钻修机井架冷放空方法在旅大5-2油田的应用

刘孔忠,安 婧,李 伟,范兵奇,聂宝栋,雷聚涛

(中国石油(中国)有限公司绥中36-1一期调整工程开发项目组,天津300452) *

钻修机井架冷放空方法在旅大5-2油田的应用

刘孔忠,安 婧,李 伟,范兵奇,聂宝栋,雷聚涛

(中国石油(中国)有限公司绥中36-1一期调整工程开发项目组,天津300452)*

介绍了利用钻修机冷放空系统方法在旅大5-2油田的应用风险及其控制措施。由于旅大5-2 WHPB平台重新定位后,2平台间距只有2 m,从而造成DPP平台火炬臂影响导管架和组块安装,为此需要在导管架下水前拆除DPP平台火炬臂,同时将平台火炬放空改为临时冷防空。绥中36-1一期调整项目LD5-2DPP平台利用钻修井井架进行冷放空技术的成功应用,不仅充分利用了老平台的结构设施,无需建造安装新的冷放空设施,同时在短期切除火炬后平台无需停产,原有平台的各种作业照常进行,大大节省了投资和能耗,并保证了原有油田的产量,为今后相似油田开发提供了成功的范例。

修井机;井架;冷放空

绥中36-1一期调整开发项目是中国海洋石油总公司承担的国家级重大科研专项示范项目,充分依托绥中36-1老平台设施及海底管线,进一步对绥中36-1油田进行开发[1]。根据ODP开发方案,需要在 LD5-2DPP平台西侧新建 1座平台 LD5-2WHPB,2平台相距仅2 m,用栈桥联接。原LD5-2DPP平台的实体模型如图1。由图1可以看出,在其西侧有一火炬臂,火炬臂与平台水平面夹角为30°,其臂长为25 m。如果在其西侧仅2 m处新建平台必将与原火炬臂相碰,因此,在新建平台海上施工期间需要将其火炬拆除,待LD5-2WHPB平台建造完成之后,将LD5-2DPP平台的火炬系统及冷放空系统与LD5-2WHPB平台的火炬系统及冷放空系统相联,一起引入安装在LD5-2WHPB平台西侧的火炬臂上。火炬移位之后的2个平台相对位置如图2。

图1 LD5-2 DPP平台实体模型

图2 LD5-2DPP火炬移位于LD5-2WHPB实体模型

根据施工计划,LD5-2WHPB平台的导管架安装期为2009-04,组块的海上安装期为2009-07,因此在海上安装的120 d周期内需要将LD5-2DPP平台的火炬臂进行短期的拆除。在此短期拆除期间如果新建火炬及冷放空塔替代原有火炬,需要消耗大量的人力、物力及财力,同时为了使LD5-2 DPP平台油气田得到更好的开发,保证SZ36-1油田的产量,有必要利用平台现有设施有针对性地选择“先进、经济、高效”的冷放空开发方案。项目组集思广益,对各环节进行细致分析,与平台方、施工方进行充分沟通,对工作重点、难点提出完善的控制措施,针对平台生产现状与流程特点深入分析,使用不间断生产完成“临时冷放空改造和火炬臂拆除”方案。此方案的实施不仅减少了工作环节,并避免了因停产造成产量损失,初步估计不间断生产完成该工程至少挽回原油产量损失470 m3。

1 LD5-2DPP平台工艺流程

LD5-2DPP平台的总体工艺流程如图3,在正常生产的情况下,旅大5-2火炬系统燃烧的天然气主要来自于原油缓冲罐通过压力调节阀释放出的天然气;在正常情况下,火炬泄放量为:3 420 m3/d(连续泄放),57 759 m3/d(紧急泄放)。冷放空泄放量为:0 m3/d(连续泄放),7 200 m3/d(紧急泄放)。

图3 LD5-2DPP总体工艺流程

根据API 521和API 520规范要求,利用如下公式计算冷放空管线管径,即

式中,D为冷放空管直径;W为气体最大泄放量;ρg为气体密度;v为气体流速。

放空管高度为

经过计算可知,平台在最大冷放空泄放量为7 200 m3/d的工况下,只需要 1根高19 m的«152.4 mm(6英寸)管线即可满足其泄放要求。因此,利用钻修机井架高46.8 m的«203.2 mm(8英寸)放空管线进行平台的冷放空管线完全可以满足要求。

同理,计算校核火炬正常泄放量3 420 m3/d和最大泄放量5.8×104m3/d两种工况只需要«101.6 mm(4英寸)高度13 m的管线即可满足泄放要求;同时利用流体动力学分析方法及软件对其气量下冷放空进在风速范围内进行扩散模拟分析,冷放空可燃气体扩散边界影响范围均不低于放空口3 m以下,因此利用钻修机井架固定1根高出钻修机井架3 m的«101.6 mm(4英寸)管线即可满足火炬放空改为临时冷放空泄放的要求。

2 LD 5-2 DPP井架冷放空方法风险及控制

LD5-2DPP平台利用钻修机井架进行平台冷放空的工艺及方案在国内尚未见到相关报道,其改造模式为国内首例,没有相似经验可以借鉴,因此利用钻修机井架冷放空方法进行临时冷放空改造和火炬臂拆除方案的改造工作面临各种风险挑战。为了应对这些挑战,工程项目组不仅委托专业评估公司对存在的风险进行专业评估,并且在此基础上组织召开专家专题讨论会对此方案在实施过程中各种风险进一步讨论并提出控制措施。

2.1 火灾爆炸风险及控制

原火炬放空的天然气采用冷放空后,可燃气体将持续排放至大气中,一旦遇到明火源就有可能造成火灾、爆炸等事故。根据API RP 500石油行业一般取爆炸下线25%作为报警防护体积分数。根据LD5-2 DPP平台火炬放空天然气组分数据,甲烷含量占96%以上,一般甲烷在空气中的体积分数达到5%～15%时,点燃即发生爆炸。海上平台火源出现的形式主要有明火、电火花、雷击放电、静电等。本项目潜在的明火源包括:①施工作业过程的动火作业;②雷击放电火花;③修井作业过程中天车与索具之间润滑不好由于摩擦产生火花;④修井设备等吊运、移动过程中,有可能碰撞产生火花。

对于①、③、④项产生火花的情况均可通过平台进行有效的防范,但对于雷击放电火花将无法控制。冷放空管置于井架顶端且暴露在大气中,如遇雷雨天气,易遭受雷击,雷击有可能引燃冷放空口的可燃气体。冷放空气体被意外点燃后若未及时熄灭,很可能会烧到井架,进而导致井架结构受损失效。同时冷放空管线较长,若固定不好在外力作用下可能会导致管线松动、变形。若顶部支出部分过长还可能产生涡激振动,对放空管结构产生不利影响。根据以往工程经验,在保证施工质量的前提下,此风险在可控范围。因此在平台利用钻修机井架临时冷放空时,为了防止冷放空管线被雷击点燃,工程项目组在其顶部增加了1套冷放空头以及对整个冷放空系统增加1套CO2灭火系统,以保证冷放空管线被意外点燃时,将其及时扑灭。

2.2 直升机起降风险及控制

LD5-2DPP平台上直升机甲板位于钻井模块井架的东侧,如图4所示。现行最新规范《小型航空器商业运输运营人运行合格审定规则》(中国民用航空总局令第151号)附件E——旋翼机水上平台运行要求中未明确禁止直升飞机在冷放天然气的船(平)台着陆。

图4 LD5-2DPP平台直升机甲板位置

直升机起飞、降落为逆风方向,而冷放空可燃气体则是顺风扩散,从这一点考虑,不利于直升飞机避开冷放空扩散的可燃气体。一旦直升飞机起飞或降落时接触冷放空口排放的可燃气体团,有点燃可燃气体的风险,甚至导致飞机爆炸,造成严重的事故。冷放空可燃气体扩散模拟的结果表明,无论正常、事故工况,体积分数为1.25%的甲烷扩散范围均未到达直升机甲板。

LD5-2 WHPB平台海上施工计划在2009-04—06进行,图5为2008年DPP平台直升机飞行统计数据。可以看出,除5月份外,4～8月份DPP平台直升机飞行次数占全年飞行次数的比例相对较低。因此在平台利用钻修机井架冷放空进行临时放空期间,工程项目组采取了正常情况下LD5-2 DPP平台停止起降直升飞机,在必须实施应急救援时可采用2种方案:

a) 通过守护船将有关人员送往临近 SZ36-1CEP平台,再通过直升飞机送回陆地。LD5-2DPP平台距SZ36-1CEP约2.4 km,航行时间只需0.5 h。

b) LD5-2DPP平台停止生产,确保直升飞机起降安全。

图5 2008年LD5-2DPP平台直升机飞行统计数据

2.3 H2S毒性伤害风险及控制

LD5-2DPP平台的冷放空气体中含有 H2S,虽然目前检测到DPP平台工艺系统内H2S最高质量浓度为14 mg/L,远没有达到《海洋石油作业硫化氢防护安全要求》(COOOSO)规定的H2S人员防护全临界浓度20 mg/L,以及危险临界质量浓度为100 mg/L的范畴,同时冷放空点距离上层甲板超过40 m,冷放空H2S毒性伤害风险在可控范围。但如果平台排放的 H2S质量浓度升高,且通风条件不利,则有可能导致人员中毒。因此在平台冷放空期间在除了确保平台现有工艺流程中各取样位置的 H2S质量浓度进行监测正常的情况下,工程项目组还在钻修机井架顶部、井架二层平台等部分增设了可燃气体和 H2S探测设备,并将其信号引至中控室,以确保H2S毒性伤害。

2.4 交互作业风险及控制

在平台临时冷放空期间,将会进行修井作业,则生产作业、修井作业、安装/改造施工作业等交互作业。同时修井作业是LD5-2DPP平台上一项重要作业内容,据如图6所示2008年LD5-2 DPP平台油水井作业类型的统计,2008年LD5-2 DP平台油田总计实施各项油水井作业39井次,其中常规检泵9井次,增产措施16井次,测试作业6井次,油井转注5井次,注水井分层调配3井次。

在同一海上,设施能否同时进行几种作业取决于各种因素,例如作业活动的形式和规模、计划进行的作业与其他正在进行的作业之间的地点位置关系、作业工期、该项作业对整体作业的影响等[2-5]。交互式作业会导致多种作业之间的相互影响复杂化,如果作业人员的安全意识淡薄,安全管理工作不到位,就会发生较严重的安全事故,甚至使事故叠加升级。大量事实证明:在交互式作业中由于组织分工不明确、指挥不统一和交流不透彻,导致行动不统一,从而导致重大事故的发生。为了防止作业单位之间的相互影响、相互干扰,避免出现可能的风险和事故,需要制定交互式作业期间的防范措施,从而确保各项作业的安全。因此在LD5-2DPP平台临时冷放空期间将尽量不进行修井等交差作业。为了规避相互作业的影响,工程项目要求在临时冷放空期间在在进行交互作业前,必须对相关人员进行必要的安全教育并配备足够的安全设施和设备;制定严格的作业程序和严格的安全管理措施,并根据实际情况做进一步深入的交互式作业安全分析。生产期间尽量避免动火作业,避免不了的,要制定工作程序、计划及应急计划,同时建立了一套应急指挥体系,制定一套应急预案,明确在紧急状态时平台上所有作业人员的职责以及明确交互式作业的组织机构,各种紧急情况的应急部署、应急报告及内外部联络电话、应急物资分布等。同时考虑到如果在临时冷放空期间LD5-2DPP平台必须进行修井作业,工程项目组还在钻修机井架二层平台增设一套防辐射装置防护措施,以确保在修机作业及临时冷放空同时被意外点燃时对井架二层平台上操作人员安全保护。

在LD5-2DPP平台火炬切除后,利用钻修机井架进行临时冷放空期间,在一次雷雨天气里,其临时放空头被雷击点燃,为其配备的1套CO2灭火系统启动,迅速将火焰扑灭,有效地控制了临时冷放空被意外点燃的风险。经过此次意外事件,进一步说明在平台临时冷放空期间对各风险进行评估及组织召开专家会议的重要性。并且严格执行专家意见,从而保证此次意外点燃没有造成任何财产损失。

3 结语

随着国际原油资源的紧缺,石油行业将面临越来越激烈的市场竞争,勘探、开发新油田将需要大量的人力、物力及财力;因此对目前一些现有海洋油田进行二次开发的发展模式将有更好的发展前景。绥中36-1一期调整项目LD5-2DPP平台利用钻修井井架进行冷放空技术的成功应用,为油田二次开发提供了一种新的探索模式。它不仅充分利用了老平台的结构设施,不建造安装新的冷放空设施,同时在短期切除火炬后平台无需停产,原有平台的各种作业照常进行,大大节省了投资和能耗,并保证了原有油田的产量,为今后相似油田开发提供了成功的范例。

[1] 绥中36-1一期调整开发项目成果文件[Z].2009.

[2] 赵洪山,刘新华,白立业.深水海洋石油钻井装备发展现状[J].石油矿场机械,2010,39(5):68-74.

[3] 侯福祥,张永红,王 辉,等.深水钻井关键装备现状与选择[J].石油矿场机械,2009,38(10):1-4.

[4] 何毅斌,陈定方.基于可靠性原理的海洋平台传动齿轮设计研究[J].石油矿场机械,2009,38(10):40-42.

[5] 张用德,袁学强.我国海洋钻井平台发展现状与趋势[J].石油矿场机械,2008,37(9):14-17.

Application of Cold Blowdown by Derrick of Drilling Unit in LD5-2 Oilfield

LIU Kong-zhong,AN Jing,LI Wei,FAN Bing-qi,NIE Bao-dong,LEI Jv-tao
(S Z36-1Phase One Oilf ield Development A djusting Project Team,CNOOC(China)Ltd.,Tianjin300452,China)

After the LD 5-2 WHPB platforms was located,between two platforms was only 2 meters apart,resulting in the installation of the jacket and topside being influenced by the flare arm on LD5-2 DPP platform,so the flare arm on LD-DPP platform needed to be removed before the jacket is installed,and the cold blowdown system would replace the flare system when the flare system was removed.its success application on CNOOC LD5-2 DPP platform,not only takes full advantage of the structure and facilities of the old platform replace the installation of the new vent system,but also the LD5-2 DPP platform need not to stop production and all operations would be as usual,and significantly saving in investment and energy consumption,and to ensure the output of existing oil field,and provide a successful example for the similar to oil field development in the future.Main description is presented of the risk and control measures of the method of the cold blowdown by the derrick of the drilling unit in the LD5-2 oilfield.

drilling unit;derrick;cold blowdown

1001-3482(2010)12-0068-04

TE923

B

2010-06-29

刘孔忠(1971-),男,江西九江人,高级工程师,硕士研究生,主要从事海洋石油工程项目管理及新工艺、新技术的研究。