不压井起下作业装置在海上边际油田开发中的应用介绍

晏绍枝 喻贵民 马巍巍

（1.中海油田服务股份有限公司 燕郊065201；

2.中海油研究总院 北京 100027）

0 引 言

边际油田是指经济上处于边缘的油田。它是对油田开发决策时引入的一个概念，是指利用现有常规技术开发油田时，内部收益率低于行业基准收益率，但大于行业成本折现率的油田。目前开发海上油田普遍采用固定式平台加钻修机的模式，但这一常规生产模式在开发边际油田时带来的问题是：由于钻修机重量和场地的要求，使得固定平台本身设计过大，从而使设计建造、工程施工及后期维护费用非常高。本文介绍的这种不压井起下作业装置（Snubbing装置），可有效实现平台简化，降低工程项目前期成本。

1 应用前景

我国沿海边际油田储量丰富。据统计，渤海湾三级储量1 500万m3以下的共探明10 188万m3、控制 12 914万 m3、预测共 20 361万 m3、合计43 463万m3。按照10%的采收率，可采储量也相当可观。因此，如何合理降低成本、有效开发这些边际油田将具有非常重要的意义。

目前渤海湾油田建设时，普遍采用固定平台的方式（即导管架加钻修机），见图1。由于传统钻修机重量大、占地面积宽、整体重心高，因此对于固定平台的结构提出了更大、更强的要求。不仅前期设计建造固定平台的成本高，在安装钻修机时需要使用海上浮吊的费用也非常昂贵。钻修机安装于平台后，由于通常其利用率很低，搁置维护的成本就非常高。因此，采用简单的钻修井装置替代传统的钻修井机，将具有良好的应用前景。

图1 传统固定平台加钻修机模式

2 Snubbing装置介绍

Snubbing装置主要用于承压条件下通过弹性密封装置下入或起出管子，或非承压条件下入或起出管子，见图2。

很多边际油田所设的小生产平台，无法使用常规修井机，而使用移动式钻井平台修井，则作业成本过高，但使用不压井起下作业装置却可以大大节省费用。

图2 Snubbing装置作业布置图

Snubbing的概念最早起源于1928年的美国。当时人们使用传统钻修机配合钢丝绳、滑轮施加作用于井内的压力，不仅费时，还引发了大量灾难。1960年，人们发明了用于snubbing的液压升降装置，它的安全、高效使得Snubbing作业越来越广泛。1980年，紧凑型的Snubbing作业卡车研制成功，广泛应用于陆地油田。随着海洋石油的开发，Snubbing作业也越来越广泛应用于海上边际油田。

不压井起下作业装置通常与不压井防喷器配套使用。作业时，先关闭一个环形防喷器，密封钻柱周围以保持井内压力。不压井起下作业装置通过一个固定卡瓦和一个移动卡瓦交替工作，使钻柱进入或提出井内。

2.1 主要功能

Snubbing装置主要用于：

（1）处理管柱作业；

（2）生产井的清除沥青、石蜡等作业；

（3）使用单根或双根进行完井作业；

（4）高压修井作业；

（5）下桥塞或其他井下工具作业；

（6）氮气泡沫洗井作业；

（7）安装防砂筛网作业；

（8）进行酸化作业；

（9）打捞井下工具作业；

（10）井下工具研磨作业；

（11）欠平衡钻井作业；

（12）井控和再进入井内作业；

（13）进行射孔作业；

（14）当连续油管尺寸不够时，可以配合使有钻柱进行作业。

2.2优点

Snubbing装置具有如下优点：

（1）可以进行欠平衡作业；

（2）减少使用传统泥浆的成本；

（3）避免了泥浆体系对油层污染；

（4）同连续油管作业相比，在欠平衡情况下可以旋转井底钻柱；

（5）某些情况下不用停产仍可进行不压井作业；

（6）减少修井作业后回复生产作业的时间；

（7）相对传统钻修机提升能力更强；

（8）占用甲板空间小；

（9）可以改变平台建造的模式，大大节省工程建设费用，减少前期投资。

3 Snubbing 作业形式［1-5］

Snubbing通常有以下四种作业形式：（1）钢丝绳式（传统钻修机协助）；（2） 液压钻修机辅助式；（3）长冲程式；（4）独立升降式。

3.1 钢丝绳式（传统钻修机协助）

钢丝绳式Snubbing装置（见图3）通常配合钻修机使用，利用游动滑车、钢丝绳、滑轮组及平衡重配合对管柱产生进入井内的作用力。在井筒承压的情况下与其他常规作业机或钻机配合工作，在不压井的情况下起下钻杆或油管，同时能够保障全体现场作业人员的安全。该形式为最早的不压井起下作业装置，目前已基本上被液压设备来代替，只是在少数由于空间原因不能使用液压装置的地方还偶尔使用。

图3 钢丝绳式Snubbing装置

该形式的优点为：

（1）较其他形式的装置更为经济；

（2）设计简单，设备安装时间短；

（3）占地面积小，适宜安装在紧凑空间或平台；

（4）可以处理较大的管柱；

（5）可以产生较大的进入压力；

（6）行程最大可达到12 m。

该形式的缺点为：

（1）BOP组的尺寸通常受限于钻修机的尺寸；

（2）大的行程时较难安装导向钢丝绳；

（3）没有旋转系统；

（4）只能强下，不能强起；

（5）不压井起下作业装置与钻修机的界面需要进行严格培训。

3.2 液压钻修机辅助式

液压钻修机辅助式snubbing装置（见图4）采用液缸及液压系统代替游动滑车、钢丝绳、滑轮组及平衡重来对管柱产生进出井内的作用力，需由液压钻修机配合使用。

图4 液压钻修机辅助式Snubbing装置

当下部有较强的基础结构时，该形式使用最为普遍。目前该形式的不压井起下作业装置在加拿大得到了广泛应用，在美国及其他各地应用也越来越多。

该形式的优点为：

（1） 设备安装时间很短（通常 1～2 h）；

（2）同其他形式相比，钻柱起下时间短；

（3）在钻修机井架内部还有能力进行排管；

（4）移动性能强；

（5）在欠平衡作业式可以旋转钻柱；

（6）由于模块化设计，故可在需要时安装使用，当油田开发一个长的项目时，可以有效节省成本。

该形式的缺点为：

（1）需要依靠钻修机进行作业；

（2）不压井起下作业装置与钻修机的界面需要进行严格培训；

（3）BOP组的尺寸通常受限于钻修机的尺寸。

3.3 长冲程式

长冲程式Snubbing装置（见图5）利用自带的动力装置、起升装置及可伸缩井架来配合Snubbing装置进行作业。该形式的不压井起下作业装置适合于井内压力较小的情况，此时作业不需要复杂的防喷器组，快速起下钻柱是它的最大优点。

图5 长冲程式Snubbing装置

该形式的优点：

（1）11 m长的行程更易处理井下动力钻柱；

（2）在游动端通常有钻柱旋转驱动装置；

（3）由于行程长，起下钻柱时间更短；

（4）钻柱重量根据设计在地面上或井口头上；

（5）作业人员相比自升降装置更接近地面，遇紧急情况更易于逃生；

（6）可以作为液压修井机替代常规修井机。该形式的缺点：

（1）安装复杂防喷器的空间受限；

（2）导向管系统安装较为困难；

（3）设备尺寸大，需要安装空间大。

3.4 独立升降式

图6 自带液压式Snubbing装置

独立升降式Snubbing装置（见图6）无需钻修机配合，通常自带一套液压系统，并配备相应起下装置。该装置和不压井防喷器可以整体安装于井口之上。该形式的不压井起下作业装置可以根据需要进行多种形式的应用，提升能力从36 287～272 155 kg不等。

该形式的优点：

（1）由于安装位置很高，可以与各种复杂形式的防喷器进行配套使用；

（2）提升能力强；

（3）Snub能力强；

（4）比传统钻修机结构紧凑；

（5）具有较大的旋转扭矩；

（6）导向管系统更容易安装。

该形式的缺点：

（1）起下管柱速度相对慢；

（2）设备安装、拆除时需要吊车配合；

（3）通常情况下，管柱需要以单根形式水平排放；

（4）不管是否存在表层压力，该装置在整个作业程序中必须一致处于可用状态；

（5）日使用费相对较高。

4 Snubbing 装置的使用情况［6］

Snubbing装置在北美洲使用较多，其使用情况统计如表1所示。

表1 Snubbing装置的使用情况

油公司在钻井、完井或修井时选择使用Snubbing装置需要考虑很多因素。如使用传统方法油层是否容易受到破坏，Snubbing装置形式、尺寸和压力等级的选择，地面设备和井下设备能否满足井内参数的要求，辅助设备如防喷器、分离器、泥浆泵、钢丝作业装置的配套要求，井下钻柱组合及地面工具的配套要求，Snubbing装置是否比诸如连续油管等其他技术更有优势。不过，最重要的是它能减小对油层的破坏。虽然有时使用Snubbing装置比使用传统钻修机成本更高，但从油田的长远开发收益来看将更有利。

5 应用实例

渤海边际油田的特点是油田规模小、储量少、产量相对较低，油田生产期短，按照常规技术和设备开发则生产效率与投资回报率低。此外，渤海湾油田井内压力通常较低，不能自喷。根据这些特点，建议渤海边际油田的开发可采用简易平台配套Snubbing装置结合多功能钻井平台联合作业的方式，见图7。

图7 Snubbing装置结合多功能平台作业

多功能钻井平台具有自航能力。它移动灵活，甲板面积大，起吊能力强且有较大的生活区。目前中海油服已建造两条多功能钻井平台。以多功能钻井平台作为一个移动载体，搭载Snubbing装置进行作业，简易平台可以不设生活区、不设钻修机模块，因此，平台结构和重量将大幅减轻，前期各种费用将大幅缩减，后期维护费用更几乎完全省去。由于边际油田一个平台井口少，修井作业需要设备移动性强，那么采用该联合作业方式将非常理想。

由此可见，自带液压装置的Snubbing装置更适合今后在边际油田的开发中使用。在作业时，Snubbing装置和防喷器可以安装在井口头上，液压装置等地面设备都可以放在多功能钻井平台甲板上。由于井口平台面积小，起下管柱的排放也需要放在多功能钻井平台的主甲板上。其他几种形式的Snubbing装置在早期开发的平台上也可以应用。

6 结 论

Snubbing装置在海上边际油田有着很好的应用前景，其能有效减少油田项目前期投资和后期维护成本。因此，选择这一模式需要在油田开发的ODP报告阶段做起。相信这一技术投入使用后，随着经验的积累和技术的日渐成熟，必将为海洋石油边际油田的开发带来巨大的贡献。

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