肖華民

導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)安裝技術(shù)應(yīng)用

肖華民

（中石化海洋石油工程有限公司鉆井分公司，上海 201206）

東海某區(qū)塊油氣田開(kāi)發(fā)方案里，安裝導(dǎo)管架需要對(duì)接水下井口基盤(pán)，增加了安裝導(dǎo)管架的難度。導(dǎo)管架與水下井口基盤(pán)在設(shè)計(jì)、安裝等方面符合規(guī)范的前提下，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)氣候，流速等情況，實(shí)施導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)作業(yè)，降低安裝風(fēng)險(xiǎn)，保證安裝成功。論文介紹了導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)安裝技術(shù)在東海某區(qū)塊的成功應(yīng)用實(shí)例，分析和總結(jié)了其成功經(jīng)驗(yàn)，為今后類似的項(xiàng)目提供借鑒。

導(dǎo)管架；水下井口基盤(pán)；對(duì)接環(huán)； 碰撞；工作界面

為了縮短海上平臺(tái)建設(shè)周期，節(jié)約工程及鉆井成本，在海上油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中考慮保留有開(kāi)采價(jià)值的勘探井，可以縮短開(kāi)發(fā)工期，減少整體開(kāi)發(fā)工程費(fèi)用，增快投資的回報(bào)期[1]。東海某區(qū)塊油氣田開(kāi)發(fā)方案要求對(duì)P11井（探井保留井口）進(jìn)行回接，然后完井生產(chǎn)。對(duì)氣井回接難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，因此必須對(duì)基盤(pán)與平臺(tái)回接進(jìn)行認(rèn)真研究。對(duì)接技術(shù)的發(fā)展主要緣于上世紀(jì)90年代北海油田的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[2]。針對(duì)本項(xiàng)目的具體情況，提出了一種利于井口保護(hù)、便于導(dǎo)管架安裝的新型井口回接結(jié)構(gòu)，詳細(xì)說(shuō)明了導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的各組成部分及整個(gè)安裝過(guò)程的關(guān)鍵步驟[3]。為保證回接的成功，必須對(duì)該平臺(tái)導(dǎo)管架進(jìn)行精確定位安裝，這就要求導(dǎo)管架下水之前，在原來(lái)的P11井井口利用鉆井船提前安裝一個(gè)水下基盤(pán)，并打入三個(gè)定位樁，供導(dǎo)管架安裝時(shí)精確定位，之后，海上利用浮吊船吊裝導(dǎo)管架下水，保證定位樁插入導(dǎo)管架的對(duì)接環(huán)（簡(jiǎn)稱DOCKING），滿足規(guī)格書(shū)要求。由于鉆井作業(yè)和平臺(tái)設(shè)施的工程設(shè)計(jì)與建造同時(shí)進(jìn)行，此方案大大縮短了投產(chǎn)前的開(kāi)發(fā)周期， 在某些情況下， 還降低了整體開(kāi)發(fā)工程成本。

1 總體方案設(shè)計(jì)

由于導(dǎo)管架在水中與基盤(pán)定位樁的對(duì)接過(guò)程是個(gè)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，導(dǎo)管架上的對(duì)接環(huán)與基盤(pán)定位樁發(fā)生碰撞，通過(guò)模擬這一運(yùn)動(dòng)[4]確定對(duì)接碰撞力并得出海上適合安裝的海況，再根據(jù)計(jì)算的對(duì)接碰撞力，校核導(dǎo)管架強(qiáng)度和基盤(pán)強(qiáng)度，需要在導(dǎo)管架泥面以上位置設(shè)置對(duì)接DOCKING，以保證導(dǎo)管架和基盤(pán)精準(zhǔn)就位。根據(jù)基盤(pán)尺寸和高低樁參數(shù)確定DOCKING的參數(shù)，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。水下DOCKING和水下井口基盤(pán)的總體布置位置如圖1。

圖1 DOCKING和水下井口基盤(pán)的總體布置圖

導(dǎo)管架設(shè)計(jì)水深79.6m，工作點(diǎn)標(biāo)高（+）8.5m，工作點(diǎn)尺寸16m×12m，4腿8樁，腿雙斜1∶7.071，設(shè)置9個(gè)井槽，設(shè)計(jì)年限20年，吊裝重量2949t。

根據(jù)導(dǎo)管架在水中與基盤(pán)定位樁的對(duì)接過(guò)程的模擬運(yùn)動(dòng)分析和計(jì)算，得出對(duì)接碰撞環(huán)境施工數(shù)據(jù)如下： 波周期為8s，有效波高為2m，風(fēng)速為10m/s，表層流為0.7m/s，中層為0.5m/s，底層為0.4m/s，提供給基盤(pán)設(shè)計(jì)方的對(duì)接碰撞力（高、低樁）：橫向水平力1600kN，垂向力800kN；對(duì)接環(huán)設(shè)計(jì)考慮環(huán)境因素，導(dǎo)管架整體計(jì)算考慮結(jié)構(gòu)自重和對(duì)接碰撞力：橫向水平力3000kN，垂向力1500kN 。

2 下水下井口基盤(pán)

水下井口基盤(pán)采用3樁形式，高樁、低樁和輔樁（圖2），高樁、低樁和輔樁分別高于泥面9m、7m和5m，基盤(pán)距離泥面3.208m；高樁42"×1.5"，低樁36"×1.5"。

圖2 水下基盤(pán)和高低樁圖

高樁、低樁和輔樁具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

高樁：42"樁管一根（壁厚 1.5"、φ52mm，長(zhǎng)13m），泥面以下采用30"樁管二根（壁厚 1"、φ52mm、長(zhǎng)11.6m）和帶鞋樁管一根（壁厚 1"、φ52mm、長(zhǎng)11m）；42"樁管出露泥面9m，泥面以下樁管長(zhǎng)38.2m。

低樁：36"樁管一根（壁厚1.5"、φ52mm、長(zhǎng)12.84m）， 泥面以下采用 30"樁管一根（壁厚1"、φ52mm、長(zhǎng)11.6m）和帶鞋樁管一根（壁厚1"、φ52mm、長(zhǎng)11m）； 36"樁管出露泥面7m，泥面以下樁管長(zhǎng)28.44m。

輔樁：30"樁管一根（壁厚 1"、φ52、長(zhǎng)12.7m），泥面以下采用30" 樁管二根（壁厚 1"、φ52、長(zhǎng)11.6m）和帶鞋樁管一根（壁厚 1"、φ52、長(zhǎng)11m）；樁管出露泥面4m，泥面以下樁管長(zhǎng)42.9m。這樣導(dǎo)管架下水后先套一高樁，然后根據(jù)海況和流向調(diào)整，再套低樁，以保證就位精度。

水下井口基盤(pán)在導(dǎo)管架安裝前已經(jīng)在海上安裝完成，基盤(pán)的艏向（誤差小于±2.5度）和水平度（水平度在0.5%的誤差內(nèi)）都滿足設(shè)計(jì)要求。

3 海上安裝

3.1 精度要求

導(dǎo)管架方位誤差小于±2.5度；導(dǎo)管架中心點(diǎn)位置與設(shè)計(jì)位置誤差不超過(guò)3m；導(dǎo)管架水平度在0.5%的誤差內(nèi)；導(dǎo)管架標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高誤差不超過(guò)0.3m。

3.2 安裝資源

導(dǎo)管架對(duì)接水下井口基盤(pán)對(duì)海況要求格外嚴(yán)格，因此對(duì)主作業(yè)船的選擇尤其重要，經(jīng)過(guò)綜合分析，采用4000t浮吊華天龍進(jìn)行導(dǎo)管架下水套井口作業(yè)，船上配合兩套水下機(jī)器人（ROV），浮吊能力核實(shí)見(jiàn)表1。

表1 華天龍吊裝能力核實(shí)

3.3 安裝過(guò)程

安裝導(dǎo)管架之前，華天龍作為主作業(yè)船舶按設(shè)計(jì)拋錨就位，注意拋錨就位的方向是沿海流的流向布置，船盡可能的順流或逆流方向。按照常規(guī)導(dǎo)管架安裝流程，進(jìn)行導(dǎo)管架下水、調(diào)向、注水和扶正。扶正后，導(dǎo)管架垂直向上提升10m，調(diào)整主作業(yè)船位，將導(dǎo)管架調(diào)整至水下井口基盤(pán)正上方，ROV下水，準(zhǔn)備輔助導(dǎo)管架坐底就位。（備注：提升過(guò)程最大吊繩力283.5t，最大鉤頭力426.63t）

根據(jù)GPS定位系統(tǒng)，將導(dǎo)管架移動(dòng)到水下井口基盤(pán)正上方，進(jìn)行套井口作業(yè)，見(jiàn)圖3。

圖3 套井口作業(yè)

華天龍進(jìn)行導(dǎo)管架吊裝下水作業(yè)，導(dǎo)管架扶正后，將導(dǎo)管架移到基盤(pán)上方。ROV置于導(dǎo)管架對(duì)接環(huán)處。導(dǎo)管架通過(guò)注水壓載，使導(dǎo)管架慢慢下降，直到導(dǎo)管架對(duì)接環(huán)慢慢靠近水下井口基盤(pán)高樁，指揮人員根據(jù)ROV的視頻圖像，指揮注水壓載人員和主作業(yè)船相關(guān)人員，使導(dǎo)管架對(duì)接環(huán)順利進(jìn)入水下井口基盤(pán)的高樁。

導(dǎo)管架進(jìn)行套高樁作業(yè)后，隨后將輔樁、低樁都套上，打開(kāi)導(dǎo)管架全部注水閥和放空閥，100%注水，導(dǎo)管架坐底就位，導(dǎo)管架與基盤(pán)導(dǎo)向口間距只有700mm，進(jìn)行水平度測(cè)量。

通過(guò)充分的前期研究，現(xiàn)場(chǎng)施工準(zhǔn)備，導(dǎo)管架套井口基盤(pán)一次就位成功，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 技術(shù)難度及措施

4.1 確定導(dǎo)向樁泥面以上高度

導(dǎo)向樁泥面以上高度很難確定，若高度太高，對(duì)接碰撞力在導(dǎo)向樁產(chǎn)生的彎矩太大，導(dǎo)向樁會(huì)破壞；若高度不夠，導(dǎo)向樁插入導(dǎo)管架導(dǎo)向結(jié)構(gòu)后不能露出來(lái)，在水下ROV無(wú)法觀測(cè)。經(jīng)過(guò)反復(fù)多輪計(jì)算和技術(shù)評(píng)審，確定高樁高于泥面9m，低樁7m，并適當(dāng)減小導(dǎo)管架導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的高度。

4.2 工作界面復(fù)雜

鉆完井負(fù)責(zé)水下井口基盤(pán)設(shè)計(jì)，建造和安裝；工程項(xiàng)目組負(fù)責(zé)導(dǎo)管架上導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)、建造和安裝；兩邊基本同步進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造，項(xiàng)目組多次舉行多方技術(shù)交流會(huì)，進(jìn)行技術(shù)澄清，做到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤；在正式導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)之前，將導(dǎo)管架安裝各施工方存在的各種界面向各施工方做詳細(xì)的技術(shù)交底，在施工中，要求各施工方統(tǒng)一聽(tīng)從現(xiàn)場(chǎng)總指揮，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工安全順利。

4.3 海底流大渾濁，ROV監(jiān)控難度大

施工過(guò)程中需增加對(duì)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)、浪、流的測(cè)量，導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)過(guò)程中增加對(duì)導(dǎo)管架垂直度的監(jiān)控，選擇裝備能力較強(qiáng)的ROV施工，選用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)豐富的ROV操作者[5]。導(dǎo)管架對(duì)接時(shí)，在水下ROV需要進(jìn)入到導(dǎo)管架里面觀測(cè)，ROV與結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞或臍帶纜纏繞的風(fēng)險(xiǎn)比較大。提前在導(dǎo)管架導(dǎo)向喇叭口和底部基盤(pán)上涂上白漆，導(dǎo)向樁上增加刻度標(biāo)識(shí)；施工前做好JSA風(fēng)險(xiǎn)分析和技術(shù)交底；ROV操作手提前熟悉觀察路徑。

4.4 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海況，選擇合適的作業(yè)窗口

導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)海況要求很高，暗涌對(duì)船舶影響大，且不易觀察，把握時(shí)間窗口難度大。收集作業(yè)區(qū)域的潮汐表，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)的高潮、平潮和低潮時(shí)間段；收集現(xiàn)場(chǎng)海域的天氣預(yù)報(bào)，掌握現(xiàn)場(chǎng)海域的風(fēng)速及風(fēng)向；在現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)量海流流速裝置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海域水深情況，按照表層、中層和底層三段進(jìn)行流速測(cè)量，每2小時(shí)進(jìn)行測(cè)量并統(tǒng)計(jì)，并多次進(jìn)行流向的測(cè)量，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，來(lái)判斷套基盤(pán)作業(yè)時(shí)段的海水流速流向；通過(guò)上述工作的結(jié)論，給現(xiàn)場(chǎng)指揮操作決策層選擇作業(yè)窗口提供依據(jù)。

5 結(jié)論

導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大，前期各方應(yīng)該做好充分技術(shù)準(zhǔn)備和技術(shù)交底，加強(qiáng)對(duì)海況的信息收集、研究和分析，選擇最佳作業(yè)窗口。同時(shí)選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的海上施工船隊(duì)，也是保證項(xiàng)目成功的根本保證。為了項(xiàng)目的安全實(shí)施，每一個(gè)施工過(guò)程都必須進(jìn)行監(jiān)控，導(dǎo)管架套水下井口基盤(pán)作業(yè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行全程監(jiān)控。本文施工技術(shù)可供其它項(xiàng)目借鑒。

[1]侯金林. 平湖油氣田鉆井基盤(pán)和井口回接輔助裝置[J]. 中國(guó)海上油氣（工程）， 2000， 12（2）： 15-17， 21.

[2]楊曉剛， 趙鳴鳴. WZ12-1導(dǎo)管架設(shè)計(jì)中新技術(shù)新方法的應(yīng)用[J]. 中國(guó)海洋平臺(tái)， 2000， 15（6）： 21-26.

[3]郭洪升. 導(dǎo)管架平臺(tái)井口回接結(jié)構(gòu)新技術(shù)研究[J]. 石油礦場(chǎng)機(jī)械， 2012， 41（8）： 20-25.

[4]楊曉剛. 導(dǎo)管架與基盤(pán)導(dǎo)向樁的對(duì)接數(shù)值模擬分析技術(shù)[J]. 中國(guó)海上油氣（工程）， 2001， 13（2）： 17-22， 5.

[5]韓士強(qiáng)， 魏佳廣， 劉吉林， 等. 文昌19-1N油田導(dǎo)管架安裝技術(shù) [J]. 海洋工程， 2014， 32（5）： 85-92.

Application of Jacket-installing Technology on the Undersea Wellhead Template

XIAO Huamin
（Drilling Division of SINOPEC Offshore Oil fi eld Engineering Company, Shanghai 201206, China）

The jacket is required to dock to the subsea wellhead template in the development program of an oil-gas fi eld in the X block of East China Sea, which increases the diff i culty of jacket installing. On the premise of that the design and installation of jacket and subsea wellhead template conform to the relevant specif i cation, together with the consideration of the climate and the fl ow velocity of seawater in site, the operation was performed, thus it reduced the risk of installation and ensured the success of installation.This paper introduces a successful example of the operation in X block of East China Sea, analyzes and summarizes the experience,and provides a reference to the similar program in the future.

Jacket; subsea wellhead template; docking ring; crash; working interface

TE54

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.03.071

1008-2336（2017）03-0071-04

2017-03-06；改回日期：2017-04-01

肖華民，男，1969年生，工程師，主要從事海洋石油機(jī)械和海洋工程技術(shù)工作。E-mail：xiaohm.shhy@sinopec.com。