水下采油树钢丝作业设备在修完井过程中的应用研究

胡夏琦，池连军，唐咸弟，卢友军，林影炼

(中海石油深海开发有限公司，广东 珠海 519000)



水下采油树钢丝作业设备在修完井过程中的应用研究

胡夏琦，池连军，唐咸弟，卢友军，林影炼

(中海石油深海开发有限公司，广东 珠海 519000)

摘要：为了更好地组织水下采油树的安装和完井、修井作业，采用文献调研和完井现场考察相结合的方式，对南海深水项目番禺35-2/35-1气田完井作业中与采油树钢丝作业设备相关的钢丝作业进行了研究，总结了水下采油树钢丝作业设备的设计原理、作用和其相关完井、修井作业步骤。结论认为，在使用水下采油树的井口进行完井作业时，为保障作业顺利进行，修完井团队除了要熟悉水下采油树自带的钢丝作业设备的设计原理和作用外，还应对钢丝作业的原理和典型修完井过程有所了解。通过研究，以期为今后类似的水下项目组织钢丝作业服务商和水下采油树设备供应商配合进行水下井口的完井和修井作业，提供借鉴和方案比选作用。

关键词：钢丝作业；水下采油树；水下采油树钢丝作业设备；完井；修井

钢丝作业的种类包括探测井筒情况、油气井生产管柱中有关井下装置的操作和修理及处理井下事故等，典型的钢丝作业布置如图1所示[1]。钢丝作业设备主要包括地面设备和井下设备两部分。地面设备包括驱动钢丝绞车的柴油机、钢丝绞车和压力控制设备(防喷盒、防喷管、BOP、井口密封系统、滑轮和指重系统等)。井下工具组合包括工具串、加重杆、万向节和震击器等。

钢丝作业的工作原理是通过对工具串和加重杆的配重计算，选择合适的井下钢丝作业工具组合入井，到达预定坐落面时，向上轻提管串后下放，使得配重对震击器形成向下的震击，切断相关工具的销钉，完成投放作业。钢丝作业对象是一些比较轻的井下工具，它的优势如下。

1)下入深度深。平台绞车下入深度只有几百米，钢丝可以下入到井下几千米。钢丝作业的滚筒一般支持7 000 m以上深度。

2)下入过程更加敏感。如果用钻具下入质量较轻的设备，剪切脱手时检测不出[2]。

图1　典型的钢丝作业井口设备示意图

番禺35-2/35-1气田位于中国南海北部，气田所在海域水深为190.2～338 m。该项目气田一期计划开发6口气井，使用水下系统开发，水下采油树为ONESUBSEA水下卧式采油树。该水下卧式采油树的压力等级为10 000 PSI,本体材料为ASTM A182-F22，过流面堆焊INCONEL625合金钢。主通径为5-1/8 in(0.130 175 m),环空通径为2-1/16 in。采油树主通径采用双钢丝作业堵头设计，一个堵头位于油管挂内腔，另一个堵头位于采油树内帽中。

1水下采油树钢丝作业设备分类介绍

本文以番禺35-2/35-1气田的ONESUBSEA水下卧式采油树为例，介绍典型的水下采油树钢丝作业设备。这些钢丝作业设备均隶属于美国国民油井(NOV)下属的ASEP ELmar品牌，为标准产品，已被广泛应用于各种品牌的水下采油树。主要分为钢丝作业堵头、钢丝作业保护套和钢丝作业送入/取出工具。

1.1钢丝作业堵头

钢丝作业堵头是生产过程中采油树垂直通道上的压力屏障，其抗高压，每个堵头一般带金属主密封和橡胶次密封等2道密封。根据API要求，水下设备的通道设计应保证2个密封/隔离装置，所以每颗采油树的垂直通道上需要配备2个堵头形成2道密封。有些采油树的设计是采用双堵头油管挂设计，有些是采用油管挂内置1个堵头外加在采油树内帽里配置1个堵头的设计。番禺35-2/35-1项目的采油树采用了第2种堵头分布的方案进行设计。油管挂内钢丝作业堵头公称直径为5.25 in,采油树内帽的钢丝作业堵头公称直径为5.75 in。油管挂内置油管挂钢丝作业堵头在采油树垂直通道上行程第1道隔离，采油树内帽钢丝作业堵头形成第2道隔离。采油树内帽钢丝作业堵头一般预置在采油树内帽中，和采油树内帽一起下入。

1.2钢丝作业保护套

钢丝作业保护套有3种：油管挂内腔预置隔离套、采油树内腔短保护套和采油树内腔长保护套。

油管挂内腔预置隔离套位于油管挂钢丝作业堵头上部端面至油管挂生产翼通道下部端面[3]。该保护套在采油树出厂前已预置在采油树内，其主要作用是在采油树出厂前提供油管挂密封压力测试的圈闭，钢丝作业中保护生产通道及油管挂内置油管挂钢丝作业堵头的密封面。

采油树内腔短保护套位于油管挂钢丝作业堵头上部端面至油管挂钢丝作业堵头下部端面；采油树内腔长保护套的坐落位置在采油树内帽钢丝作业堵头上部端面至油管挂钢丝作业堵头下部端面。由于采油树内腔长/短保护套不需要抗压，所以其壁厚设计会比油管挂内腔预置隔离套薄一些，导致其腔体内径比油管挂内腔预置隔离套大些。

1.3钢丝作业送入/取出工具

典型的水下采油树钢丝工具分为钢丝作业堵头下入工具以及GS型送入/取出工具。

钢丝作业堵头下入工具用于进行采油树主通径上的公称直径为5.25和5.75 in的2种钢丝作业堵头的送入作业。工具靠液压驱动向下推动钢丝作业堵头至其位置后，进一步施压，震击向下剪切断工具内部的剪切销钉，触动堵头的锁定块打开，金属密封与密封面接触，使得堵头锁定在其位置。向上震击即可使得工具与堵头解脱，取出工具。钢丝作业堵头下入工具一般还配备一个剪切销钉取出工具，用于在钢丝作业堵头回收后，把剪断的销钉敲击出来。

GS型送入/取出工具的原理是工具上部与钢丝作业服务商提供的钢丝作业管串相连，工具上下部和需要下入/回收设备上部的捞鱼接口相连，下入井下预定位置台阶面后，通过钢丝作业管串向下震进行脱手，然后提出作业管串和与其相连的钢丝作业工具。GS型送入/取出工具一般有3个尺寸， 3.5、5和7 in。3.5 in公称直径的钢丝作业工具用于5.25和5.75 in钢丝作业堵头的取出作业；5 in公称直径的钢丝作业工具用于油管挂内腔预置隔离套的送入和取出作业；7 in公称直径的钢丝作业工具用于采油树内腔长/短保护套的送入和取出作业。

2水下采油树钢丝作业设备在修完井过程中的应用

2.1水下采油树钢丝作业设备在修完井过程中的应用

番禺35-2/35-1水下气田完井过程中，水下采油树钢丝作业设备的主要应用节点有4个：1)下入油管挂后测试油管挂和油管挂内腔预置隔离套的密封；2)取出油管挂内腔预置隔离套；3)下入油管挂内钢丝作业堵头并从上部测压；4)和采油树内帽一起下入预置在采油树内帽中的采油树内帽钢丝作业堵头，并从上部测压。

修井作业一般分为2种：小型井筒干预和大型修井作业。小型井筒干预，即不需要提起采油树内帽就可以进行的修井作业。进行小型井筒干预时，钢丝作业工具起出采油树内帽钢丝作业堵头和油管挂内置油管挂钢丝作业堵头后，下入采油树内腔长保护套，在采油树内腔长保护套内下入钢丝作业进行井筒干预作业。典型的小型井筒干预作业有开关生产滑套、坐堵塞器、钢丝作业PVT取样和压力温度测试等。大型修井作业，即应起出采油树内帽后取出整个生产管柱的作业。修井后下入生产管柱和油管挂，如需再次钢丝作业，则应下入采油树内腔短保护套后，在采油树内腔短保护套内下入钢丝作业进行井筒干预作业。

2.2修完井期间水下采油树钢丝作业设备与其他完井承包商工具配合

在修完井作业中，水下采油树承包商除了与钢丝作业承包商配合进行水下采油树钢丝作业设备的送入和取出，还牵涉到很多与其他修完井承包商的配合。下述以番禺35-2/35-1项目完井期间发生的连续油管下入遇到问题的案例说明此类配合的重要性。

番禺35-2/35-1项目用于诱喷的连续油管下部是一个连续油管喷嘴，外径为2.1 in。下入连续油管诱喷时采油树内腔中已通过上部的联顶管柱和油管挂工具坐挂油管挂。连续油管喷嘴需要穿越油管挂内腔预置隔离套，该隔离套的外径为5.265 in，油管挂送入工具的内径为5.998 in。隔离套外壁和油管挂送入工具内壁之间有0.366 5 in的间隙。两者位置示意图如图2、图3所示。由于存在这一间隙，下入连续油管时喷嘴常常卡在间隙中，不能立刻导入油管内，需上下活动连续油管管柱、带动喷嘴上部万向节的运动来移动喷嘴位置，延长了作业时间，也给作业带来了不确定性和风险。后续通过改变连续油管前部设计，调整喷嘴位置解决了这个问题。

图2　隔离套外壁和油管挂送入工具内壁相对位置示意图

图3　隔离套外壁和油管挂送入工具内壁相对位置图片

作业经验说明，识别钢丝作业与其他完井承包商配合的节点，提前做好工具配合和预先调试，对降低作业风险大有好处。水下采油树钢丝作业设备与其他完井作业承包商的配合节点主要有：把完井液泵入井内，测井，补救的注水泥作业，射孔，试井和产层处理，设备安装(封隔器、其井下设备、油管和井口)，加上人工举升设备，使井投产并评估性能及投产后的作业(测量、维护、修井和废弃、监视井的行为)等。

3结语

钢丝作业广泛应用于钻完井的下部作业。安装水下采油树的井口在进行修完井作业中，水下采油树和钢丝作业不可避免地会存在配合界面。钢丝作业服务商和水下采油树设备供应商一般不是同一家，在钢丝作业期间，了解钢丝作业厂家钢丝作业工具的送入和取出原理，水下采油树钢丝作业设备的构成和用途，并关注水下采油树钢丝作业设备与其他完井作业承包商的配合节点，对更好地组织钢丝作业服务商和水下采油树设备供应商配合井下作业工作，有非常重要的意义。

参考文献

[1] 海上油气田完井手册编委会. 海上油气田完井手册[M]. 北京：石油工业出版社，1998.

[2] 钱爱东. 番禺34-1/35-2/35-1气田钻完井工程基本设计[M]. 北京：石油工业出版社，2011.

[3] Reinaldo A C B， Carlos H C R， Anna H R C. Accelerating autonomous learning by using heuristic selection of actions[J]. Journal of Heuristics, 2008,14(2):147-149.

责任编辑彭光宇

Study of Subsea Christmas Tree Wireline Tooling Utilization in Well Completion and Intervention

HU Xiaqi， CHI Lianjun， TANG Xiandi， LU Youjun， LIN Yinglian

(CNOOC Deepwater Development Co., Ltd., Zhuhai 519000, China)

Abstract：Study the typical subsea christmas tree wireline tools and their functions for a chosen South China Sea subsea Panyu 35-2/35-1 project. Attempt to summarize an outline of typical wireline operation, well completion and well intervention process which interact with subsea christmas tree wireline tools operation. Conclud that the group not only should be familiar of the wireline operation, well completion and well intervention process, but also should understood interact of subsea christmas tree wireline tools between different operations,it is critical to success of well completion and intervention operation. Through the research, the similar eperience in well completion and well intervention is supplied totle wirelion operation and the subsea christmas tree propects.

Key words:wireline operation， subsea christmas tree， subsea christmas tree wireline tooling， well completion， well intervention

收稿日期：2015-06-23

作者简介：胡夏琦(1983-)，女，工程师，主要从事深海开发水下设备等方面的研究。

中图分类号：TE 9

文献标志码:B