高温高压钻井技术与海洋开发钻井的几种特殊作业探讨Word文档格式.docx

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1.钻井底盘的结构

钻井底盘构架是用不同规格的管材焊接而成的,主要构件有井孔套、校管套及附件,见图14-l所示。

一般钻井底盘都有若干平行井排,每行井排布置了若干个井孔,这些井孔是按一定的井距紧凑地布置在钻井底盘构架中。

井口套与校管套上端制成喇叭口型,用以导引钻井工具。

如果在海底有保留的井口,则其中一个井孔套的下端也应该制成喇叭口型,以此导引钻井底盘套入原来保留在海底的井口,并坐放到海底。

2.半潜式钻井平台安装钻井底盘的技术要求

(1)为了保证坐放在海底的钻井底盘倾斜度不超过3度,要选择比较平坦的海床作为安装底盘的理想位置,为此应对该位置进行1公里×

1公里的加密海底井位调查;

(2)为了提供海上导管架平台桩腿设计和建造所需的土壤参数,要在安装底盘的位置上进行三至四口井的工程地质钻探采集土样。

土样采集可用配有旋转式钻机和取心设备的调查船进行,也可用半潜式钻井平台设施进行。

采集土样的每个钻孔都应按照作业者设计的深度要求进行。

一般从海床至深度10米处要连续取出全部土样;

从深度10米至50米处应间隔2米取1米土样;

50米至100米处应间隔3米取1米土样;

从100米深度以下起每间隔5米取1米土样。

取出的土样要按照美国材料试验学会(AmerlcanSocietyforTestingMaterials)的标准分别在船上和基地实验室进行试验。

土样采集报告要包括钻孔号、水深、土样深度和岩性描述,船上和基地实验室的全部试验数据;

(3)要有海况环境数据;

(4)钻井底盘需要一次性整体吊装。

(5)对钻井底盘套装井的井口要求:

l)套装井的井口要使用可回收的永久导向基座;

2)结合回接作业的要求选择和设计各层套管挂,选用的套管挂是依靠金属面密封的,必须能够满足高压井和含有腐蚀性气体的油气井的要求;

3)由于钻井底盘设计时需考虑集中井眼群表层钻井的钻屑堆积对海底井口的影响,因此套装井的井口露出海底高度至少应为5米以上,以便满足钻井底盘设计的高度要求;

4)套装井开眼井段要打直,在下入762毫米(30英寸)导管固井前,要通过安装在永久导向基座上的水平仪测量导管垂直度,测得的导管不垂直度要小于1/2度;

5)导管固井替浆完。

待水泥初凝之后方可释放大钩悬重,倒出下入工具;

6)套装井临时弃井作业结束后,往往要间隔一段较长时间才回接套管进行完井作业。

因此要用遥控器(ROV=RemoteOperatedVessel)在井口上戴井口防腐帽;

7)半潜式平台撤离套装井井位之前,要用ROV或潜水员检查套装井四周,如果发现有钻屑堆积,则需再次下入冲洗工具,将套装井四周清理干净。

3.自升式钻井平台安装钻井底盘技术要求

(1)、

(2)、(3)条与前面半潜式的相同,不再叙述;

(4)钻井底盘上框架要在泥线以上3~4米之间,相当于采用泥线悬挂器的导管和在其上端装遥控释放接头的最大高度;

(5)底盘下框架至少要在泥线1米以上,留出足够空间,便于潜水员操作放水泥浆的法兰盘;

(6)中心隔水导管上焊接的支承环,其不垂直度不得超过土1/8度。

(7)钻井底盘安装绝对方位角的误差为土5度。

二.半潜式钻井平台安装钻井底盘的基本程序

1.钻井底盘安装前的准备工作

(1)将半潜式钻井平台拖入一选定的锚泊点,根据气象和海况情况确定抛锚数量、等候转运底盘的平驳;

(2)根据钻井底盘在半潜式钻井平台的固定位置和固定方式,清理和拆除固定钻井底盘位置范围内的杂物和暂时不用的设备。

(3)在半潜式钻井平台月池区域和平台下部浮筒的适当位置上,焊好吊眼板并挂装滑轮;

(4)根据水深事先接好加重钻杆立柱,立在井架上;

(5)准备一定数量的60.33毫米(23/8英寸)油管,以供桩管和桩管套环空注水泥作业用;

(6)桩管通常选用762毫米(30英寸)套管,其规范为API5L或5LX,B钢级或X一56钢级,壁厚25.4毫米(1英寸)至38.1毫米(1.5英寸)。

钻井底盘桩管是作为生产平台安装的导向定位桩,桩管要求至少下至泥线以下15米。

一般桩管鞋以下留2米口袋,桩孔钻入的深度和泥线以上留出的桩管高度要符合设计要求。

(7)钻井底盘桩套与桩管之间的联固,可以采用与底盘调平机构联用的卡瓦式或者水泥灌注式。

采用水泥灌注方式,需要在接近桩套底端位置的桩管上安装灌浆密封环板,这种密封环板由合成橡胶内加强帘布或尼龙制成。

在密封环板的上下部位的桩管上,均匀焊上三片或四片式的扶正块。

另外在相对桩套喇叭口部位的桩管体上也焊有一组外突台肩的扶正块,以此对桩管起限制作用,防止灌浆密封环下过桩套底端。

水泥灌注式成本低,施工简便;

(8)组装好的桩管送往平台时要使用专用的保护托架;

(9)根据底盘的重量、外形轮廓尺寸和半潜式钻井平台下方空间尺寸选择拖载钻井底盘的平驳,确保平驳在各种状况下自由进出平台下方空间,与平台的浮筒、斜筋不发生碰撞;

(10)要备有帮助平驳定位的拖轮、传递拖缆和系缆的工作小艇;

(11)要求半潜式钻井平台备有ROV装置;

(12)平台上要备有足够的、经过拉力试验合格的吊索和用127毫米(5英寸)钻杆提升的特殊吊具;

(13)平台上要备有测量设施,包括钻井底盘艏向定位的水下陀螺罗盘,测量水平度的水平仪和平台定位设施。

2.钻井底盘的海上转运

(1)将钻井底盘吊装到平驳上并予以固定,其固定方式视拖载平驳的具体情况而定;

(2)一号工作船将装运钻井底盘的平驳拖航到钻井平台锚泊点,并在钻井平台艉部上潮位置抛锚,通过放松锚链将平驳推送到离钻井平台眼部浮筒约10米处;

(3)二号工作船在钻井平台船艏方向下潮位置抛锚,借助锚链的控制,工作船自身运动到钻井平台船艏浮筒10米范围内,把缆系到钻井平台1号和8号锚链上;

(4)从平台上放下机动救生艇,此救生艇从二号工作船将拖缆传递到平驳,由平驳上的人员将拖缆接好;

(5)救生艇将平驳船艏的两根系缆分别接到钻井平台2号和7号锚链上,再将平驳驳艉另外两根系缆分别接到钻井平台4号和5号锚链上;

(6)启动二号工作船的甲板绞车,缓慢地收紧拖缆将平驳拖入钻井平台下方空间。

与此同时,一号工作船放松平驳的拖缆,平驳上的人员密切配合系紧平驳四个方向的系缆,确保平驳被安全地拖入平台下方空间而不会与平台浮筒发生碰撞,如图14-2所示;

(7)当钻井底盘位于转盘下方时,系紧四个方向的系缆,将平驳锚定;

(8)指挥司钻下放钻具,由平驳上的人员将钻井底盘吊索接到提升吊具的吊环上;

(9)除去钻井底盘在平驳上的固定,将钻井底盘提离平驳,记录钻井底盘在空气中的重量;

(10)利用钻井平台的钻机绞车、游动系统和钻杆缓慢提升钻井底盘到选定位置进行固定,如图14-3所示;

(11)二号工作船松掉自身的系缆,收紧锚链;

一号工作船同步地放松平驳的拖缆,同时平驳上的工作人员配合放松平驳的四根系缆,将平驳安全地拖出钻井平台下方空间;

(12)一旦钻井底盘固定好,就可把半潜式钻井平台拖往预定井位;

(13)若钻井底盘外型尺寸过大,钻井平台浮筒间的空间不能容纳,或者因平台下部结构拉筋的限制,钻井底盘与载运平驳无法进入钻井平台下方空间,可以采用下列措施:

1)选择一个水深较浅的海域,用浮吊将钻井底盘放入海底;

2)将平台拖至钻井底盘上方;

3)潜水员在水下将从平台上放下的吊索系挂到底盘上;

4)上提钻井底盘到适当位置上固定,以便拖航。

3.钻井底盘安装的基本程序

(1)选择好的气候窗,至少要有连续三天风速小于25节、浪高小于3米的气象和海况条件,才能进行钻井底盘安装作业;

(2)除掉辅助悬吊缆绳和钻井底盘在拖航过程中的固定绷绳,作好下放钻井底盘的一切地面准备工作;

(3)将钻井底盘下过平台船体基线。

在这个过程中,钻井底盘四周应系以绷绳,以保持钻井底盘稳定,避免钻井底盘与平台相撞;

(4)摘除钻井底盘的稳定绷绳;

(5)平台进行压载,如有套装井将钻井底盘下至离套装井井口8~10米处,记录钻井底盘在水中的重量;

(6)平台压载至工作吃水深度,开启升沉补偿器,重新校正平台位置;

(7)松、紧平台锚链,调整平台位置,使钻井底盘套入孔对正套装的保留井井口,在调整平台过程中要用ROV进行观察;

(8)在ROV监视下,缓慢下放钻井底盘套入海底井口;

(9)用陀螺罗盘校核钻井底盘的艏向,通过转动钻具调整钻井底盘艏向,符合要求后将钻井底盘放至海底;

(10)用ROV观测装在钻井底盘顶面的三个水平仪,测定钻井底盘的水平度。

钻井底盘倾斜度不能超过3度;

(11)用ROV机械手解脱钻井底盘上四个吊点连接吊索的吊环和固定陀螺仪的销子;

(12)缓慢上提送入管柱,将钻井底盘吊索和陀螺仪提高钻井底盘,然后继续起出全部送入管柱,收回陀螺仪;

(13)钻井底盘倾斜度在3度以内,按下面步骤进行桩管作业:

l)松、紧平台锚链,调整平台位置,使转盘中心与所要钻的桩孔对正;

2)接914.4毫米(36英寸)钻头和下部钻具组合并装上稳定器,该稳定器将坐在桩套喇叭口上;

3)钻914.4毫米(36英寸)桩孔到预定深度,替入稠钻井液,起钻到泥线,静候30分钟后再下钻到底,证实无沉砂后再起钻;

4)下桩管,在ROV帮助下将桩管导入桩套;

5)开启升沉补偿器,逐渐将桩管重量坐放到钻井底盘上,用ROV观察钻井底盘水平仪,确认钻井底盘没有因施加的桩管重量而活动时,将全部桩管重量坐放到钻井底盘上,然后进行固桩管作业。

如果发现钻井底盘有活动,仅将22.25~44.49千牛(2.27~4.54吨)的桩管重量坐放在钻井底盘上即可;

6)固桩管;

7)如果桩管重量全部坐放在钻井底盘上,注水泥替浆后即可倒出桩管下入工具,冲洗下入管柱后起钻。

如果仅将22.25~44.49千牛(2.27~4.54吨)的桩管重量坐放在钻井底盘上,则要候凝2小时,然后释放大钩悬重,倒出下入工具;

8)下入带有油管的钻具,将下入深度控制在灌浆密封环板上方,防止环板损坏。

向桩管与桩套环空灌水泥浆,并检查水泥浆的灌满程度,如果不满要补灌;

9)将油管插入桩管,并往其内灌满水泥浆;

10)上提、冲洗下入管柱后起钻;

11)将平台移至下一个桩孔位置,重复上述作业。

(14)钻井底盘倾斜度超过3度时,利用钻井平台隔水管张力器,将钻井底盘调平至符合要求后,按下面步骤进行桩管作业:

1)将平台移至钻井底盘下倾侧的桩孔位置;

2)接914.4毫米(36英寸)钻头和下部钻具组合,在月池安装稳定器;

3)钻914.4毫米(36英寸)桩孔到预定深度,替入稠钻井液,短起下钻,证实无沉砂后起钻;

4)下桩管时应在ROV帮助下将桩管导入桩套,要开启升沉补偿器;

5)用ROV将吊索挂入钻井底盘下倾侧的提吊部位,借助平台的隔水管张力器将钻井底盘提平;

6)调整和校核桩管下深,确认桩管突出钻井底盘上端面的长度与设计要求一致;

7)固桩管;

8)候凝2小时;

9)倒开并起出桩管下入工具;

10)下入带有油管的钻具,往桩管与桩管套环空灌水泥浆;

11)将油管插入桩管,往桩管内灌注水泥浆;

12)上提、冲洗下入管柱,起钻;

13)候凝3小时;

14)摘除并收回钻井底盘上的提平吊索;

15)将平台移至下一个桩孔位置,进行其桩管作业。

(15)若条件允许,也可采用打桩方式下桩管,然后向桩管内灌水泥浆。

三.自升式钻井平台安装钻井底盘的基本程序

自升式钻井平台安装钻井底盘有两种方法,即先下和补下钻井底盘。

所谓先下钻井底盘是在油田已探明储量、并决定钻开发井的情况下采用的一种方法。

这种方法是将钻井底盘组装在第一口井的最后一根762毫米(30英寸)隔水导管上,随762毫米(30英寸)隔水导管一起下入,按设计要求下到泥线以上一定高度处注水泥浆固定即可。

补下钻井底盘是指在已临时弃井的井口上重新安装钻井底盘,该作业程序分两个步骤进行:

1.下中心隔水导管

(1)中心隔水导管上焊有支承环,对钻井底盘起支撑作用,钻井作业时,一般随隔水导管一起下入;

(2)在平台甲板上将支承环焊在中心隔水导管上,并用水平尺和垂直仪随时测量中心隔水导管与支承环的垂直度,不垂直度不能超过士1/8度;

(3)下入隔水导管时,要不断地转动隔水导管管柱,使得隔水导管上的白油漆定向标记与中心隔水导管的白油漆标记一致,直到最后一根隔水导管坐在转盘上;

(4)将水平罗盘坐放在转盘上的隔水导管端面中心,慢慢地旋转转盘,使隔水导管上的白油漆标记与平台艏向一致;

(5)用测斜仪测量隔水导管垂直度,调节隔水导管管柱使其不垂直度小于1/4度;

(6)注水泥浆固隔水导管;

(7)弃井时从中心隔水导管上方倒开,回收隔水导管,中心隔水导管保留在海底。

(8)潜水员在中心导管上戴上防腐帽。

注:

若钻井作业时没有下入中心隔水导管,需在安装钻井底盘之前,在隔水导管回接工具上焊一根带有支承环的短套管,然后装上钻井底盘,随隔水导管回接到弃井井口上。

2.补下钻井底盘程序

(1)平台重返井口复位:

1)平台复位之前应由地震船配合潜水员找到原海底保留井口,并检查井口状况和清除上面的海生附着物,系好井位浮标,安装复位用的声纳应答器;

2)平台拖到井位之后应进行井口复位作业。

通过声纳系统发射和接收的信号,计算机随时计算并显示出实际井口和钻井槽中心的水平距离,达到复位要求精度时,立即插桩、升船和压载,完成复位作业。

(2)钻井底盘的海上转运和平台接收:

1)将钻井底盘吊装到工作船上加以固定。

2)平台接收钻井底盘时要选择良好的气候和海况条件,最好是白天进行。

用钻井平台绞车大钩在钻井槽中接收钻井底盘步骤如下:

A.将平台井架移到钻井槽上,在钻井平台的绞车大钩挂上吊索,下放到离水面5米左右停住;

B.装钻井底盘的供应船应倒进钻井槽内,让钻井底盘位于大钩下方,然后将钻井底盘吊索挂在起吊钢丝绳上,同时松开钻井底盘固定绳索。

C.在缓慢地把钻井底盘提高供应船甲板之后,供应船应驶离钻井槽到平台外抛锚候令。

D.当把钻井底盘提升到平台主甲板以上时,缓慢地将井架移到甲板内,待钻井底盘完全进入甲板后,将钻井底盘放到两侧垫平的甲板跑道上,并固定好,最后松开大钩吊绳,完成钻井底盘接收工作。

(3)钻井底盘及附件的组装:

钻井底盘入水前,在平台甲板上要安装定位装置,防止因钻井底盘旋转而影响正反花蓝螺丝以及钻井底盘锁定装置等附件的固定。

(4)钻井底盘安装的基本程序:

l)入水前的准备:

A.井口检查一一潜水员入水检查中心用水导管情况,作好记录并向地面报告特别注意检查以下部位:

a.白漆标记;

b.检查钻井底盘支承环是否平滑,若有堆积物和海生附着物要清除掉;

c.检查中心隔水导管上花蓝螺丝安装孔(潜水员带销子在水下进行试插)。

B.卸掉中心隔水导管的防腐帽;

C.卸掉保留井口浮标的挂索;

D.组装下钻井底盘的钻具吊具组合,如图14-4所示。

2)入水安装程序:

A.环境条件一一平潮,浪高不超过1米,在白天进行;

B.将井架移到主甲板上,用大钩重新吊起钻井底盘,起吊时上下试提两次,检查钢丝绳是否完好;

C.将钻井底盘提到井架底座大梁下,用钢丝绳将钻井底盘临时固定在大梁上,固牢后松开大钩吊索;

D.缓慢地把井架移到井口位置上,对准井口中心;

E.下入吊具,将钻井底盘上四根吊索挂在吊耳上,再将钻井底盘上四根导引钢丝绳分别卡在气动绞车上;

F.慢慢吊起钻井底盘,松开捆在大梁上的钢丝绳,使钻井底盘处于悬吊自由状态,潜水员依次将四根导引绳接到水下中心隔水导管导引头的环扣上;

G.缓慢而平稳地下放钻井底盘,入水前应初步定向并做好相应记号,进入水面时下放速度可以稍快些,以减少波浪的冲击;

H.当钻井底盘下到距井口隔水导管2米时,检查钻杆上的记号和方入,导引绳逐渐拉紧到49千牛(5吨),暂停下放钻井底盘;

I.潜水员再次入水,在钻井底盘旁指挥平台操作,导引钻具进入中心隔水导管,利用中心隔水导管的白油漆标记校正方位,准确定位;

J.继续下放钻井底盘,直到中心隔水导管与钻井底盘下面的导引喇叭口相接为止。

(5)钻井底盘水下定向和固定:

1)放松导引钢丝绳,潜水员利用钻井底盘刻度板,检查中心隔水导管定向筋板的位置,并监控钻具的旋转,直到中心隔水导管定向筋板方向与底盘刻度板的中心标记相差土10°

之内;

2)将钻井底盘完全下放到中心隔水导管支承环上,检查支撑面。

插固定销子,装防提离锁定装置,上紧正反花蓝螺丝,上定位销,钻井底盘固定后即完成了钻井底盘入水作业;

3)为了确保钻井底盘在中心隔水管上的稳定,钻井底盘下完后,需要在钻井底盘中心孔两侧分别打两个固定桩,即钻914.4毫米(36英寸)井眼,下762毫米(30英寸)隔水导管并用水泥固定。

为了减轻中心隔水导管支撑底盘的重量,固定桩打好后,用钢板通过水下电焊将固定桩同钻井底盘连接起来,分担中心隔水导管的负荷。

至此,补下钻井底盘作业全部结束。

第二节回接作业

回接作业是指把钻井底盘预钻井的各层套管从钻井底盘上的水下井口回接到导管架平台和安装地面井口装置的作业过程。

回接作业一般包括回接508毫米(20英寸)隔水导管[自升式钻井平台常用762毫米(30英寸)做为隔水导管]、339.73毫米(133/8英寸)和244.48毫米(95/8英寸)等套管。

回接作业程序,一般是从大尺寸套管到小尺寸套管,即从隔水导管开始,然后是表层套管,再之是技术套管和生产套管。

其关键工序是隔水导管的回接,因隔水导管直径大、刚度强,对导管架各水平块导向孔偏移误差的影响很敏感。

此外,由于钻井底盘和导管架在建造和安装过程中,都不可避免地会出现允许范围内的误差;

钻井作业中,水下井口安装也会出现一定的误差,在纵向上出现不垂直,有一定的倾角,在横向上有一定水平的偏移现象。

这些误差、倾角和偏移将导致隔水导管管柱和水下井口不对中,给隔水导管回接作业带来一定的难度,因此说隔水导管的回接是回接程序中最复杂、最难的作业。

在回接作业的实施中,回接井的顺序除考虑地质上投产顺序外,同时也从工程施工出发分析已钻井井身质量,特别是各层套管倾斜情况。

先选出一两口容易回接的井进行施工,摸索和熟悉了回接工具和施工工艺之后,转入估计难度大的井口接,以减少或消除回接作业中带来的累计误差所产生的后患,使回接作业顺利实施。

许多套管回接系统的制造厂商为了解决上述的回接问题,相应设计和制造了各自的回接系统,下面以维高格雷的一套水下井口和泥线悬挂系统为例来叙述回接作业技术要点,见图14-5-l至图14-5-8维高格雷公司的476.25毫米(183/4英寸)SG-5多层回接

系统图例。

一.水下井口系统回接作业

1.回接作业前的准备工作

(l)进行508毫米(20英寸)隔水导管回接管柱的受力分析和计算。

508毫米(20英寸)隔水导管受力主要包括四部分:

一是地面井口装置、508毫米(20英寸)、339.73毫米(133/8英寸)、244.48毫米(95/8英寸)回接管柱重量和油管柱重量的重力作用。

二是对339.73毫米(133/8英寸)和244.48毫米(95/8英寸)回接管柱施加预提拉力而作用在508毫米(20英寸)隔水导管上的轴向压应力;

三是受海况环境外力作用,包括最大风、浪、流的作用;

四是导管架建造公差对508毫米(20英寸)隔水导管的受力影响。

根据上述受力计算确定508毫米(20英寸)隔水导管选用的钢级、壁厚和上下扶正器的尺寸大小;

(2)准确计算导管架平台的生产甲板至海底高压井口头端面的距离。

这样做的目的是要对508毫米(20英寸)、339.73毫米(133/8英寸)和244.48毫米(95/8英寸)管柱进行编排,以使各层套管接箍避开安装地面井口所要求的套管切割位置,依据导管架各层导引套的相对高度,确定508毫米(20英寸)管柱扶正器的安装位置;

(3)预钻开发井作业结束前,要对钻井底盘上各井的海底高压井口头的倾斜度、各井高压井口头端面到高压井口头内的244.48毫米(95/8英寸)套管密封总成端面间的距离进行复查,进一步确认回接工具设计方案的适用性,确定508毫米(20英寸)回接工具的导引方式和导引套的需要量;

(4)若使用508毫米(20英寸)外部锁紧式回接接头和508毫米(20英寸)回接接头外部导引套时,要保证回接工具的最大外径能够通过导管架的导引套;

(5)若508毫米(20英寸)回接管柱选用15.9毫米(0.625英寸)壁厚套管时,要保证339.73毫米(133/8英寸)套管回接工具能通过;

(6)依据回接工具设计制造厂商所提供的回接程序,对所需的井口防腐帽回收工具、高压井口头冲洗工具、回接接头下入工具、试压工具及易损件、密封件要逐项检查落实;

(7)为了方便井口防腐帽顺利通过导管架各层的导引孔套,应将回收井口防腐帽的工具设计成笼形;

(8)使用ROV监测回接作业;

(9)生产平台上要备有与339.73毫米(133/8英寸)套管壁厚一致的打捞矛和打捞矛卡瓦,以备特殊情况使用;

(10)按需要准备一定数量的反扣钻杆。

2.回接工具技术机理

(1)508毫米(20英寸)回接接头。

508毫米(20英寸)回接接头有内锁式和外锁式两种:

508毫米(20英寸)内锁式回接接头是508毫米(20英寸)隔水管到井口头的主要连接器,该回接接头上有一个锁合套,锁定回接管柱于井口内壁的顶部。

508毫米(20英寸)外锁式回接接头是在井口装置内壁顶部的反扣螺纹损坏或水下井口偏移较大而无法使用内锁式回接接头回接时所选用的一种回接508毫米(20英寸)隔水导管的工具。

外锁式回接接头使用锁紧块锁在井口装置的H-4截面上,当扭矩下传到锁合短节上时,使用止推环沿着接头体径向运动驱动锁块,实现锁紧作用。

该回接接头内截面车有锯齿型的母螺纹,可承接339.73毫米(133/8英寸)套管回接工具;

(2)339.73毫米(133/8英寸)套管回接工具、回接

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