渤海油田外掛井槽結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工特點分析

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(中海油能源發(fā)展油田建設(shè)工程分公司,天津 300452)

渤海油田在役平臺，隨著投產(chǎn)年限的增加都面臨產(chǎn)量遞減的問題。為彌補產(chǎn)能不足需要在平臺上增設(shè)調(diào)整井，而很多平臺的預(yù)留井槽不足。近年來，在平臺上加掛井槽用于油田調(diào)整的做法得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。加掛井槽分為內(nèi)掛井槽和外掛井槽兩種方式。內(nèi)掛井槽只需對平臺結(jié)構(gòu)進行簡單改造即可，但往往由于井口區(qū)空間布置困難而無法實現(xiàn)。外掛井槽避免了空間的制約，同時外掛施工通常不影響平臺的正常生產(chǎn)，在渤海油田得到了成功運用[3-5]。

1 外掛井槽工程實例

旅大4-2WHPB平臺16個井槽已全部用完，為彌補產(chǎn)能不足需要增加井槽數(shù)量。受到平臺空間限制內(nèi)掛只能增加2個井槽,無法滿足要求。經(jīng)過論證，在原井口區(qū)南側(cè)通過外掛的方式增加4個井槽，新增隔水套管由鉆井船鉆入。

為布置新增4個井槽及相應(yīng)設(shè)施，對原平臺結(jié)構(gòu)進行了改造，內(nèi)容包括：新增3層井口片結(jié)構(gòu)，每層均設(shè)有隔水套管的導(dǎo)向筒；外擴原平臺頂層甲板，以延伸修井機滑軌覆蓋新增井口，滿足修井機在新增井位進行常規(guī)修井作業(yè)的要求；外擴下層甲板和中層甲板布置新增設(shè)備及電氣房間。見圖1、2。

2 外掛井槽結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工特點

外掛井槽的井槽數(shù)目一般為4～8個。通常只需對原平臺設(shè)備進行改造更換或者新增相應(yīng)設(shè)備即可滿足工藝要求。外擴甲板結(jié)構(gòu)與原平臺海上焊接，保證了修井機滑道梁的直線度，避免吊裝對接可能引起的滑道梁水平或垂直方向誤差。

圖1 外掛井槽位置

圖2 外掛井槽改造完工示意

2.1 井口片設(shè)計

新增井口片重量每個在8～12 t，可采用電動葫蘆等進行分層吊裝安裝。新增的水上井口片通常采用焊接形式與原平臺連接；由于水下焊接難以保證焊接質(zhì)量，水下井口片通常采用管卡形式與老平臺水平層連接。

由于水下井口片安裝的特殊性，需要考慮重力與浮力的關(guān)系。封閉的圓管(直徑508 mm，壁厚16 mm)，其浮力與重力非常接近，再加上隔水套管套筒等開口結(jié)構(gòu)，很可能出現(xiàn)井口片浮力大于重力無法順利入水的情況，結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要提前考慮。見圖3

圖3 吊裝井口片

2.2 隔水套管的安裝

外掛井槽隔水套管的安裝通常是利用鉆修機或者鉆井船采用擴孔器進行隔水套管安裝，當(dāng)條件制約時，可考慮使用樁錘錘入的方式，但錘擊振動影響平臺正常生產(chǎn)，一般較少采用。

新增水平層套筒設(shè)計，需考慮隔水套管的安裝方式。鉆入式隔水管套筒應(yīng)為雙向喇叭口結(jié)構(gòu)(以保護鉆井船或鉆修機的鉆頭)，錘入式隔水管套筒為單向喇叭口結(jié)構(gòu)，兩種套筒形式見圖4。

圖4 套筒形式

2.3 鉆井操作平臺

新增隔水套管通常與原平臺隔水套管的頂標高一致。為滿足鉆井操作需求，設(shè)計鉆井操作平臺。鉆井操作平臺上鋪設(shè)隔柵，其高程一般在隔水套管頂標高以下300 mm，平臺延伸出隔水套管外側(cè)不小于1 m，四周設(shè)安全圍欄，防止人員或者施工機具落海。鉆完井結(jié)束之后是否拆除或者改為集油甲板，根據(jù)平臺后續(xù)生產(chǎn)需要確定。

2.4 隔水套管防撞結(jié)構(gòu)

外掛井槽改造后的平臺，需要考慮正常作業(yè)期間船舶等偶然荷載的影響，考慮設(shè)施和平臺關(guān)鍵部位的防護使損壞后果降到最低程度。因此對直接暴露在平臺外側(cè)的隔水套管設(shè)置保護裝置，避免隔水套管直接承受船舶或者冬季冰等水平載荷作用,見圖5。

圖5 隔水套管防撞結(jié)構(gòu)

2.5 外掛井槽對平臺結(jié)構(gòu)的影響

外掛井槽需要對平臺改造后的結(jié)構(gòu)強度進行校核，包括整體在位分析(靜力、地震和疲勞分析)及局部強度分析。外掛井槽改造對平臺結(jié)構(gòu)的影響，包括重量的變化(重力和浮力)、環(huán)境荷載變化(風(fēng)、波流力和冰力等)、設(shè)備荷載的變化(原平臺設(shè)備的拆除、移位及新增設(shè)備等)，并且增加了在新增井位進行鉆修井作業(yè)的工況。將各種工況的最不利情況進行組合，分析平臺結(jié)構(gòu)強度及樁基承載力是否滿足規(guī)范要求，對于原平臺結(jié)構(gòu)強度不滿足規(guī)范的桿件進行加強或者更換。

3 施工中需要注意的問題

1)水下探摸。確定外掛井槽方案及井槽位置前，需對平臺周邊進行海底探摸，確認外掛井槽一側(cè)無海底電纜、海底管線等，保證鉆井船能夠順利就位；

2)移除管卡連接位置附近的干涉物。如果管卡連接位置附近存在原導(dǎo)管架翻身吊耳等干涉物需水下切除；移除管卡連接處原平臺的犧牲陽極塊，待水下管卡連接完成后對陽極塊進行水下焊接復(fù)位；

3)清除海生物和桿件打磨。井口片吊裝入水前，需對管卡連接的原平臺桿件進行海生物清除及打磨，保證桿件表面的平整度；

4)水下井口片浮力與重力計算。由于水下井口片通過吊裝入水，設(shè)計時應(yīng)該采用小管徑比桿件，重力大于浮力保證水平片順利入水；

5)水下管卡連接的預(yù)緊與防腐。根據(jù)管卡的螺栓直徑，規(guī)定合適的安裝預(yù)緊力，保證新增井口片與原平臺的緊密連接，同時應(yīng)對螺栓做熱浸鋅或者鍍鎘處理，防止螺栓松動或失效；

6)隔水套管防撞結(jié)構(gòu)。應(yīng)設(shè)置隔水套管防撞結(jié)構(gòu)，避免新增隔水套管直接承受船舶或冬季冰的撞擊，對新增隔水套管起到保護作用。

[1] 穆 頃,張建勇,楊 光，等.LD10-1 WHPA平臺加掛井槽技術(shù)研究[J].船舶,2012,23(3): 1-5.

[2] 鄧 欣,尹彥坤,易滌非，等.海洋平臺加掛井槽技術(shù)研究與實例分析[J].中國海洋平臺,2007,22(6):46-49.

[3] 高靜坤.渤海海域冰力荷載的分析與確定[J].中國海上油氣(工程),2002,14(1):15-16.

[4] 張萬鵬.淺談鋼質(zhì)樁基式導(dǎo)管架的海上安裝及注意事項[J].中國海洋平臺，2008,23(4)：52-56．

[5] 中國海洋石油總公司.Q/HS 3003-2002渤海海域鋼質(zhì)固定式平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定[S].北京:中國海洋石油總公司，2002.