人造海床(ABS)技术

第29卷第2期石油Vol. 29 No.2.2007年4月OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOCYApril 2007文章编号:1000 - 7393(2007 )02 -00108 -03人造海床( ABS)技术魏裕森陈德唐海雄刘正礼(中国海洋石油深圳分公司,广东深圳 518067)摘要:随着世界各国对资源需求的增加及陆上和海上浅水区油气发现难度的增大,促使石油界不断加大对深水区的勘探。但高昂的作业成本和设备要求,尤其是深水钻井船数量有限等诸多因素也制约了深水油田勘探开发。鉴于此,挪威技术开发公司Atlantis Deepwater Technology Holding (ATDH)提出-种全新的深水观念一人造海床ABS( Artifical Buoyant Seabed)技术。该技术应用浮筒浮力原理人工提高海床,实现了浅水设备在深水勘探和开发中的应用,从而大幅度地降低作业成本,便于有效地维修井口和开发边际小油田,同时避免了浅层气和泥线处低温高压对海底设备影响等安全问题,缓解了深水勘探开发与钻井船数量有限的矛盾。文中简要介绍人造海床技术的观念、应用、优点及施工工艺等,该技术有望在中国南海得到很好的应用和发展。关键词: ABS单元;聚合脂系泊;水中防喷器中图分类号:TE951文献标识码:A在过去10多年间",深水(水深超过500m)勘Samriddhi 深水项目可行性研究。同时在刚果,尼日探和开发工作大规模的开展,全球共发现大约580尼亚，美国,加拉大,墨西哥湾,巴西等深水区块也正亿桶油当量的油气资源,超过1995年后全球发现储在做可行性研究。量一半。尽管深水油气发现迅速,但是,到目前为1.1.2国内.2004年10月10日,中海油田服务止,所发现的深水油气不到世界油气的总当量5% ,股份有限公司深水钻井装置的初步室内水池模型实其中只有20%左右的资源进人开发阶段,投人生产验及计算机模拟项目通过验收。2004 年7月初,挪的还不到5%，这说明深水海域潜力巨大,同时展示威技术开发公司Atlantis公司向中海油田服务公司了深水开发面临巨大的挑战。为减少勘探、评估和介绍了其深水钻井浮动海底装置人造海床系统。该开发生产作业成本,实现简便有效维修水下设备,获系统对中海油服走向深水钻井和深海油气开发有很得更优、更快、更有效开发模式,挪威技术开发公司好的借鉴作用,中海油服专门立项对系统进行检测Atlantis Deepwater Technology Holding ( ATDH)提出论证。2005年,中海油田服务股份有限公司和Al--种全新的深水观念一人造海床ABS(arificallantis公司达成了一致意见,双方共同成立一个公司buoyant seabed)技术。该技术应用浮筒浮力原理人进行系统的研制开发和海上钻井试验协议,在最近工提高海床，实现了浅水设备在深水中勘探和开发2年做了大量室内研究和项目攻关,该技术有望于中的应用。2007年6月在中国南海做首次现场试验。1.2 结构及工作原理1人造海床技术ABS技术是一种独特而简单的方法,ABS通常1.1研究现状安装在浅水中,深200 ~300 m,代替真正海床,在表1.1.1国外2003年3月,ATDH公司花费6年时面使用直径508 mm套管串回接第1根表层套管作间研究开发出全尺寸的人造海床系统,并在挪威海为锚定新海中的手染过哉音吐着浅水井口、防喷器域进行了人水、拖航和压载试验,大规模试验证明,和生TYH中国煤化工海床上,从而实现浅该技术能够减少深水钻井作业费用。在印度, AT-水设CNMH G用。DH公司正在加紧与印度石油公司ONCG讨论Sagar人造海床系统主要由ABS单元和控制单元来作者简介:魏裕森,1981年生。2005 年毕业长江大学石油工程专业,现为钻井工程师。电话:0755 -26890347。魏裕森等:人造海床(ABS)技术109构成。ABS单元其主要作用能提供足够的浮力和头连接浮式软管和隔水管,具有悬挂任何数量隔水张力作用在套管,以保证井始终都在垂直方向上,同管、安装和维修容易、安全等特点,适合于生产井和时ABS偏移也是通过来源于浮力作用的顶部张力注人井连接,也可仅作为一种隔水管进行服务。控制实现的。现有的16 m直径的ABS单元能够提ABS供220 t浮力,其中130 t浮力增加在安装控制过程套管中辅助控制淹没和提供向上的张力。通过大量模拟和测试高级电脑程序,控制单元能有效控制合理的-隔水管顶部张力、监测实际涡流振动和疲劳损害，从而保证PLEM yu ( PLEM了在极恶劣环境下作业的安全可靠性。1.3 应用图3人造海床隔水管塔1.3.1 油田勘探 ABS单元实际上是一个钢罐人2技术优点造浮简,通过平台上压缩机来提供动力源。研究表明该系统结合taut - leg聚合脂系泊系统能大大提2.1节约成本高浅水钻井船的作业能力,可将仅400 m水深能力(1)ABS只需要下在200 ~ 300 m,不需要把防钻井船提高至1500~2000m,这就意味着低成本钻喷器和隔水管下在真正的海床,避免安装更长的隔机也能实行深水作业,从而缓解深水勘探项目与深水套管和重型防喷器,将提高钻井效率,减少非生产水作业船数量有限的矛盾,并且该结构有利于油气时间,研究表明,可节约1周的钻机时间。井早期生产测试,其结构见图1。(2)联合taut-leg聚合脂系泊系统,应用该技术,第二代/第三代低成本钻机经过改造可以取代高-空气压缩机控制单元成本钻机,研究预测可减少钻井成本30% ~ 50%。控制管线、隔水管防喷器柔性接头(3)在油田开发阶段,便于维修井口和钻部分-压舱阀调整井,并且由于增加相当的钻井船能力,所以全部塑料组件克弯 曲加强杆ABS结构单元钻修井作业由低成本钻井船和井控设备来完成，研可伸缩性套管可伸缩性套管接头究预测修井成本可减少30% ~ 60% ,钻完井成本可海床连接头降低20% ~40%。表层套管-(4)ABS生产系统能实现多口井共享- -个ABS图1人造海床系统1.3.2 油田开发 人造海床观念适合油田早期生单元,并且大大减少浮式软管的长度和溢流保护器,产开发和小油田的生产开发,通过使用Atlantis公司节约成本。同时利用隔水管塔,有利于深水油田早的永久水下安装装置,可满足多口井共享一个ABS期开发和合理经济开发小边际油田和偏远袖珍型单元,作为一种井塔(图2),不仅能使用浅水水下井:未知地质构造区块深水油田。2.2水中 防喷口、采油树,便于修完井作业,而且还能在油田生产深水钻井的挑战性'”是位于泥线上的海底防中连接浮式软管,大大减少浮式软管的长度和溢流喷器组。从井控方面看,该结构局限性表现为:防喷保护器,增加其安全性,保证在恶劣环境下作业。器关井时间足以允许部分流体在隔水管中流动,长时间的压井和节流管线加大了摩擦损失、甚至会危及井控;防喷器组件承受着过渡热力学作用、易发生损坏,增加了钻机的非生产性时间。为减少防喷器中国煤化工构水面防喷器组和高压MH隔水管损坏时在泥线处或.CN MH G而应用ABS人造海图2人造海床开发典型 图床，只需要能把轻型防喷器下人水中,具有水下防喷针对偏远小油田的开发,人造海床观念又派生器和水上防喷器的优点，避免浅层气和泥线处低温一种技术隔水管塔,如图3所示,该技术通过柔性接高压对海底设备的影响。110石油钻采工艺2007 年4月(第29卷)第2期田,钻孔揭示纯天然气层厚56m,含气构造面积603人造海床系统施工方案km2 ,预计可采储量(1133 ~1699)x10* m'。首次在人造海床系统单元施工大概要花费3~5d,该中国领域海内发现的深海气田,也是迄今所发现的施工作业需要2艘拖轮辅助施工，整个施工过程主最大气田之一-。要分5个步骤。4.4 中国海洋油田服务有限公司引进该技术(1)钻表层,下0508mm套管,使用装有缆绳的ADTH公司已于2005年10月与中国海洋石油拖轮拖ABS单元到平台附近待命。有限公司下属的中国油田服务有限公司(COSL)签(2)使用另外一艘预装有缆绳拖轮,连接ABS署了最后的协议,根据协议,COSL将投资900万美单元另一个方向,靠反作用力就位。元,购买挪威ADTH公司提供人造海床技术设备在(3)使用ROV分别在两缆绳两端装锁链,垂直一定区域内的专有使用权,所购买的这套设备将用方向依靠其重力,水平方向通过拖轮拉力定位。于中国南海及- -些亚太国家,包括澳大利亚。(4)下可伸缩套管管串,通过ROV回接海床，4.5南海深水小 边际油田以及偏远袖珍型未知地打压测试,释放缆绳和锁链。质构造区块油田的开发(5)下防喷器和隔水管到ABS单元上,继续下南海东部海域存在一定数量的边际构造,相信步作业。随着对南海深水领域开发的进--步认识,在深水中也将有一定数量的小/边际油田以及偏远袖珍型未4应用前景展望知地质构造区块油田,而这些区块单独开发不具备4.1 世界深水勘探项目经济效益,最大可能是利用邻近已有生产平台及设随着世界各国对资源需求的增加及陆上和海上备,这就意昧着采用浅水卫星水下井口结合人造海浅水区油气发现难度的增大,世界油田勘探作业不床技术具有较大应用前景。断扩大,在100多个海上油气勘探的国家中,有5结论50%国家正在对深水进行勘探。而目前全球只有20个作业公司涉足深水钻井，据估计，也只有65艘人造海床技术实现了浅水设备在深水中勘探和钻进水深1500 m的钻井船,其中半潜式有41艘。开发应用,从而大大降低作业成本，便于维修井口和中海油田服务公司有3艘水深能力在400 ~500 m开发边际小油田，同时避免了浅层气和泥线处低温半潜式钻井船，有望应用人造海床技术在南海深水高压对海底设备影响等安全问题，并且缓解了深水区域开发作出贡献。勘探开发与钻井船数量有限的矛盾,具有广阔的应4.2国内 深水勘探开发用前景。随着南海深水区块勘探和开发,人造海床国内在深水勘探领域的技术一直没有取得突技术不断的成熟和完善,笔者相信该技术观念在南破,主要面临挑战是钻井船能力有限，国内海洋石油中国深水勘探和开发有望得到很好应用和发展。钻井的工作水深-般未超过500 m,钻井设备钻深参考文献:能力一般未超过6000m。离当前世界最深水工作[1]《深水钻井技术译丛》编委会.深水钻井技术译丛水深超过3000 m;钻井装备钻深能力高达11000 m[M].天津塘沽:中海油田服务有限公司,2004 - 12.[2] 林威.哈斯基发现南海深水天然气中海油股价升5.有明显的差距。7% [ EB/OL]. [2006 - 06 - 16] htp://www. cs. com.4.3南海深水石油 天然气开发潜力巨大cn/ news1. j. com. cn/ news/0000527319001. html.2002年9月23日2),中国海洋石油开始面向[3] 徐海,李洁尉.我国南海北部深水区首次发现大气田国外公司公开招商,招商区块位于中国南海的12个[ EB/OL]. [2006 - 06 - 23 ] htp://www. chinainfo.中深水区块,这些区块为新的勘探领域，公司从未在中国煤化工2_ 139515. html.此水深进行过有针对性的勘探活动。参与招商的[4]MHCNMHGAlantis tehnlogy[J].12个深水区总面积约7.6x 10* km2 ,水深为300 ~2000 m。截至2006年8月] ,已经成功签定8个合(收稿日期2006 -09 -08)同。今年[“国内第1口深水探井荔湾3-1-1的在[编辑薛改珍]南海北部水深1500 m的白云凹陷深水区发现大气