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连续油管技术 为海上平台管线弃置另辟蹊径

连续油管技术 为海上平台管线弃置另辟蹊径

海上采油平台弃置工程在作业过程中需要对海底管线进行油污清理及水泥封堵作业,但部分管线由于某种原因不易进行上述作业。本文主要介绍了一种用于弃置管线作业的创新性工艺,并对其在应用过程中所“遭遇”的技术瓶颈和困难进行分析。该新型“小型化连续油管系统” 部署在平台底层甲板,具有重量超轻占据平台空间小的特点。此外,可贯穿于管线多处弯角,快捷高效的在管线内进行残余油污清洗和水泥封堵作业。

小型化连续油管系统简介

英国北海Murchison油田投产于上世纪八十年代,目前已经进入开发生产的后期。作为管线弃置工程的一部分,每个管束中有两条管线用于海底油井与采油平台之间的连通,管线外径为4英寸。在油田基础设施全部就位前,这些管线主要用于满足油田早期生产。后期,管线控制与压力检测系统通常处于断开状态。(参见下图)

在Murchison采油平台上进行管束监测作业,安装热分接系统监测管线内部的压力动态并甄别管内流体。研究发现,当管内压力值为122bar时,两条传输管线中有一条内部为原油流体。热分接系统上安装有压力计量器,放空管线内压后,流出管线就会关闭。值得注意的是,管内压力会随着时间推移慢慢增加。在开展Murchison平台弃置工程期间,封堵废弃井211/19-2之前需要清洗PL123管束内部油污,并在深水生产井与采油平台间的传输管线内建立隔离体。

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操作员需要多轮次检查管线的清洗与封堵效果,保障平台弃置工程的顺利进行,每一轮次的检查作业均需要海洋潜艇支持船(Dive Support Vessel,DSV)的辅助作业,费时耗力!最近研发出的一种新型“小型化连续油管系统”克服了传统作业模式的缺点,可顺利贯穿855米长管线的任意弯角。一种经认证的膨胀型水泥会应用于清洗管线后续的封堵作业。

跨业公司团队在管线上安置热分接系统,利用小型化连续油管系统贯穿管线系统,应用可膨胀式水泥在管线内部形成压力隔离体,最终完成采油平台弃置工程。

运营商根据批准后的平台弃置工程细则,深水生产井完成废弃作业后被封堵管线会被拆除。

小型化连续油管系统的理论研究

连续油管在曲折的集输管路上升管系统工作时,其柔韧性与重量属性是需要最先考量的因素,对于待废弃管线尤其如此,因为管线的完整性情况难以保证传统型连续油管都可以成功应用。

连续油管作业期间顺利贯穿管线内部多个弯曲处的关键影响因素是绞盘摩擦效应,要保证系统安全作业不磨损管线且在不发生螺旋锁定的情况下到达预定深度。绞盘摩擦,顾名思义是指当柔韧性油管缠绕在圆柱体上时保持力对负载力的作用。对应本文所分析的情况,即是连续油管系统缠绕堆叠在集输管路上升管系统的弯曲处。

最坏的情况为,绞盘摩擦效应会导致灾难性的后果。在某些情况下,从管线内部取出连续油管的过程中,绞盘摩擦效应会致使油管磨损穿透管线外壁,损害管线的完整性,进而释放管内碳氢化合物到海洋环境中,需要缴纳巨额罚款来消除对环境的影响。值得注意的是,在应用连续油管开展的其他井下作业期间也会发生类似事故。而较差的情况为,绞盘摩擦效应会阻碍连续油管下放到位,最终影响平台弃置作业的顺利完工。

小型化连续油管系统的应用实例

这种“小型化连续油管系统”曾成功应用于西非FPSO船(浮式生产、储油、卸油船)的集输管路上升管系统,主要是拆除一段470米长的砂堵管线。我们知道,FPSO船的设备可堆置空间相对有限。在作业期间,安置连续油管设备占用了一小部分的甲板空间并经过一个柔韧性的润滑器进入上升管的入口端(距离上部平台处理设备达60米)。由于装备占据了较小空间,因此为操作人员提供了更加宽裕的作业空间,为后期作业提供了便利条件。

Murchison平台弃置工程“遭遇”相似的挑战,除去连续油管滚筒以外的其他设备都需要通过人力从堆置区移动到安装位置。石油圈原创www.oilsns.com

由于新型连续油管系统的结构设计具有极高的轻便性,因此可以部署在上述案例中。典型的连续油管驱动头重量可达6吨,而新型设备仅为1.5吨,重量降低了75%。新型设备在应用过程中,单个模块的驱动头重量约为200千克。除此之外,新型设备结构设计要求部署在水平面上,利于在无提升装置支持的情况下完成设备安装。

其实,创新型复合管材的应用是造就新型连续油管系统极具轻便性的主要原因。当连续油管浸没在水中时,传统型连续油管所受的浮力是1.4磅/英尺,而新型管材系统所受的浮力要大于7.0磅/英尺,因此新型管材的综合受力表征为0.25磅/英尺。此外,新型管材的最小弯曲半径是36英寸,其通过管线弯曲处的性能明显优于钢质油管。

新型管材系统将低标准的抗弯刚度与高浮力两种性能进行结合,可使其向下推进至863米,在开始的150米长度内,可顺利通过各处弯角,这期间的下推力约为200千克。建模研究发现,相同尺寸的钢制连续油管的下推力为3000千克,分析认为是钢制管线的重量导致了绞盘摩擦效应突出。新型的连续油管系统得益于创新型复合管材,显著缩小了设备体积,有效降低了作业成本、管线受力及其他必需的平台资源(比如空间、柴油燃料等)。

新型设备从平台井口甲板堆放区下放,人工移至安装区域,之后安装新型复合管材连续油管滚筒。连续油管入井作业前会经过鹅颈管,保证以正确方位顺利通过注入头和防喷器。在油管通过压力控制系统后,通过一套抗压级别为5000psi的柔韧性润滑器,将油管连接到热分接系统的接入点处,连接长度约为25米(便于穿过90°弯角绕过上部结构)。

连续油管送入接入点后会贯穿一个90°弯角,进入水下上升管线部分,先后经过45°与90°两个弯角后贯穿海底管线至862米处。

转向接头、双背压阀与特制喷射头用于清洁管线,之后利用0.74英寸的水泥喷嘴泵送水泥。待用的膨胀型水泥在使用之前需要通过严格的测试程序。在测试期间,一定体积的水泥会被放置在一个压缩测试单元内,并承受冲击压力。前后共测试两种情况下的水泥样品:不稀释样品;掺水稀释25%的样品。两种测试样品的抗压强度均满足现场作业要求,稀释样品的抗压强度较不稀释样品下降了15%。石油圈原创www.oilsns.com

小型化连续油管系统的优势

使用新型连续油管系统可快捷高效地清洗整条管线,保证管内物质残余浓度小于40毫克/升。设备安装、清洗P1管线至需达的清洁度以及水泥封堵,共耗时52小时;针对P2管线,相同的作业流程共耗时24小时。在P1管线内约形成796米的水泥封堵段,P2管线内相应数据是730米。经压力试验测定,两条管线内均形成了坚固的水泥封堵段,为后面进行管线拆除作业打下了良好的基础。

在不到一周的时间内,两条待废弃管线(P1和P2)清洗后的管内原油残余浓度均小于40毫克/升,之后使用膨胀型水泥进行封堵。运营商在平台弃置工程中,与传统型连续油管系统相比,新型“小型化连续油管系统”的“登场”可以降低作业成本,快捷高效,值得推广。

作者/Adam Wilson  译者/姚园  编辑/魏亚蒙

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评论 1

  1. #1
    yongqingxie

    不错!!!

    yongqingxie6年前 (2016-03-02)回复