新型简易井口保护架在CFD2-1边际油田开发中的应用探讨

,

(中海油能源发展采油服务公司，天津 300457)

1 CFD2-1油田现状

CFD(曹妃甸)2-1油田位于北纬38.11°，东经118.53°，地处渤海海域西北部，见图1。

图1 CFD2-1油田地理位置

海图水深在11～14.5 m之间，常年平均气温为11.4 ℃，年平均降水量为554.9 mm，年平均降雪量2.1 cm，冬季有海冰存在。该地区地质主要由砂土与粘性土层交替形成。该油田的油气储量不确定，油品未知，属于浅水边际油田。对于边际油田的开发，制约因素主要为投资回报率。常规的油田开发费用主要由钻完井费用，平台建设费用，以及海底管道和电缆费用三部分组成。其中，钻完井约占到总费用的55%，平台建设费用约占30%，二者占到了总开发费用的85%。对于油气储量较大的油田，井口数一般多于6个，因此常规的导管架形式即可满足工作和收益要求。而对于CFD2-1这种储量和油品均未明确的油田，常规的开发方式投资较大，回报率得不到保障，具有一定的风险[1-5]。

2 新型的简易井口保护架

为了降低对CFD2-1 边际油田的开发风险，拟采用试采平台打一口试采井，对油田的储量和油的品质进行确定。常规的试采井通常由试采平台直接钻井，外部仅仅靠隔水套管进行支撑，设计寿命较低，其所能承受的环境荷载较小。CFD2-1处于渤海湾海域，冬季有海冰存在，更增加了试采井被推倒的可能。由于每口井的钻完井费用高达几千万，若试采井在钻井完成后不能长期使用，仅能用于短时间的试采作业，会产生巨大的浪费。同时，在试采完成后若要对其进行拆除，则需要进行水下切割隔水套管才能完成弃井，人力物力消耗较大。

针对以上CFD 2-1等边际油田试采时面临的情况，结合海上风电基础的结构形式，提出了一种新型的简易井口保护架。该井口保护架用于保护和支撑前期试采平台钻下的试采井，同时为后续的油田开发新增平台预留有栈桥接口，且甲板上可安装采油树和配电板等简单的工艺设施，整体布置见图2。

图2 简易井口保护架

该简易井口保护架结构简单，建造安装快捷，可大大提高试采井的设计寿命，并且后续弃井时简单易行，大大增加了试采井口在边际油田开发中的应用效率。

2.1 新型简易井口保护架结构形式

该新型简易井口保护架的采用独柱独桩的结构形式，见图3。

图3 简易井口保护架的结构形式

它主要由上部结构、下部结构和隔水套管三部分组成。其中上部结构包含工作甲板、主立柱、上隔水套管导向三部分，见图4。

图4 上部结构

下部结构由大直径钢桩、变径钢桩、主立柱和下隔水套管导向三部分组成，见图5。

图5 下部结构

由于工作甲板前期仅需放置一些简单的采油设备，因此尺寸设计为4 m×6 m，主立柱的直径为1.219 m，大直径钢桩直径为5 m，入泥22 m。在主立柱和大直径钢桩之间靠变径钢桩连接，在变径处内部设有加强筋等加固措施，该段采用变径设计可有效地减轻冰荷载和波流荷载等环境荷载对井口保护架的水平力。隔水套管直径为610 mm，入泥30 m，后期采用打桩锤打入或钻井船钻入的方式进行安装，依靠安装在上下部结构上的隔水套管导向来保持隔水套管安装的垂直度(注：工作甲板和大直径钢桩封挡处为隔水套管，预留有开口)。

对该简易井口保护架，按照曹妃甸海域的环境条件和地质资料，对其进行了初步的分析计算。采用SACS软件计算了该井口保护架在不同工况下的强度，采用GRLWEAP软件计算了安装时大直径钢桩基础的打桩情况。

根据SACS计算结果，杆件的最大UC值均小于1.0，满足规范要求，最大位移为26.7 cm。通过GRLWAP软件进行了打桩核算，由于该结构基础的直径较大，桩内不会形成土塞，按照双面侧摩和端部环面积计算打桩阻力，使用D180柴油锤在不同打桩工况下均可将该钢桩打入到设计深度。同时，按照API RP 2A的相关公式对该独桩基础进行了抗倾覆和抗滑移的校核，该结构抗倾覆和抗滑移的受力分析和承载能力见图6。

图6 基础承载力

2.2 简易井口保护架的安装

该简易井口保护架的安装快捷，所需的施工资源较少，可充分降低试采时在海上安装方面的成本。

2.2.1 安装方法

该简易井口保护架的安装方式比较简单，现以后期采用打入方式安装隔水套管时对其安装的整个过程进行介绍。整个安装过程包括以下环节：①码头装船(图7);②海上运输(图8);③下部基础吊装翻身(图9);④下部基础下水(图10);⑤上部结构安装(图11);⑥隔水套管打入(图12)。

图7 码头装船

图8 海上运输

图9 下部基础吊装翻身

图10 下部结构下水

图11 上部结构安装

图12 隔水套管打入

2.2.2 施工资源

该简易井口保护架所需的施工资源也比较少，仅需要一艘具备相应吊装力的浮吊和几条锚艇以及相应的辅助设备即可完成施工，主要的施工资源见表1。

表1 主要施工资源

2.2.3 简易井口保护架的拆除

试采井在试采结束后需要对其进行拆除，传统的拆除方法需要在封井后，依靠潜水员在水下进行湿式切割，随着水深的增加其难度也不断加大，同时消耗的时间和物资也比较大。新型简易井口保护架的拆除则比较简单，由于主立柱的最小尺寸为1.219 m，可允许工人通过其进入到保护架底部进行隔水套管的干式切割，待隔水套管拆除完毕后，封堵为其预留的借口，采用高压注水的方式对其进行提升，再依靠浮吊的吊装完成主体井口保护架的拆除。

3 简易井口保护架的优缺点分析

相比以往的边际油田开发试采方式,新型的简易井口保护架具有以下优点。

1)结构简单，安装快捷，对施工资源要求较低，可充分降低对前期油田试采开发的投入。

2)增加试采井寿命，该井口保护架在增加了对隔水套管的支撑后大大提高了其强度和寿命。若油田储量可观后续则可联合新增平台进行联合开发，节约了试采井口的钻完井费用。若油田储量未及预期，则可对该简易井口保护架进行气举拆除，实现对试采井口保护架的回收。

3)拆除简单方便。相较于传统的湿式拆除法，该简易井口保护架的拆除更为简单经济，利用率高。

在具有以上优点的同时，该新型简易井口保护架也具有一些不可忽视缺点。

1)由于新型简易井口保护架采用独柱独桩的结构形式，在水深增加时，保护架甲板有可能产生较大位移。

2)该新型简易井口保护架对土质的要求较高，不同的土质对桩的直径和入泥深度影响较大。

3)由于该新型简易井口保护架结构形式的特殊性，对其在海上安装后的垂直度有比较严苛的要求。

4 结束语

在海上石油资源开发日趋紧张的今天，对一些储量未明确的边际油田开发愈发凸显出重要的地位。由于油田油气储量的不明确性，使得常规的油田开发方式充满风险和未知性。本文介绍的新型简易进口保护架为边际油田开发提供了新的思路。该种简易井口保护架无论从试采井口的钻完井方面还是试采井口的拆除方面均可大大降低边际油田的开发成本，对于促进海上边际油田的开发可发挥重要的作用。

[1] 李怀印，李宏伟.不同类型海上平台的建造费用[J].油气田地面工程,2010，(2):34-35.

[2] 李宏伟，谭家华.近海边际油田开发的现状与前景[J].中国海洋平台,1997，(3):100-105.

[3] 李玉珊，刘杰鸣，贾 旭，等.简易平台研究—优化结构设计[J].中国海上油气,1999,11(6):9-12.

[4] 方华灿.我国海上边际油田采油平台选型浅谈[J].石油矿场机械,2005,34(1):24-16.

[5] 王立忠.简易平台技术的研究[J].中国海洋平台,2006,21(2):41-44.