海洋模块化小直径管排水采气装置的研制.pdf

海洋石油装备 海洋模块化小直径管排水采气装置的研制 周忠城 曹和平 伍甫生 张志海 陈立华 吴大飞 （中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所） 摘要： 目前海上气田都已有出水或出黑油的气井， 有些出水气井甚至出现井底积液， 从而引 起气井停喷， 严重影响气井产量和采收率。 鉴于此， 研制了海洋模块化小直径管排水采气装置。 该装置设计时考虑了质量和吊升因素， 按功能分成 个橇装模块， 整机结构性能好， 便于平台安 装和运输吊装， 整体达到船级社国家二级防爆等级， 防喷系统耐压等级与采气树等级一致， 动、 静密封结合， 可满足海上所有气井压力等级要求。 通过 口井的应用， 已形成了气井排液采气新 工艺、 注氮气气举工艺和注邻井天然气排液复产工艺， 实现了小直径管排水采气装置在自升式和 半潜式钻井及生产平台的应用。 关键词： 小直径管排水采气装置； 橇装模块； 分体吊装； 防爆； 液压控制 中图分类号： 文献标识码： ： （ ， ） ： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ； ； ； ； 引 言 目前， 中海油已开发的海上气田有 凝 析气田、 油气田、 平湖油气田、 春晓油气 田和崖 气田等， 都已有出水或出黑油的气 井， 有些出水气井甚至出现井底因积液而引起气井 停喷的问题， 严重影响了气井的产量和采收率。 石 油 机 械 年 第 卷 第 期 基金项目： 中国石油集团钻井工程技术研究院项目 “海洋模块化小直径管排水采气装置”。 近年来国内外在陆地油田进行了大量的小直径管排 水采气作业， 取得较好效果。 国外小直径管排水采气装置的特点： 配备专 用的防喷器等井控设备， 确保井筒与作业安全； 按连续管作业机微型化发展的构思， 形成了多种形 式的注入头结构； 作业装置与井控设备采用集中 液压控制， 使操作远离井口； 多采用车装， 增强 机动性和狭小空间作业的安全性； 自备长臂液压 吊， 适应井口作业高度； 下入深度和化学剂的注 入量可精确控制； 装置已进行商业化应用。 国内主要生产单位有江汉机械研究所 （简称江汉 所）、 长江石油机械厂和宝鸡通力鼎新专用汽车有 限公司等， 但其产品都仅限于陆地应用。 鉴于此， 江汉所和中海油能源发展有限公司共同研 制了海洋模块化小直径管排水采气装置。 技术分析 总体概述 海洋模块化小直径管排水采气装置针对海洋平台 气井起下 以下的小直径连续管研制， 作业 深度达 ， 注剂泵最大额定压力 ， 最 大额定排量 。 该装置主要由绞车控制橇、 动力橇、 辅橇和井口支撑架 部分组成 （见图 ）。 传动装置； 动力橇； 液压系统； 注剂系统； 绞车控制橇； 操作台； 盘管绞车； 小直径管；导向器；注入头；注入头井口；防喷系统；井下工具串；电控系统。 图 小直径管排水采气装置 控制系统采用远程液压控制方案， 具有数据采 集和深度预警功能。 与国内同类产品相比， 该装置 具有模块化程度高、 安全性能高、 平台适应性强和 拆装便捷等优点， 不仅能适应海上气田作业对平台 吊机和作业面积的特殊限制， 而且能够满足井下小 直径管的安全作业要求。 安全控制 安全控制原理与钢丝、 电缆作业防喷系统安全 控制原理一致， 可保证小直径管在井口压力不高于 时安全作业； 安全控制系统由三闸板 （可剪切、 可半封、 可全封）、 防喷管和动密封组 （动密封 ， 静密封 ） 等组成， 整套 系统全部由液压控制。 关键技术 （） 整机按功能分割成 个橇装模块， 实现 了整机合理配置与优化； 模块化设计， 集成化程度 年 第 卷 第 期周忠城等： 海洋模块化小直径管排水采气装置的研制 高， 安装方便； 整体防爆， 达到船级社国家二级防 爆要求； 严格按照海上平台特征设计， 布局紧凑、 功能齐全。 （） 动力系统采用防爆电机驱动， 安全性高。 （） 采用滚筒与注入头同步协调控制方式， 以 注入头为核心的驱动方式； 注入头起下力量、 速度 与方向和夹持、 张紧操作协调； 滚筒控制下入过程 由注入头牵引转动， 起升过程受注入头牵制限速； 防喷系统远程控制。 整个系统采用集成模块设计。 （） 开发了适应小直径管的夹持机构、 传动系 统、 同步机构、 指重机构、 导向与吊装结构等。 （） 防喷密封管采用二级设计， 适应压力 ； 防喷系统配备三闸板防喷器组和管动密封盒。 （） 接头、 单流阀耐高温高压； 加重杆选用 钨合金材料， 锻打和韧性与钢接近， 可加工内、 外 螺纹。 （） 液压自动升降台可升降 ， 既可直接在 井口平台安装， 也可在井口甲板安装。 （） 深度、 速度、 载荷和张力实时监测， 精 度更高。 技术特点 （） 独立的作业系统无需钻机的支持。 （） 无需动管柱作业和压井， 节省作业时间 和费用。 （） 模块化设备易于吊装， 解决了气田平台 吊机小、 不能上大型设备的难题； 可分体吊装， 每 个分体质量小于 ， 满足海上所有平台吊机的吊 装要求。 （） 防喷系统耐压等级与采气树等级一致， 动、 静密封相结合， 可满足海上所有气井压力等级 要求。 （） 整套设备都进行了可靠性、 耐腐蚀性和 安全性设计， 符合海洋施工作业要求。 海上典型应用 注泡沫排液采气工艺 井 年 月产出大量黑油和水， 日产气 降到 左右； 目前存在积液现象， 日产气 量仅为 左右。 对该井用小直径管排水采 气装置进行施工作业， 不仅使其在作业期间最高日 产气量翻了一番， 而且可使泡排液直接注入到积液 层中部； 攻克了气井连续管排液成本高和难以大规 模应用的难题， 实现了连续管低成本排液采气； 解 决了气矿平台普遍吊机小、 不能上大型设备的难 题， 摸索出了普遍适用的气井排液采气新工艺。 注氮气气举工艺 根据 井施工设计方案， 分别在 、 、 、 和 深度注入氮气气举排 液， 观察井口压力逐渐恢复至自喷时压力， 继续注 入氮气气举 后， 停止注气。 井恢复自喷， 气 举排液效果显著。 小直径连续管最大下入深度 ， 作业设备工作正常； 成功举液 ， 说明小直径连续管适用于气举诱喷； 注入头尺寸 小， 能安装到半潜平台井口， 实现了小直径管气举 诱喷在半潜平台的成功应用。 注邻井天然气排液复产工艺 根据生产分析和积液判断可知， 井具有自喷 生产能力， 正常生产时不会积液， 在电泵排液期间 由于故障未能全部排出漏失到地层的压井液， 未能 恢复正常生产。 井生产层垂深约为 ， 年测试地层压力为 ， 放油压后预测 井筒液面在 处， 需排液恢复生产， 并考虑实 施解堵措施。 结合生产管柱特征和平台吊机能力， 在不动管柱的情况下， 采用小直径管天然气气举排 液复产。 邻井 井产出气经过小直径管设备； 小 直径管从注入头经过 井修井盖下到 井， 返出 走闭排流程。 设备在这种工况下性能稳定， 排液超 过 。 结 论 （） 海洋模块化小直径管排水采气装置考虑 了质量和吊升因素， 按功能分成 个橇装模块， 整 机结构性能好， 便于平台安装和运输吊装， 整体防 爆达到船级社国家二级防爆等级。 （） 该装置不仅适用于自升式钻井及生产平 台， 也适用于半潜式钻井及生产平台， 适应各种海 况及炎热酷寒等恶劣环境， 可满足海上油田全海域 的相关作业要求； 该装置采用专用防喷器和动密封 装置， 提高了整体安全性。 （） 迄今为止， 小直径管排水采气装置已开 展了油井清蜡、 水平井测试、 完井诱喷、 气井泡排 和注化学药剂等作业， 建议下一步采用小直径管除 垢。 该装置可解决平台吊车载荷不足及井下工具内 通径问题， 但小直径管子摩阻大， 可以通过控制井 深、 优化工具结构和工艺作业参数来解决。 （下转第 页） 石 油 机 械 年 第 卷 第 期 力突降， 完成工具的丢手动作， 起出内层加力管 柱， 施工顺利完成。 全井筒试压 ， 稳压 ， 压降小于 ， 验封合格。 该井套管 修复后连续进行了 轮次的注蒸汽吞吐生产， 未发 现套漏问题。 结 论 （） 长井段套管补贴修复工艺施工简单可靠， 作业时间短， 可在最短的时间内恢复油井产能， 能 大幅减少作业成本， 具有显著的经济效益和较高的 推广应用价值。 （） 破损段两端的套管与补贴衬管采用金属 密封方式， 密封有效期长， 耐温高， 特别适合注蒸 汽开采的稠油井套管修复。 （） 利用该技术进行套管补贴修复后， 内通 径大， 便于后期进行各种措施作业。 （） 该技术可针对大于 的长井段套管破 损进行修复， 完善了目前的套损修复技术系列， 为 稠油热采井的套损治理提供了技术支撑， 对油田的 长期稳定开发具有重要意义。 参 考 文 献 吴奇 井下作业工程师手册 北京： 石油工 业出版社， 杨慧 热采水平井套损机理分析及破漏套管补贴加 固技术研究 机械工程师， （）： 李敢 热采井漏失套管液压补贴加固技术研究与应 用 石油机械， ， （）： 李建虎， 刘乐 膨胀管补贴技术对套管通径的要求 分析 化学工程与装备， （）： 黄守志， 杨晓莉， 李涛， 等 基于铜密封的耐高温 膨胀管套管补贴技术 科学技术与工程， ， （）： 吴祖景， 郭安举， 孙同明 套管补贴悬挂衬管方式 及配套工艺技术 油气田地面工程， ， （）： 王永刚， 陶瑞东， 李贵宾， 等 实体膨胀管补贴套 管技术在张海 井的应用 石油天然气学 报， ， （）： 武刚， 刘强， 上官丰收， 等 实体膨胀管套管补贴 技术研究及工程运用 新技术新工艺， （）： 李益良， 李涛， 高向前， 等 过套管补贴技术研究 与应用 石油钻采工艺， ， （）： 伊伟锴， 刘金荣， 吕芳蕾， 等 热采水平井套管补 贴加固工具研制与应用 石油矿场机械， ， （）： 第一作者简介： 田启忠， 高级工程师， 生于 年， 年毕业于中国石油大学 （华东） 石油工程专业， 现从 事钻完井、 采油和修井工作。 地址：（）山东省东营 市。 ： 。 收稿日期： （本文编辑 刘 锋） （上接第 页） 参 考 文 献 杨志， 于志刚， 王尔均， 等 海上气田排水采气工 艺筛选 海洋石油， ， （）： ， ， ， ， ， ， 成心建， 谢志双， 赵江 等 用于超深径向井作业 的液压控制系统： 中国， 赵锟， 董广云， 王树斌， 等 型连续管 水平井测井车研制与应用 石油矿场机械， ， （）： 曹和平， 张志海 橇装式小直径管排水采气装置 石油科技论坛， ， （）： 周忠城， 曹和平， 张志海， 等 小直径管排水采气 装置在四川气田的应用 石油机械， ， （）： 伍甫生， 曹和平， 马卫国， 等 小直径连续管作业 设备电液集成控制系统优化 石油机械， ， （）： 陈立华， 曹和平， 马卫国， 等 井下注剂用小直径 管起下装置的研制 石油机械， ， （）： 第一作者简介： 见本刊 年第 期。 收稿日期： （本文编辑 丁莉萍） 年 第 卷 第 期田启忠等： 长井段套管破损补贴修复技术研究与应用