壓力情況下，帶壓作業機可以下小口徑油管泵注氮氣作業；帶壓完井；填砂；擠注水泥或者回堵；打塞或者油氣井廢棄服務。

2.1.2 BPC 公司

BPC 公司的海洋液壓修井機在歐洲、非洲、中東、亞洲和大洋洲市場都有所應用。取得了廣泛的現場作業經驗。BPC 的液壓修井機作業范圍廣泛，可應用完井/ 修井、水泥塞和棄井、側鉆、打撈落魚、磨銑、固井、開窗、洗井等作業。BPC 公司的液壓修井機具有以下特點：成本低、占地面積小、環境影響小、模塊化設計，移運快速。

2.1.3 TOP WELL

2019 年，托普石油在國內中海油上海分公司海上平臺首次完成了帶壓修井及液壓修井作業。托普石油該次作業歷時50d，共計作業三井次，其中一井次帶壓修井作業，兩井次液壓修井作業。托普石油本次施工的第一口井為帶壓大修，轉電泵排采氣。受限于平臺的安裝空間，在施工初期，設備安裝難度極大，除了塔吊和氣動航吊的輔助以外，在防噴器組安裝等特殊環節甚至需要平臺鉆機的移動才能完成。同時工序繁復，涉及屈曲管柱拉伸、AVALON 橋塞投撈、化學切割、打撈插入密封管柱、下電泵合采管柱、坐偏心油管掛等等。原井生產管柱外帶井下安全閥控制管線和毛細管測壓管線，此外工具串結構也異常復雜，包含井下安全閥、封隔器、滑套、壓力計、偏心氣舉閥、厚壁油管、插入密封管等特殊工具，且期間最高施工壓力達到17.5MPa，甚至一趟管柱需要多次更換不同尺寸卡瓦牙才能完成。第二、三口井工序相對簡單，起原井3- 1/ 2″臨時管柱，下電泵合采管柱，但也需要經過“穿褲子”等非常規手段來完成新油管頭四通的安裝。此次作業是拓普石油的帶壓修井為帶壓作業工藝在國內海上平臺的首次應用，取得良好的效果。2.1.4 CEEM 公司

CEEM 不僅為油田設備供應商，同時也可為提供石油勘探和生產領域的解決方案。CEEM 定期對設備進行改進，并提供專門設計的設備運行解決方案。CEEM 為所有主要的液壓修井機供應商提供維修和設備升級服務，在此過程中，CEEM 擁有了大量的市場信息，掌握了液壓修井機產品設計，服務等相關信息。

CEEM 的460K 型液壓修井機為獨立式液壓修井機，用于陸上及海上修井作業。該修井機不僅具有常規修井機的功能，同時還可實現帶壓起下管柱、欠平衡作業等，在有效提高生產條件的同時為使用方帶來利益的最大化。

CEEM 液壓修井機模塊化設計特點：CEEM 460K 型液壓修井機采用集裝箱式模塊化設計，提高安裝運輸效率；所有部件按集裝箱尺寸設計；所有部件可拆卸成最大重量不超過8t 的模塊；設計專用安裝運輸架，避免各部件在運輸時磕碰；所有部件采用API 標準耳板，用于設備的裝卸和組裝。

2.2 國內海洋液壓修井機發展現狀

近20 年來國內帶壓作業裝備主要以華北榮盛、中石化四機廠、任丘鐵虎等企業生產的帶壓作業設備為主。

中石油前期現場使用的帶壓作業裝備以修井機輔助式帶壓作業為主，提升能力主要以600kN 為主，沖程3～3.5m，工作壓力小于21MPa，通徑為186mm，被動式轉盤。結構型式有簡化型、緊湊型和標準型三種帶壓作業裝置，實現低壓（3～5MPa 以下）、中壓（5～14MPa）、中高壓（14～21MPa）等不同壓力等級帶壓能力。抽油桿帶壓作業機主要用于油井起下抽油桿的一種設備，提升能力400kN，沖程2.5m，密封壓力10.5MPa。

2.2.1 中石化四機

中石化四機石油機械有限公司申請“帶壓作業”和“液壓修井”相關專利15 件。曾為勝利石油工程井下作業公司提供一套陸地帶壓作業機，于2017 年10 月11 日在重慶南川平橋南區塊完成兩口深層頁巖氣井帶壓施工作業，帶壓完井管柱最深3950m，作業最高壓力23MPa，下管柱速度30 根/ h。

中國石化機械四機公司研制的160t 獨立式海洋液壓修井機，2017 年9 月在渤海灣南部埕島油田某海洋鉆井平臺完成首口雙管注水井修井作業，最大提升載荷260kN。其主要技術參數：最大舉升載荷1575kN，動力裝置功率400kW，額定扭矩20kN·m，升降液缸沖程3.5m，適應最大管柱直徑244.5mm (9in)，系統控制壓力21MPa，橫向滑移距離5.8m，縱向滑移距離10.0m，整機模塊質量152t。

2.2.2 寶石機械

寶石機械公司從2007 年開始帶壓作業機技術研究，已掌握帶壓作業機核心技術，獲得相關授權專利27 件，分別于2011 年成功研制了BYJ18- 21/ 35 型不壓井作業裝置，2018 年成功研制了DYJ100/ 35DD 型油氣井帶壓作業機，2019 年成功研制DYJ110/ 70DD 氣井帶壓作業機，2021 年成功研制DYJ225DD 液壓修井機。寶石機械公司產品已系列化，35～105MPa 三種壓力級別，整體和獨立兩種結構形式，150～460K 六種載荷, 表1 為各載荷系列參數。截至目前寶石機械公司共生產各型帶壓作業機20臺，共投入現場使用設備18 臺，已完成現在完井與修井作業200 余井次，最高工作壓力達到30MPa，最大井深5800m，最快起下管柱速度55 根/ h，平均起下管柱速度40 根/ h。目前已完成海洋液壓修井機的研制，最大舉升力225t。其主要技術參數如下：最大提升載荷：2250kN；最大下壓載荷：1100kN；主體通徑：14- 1/ 2″；適應管柱直徑：1- 1/ 2″～9- 5/ 8″；旋轉扭矩：30000N·m；最大起升速度：0.7m/ s。

表1 寶石機械公司產品各載荷系列參數

主機及各配套設備采用模塊化設計，快速安裝裝置，實現海上快速搬遷；各部件和總體尺寸小、重量輕，單模塊重量≤8.5t；可實現套管頭承載和平臺承載兩種作業模式，針對單井作業和叢式井作業；工作窗與主機集成一體設計，降低設備高度，導軌安裝實現無繃繩；配置30000N·m大通徑轉盤及旋轉密封系統，旋轉作業時無須拆卸卡瓦管線；配置全行程反扭矩裝置實現全行程旋轉作業。

3 結語

綜上國內外技術現狀，尤其是針對海洋平臺修井作業的液壓修井機，雖然國內公司已經開展研制和現場應用，但綜合對比有如下結論：

（1）國外液壓修井起步早發展快，已有多家公司形成系列化產品，并取得規模化應用。

（2）國內中石化四機、寶石機械、鐵虎、煙臺杰瑞等公司在陸地帶壓作業機研制出產品并規模化應用，但海洋液壓修井機目前僅中石化四機與寶石機械制造出樣機開始工業性應用試驗。

（3）國內海洋液壓修井機處于探索與起步階段，從設備成熟、工業應用規模以及作業工藝多樣性等方面，與國外都存在不小的差距。

發展建議：

（1）開發具有自主知識產權的海洋液壓修井設備，實現核心裝備的國產化，能夠打破國外技術壟斷，有效解決海洋油氣田修井成本高、作業效率低等重大問題，提高海洋油氣田修井作業的經濟性，實現邊際油田可持續發展，有著很強的社會和經濟效益，應加大海洋液壓修井機的研制和應用。

（2）裝備制造企業應加強同國內外用戶的溝通合作，從國產設備研制試用、作業工藝完善等方面加大支持力度，以促進國產裝備和國內液壓修井工藝的發展。

（3）液壓修井機應考慮發展自動化部件、數據化采集與分析，切實提高自動化和數據化水平，降低作業風險和使用成本，提高作業效益。