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連續油管技術 為海上平臺管線棄置另辟蹊徑

連續油管技術 為海上平臺管線棄置另辟蹊徑

海上采油平臺棄置工程在作業過程中需要對海底管線進行油污清理及水泥封堵作業,但部分管線由于某種原因不易進行上述作業。本文主要介紹了一種用于棄置管線作業的創新性工藝,并對其在應用過程中所“遭遇”的技術瓶頸和困難進行分析。該新型“小型化連續油管系統” 部署在平臺底層甲板,具有重量超輕占據平臺空間小的特點。此外,可貫穿于管線多處彎角,快捷高效的在管線內進行殘余油污清洗和水泥封堵作業。

小型化連續油管系統簡介

英國北海Murchison油田投產于上世紀八十年代,目前已經進入開發生產的后期。作為管線棄置工程的一部分,每個管束中有兩條管線用于海底油井與采油平臺之間的連通,管線外徑為4英寸。在油田基礎設施全部就位前,這些管線主要用于滿足油田早期生產。后期,管線控制與壓力檢測系統通常處于斷開狀態。(參見下圖)

在Murchison采油平臺上進行管束監測作業,安裝熱分接系統監測管線內部的壓力動態并甄別管內流體。研究發現,當管內壓力值為122bar時,兩條傳輸管線中有一條內部為原油流體。熱分接系統上安裝有壓力計量器,放空管線內壓后,流出管線就會關閉。值得注意的是,管內壓力會隨著時間推移慢慢增加。在開展Murchison平臺棄置工程期間,封堵廢棄井211/19-2之前需要清洗PL123管束內部油污,并在深水生產井與采油平臺間的傳輸管線內建立隔離體。

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操作員需要多輪次檢查管線的清洗與封堵效果,保障平臺棄置工程的順利進行,每一輪次的檢查作業均需要海洋潛艇支持船(Dive Support Vessel,DSV)的輔助作業,費時耗力!最近研發出的一種新型“小型化連續油管系統”克服了傳統作業模式的缺點,可順利貫穿855米長管線的任意彎角。一種經認證的膨脹型水泥會應用于清洗管線后續的封堵作業。

跨業公司團隊在管線上安置熱分接系統,利用小型化連續油管系統貫穿管線系統,應用可膨脹式水泥在管線內部形成壓力隔離體,最終完成采油平臺棄置工程。

運營商根據批準后的平臺棄置工程細則,深水生產井完成廢棄作業后被封堵管線會被拆除。

小型化連續油管系統的理論研究

連續油管在曲折的集輸管路上升管系統工作時,其柔韌性與重量屬性是需要最先考量的因素,對于待廢棄管線尤其如此,因為管線的完整性情況難以保證傳統型連續油管都可以成功應用。

連續油管作業期間順利貫穿管線內部多個彎曲處的關鍵影響因素是絞盤摩擦效應,要保證系統安全作業不磨損管線且在不發生螺旋鎖定的情況下到達預定深度。絞盤摩擦,顧名思義是指當柔韌性油管纏繞在圓柱體上時保持力對負載力的作用。對應本文所分析的情況,即是連續油管系統纏繞堆疊在集輸管路上升管系統的彎曲處。

最壞的情況為,絞盤摩擦效應會導致災難性的后果。在某些情況下,從管線內部取出連續油管的過程中,絞盤摩擦效應會致使油管磨損穿透管線外壁,損害管線的完整性,進而釋放管內碳氫化合物到海洋環境中,需要繳納巨額罰款來消除對環境的影響。值得注意的是,在應用連續油管開展的其他井下作業期間也會發生類似事故。而較差的情況為,絞盤摩擦效應會阻礙連續油管下放到位,最終影響平臺棄置作業的順利完工。

小型化連續油管系統的應用實例

這種“小型化連續油管系統”曾成功應用于西非FPSO船(浮式生產、儲油、卸油船)的集輸管路上升管系統,主要是拆除一段470米長的砂堵管線。我們知道,FPSO船的設備可堆置空間相對有限。在作業期間,安置連續油管設備占用了一小部分的甲板空間并經過一個柔韌性的潤滑器進入上升管的入口端(距離上部平臺處理設備達60米)。由于裝備占據了較小空間,因此為操作人員提供了更加寬裕的作業空間,為后期作業提供了便利條件。

Murchison平臺棄置工程“遭遇”相似的挑戰,除去連續油管滾筒以外的其他設備都需要通過人力從堆置區移動到安裝位置。石油圈原創www.h29736.cn

由于新型連續油管系統的結構設計具有極高的輕便性,因此可以部署在上述案例中。典型的連續油管驅動頭重量可達6噸,而新型設備僅為1.5噸,重量降低了75%。新型設備在應用過程中,單個模塊的驅動頭重量約為200千克。除此之外,新型設備結構設計要求部署在水平面上,利于在無提升裝置支持的情況下完成設備安裝。

其實,創新型復合管材的應用是造就新型連續油管系統極具輕便性的主要原因。當連續油管浸沒在水中時,傳統型連續油管所受的浮力是1.4磅/英尺,而新型管材系統所受的浮力要大于7.0磅/英尺,因此新型管材的綜合受力表征為0.25磅/英尺。此外,新型管材的最小彎曲半徑是36英寸,其通過管線彎曲處的性能明顯優于鋼質油管。

新型管材系統將低標準的抗彎剛度與高浮力兩種性能進行結合,可使其向下推進至863米,在開始的150米長度內,可順利通過各處彎角,這期間的下推力約為200千克。建模研究發現,相同尺寸的鋼制連續油管的下推力為3000千克,分析認為是鋼制管線的重量導致了絞盤摩擦效應突出。新型的連續油管系統得益于創新型復合管材,顯著縮小了設備體積,有效降低了作業成本、管線受力及其他必需的平臺資源(比如空間、柴油燃料等)。

新型設備從平臺井口甲板堆放區下放,人工移至安裝區域,之后安裝新型復合管材連續油管滾筒。連續油管入井作業前會經過鵝頸管,保證以正確方位順利通過注入頭和防噴器。在油管通過壓力控制系統后,通過一套抗壓級別為5000psi的柔韌性潤滑器,將油管連接到熱分接系統的接入點處,連接長度約為25米(便于穿過90°彎角繞過上部結構)。

連續油管送入接入點后會貫穿一個90°彎角,進入水下上升管線部分,先后經過45°與90°兩個彎角后貫穿海底管線至862米處。

轉向接頭、雙背壓閥與特制噴射頭用于清潔管線,之后利用0.74英寸的水泥噴嘴泵送水泥。待用的膨脹型水泥在使用之前需要通過嚴格的測試程序。在測試期間,一定體積的水泥會被放置在一個壓縮測試單元內,并承受沖擊壓力。前后共測試兩種情況下的水泥樣品:不稀釋樣品;摻水稀釋25%的樣品。兩種測試樣品的抗壓強度均滿足現場作業要求,稀釋樣品的抗壓強度較不稀釋樣品下降了15%。石油圈原創www.h29736.cn

小型化連續油管系統的優勢

使用新型連續油管系統可快捷高效地清洗整條管線,保證管內物質殘余濃度小于40毫克/升。設備安裝、清洗P1管線至需達的清潔度以及水泥封堵,共耗時52小時;針對P2管線,相同的作業流程共耗時24小時。在P1管線內約形成796米的水泥封堵段,P2管線內相應數據是730米。經壓力試驗測定,兩條管線內均形成了堅固的水泥封堵段,為后面進行管線拆除作業打下了良好的基礎。

在不到一周的時間內,兩條待廢棄管線(P1和P2)清洗后的管內原油殘余濃度均小于40毫克/升,之后使用膨脹型水泥進行封堵。運營商在平臺棄置工程中,與傳統型連續油管系統相比,新型“小型化連續油管系統”的“登場”可以降低作業成本,快捷高效,值得推廣。

作者/Adam Wilson ?譯者/姚園 ?編輯/魏亞蒙

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