海上油田互調(diào)鉆機(jī)模式在老平臺及外掛平臺中的應(yīng)用

陳國宏，黃毓祥，倪益民，夏環(huán)宇

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

海上油氣的勘探與開發(fā)具有高風(fēng)險(xiǎn)、高成本等特征。在勘探初期，往往依賴為數(shù)極少的探井資料制定油藏整體開發(fā)方案。隨著油藏的開發(fā)，地質(zhì)認(rèn)識進(jìn)一步加深，時(shí)常出現(xiàn)儲量核算增加的情況。當(dāng)儲量增加有限、單獨(dú)新建平臺成本偏高的情況時(shí)，為了更好地控制投資成本，時(shí)常采用外掛平臺作為油藏增產(chǎn)增效的措施。海上某油田通過采用平臺外掛模式，在共享已有平臺設(shè)施的基礎(chǔ)上，新老兩個(gè)井口平臺頂層甲板采用滑道梁搭接，實(shí)現(xiàn)修井機(jī)在兩個(gè)井口平臺間的變軌滑移[1]，創(chuàng)造性地在外掛平臺頂層甲板設(shè)置變軌滑道，實(shí)現(xiàn)老平臺與外掛平臺鉆機(jī)設(shè)備互調(diào)的目的，以滿足現(xiàn)場鉆完井、修井等不同作業(yè)需求。

1 油田開發(fā)現(xiàn)狀

海上某油田于2002年1月發(fā)現(xiàn)，位于渤海遼東灣海域遼西低凸起的中南端。2005年1月投產(chǎn)，至2005年8月，27口開發(fā)井全部投產(chǎn)。2007年開始滾動開發(fā)，油田調(diào)整期間，外掛3排井槽。截至2012年4月，調(diào)整井全部投產(chǎn)。截至2012年底，該油田共有開發(fā)井55口，已無剩余槽口。

油田開發(fā)過程中，油田WHPA平臺存在如下問題：

（1）2008年油田儲量復(fù)算后，石油探明地質(zhì)儲量增加600×104m3，老平臺WHPA在外掛改造后，已無剩余槽口，無法滿足油藏綜合調(diào)整需要。

（2）WHPA平臺配置機(jī)具為HXJ135修井機(jī)，作業(yè)能力低，導(dǎo)致油田側(cè)鉆、大修等復(fù)雜作業(yè)嚴(yán)重受限，鉆完井作業(yè)前均需進(jìn)行平臺改造與升級。該油田儲層埋深較淺，平均井深約為2 000 m，井身結(jié)構(gòu)均采用17-1/2"+12-1/4"+8-1/2"三開模式，中子、密度測井考慮作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，采取補(bǔ)測模式，故由機(jī)具原因?qū)е碌你@完井作業(yè)工期、費(fèi)用、風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。

（3）由于平臺外擴(kuò)甲板面積，且外掛了3排井槽，導(dǎo)致內(nèi)排槽口鉆井平臺懸臂梁均無法覆蓋，外排槽口井也因平臺棧橋和海管三個(gè)側(cè)面無法就位，僅能就位的一側(cè)則因?qū)掖尉臀汇@井平臺樁靴印密布而無法進(jìn)行精就位。例如2010年南海1號鉆井平臺就位最邊部槽口時(shí)，由于樁靴滑移，耗時(shí)2天，無法滿足覆蓋槽口，最終換HYSY936鉆井平臺完成鉆完井作業(yè)，直接導(dǎo)致增加高額動復(fù)員費(fèi)用。

2 外掛平臺調(diào)整思路

為最大釋放油田產(chǎn)能，降低鉆完井作業(yè)成本和風(fēng)險(xiǎn)，提出在WHPA南側(cè)外擴(kuò)新建WHPC平臺，并配置作業(yè)能力較大的HXJ225修井機(jī)及變軌滑道，在滿足油田挖潛的同時(shí)，解決老平臺鉆完井作業(yè)困難等問題。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需進(jìn)行如下方面的工作。

（1）新建平臺WHPC將設(shè)置24個(gè)井槽（其中4個(gè)單筒雙井）。

（2）WHPA平臺與新建WHPC平臺修井機(jī)滑軌對接。通過滑軌，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鉆機(jī)在兩平臺間滑移，以便根據(jù)需求選用HXJ135或HXJ225修井機(jī)。為實(shí)現(xiàn)滑軌對接，導(dǎo)管架在安裝時(shí)需保證足夠的精度。

（3）WHPC平臺設(shè)置變軌滑道。變軌滑道是互調(diào)鉆機(jī)的關(guān)鍵所在，如無變軌滑道，鉆機(jī)也可實(shí)現(xiàn)調(diào)用，但另一臺鉆機(jī)卻處于閑置狀態(tài)，且不能覆蓋所有井槽，無法最大化降低鉆完修作業(yè)成本。通過設(shè)置變軌滑道，可實(shí)現(xiàn)一臺鉆機(jī)在變軌滑道避讓，另一臺鉆機(jī)通過對接滑道移動至作業(yè)槽口，然后將變軌滑道停留的鉆機(jī)移至另一平臺，實(shí)現(xiàn)不同平臺之間作業(yè)有效配合，新老鉆機(jī)錯(cuò)軌避讓平面圖見圖1，立面圖見圖2。另外，當(dāng)WHPC平臺作業(yè)需要采用鉆井平臺時(shí)，變軌滑道也可以作為鉆機(jī)臨時(shí)的避讓場所。

圖1 外掛平臺與老平臺平面圖

圖2 外掛平臺與老平臺鉆機(jī)設(shè)備示意圖

3 修井機(jī)共享滑移工況載荷校核

在導(dǎo)管架建造中平臺承載是關(guān)鍵因素，不僅直接影響平臺的結(jié)構(gòu)和投資，而且關(guān)乎整個(gè)平臺在后期各種作業(yè)中的安全[2]。由于本次外掛平臺開創(chuàng)性地采用新老平臺修井機(jī)滑移共享模式，可能會發(fā)生兩個(gè)修井機(jī)共處一個(gè)平臺的極限工況，因此在項(xiàng)目前期研究中對可能發(fā)生的各種工況進(jìn)行細(xì)致和嚴(yán)格的力學(xué)校核極為必要，并根據(jù)結(jié)果對平臺結(jié)構(gòu)、樁腿進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，確保項(xiàng)目不僅經(jīng)濟(jì)而且更安全。圖3即為該油田外掛平臺三種極限工況時(shí)校核過程。

圖3 WHPC平臺導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

表1為修井機(jī)極限工況載荷表，根據(jù)表1中3種不同工況，初步校核平臺60"樁腿入泥深度可以滿足承載安全要求，極端工況下樁承載力安全系數(shù)最小為1.95，操作工況下樁承載力安全系數(shù)最小為2.23。但滑道梁和部分斜撐需要加強(qiáng)，對此組塊結(jié)構(gòu)重量約增加75 t，對接裝置約為30 t。通過精確校核和平臺改造，大大提高了平臺作業(yè)安全系數(shù)，減少了平臺建造面積，降低了工程投資。

表1 修井機(jī)極限工況載荷表

4 導(dǎo)管架安裝精度控制關(guān)鍵技術(shù)

我國大部分近海油田已進(jìn)入開發(fā)的中后期，為提高采收率往往會對老油田進(jìn)行二次開發(fā)。加密井網(wǎng)綜合調(diào)整是行之有效的二次開發(fā)措施，加密井網(wǎng)一般會在油田上新建導(dǎo)管架平臺。為滿足設(shè)備和資源的共享一般會將新舊導(dǎo)管架平臺連接，而連接的方式主要分為剛性連接（即平臺短距離直接連接）和柔性連接（即棧橋連接）2種方式 [3]。

WHPA平臺與新建的WHPC平臺上層甲板相距2 m，為實(shí)現(xiàn)修井機(jī)在兩平臺間滑移，兩平臺頂層甲板需要滑道梁搭接，同時(shí)，導(dǎo)管架就位需具備較高的精度。

根據(jù)以往導(dǎo)管架安裝經(jīng)驗(yàn)，如果不使用導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，平臺就位的水平誤差在1.5 ~ 2 m之間，而采用導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可將誤差控制在±0.05 m之內(nèi)[4-5]，另外，上部組塊安裝時(shí)，利用過渡區(qū)域進(jìn)一步降低水平誤差。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為了便于安裝，設(shè)置在水面以上，在老平臺上設(shè)置喇叭口導(dǎo)向盤，在新平臺對應(yīng)位置設(shè)置尖插結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)向結(jié)構(gòu)減少導(dǎo)管架安裝角度偏差，提高對接精度，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

（1）加寬組塊對接滑道梁的翼緣，減小結(jié)構(gòu)安裝誤差對滑道梁對接的影響；

（2）對接結(jié)構(gòu)處于水面之上，便于安裝和拆除；

（3）導(dǎo)向開口放大，減少導(dǎo)管架安裝角度偏差，提高對接精度；

（4）加強(qiáng)老平臺結(jié)構(gòu)空間和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

（5）導(dǎo)向結(jié)構(gòu)具備一定的容差能力，減少水深變化和海底不平整度對就位精度的影響；

（6）導(dǎo)向結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)組塊安裝偏差范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少組塊改造工作量。

圖4 WHPC平臺導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

5 應(yīng)用效果分析

在最初的油田方案中，根據(jù)油藏靶點(diǎn)要求，最理想的新建平臺位置距離油田WHPA平臺超過1.1 km，需要在新建井口平臺WHPC和WHPA平臺之間鋪設(shè)2根海底管道和1根海底電纜。雖然該方案的鉆完井難度和投資較低，但會大幅增加地面工程投資和生產(chǎn)管理難度。

本次采用外掛平臺，依托現(xiàn)有平臺設(shè)施，減少工程量，降低工程費(fèi)用，同時(shí)，組織鉆完井研究人員解決老井防碰、軌跡反摳、鉆井平臺就位、井架避讓等關(guān)鍵問題，保證外掛平臺方案的可實(shí)施性，降低項(xiàng)目總投資數(shù)億元，為降低桶油成本做出了突出貢獻(xiàn)。

新建外掛平臺設(shè)置變軌滑道，采用“推箱子”方式解決新老平臺兩臺鉆機(jī)避讓問題，實(shí)現(xiàn)了兩平臺滑移共享、滑移互換修井機(jī)的思路，與老平臺HXJ135型號修井機(jī)相互配合，大幅度提高了生產(chǎn)作業(yè)效率，為老平臺節(jié)省了更換HXJ225修井機(jī)的費(fèi)用上千萬元。圖5為新老平臺現(xiàn)場完工圖。

圖5 WHPA與WHPC平臺鉆修機(jī)共享圖

6 結(jié)論

（1）采用外掛平臺，可以最大程度地利用現(xiàn)有平臺資源，降低投資成本。

（2）老平臺與外掛平臺通過對接滑道與變軌滑道，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的共享與互換，滿足鉆完井及修井作業(yè)需求。

（3）外掛平臺通過導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)鉆修機(jī)在外掛平臺與老平臺精確就位。

（4）在后期導(dǎo)管架設(shè)計(jì)中可以采用三維軟件對鉆完井設(shè)備和載荷引進(jìn)模擬，并對全三維設(shè)計(jì)在導(dǎo)管架平臺設(shè)計(jì)中的應(yīng)用加以總結(jié)，歸納出經(jīng)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)的問題，并找出解決這些問題的方法和途徑，以期為今后類似海洋平臺全三維設(shè)計(jì)提供借鑒。