井口架技術(shù)的應(yīng)用

董立軍

井口架技術(shù)的應(yīng)用

董立軍

（天津市海王星海上工程技術(shù)有限公司，天津300384）

摘要：介紹了一種在南海北部灣海域投產(chǎn)使用的新型簡(jiǎn)易平臺(tái)形式——井口架的應(yīng)用。以潿洲6-8油田的井口架為例，介紹了井口架的結(jié)構(gòu)形式，安裝方法，分析了井口架與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)相比的優(yōu)勢(shì)，并研究了其在邊際油田開(kāi)發(fā)中的推廣意義。

關(guān)鍵詞：井口架；筒形基礎(chǔ)；簡(jiǎn)易平臺(tái)；邊際油田

中國(guó)近海海域經(jīng)過(guò)多年的勘探，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多中、小型油田，其特點(diǎn)是小塊油田多、油田分布廣、儲(chǔ)量小或原油物性差等，屬于邊際油田。對(duì)于這些邊際油田的開(kāi)發(fā)不能按照常規(guī)方式，只有采用新技術(shù)以降低投資，才具有開(kāi)發(fā)效益。一般淺水邊際油田的開(kāi)發(fā)費(fèi)用中平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造及安裝費(fèi)用約占整個(gè)項(xiàng)目投資的30%，因此降低平臺(tái)的費(fèi)用對(duì)邊際油田的開(kāi)發(fā)非常重要，簡(jiǎn)化海上平臺(tái)是開(kāi)發(fā)邊際油田的必由之路。世界上一些大的石油公司，無(wú)論是在美國(guó)的墨西哥灣，在歐洲的北海，還是在東南亞國(guó)家海域，為開(kāi)發(fā)海上油氣田，都在研制簡(jiǎn)易平臺(tái)。世界范圍內(nèi)簡(jiǎn)易平臺(tái)形式多種多樣，應(yīng)用較多的有MOSS系列簡(jiǎn)易平臺(tái)，LL&E簡(jiǎn)易平臺(tái)，SLP簡(jiǎn)易平臺(tái)，Sea Horse系列簡(jiǎn)易平臺(tái)。在我國(guó)，越來(lái)越多的油田也采用了簡(jiǎn)易平臺(tái)的形式，如渤中3-2油田的隔水套管井口支撐，潿洲11-4油田的新增簡(jiǎn)易井口平臺(tái)，潿洲6-8簡(jiǎn)易井口架等[1-3]。本文主要以潿洲6-8井口架為例介紹井口架這一簡(jiǎn)易平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建造及安裝，并分析了其與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)相比存在的優(yōu)勢(shì)，最后研究了井口架在邊際油田開(kāi)發(fā)中的推廣意義。

1　井口架平臺(tái)設(shè)計(jì)

潿洲6-8油田位于南海北部灣海域，水深29.5 m。新建潿洲6-8平臺(tái)井口架為一無(wú)人駐守的四腿簡(jiǎn)易井口平臺(tái)，設(shè)有五口井，主腿間距為10 m。平臺(tái)由井口架及主平臺(tái)兩部分組成（圖1），井口及采油束設(shè)置在井口架上，電力及油氣分離設(shè)備設(shè)置在主平臺(tái)上，井口架與主平臺(tái)利用工藝棧橋及剛性水平連接層進(jìn)行連接。井口架的設(shè)計(jì)把井口與井口架結(jié)構(gòu)融合到一起，平臺(tái)設(shè)置四根樁腿，每根腿內(nèi)設(shè)置一口井，井口架下部支撐結(jié)構(gòu)的主腿與隔水套管通過(guò)灌漿固結(jié)，利用主腿內(nèi)的隔水套管作為結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)。為了減小結(jié)構(gòu)受到的環(huán)境力，將下部支撐結(jié)構(gòu)四根立柱的頂標(biāo)高設(shè)置為水面以下9 m，并通過(guò)隔水套管與上部組塊相連。下部支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為筒形基礎(chǔ)加隔水套管，筒基與隔水套管共同為結(jié)構(gòu)提供承載力（圖2）。

圖1　潿洲6-8平臺(tái)

圖2　井口架

在平臺(tái)的使用過(guò)程中主平臺(tái)的吊機(jī)要覆蓋所有井口，井口架的主腿間距不能太大，這使得隔水套管上的樁頭力相對(duì)較大，井口架在單獨(dú)作業(yè)的情況下只能抵抗50年一遇的環(huán)境荷載。而按照設(shè)計(jì)規(guī)定平臺(tái)的極端環(huán)境工況為100年一遇的工況，要使得井口架能夠抵抗100年一遇的環(huán)境荷載需要對(duì)井口架做加強(qiáng)處理[4,5]。由于主平臺(tái)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及承載力均有一定的余量，在井口架與主平臺(tái)之間設(shè)置剛性連接，將井口架上的環(huán)境荷載傳遞到了主平臺(tái)上，這種結(jié)構(gòu)設(shè)置可以很好的解決井口架的強(qiáng)度及承載力的問(wèn)題。

2　井口架海上安裝

潿洲6-8平臺(tái)井口架的海上安裝適應(yīng)了邊際油田開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)：施工周期短，施工資源簡(jiǎn)單。井口架海上施工時(shí)間為9月中旬至10月底，如不考慮施工期間惡劣天氣的影響，整個(gè)項(xiàng)目實(shí)際施工時(shí)間只有20多天。井口架海上安裝還實(shí)現(xiàn)了單船施工的理想施工模式，大幅度降低了海上施工費(fèi)用。

井口架的海上安裝主要分三部分，這三部分分別為下部支撐結(jié)構(gòu)、隔水套管、上部組塊。整個(gè)安裝過(guò)程中主要使用的施工資源有：海澄168自航工程駁，兩臺(tái)250 t履帶吊，柴油打樁錘，智能水力壓樁機(jī)，液壓接樁平臺(tái)。在海上安裝中對(duì)海澄168自航駁進(jìn)行了改造，將兩臺(tái)250 t的履帶吊安裝到海澄168的甲板上，并在履帶吊底部設(shè)置軌道，使履帶吊在駁船上可以自由行走，增加吊裝作業(yè)的靈活性。

井口架下部支撐結(jié)構(gòu)在駁船上為平躺放置，在吊裝下水時(shí)要對(duì)其進(jìn)行翻身扶正，下部支撐結(jié)構(gòu)的翻身扶正由兩臺(tái)履帶吊合作完成，下部結(jié)構(gòu)扶正后由一臺(tái)履帶吊進(jìn)行吊裝（圖3）。對(duì)下部支撐結(jié)構(gòu)做簡(jiǎn)單的改造，將主結(jié)構(gòu)的四根主腿的兩端進(jìn)行封堵，使其在水中能提供浮力，施工中將整個(gè)下部支撐結(jié)構(gòu)完全下放到水中，在水下進(jìn)行翻身扶正作業(yè)，通過(guò)四根主腿加上筒形基礎(chǔ)頂部的浮筒提供的浮力，可實(shí)現(xiàn)由單個(gè)履帶吊來(lái)吊裝整個(gè)結(jié)構(gòu)，解決翻身扶正后的吊裝問(wèn)題。

下部支撐結(jié)構(gòu)吊裝下水后利用智能水力壓樁機(jī)進(jìn)行筒形基礎(chǔ)貫入，待貫入到預(yù)定深度后進(jìn)行隔水套管的打入作業(yè)。組塊的海上安裝利用履帶吊吊裝組對(duì)，并使用液壓接樁平臺(tái)進(jìn)行焊接連接（圖4）。

圖3　下部支撐結(jié)構(gòu)安裝

圖4　組塊安裝

3　井口架平臺(tái)與常規(guī)平臺(tái)的對(duì)比分析

與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)相比，井口架平臺(tái)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，對(duì)建造場(chǎng)地要求低，建造費(fèi)用低，周期短。常規(guī)的導(dǎo)管架平臺(tái)多為4腿或6腿的結(jié)構(gòu)，平臺(tái)的主尺度大，在建造過(guò)程中往往需要大量的重型機(jī)械設(shè)備配合作業(yè)，這無(wú)疑使得平臺(tái)的建造費(fèi)用高昂，且建造周期漫長(zhǎng)。而井口架由于其上部設(shè)備少，結(jié)構(gòu)形式規(guī)則，結(jié)構(gòu)主尺度小，桿件數(shù)量少，只需要較小的場(chǎng)地及較少的設(shè)備即能實(shí)現(xiàn)建造工作，且建造周期短。

（2）結(jié)構(gòu)重量輕，項(xiàng)目投資低。常規(guī)的導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)尺度大，各構(gòu)件的截面規(guī)格均比較大，平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)重量大都達(dá)到上千噸。井口架由于結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)重量比常規(guī)平臺(tái)要輕很多。而且由于隔水套管代替了鋼樁，與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)相比節(jié)省了鋼樁這部分重量。從以上結(jié)構(gòu)重量看，井口架的結(jié)構(gòu)材料的投資就可以比常規(guī)導(dǎo)管架節(jié)約將近一半的費(fèi)用，這將使得更多邊際油田的開(kāi)發(fā)成為可能。

（3）對(duì)安裝資源要求低，安裝周期短。常規(guī)導(dǎo)管架由于其結(jié)構(gòu)尺度大，結(jié)構(gòu)重量大，一般對(duì)海上施工資源要求比較高。主要使用的施工資源有駁船，拖輪，浮吊，而且駁船及浮吊均需使用拖輪，在安裝過(guò)程中使用的船舶資源至少需要四艘，這大大增加了海上安裝的成本。而井口架結(jié)構(gòu)重量輕，主尺度小，對(duì)運(yùn)輸船舶及吊裝資源要求均比較低，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工周期也短。

（4）能夠更好的適應(yīng)鉆井作業(yè)的要求。常規(guī)的導(dǎo)管架平臺(tái)，鉆井作業(yè)必須要等導(dǎo)管架及隔水套管及組塊均安裝完成后才能進(jìn)行。如果導(dǎo)管架的安裝工期與鉆井船的檔期不一致，鉆井的時(shí)間就要被推后，這將會(huì)影響平臺(tái)的投產(chǎn)時(shí)間。而井口架的建造周期，安裝周期均比較短，能夠很好的解決這一問(wèn)題。不但提前為鉆井作業(yè)提供了施工條件，也為項(xiàng)目的按時(shí)投產(chǎn)爭(zhēng)取了時(shí)間。

4　推廣意義

開(kāi)發(fā)海上邊際油田用的采油平臺(tái)，其造價(jià)占油田開(kāi)發(fā)工程投資中的很大比例，其結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益舉足輕重。結(jié)構(gòu)形式對(duì)項(xiàng)目投資的影響主要有兩方面：一是結(jié)構(gòu)本身的重量，二是結(jié)構(gòu)對(duì)施工資源的要求。井口架這一結(jié)構(gòu)形式很好的實(shí)現(xiàn)了以上兩點(diǎn)。潿洲6-8井口架的成功投產(chǎn)，為隔水套管參與承載這一設(shè)計(jì)方法奠定了基礎(chǔ)，也為邊際油田的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了一條新的道路。

井口架除了其自身有著結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，自重輕，對(duì)安裝資源要求低等優(yōu)點(diǎn)外，與其他油田開(kāi)采設(shè)施聯(lián)合使用，可以實(shí)現(xiàn)不同的邊際油田開(kāi)采方案，使得更多的邊際油田得以開(kāi)發(fā)。井口架聯(lián)合其他采油設(shè)施可實(shí)現(xiàn)以下開(kāi)采方案：①新鉆調(diào)整井方案（圖5），該類開(kāi)發(fā)模式為在原有平臺(tái)附近新建井口架,并通過(guò)棧橋與原有設(shè)備相連，適合于在原有設(shè)施近距離新增井口的開(kāi)采；②依托開(kāi)發(fā)衛(wèi)星油田方案（圖6），該類開(kāi)發(fā)模式為井口架+自升式井口平臺(tái)+原有生產(chǎn)設(shè)施，直接由井口平臺(tái)為井口架提供工藝設(shè)備,從而極大的簡(jiǎn)化了井口架上的設(shè)備，減輕井口架荷載，為井口架的設(shè)計(jì)、制造、安裝、拆除帶來(lái)便利，減少投資；③獨(dú)立開(kāi)發(fā)孤立油田方案（圖7），該類開(kāi)發(fā)模式為井口架+自升式井口平臺(tái)（含處理，生活，動(dòng)力等功能）+FSO系統(tǒng)，該方案保留了簡(jiǎn)易、快捷、可遷移的特點(diǎn)。

圖5　新鉆調(diào)整井方案

圖7　獨(dú)立開(kāi)發(fā)孤立油田方案

圖6　依托開(kāi)發(fā)衛(wèi)星油田方案

5　結(jié)論

本文主要根據(jù)邊際油田開(kāi)發(fā)的要求，提出一種新型井口架簡(jiǎn)易平臺(tái)形式，并介紹了井口架的結(jié)構(gòu)形式，安裝方法，分析了井口架與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)相比的優(yōu)勢(shì)。井口架平臺(tái)結(jié)構(gòu)合理，施工簡(jiǎn)便，使用形式多樣化，在邊際油田的開(kāi)發(fā)中將發(fā)揮巨大的作用。

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中圖分類號(hào)：TE931

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.106

收稿日期：2012-02-13；改回日期：2012-05-14

作者簡(jiǎn)介：董立軍，男，1974年生，助理工程師，學(xué)士，主要從事海洋石油工程設(shè)計(jì)與安裝方面的工作。E-mail：dlj@noed.com.cn。

文章編號(hào)：1008-2336（2012）03-0106-04

Application of Wellhead Support Structure

DONG Lijun
（Neptune Offshore Engineering Development Corporation, Tianjin 300384, China）

Abstract:In this article, a new kind of offshore platform——wellhead support has been introduced. With the wellhead support used in Weizhou 6-8 Oil Field in Bohai Bay in the South China Sea as an example, the structural form of wellhead support, offshore installation methods have been discussed, and the advantages comparing with the conventional jacket are studied. In addition, the signif icance of popularization wellhead support in marginal oil fi eld development has been discussed.

Key words:wellhead support structure; bucket foundation; simple platform; marginal oil fi eld