轻型无隔水管作业船在水下井口油井修井中的应用

张志刚

(中国石化国际石油勘探开发有限公司，北京 100029)

国际上从事海洋油气田勘探开发相对较早的一些海域，受半潜式钻机的供应数量及高昂作业日费的限制，对采用水下井口开发的油田修井作业方式进行了尝试与探索，逐渐发展和完善了轻型无隔水管作业船工艺技术，使水下井口油气井能以较低成本快速修井，释放油气井产能。我国使用水下井口开发的油田修井作业时仍完全依托半潜式钻机进行，未尝试过轻型无隔水管作业船的修井应用。本文以英国Helix公司研制的轻型无隔水管作业船为例，探讨其替代半潜式钻机实施一定范围的修井作业能力[1]。轻型无隔水管作业船不配备隔水管及钻井配套设备等，相对于半潜式钻机来说，总重量和体积大大减小，具有机动灵活、作业效率高的特点。与半潜式钻机相比，使用轻型无隔水管作业船进行相同类型的修井作业施工周期可大大缩短，作业费用大大降低。轻型无隔水管作业船采用动力定位设计，修井过程中船舶能垂直定位在水下井口之上；作业船的小型井架能充分满足起、下水下井口作业控制系统和采油树的提升力要求，水下井口作业控制系统能保证修井过程中井内流体不逸散到海水中造成污染，其设计很好地满足了安全环保设计理念。因此，轻型无隔水管作业船成为了国外作业者对水下井口油井修井作业时首选的工作船舶[2]，相信轻型无隔水管作业船在国内海域的水下井口油气田开发中同样会有广阔的市场前景。

1 轻型无隔水管作业船的主要配套设备

轻型无隔水管作业船通过对船舶各模块进行特殊设计，使各模块(系统)能相应完成半潜式钻机类似的功能，但其体积和重量大大小于半潜式钻机，实现施工的高效、快捷。轻型无隔水管作业船相对于半潜式钻机系统设计的技术思路见表1。

表1 轻型无隔水管作业船设计技术思路

轻型无隔水管作业船配备的主要设备系统及功能如下。

1.1 小型井架及提升系统

配备的井架及提升系统可以起、下水下井口作业控制系统、采油树等。一般提升系统的提升能力在100 t左右，允许同时起、下水下井口作业控制系统和采油树。为了减小海浪对作业的影响，保护水下井口作业控制系统、采油树和井口等设备，轻型无隔水管作业船在井架上均配备有升沉补偿系统，保证起放水下井口作业控制系统、采油树时的施工缓慢平稳，降低损坏设备的风险。

1.2 月池

轻型无隔水管作业船在船体上均开有月池，月池的尺寸大小需要保证水下井口作业控制系统和采油树的顺利通过。Seawell轻型无隔水管作业船的月池尺寸为7 m×5 m。

1.3 水下井口作业控制系统

水下井口作业控制系统是轻型无隔水管作业船实现对水下井口油井安全修井施工的关键井控装备[3],见图1。水下井口作业控制系统一般由连接器、井口压力控制设备、容纳电缆/钢丝作业工具的立管和电缆/钢丝作业压力控制头等组成。井口压力控制设备的功能等同于钻机设备的防喷器系统，由具有剪切、密封功能的液压阀门组成，可剪切电缆、钢丝及连续油管等并密封井口，达到安全控制井口的目的。容纳电缆/钢丝作业工具的立管顶端为电缆/钢丝作业压力控制头，保证了井口带压的情况下实施电缆/钢丝作业的井控安全。井口压力控制设备的压力级别一般为70 MPa，其公称通径根据各船的配置稍有不同。

1.4 水下机器人

一般轻型无隔水管作业船都配备有2台大功率水下作业机器人ROV，水下作业机器人可在一定程度上代替潜水员协助修井作业，如录像监测、协助开关液压控制的采油树阀门、清洗井口设备等。

1.5 油井修井作业设备及工具

轻型无隔水管作业船甲板面积一般很大，可以摆放固井泵、水泥罐、电缆及钢丝作业绞车、采油树及各种入井工具等。大的甲板面积保证作业船出海时可携带用于多口井作业的设备及工具，提高出海作业效率。

图1 水下井口作业控制系统

1.6 人工潜水设备

一般老的水下采油树由手、液动阀门组合而成，设计下入深度相对较浅，需要潜水员在水下配合作业，如手动开关阀门、对采油树阀门试压等，所以一些轻型无隔水管作业船配备有人工潜水设备，潜水员可在海底协助修井施工。如Helix公司的Seawell和Well Enhancer轻型无隔水管作业船均配有人工潜水设备，允许安全人工潜水深度达300 m。

2 轻型无隔水管作业船修井作业技术措施

2.1 安装/回收垂直采油树

对于水下垂直采油树来说，需要先下入完井管串，然后再安装采油树。如果垂直采油树需要维修、更换[4]，可以使用轻型无隔水管作业船，把水下井口作业控制系统安装在采油树上，连接压井管线到井口，泵送压井液压井，使用电缆/钢丝在油管内下入机械桥塞建立井筒安全作业屏障，然后原地维修或更换成新采油树，用电缆/钢丝起出机械桥塞，使油井重新投产，完成修井作业。

2.2 泵送施工

如果油井出垢，生产一段时间后，原油中的垢会在油管内壁积聚，缩小原油生产流道面积，增加原油流动阻力。为了提高原油产量，可使用轻型无隔水管作业船，向井筒泵入化学除垢剂进行化学除垢[5]。轻型无隔水管作业船同样可泵送水泥、压井液到油管内，完成临时弃井以恢复井筒完整性、降低油气无控制溢出井口的风险[6]。

2.3 电缆及钢丝作业

由于轻型无隔水管作业船配备有水下井口作业控制系统，该系统保证了井口带压情况下起下电缆及钢丝作业的安全，可实现密封关井或紧急情况下剪切电缆、钢丝或连续油管并控制井口的功能，保证作业过程中的施工安全，避免油气无控制地流出井口。通过电缆/钢丝作业，可起、下完井管串内的机械桥塞、可回收式封隔器、更换气举阀芯等多种类型修井工作。

2.4 连续油管作业

如果油管内结垢严重，可能无法通过泵入化学除垢剂的方式清除污垢。市场上个别轻型无隔水管作业船已成功使用连续油管，配合井下动力马达和钻头除垢，使油井恢复生产[7]。

2.5 打永久弃井水泥塞

如果油井已无利用价值，在生产套管固井质量良好的情况下，可综合分析完井管串结构及需要打永久弃井水泥塞的井段，连接高压软管到采油树上，泵入足够量的水泥浆(或树脂)到油管内形成油层封隔弃井水泥塞，完成永久弃井作业[8,9]。

在油井出现紧急风险情况下，可以使用轻型无隔水管作业船，将水泥浆泵入油井内，形成水泥塞安全屏障，达到临时封井目的。

3 现场应用实例

北海海域T水下油田的T11油井因产量低、无经济效益以及设施安全问题，已通过关闭水下采油树阀门的方式停产多年，油管内未下入机械桥塞，所以该油井仅依靠采油树的阀门提供安全屏障。2016年使用潜水支持船对水下采油树工况及油井状况进行两年一次的例行检查时发现，采油树的生产流程一侧只有一个阀门满足试压要求，不符合油井两道安全屏障规定，且测得井口有压力，检查流体性质为气体。一旦仅有的一道安全屏障失效将造成油气无控制溢出到海底的恶性环保事件，需要尽快在油管内下入桥塞临时封井，确保油井井筒完整性。

该油井于20世纪70年代完井，区域水深为140 m，为北海第一代水下井口的油井，采油树设计为螺栓连接的手、液动阀门组，采油树顶部连接法兰直径仅为177.8 mm，无法直接用半潜式钻机安装476.25 mm水下防喷器到采油树上进行修井。为了降低安全风险，经过对不同修井方式的对比筛选，决定使用配备有潜水员的轻型无隔水管作业船进行修井以恢复井筒完整性，降低溢油风险。2017年使用Helix公司的Seawell轻型无隔水管作业船，安排潜水员对采油树阀门试压发现多个阀门试压不成功，阀门密封失效，潜水员通过阀门注入孔多次注入特殊密封脂才满足了阀门的试压要求，测得井口压力为5.6 MPa，然后从作业船的水泥车上连接50.8 mm高压管线到水下井口作业控制系统上，打开采油树阀门排放完油管内气体后，泵入1.32 g/cm3氯化钙压井液38 m3，压稳油层。关闭采油树各阀门后，起出采油树保护帽，把水下井口作业控制系统安装在采油树上，先在114.3 mm完井油管内下入97 mm钢丝通径管串至3 005 m(114.3 mm油管下入深度为2 975 m)，然后使用电缆在油管内下入76.2 mm膨胀式封隔器，坐膨胀式封隔器于177.8 mm的尾管上，封隔器深度为2 992 m。继续泵入6.3 m3压井液后，对膨胀式封隔器试压11.2 MPa，合格。使用电缆在膨胀式封隔器上倒水泥13 m，接着在井口头以下15 m用电缆打机械桥塞，并试压11.2 MPa，合格，满足了油气井保持两道安全屏障的要求，恢复了井筒安全完整性，把井内油气无控制溢出到海洋环境的风险降到了最低。通过和同区块其它油井使用半潜式钻机进行相同的修井项目费用对比来看，其修井费用比使用半潜式钻机配合潜水支持船作业降低了30%。

4 结论

轻型无隔水管作业船的研制解决了水下井口油气井修井对半潜式钻机的依赖，把半潜式钻机作业耗时的起、抛锚作业和起、下隔水管作业相应优化，轻型无隔水管作业船无需拖航船舶及供应船的支持，在水下井口油气井修井中得以很好的应用。

a)轻型无隔水管作业船作为替代半潜式钻机的一种简易船舶，可实施对水下井口油井一定范围的修井作业，也可泵入水泥浆实施临时封井或有针对性的永久弃井。

b)轻型无隔水管作业船灵活机动性好、作业效率高、施工周期较半潜式钻机要大大缩短。通过和以往使用半潜式钻机修井费用对比，修井作业成本可降低25%～40%以上。

c)受其设备配置的影响，轻型无隔水管作业船修井工作范围有其局限性，作业者要具体分析油井的特点，针对性地选择修井船舶。