海洋稠油热采平台井口区布置分析

罗莹孙继超马志刚胡晓明

(中国海洋石油工程股份有限公司,天津300451)

摘要不同于陆地稠油热采,海洋稠油热采规模开发作业将面临海洋腐蚀性环境、平台甲板面积受限、甲板单位面积载荷小等因素的制约。为保证海上稠油热采作业的安全实施,热采井口区布置为平台设计的关键。文章根据工程实际开发需求,以海洋热采井口区布置设计实例为基础,分析井口区相关布置的特殊性,并阐述影响海洋稠油热采平台井口区布置设计合理性的关键因素。

关键词稠油热采;海洋平台;井口区;注汽树

Heavy OilThermal Recovery Platform Wellhead Layout Analysis

LUO Ying, SUN Ji-chao, MA Zhi-gangHU Xiao-ming

(China Offshore Oil Engineering Company, Tianjin 300451, China)

Abstract: Unlike onshore heavy oil thermal recovery project, offshore thermal recovery mass production will face lots of restrictions, such as: the ocean corrosive environment, limited deck area and small deck load per unit area. In order to ensure the safe implementation of offshore heavy oil thermal recovery, the layout of the thermal recovery wellhead is the key to the platform design. According to the actual engineering development demand, take offshore thermal oil wellhead layout design as an example, analyze the particularity of wellhead layout, and expounds the critical factors influenced the rationality of the wellhead layout design for offshore thermal oil recovery platform.

Key words: heavy oil thermal recovery; offshore platform; wellhead area; steam tree

0引言

随着经济全球化,石油资源已然成为全球各国发展的重要基础资源之一。经过20世纪对常规油田的大规模开发后,伴随轻质油开采储量的逐渐减少,对地质储量远远超过常规原油储量的稠油资源来说,其开发将对未来满足世界能源需求起到至关重要的作用。我国稠油资源丰富,其中海上油田已探明的稠油储量相当可观,占到了已发现储量的70%[1]。不同于陆上稠油油田的开发,海上稠油热采与陆地相比,晚了将近半个世纪,且海上石油开采受海洋环境特殊,平台空间有限等条件影响,海洋采油平台在设计、安装及生产等各方面的风险都要高于陆上,因此,针对作为海上稠油热采平台一类一级危险区域的井口区布置进行分析,是保证平台热采生产安全可靠的设计关键,具有重要意义。

海上热采平台井口区是平台稠油生产输送的源头,因井口区所占平台空间受限,且区域内管道输送介质有高温蒸汽以及高压易燃的原油,因此完成其布置设计将不仅是满足设备摆放的空间需求,另一个重要工作是热采开产及工程开发的需求评估,使其布置在安全生产要求范围内。本文以渤海某蒸汽吞吐热采平台为例,详细叙述井口区布置设计过程,阐述海洋热采平台的特殊性及布置设计合理性的关键因素。

1稠油热采井口区布置设计基础条件

海上热采平台井口区布置不仅与热采工艺密切相关,同时也必须以海上工程开发的特殊模式为设计基础。现对影响海上热采平台井口区布置的设计依据进行简明描述。

1.1 蒸汽吞吐热采井口区设备及工艺流程

蒸汽吞吐热采井口区工艺设施主要包括:井口注汽树、采油树、井口控制盘、生产/测试/放喷管汇。其热采工艺流程图如图1所示。

海洋稠油热采平台井口区布置分析
1蒸汽吞吐井口区工艺流程图

与以往常规海上平台采油作业不同,稠油蒸汽吞吐开采流程需首先安装注汽树,通过注汽树向井下注入一定量的蒸汽,关井一段时间,待蒸汽的热能向油层扩散后,再进行放气,然后拆除井口套管头以上注汽树部分并安装电潜泵,同时更换为采油树进行产油。一个蒸汽吞吐热采工艺周期将经历注汽、闷井、放喷、生产4个阶段。

1.2 热采平台井槽及井口间距设计基础[2]

热采平台井槽布置首先应根据工程开发需要的钻机和修井机的类型及需钻的总井数来确定,如采用自升式钻井船打井,还需首先考虑钻井船伸出悬臂梁钻台的覆盖能力来确定热采井槽布置。热采平台井口间距需结合热采注汽树、采油树类型和尺寸参数等条件确定,同时还要综合考虑井口回接情况、井槽布局、井口区空间和管线布置的需求,以满足人员安全通行,热采注汽树、采油树操作、拆卸更换的要求。

据统计,现役海上平台井口间距均根据不同类型的采油树参数确定,目前常见的海上平台井口间距数值如表1所示:

1  常见海洋平台井口间距

注汽、采油树

      井口间距(mm

3 1/8”通径3000psi

不宜大于1800 X 2000

3 1/8”通径5000psi

不宜大于1800 X 2100

3 1/8”通径10000psi

不宜大于1800 X 2200

5 1/8”通径5000psi

不宜大于2200 X 2200

1.3热采注汽树、采油树结构形式

热采注汽树、采油树的布置需以其结构形式(外形尺寸参数,注汽口方向,油嘴方向)为设计基础,如图2右图所示,3 1/8”3000Psi注气树、采油树尺寸为:2242mm ×3710mm,其套管头以上较常规

采油树(1875mm ×1640mm高)高近2.1米左右,由此可见稠油热采注热作业专用注汽、采油树体积与

海洋稠油热采平台井口区布置分析

Tree24以往普通采油树相差较大(图2)。

常规采油树热采注汽树、采油树

2  热采采油树与常规采油树对比图

1.4热采井口区操维通道需求

海洋稠油热采平台井口区布置分析

热采平台井口区人员主要操作区域围绕井口注汽树、采油树周边,而人员操作通道需求,针对身高为1.8米常人的人员操作规定为:偶尔有人操作通道≥750mm,经常有人操作≥900mm,如图3、表2所示[3]。另考虑注汽树、采油树保温,井口区注汽树、采油树之间净间距建议考虑满足1000mm的净空需求。

3人员站立操作维修示意

人员站立操作维修净空需求

项目

最佳(mm

最小(mm

最大(mm

A

高度

2100

1900

——

B

宽度

900

750

——

C

上部自由空间

(对于重的部件要考虑吊装)

8301140

7201030

——

D

部件的高度

9351015

900

1200

E

可以到达的距离

270300

——

500

F

使用工具的净空

——

取决于环境和所使用工具的尺寸,在很多实例中最小需要200mm

——

2海洋稠油热采平台井口区布置

选取渤海某油田进行蒸汽吞吐热采模式的井口区开发方案为例,平台设有两层主甲板,标高分别为EL.(+)18米和EL.(+)26.5米,共设有16个井槽,一期投产10口热采井,钻井方式为导管架+自升式钻井船打井,针对此平台井口区布置,考虑以下两方案的可实施性。

2.1井口区注汽树、采油树同层布置

海洋稠油热采平台井口区布置分析
考虑井口采油树保温厚度(110mm),以井口采油树之间操作净间距≥900mm为基础,同时根据注汽树、采油树资料,依次排列井口采油树,反推估算井槽间距至少需调整至:2250mmX2350mm,如图4所示。

4井口采油树同层布置

2.2井口区注汽树、采油树双层布置

井口间距根据注汽树、采油树参数(3 1/8”通径5000psi),维持井槽中心距离2000mmX2000mm,为保证注汽树、采油树外侧操维空间,采取采油树分两层布置,考虑井口区结构最大结构梁高位588mm,井口区管线、支架、托架等占用结构梁下800mm空间,并同时结合注汽、采油树尺寸要求,得出结论:平台在增加采油树操作甲板的基础上,还需调整平台注汽树、采油树安装高度,如图5所示。

 

5井口采油树双层布置

2.3井口区注汽树、采油树布置方案对比

海洋稠油热采平台井口区布置分析
通过以上两方案对比,结合项目投产后使用钻井船打井工况,分析工程后期应用92系列自升式钻井船钻台工作需求,核实热采平台井槽间距2000mm×2000mm无法调整,故方案一采油树同层布置无法实现。

6  井口采油树分层布置俯视图

海洋稠油热采平台井口区布置分析

基于方案二采油树双层布置研究的基础上,考虑注气树保温,及后期采油树与注气树更换维修空间,以修改程度最小为基本原则,最终确定不增加顶层甲板标高,而通过在平台井口区12米处增加甲板,19米处增加甲板,井口区采油树分两层布置(一层采油树操作小平台为EL+15m处,二层注气树、采油树操作小平台为EL+22m),同时与采油树对应的测试生产管汇也分两层布置。如图6所示。另外针对此井口布置方案,同时在3D中进行了模拟设计,通过针对井口DN50以上的管线进行三维建模,在三维模型中测量得知,后期人员操作通道约达1.3米,可以满足热采平台操作人员后期操维需求,如图7所示。

7  井口采油树分层布置三维模型

3结语

通过对渤海某稠油热采平台井口区布置的研究与分析,得出如下结论:

1)热采平台井口区设计首先应根据工程实际开发需求(钻井方式、井口数量等)制定布置方案。

2)根据井槽布局方案、热采用注汽树、采油树之间应便于井口管道安装连接,且保证井口区注汽树之间的操维通道大于900mm,同时平台设计应针对井口注汽树、采油树的不同通径、不同压力级别、不同配管方案、不同配置等具体情况,选择较小尺寸的井口区布置。

3)针对尺寸高大的热采井口装置可以充分利用海上平台立体空间,进行双层布置,从而控制甲板间距。

参考文献:

[1] 姜伟.国外稠油开发技术的应用与思考[C].中国石油学会石油工程专业委员会钻井工作部2005年学术研讨会暨第五届石油钻井院所长会议, 2005.10.

[2] 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程设计概论与工艺设计[M]. 北京:石油工业出版社,2007.3.

[3]宋岢岢.压力管道设计及工程实例.第二版[M].北京:化学工业出版社,2012.10.

 

 

 

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