海洋液压修井机研制应用现状及趋势

李友兴 张晓丹 刘 亮 杨 超 张丰功 张有峰

1.国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司 四川 成都 610052；2.宝鸡石油机械有限责任公司 陕西 宝鸡 721000；3.中海油田服务股份有限公司油田生产研究院 天津 300202

1 概述

与陆地带压作业机应用场景和作业工况有所不同，海洋液压修井机的特点主要有：

（1）由于海洋平台吊机起吊能力的限制，设备主要以模块化为主，一般要求各模块最大重量不超过10t；

（2）设备大部分具有大通径、高举升力的特点；

（3）设备设计需考虑海上的风载和管柱重量，满足API4F 第5 版要求；

（4）海上平台的场地有限，需提前规划设计设备摆放、地面流程等；

（5）设计时考虑平台单位面积的承载能力的限制；

（6）根据井内管柱结构确定设备安装构成；

（7）可能需要根据工艺设计增加特殊的夹持工具和密封等。

2 国内外研制应用现状

2.1 国外海洋液压修井机发展现状

目前液压修井机的应用广泛，其应用范围已从陆地带压作业扩展到海洋修井施工作业。液压修井设备的国外制造商主要以美国、加拿大为主，如CUDD、BPC、Top Well、CEEM 等公司，其针对海洋的液压修井机产品，最大举升力达2085kN,扭矩达30000N·m，具有单元模块重量轻、拆装方便灵活等特点，产品质量优良，性能稳定，在国内外市场占有率较高。但国外产品普遍存在价格昂贵采购周期长以及配件采购困难等特点，给油田生产带来较多不便。

2.1.1 CUDD 公司

CUDD 公司的海洋液压修井机主要配套修井机主机、钻井泵、高压管汇、节流压井管汇、低压泥浆系统、液气分离器等组成，其特点是主机两侧带有立根盒，可存放双单根立根，作业效率高。其主要技术参数：最大拉力：130000lbs；液压系统压力：2400psi；转盘最大扭矩：20000ft- lbs；单个模块重量：不超过11t。CUDD 公司的海洋液压修井机及其主机结构图见图1 和图2。

图1 CUDD 公司的海洋液压修井机

图2 CUDD 公司海洋液压修井机主机结构图

CUDD 公司海洋液压修井作业的应用领域：在油套管内打捞或者钻磨；清油管衬管或者套管内的储层附近的砂塞；钻磨水泥塞和桥塞；清洗压后管柱；压控/ 压井；循环清除高密度泥浆和修井液；下或起可回收桥塞，用于分层作业；酸化和冲洗作业；清采油/ 气树或者油管内的冰堵或者水合物；在连续油管不可及的深度或者作业压力情况下，带压作业机可以下小口径油管泵注氮气作业；带压完井；填砂；挤注水泥或者回堵；打塞或者油气井废弃服务。

2.1.2 BPC 公司

BPC 公司的海洋液压修井机在欧洲、非洲、中东、亚洲和大洋洲市场都有所应用。取得了广泛的现场作业经验。BPC 的液压修井机作业范围广泛，可应用完井/ 修井、水泥塞和弃井、侧钻、打捞落鱼、磨铣、固井、开窗、洗井等作业。BPC 公司的液压修井机具有以下特点：成本低、占地面积小、环境影响小、模块化设计，移运快速。

2.1.3 TOP WELL

2019 年，托普石油在国内中海油上海分公司海上平台首次完成了带压修井及液压修井作业。托普石油该次作业历时50d，共计作业三井次，其中一井次带压修井作业，两井次液压修井作业。托普石油本次施工的第一口井为带压大修，转电泵排采气。受限于平台的安装空间，在施工初期，设备安装难度极大，除了塔吊和气动航吊的辅助以外，在防喷器组安装等特殊环节甚至需要平台钻机的移动才能完成。同时工序繁复，涉及屈曲管柱拉伸、AVALON 桥塞投捞、化学切割、打捞插入密封管柱、下电泵合采管柱、坐偏心油管挂等等。原井生产管柱外带井下安全阀控制管线和毛细管测压管线，此外工具串结构也异常复杂，包含井下安全阀、封隔器、滑套、压力计、偏心气举阀、厚壁油管、插入密封管等特殊工具，且期间最高施工压力达到17.5MPa，甚至一趟管柱需要多次更换不同尺寸卡瓦牙才能完成。第二、三口井工序相对简单，起原井3- 1/ 2″临时管柱，下电泵合采管柱，但也需要经过“穿裤子”等非常规手段来完成新油管头四通的安装。此次作业是拓普石油的带压修井为带压作业工艺在国内海上平台的首次应用，取得良好的效果。2.1.4 CEEM 公司

CEEM 不仅为油田设备供应商，同时也可为提供石油勘探和生产领域的解决方案。CEEM 定期对设备进行改进，并提供专门设计的设备运行解决方案。CEEM 为所有主要的液压修井机供应商提供维修和设备升级服务，在此过程中，CEEM 拥有了大量的市场信息，掌握了液压修井机产品设计，服务等相关信息。

CEEM 的460K 型液压修井机为独立式液压修井机，用于陆上及海上修井作业。该修井机不仅具有常规修井机的功能，同时还可实现带压起下管柱、欠平衡作业等，在有效提高生产条件的同时为使用方带来利益的最大化。

CEEM 液压修井机模块化设计特点：CEEM 460K 型液压修井机采用集装箱式模块化设计，提高安装运输效率；所有部件按集装箱尺寸设计；所有部件可拆卸成最大重量不超过8t 的模块；设计专用安装运输架，避免各部件在运输时磕碰；所有部件采用API 标准耳板，用于设备的装卸和组装。

2.2 国内海洋液压修井机发展现状

近20 年来国内带压作业装备主要以华北荣盛、中石化四机厂、任丘铁虎等企业生产的带压作业设备为主。

中石油前期现场使用的带压作业装备以修井机辅助式带压作业为主，提升能力主要以600kN 为主，冲程3～3.5m，工作压力小于21MPa，通径为186mm，被动式转盘。结构型式有简化型、紧凑型和标准型三种带压作业装置，实现低压（3～5MPa 以下）、中压（5～14MPa）、中高压（14～21MPa）等不同压力等级带压能力。抽油杆带压作业机主要用于油井起下抽油杆的一种设备，提升能力400kN，冲程2.5m，密封压力10.5MPa。

2.2.1 中石化四机

中石化四机石油机械有限公司申请“带压作业”和“液压修井”相关专利15 件。曾为胜利石油工程井下作业公司提供一套陆地带压作业机，于2017 年10 月11 日在重庆南川平桥南区块完成两口深层页岩气井带压施工作业，带压完井管柱最深3950m，作业最高压力23MPa，下管柱速度30 根/ h。

中国石化机械四机公司研制的160t 独立式海洋液压修井机，2017 年9 月在渤海湾南部埕岛油田某海洋钻井平台完成首口双管注水井修井作业，最大提升载荷260kN。其主要技术参数：最大举升载荷1575kN，动力装置功率400kW，额定扭矩20kN·m，升降液缸冲程3.5m，适应最大管柱直径244.5mm (9in)，系统控制压力21MPa，横向滑移距离5.8m，纵向滑移距离10.0m，整机模块质量152t。

2.2.2 宝石机械

宝石机械公司从2007 年开始带压作业机技术研究，已掌握带压作业机核心技术，获得相关授权专利27 件，分别于2011 年成功研制了BYJ18- 21/ 35 型不压井作业装置，2018 年成功研制了DYJ100/ 35DD 型油气井带压作业机，2019 年成功研制DYJ110/ 70DD 气井带压作业机，2021 年成功研制DYJ225DD 液压修井机。宝石机械公司产品已系列化，35～105MPa 三种压力级别，整体和独立两种结构形式，150～460K 六种载荷, 表1 为各载荷系列参数。截至目前宝石机械公司共生产各型带压作业机20台，共投入现场使用设备18 台，已完成现在完井与修井作业200 余井次，最高工作压力达到30MPa，最大井深5800m，最快起下管柱速度55 根/ h，平均起下管柱速度40 根/ h。目前已完成海洋液压修井机的研制，最大举升力225t。其主要技术参数如下：最大提升载荷：2250kN；最大下压载荷：1100kN；主体通径：14- 1/ 2″；适应管柱直径：1- 1/ 2″～9- 5/ 8″；旋转扭矩：30000N·m；最大起升速度：0.7m/ s。

表1 宝石机械公司产品各载荷系列参数

主机及各配套设备采用模块化设计，快速安装装置，实现海上快速搬迁；各部件和总体尺寸小、重量轻，单模块重量≤8.5t；可实现套管头承载和平台承载两种作业模式，针对单井作业和丛式井作业；工作窗与主机集成一体设计，降低设备高度，导轨安装实现无绷绳；配置30000N·m大通径转盘及旋转密封系统，旋转作业时无须拆卸卡瓦管线；配置全行程反扭矩装置实现全行程旋转作业。

3 结语

综上国内外技术现状，尤其是针对海洋平台修井作业的液压修井机，虽然国内公司已经开展研制和现场应用，但综合对比有如下结论：

（1）国外液压修井起步早发展快，已有多家公司形成系列化产品，并取得规模化应用。

（2）国内中石化四机、宝石机械、铁虎、烟台杰瑞等公司在陆地带压作业机研制出产品并规模化应用，但海洋液压修井机目前仅中石化四机与宝石机械制造出样机开始工业性应用试验。

（3）国内海洋液压修井机处于探索与起步阶段，从设备成熟、工业应用规模以及作业工艺多样性等方面，与国外都存在不小的差距。

发展建议：

（1）开发具有自主知识产权的海洋液压修井设备，实现核心装备的国产化，能够打破国外技术垄断，有效解决海洋油气田修井成本高、作业效率低等重大问题，提高海洋油气田修井作业的经济性，实现边际油田可持续发展，有着很强的社会和经济效益，应加大海洋液压修井机的研制和应用。

（2）装备制造企业应加强同国内外用户的沟通合作，从国产设备研制试用、作业工艺完善等方面加大支持力度，以促进国产装备和国内液压修井工艺的发展。

（3）液压修井机应考虑发展自动化部件、数据化采集与分析，切实提高自动化和数据化水平，降低作业风险和使用成本，提高作业效益。