深水救援井井位優選方法探究范文

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《石油勘探與開發雜志》2015年第六期

摘要：

分析了深水救援井井位選擇影響因素，針對南中國海深水作業環境及不同平臺定位方式提出了救援井與井噴井最小安全距離計算方法，并進行了實例分析。進行深水救援井井位選擇時，除了考慮淺水救援井井位選擇的影響因素，還存在深水作業環境造成的難點，需要考慮作業期間海況、井場調查資料、井噴井狀態和發展趨勢，選擇的井位對救援井軌跡設計、探測程序、探測工具施工難度、后期動態壓井作業的影響，以及平臺火災熱輻射半徑、平臺定位方式等。南中國海深水救援井井位選擇要考慮臺風和內波流這兩個關鍵因素。對于錨泊定位平臺，主要考慮布錨方案、內波流及臺風影響；對于動力定位平臺，主要考慮平臺作業窗口和其他作業船只的影響。基于南中國海深水救援井井位選擇影響因素的分析，結合實例給出了救援井井位優選方法。圖4表1參16

關鍵詞：

深水鉆井；救援井；井位選擇；最小安全距離

當某井在鉆完井或者油氣田生產過程中發生井噴失控后，從距離井噴井一定的地面安全距離處鉆1口或者多口井至噴層頂部或井噴井井筒內，通過注水泥、水淹、動態壓井等方法阻止地層流體通過井噴井井筒繼續泄漏至地面，以達到恢復井噴井正常作業或者壓封噴層的目的，這類井稱為救援井[1-5]。深水救援井設計面臨諸多挑戰，例如水深增加或儲集層埋藏淺導致救援井軌跡狗腿度大[6]；井噴井套管尺寸或井眼尺寸大導致動態壓井所需排量高，要求地面設備壓力等級高[7]；救援井井斜過大導致探測工具無法下入[8]；救援井與井噴井切入角大導致探測工具有效探測范圍變小等。此外，還要考慮作業期間海況（如臺風、海洋內波）及井噴井狀況、發展趨勢等[9-13]。按照假設的最惡劣工況進行救援井設計是目前國際及國內認可的做法[14-15]。救援井設計的第一步就是確定救援井與井噴井之間的距離，也就是進行救援井井位的選擇。救援井與井噴井距離過小會影響到救援井本身的安全，過大又會給后續軌跡設計、連通、探測及壓井帶來挑戰。因此，選擇安全合適的救援井井位對救援井設計及實施至關重要。本文針對南中國海深水作業環境及平臺定位方式提出救援井與井噴井最小安全距離計算方法。

1救援井井位選擇考慮因素

1.1淺水救援井井位選擇考慮因素淺水通常采用自升式鉆井平臺、導管架平臺或者錨泊定位平臺進行作業。淺水救援井井位選擇通常考慮以下因素：①原作業井平臺是否完整，如是否發生沉沒、著火爆炸等；②作業期間風、浪、流、浮冰情況；③原井是否發生地下井噴；④原井是否出現地下淺層充氣；⑤原井泥面處是否有流體泄漏，如果是氣體考慮氣體上升過程中的影響；⑥淺層地質概況，如淺層氣、古河道、淺層斷層等；⑦對于錨泊定位的平臺還要考慮布錨方案。

1.2深水救援井井位選擇難點①水深及儲集層埋深。對于相同埋深的儲集層，隨著水深的增加可鉆的地層就減少。例如南中國海某超深水井水深超過2400m，儲集層埋深只在泥面以下不到600m，要求660.4mm（26in）井段就開始造斜，而且上部井段狗腿度要達到5°/30m才能滿足下部井段探測要求。對于這種井，救援井軌跡設計難度將成倍增加，探測段井斜角超過78°，導致探測工具無法下入，給測距及連通帶來很大挑戰。為了解決該問題就要不斷減小救援井與井噴井之間的距離，而這將大大增加作業安全風險。②探測工具使用要求。目前常用的探測工具有wellspot系列。深水井探測工具要求：井眼井斜小于37°；探測段狗腿度不能超過3°/30m；救援井和井噴井在空間上的夾角不能超過45°；保證足夠長的探測段以便逐漸逼近井噴井，一般要求探測到井噴井后還有不少于200m的探測段。③連通點選擇。連通點或者壓井點是指救援井與井噴井連通，保證壓井液或者其他封堵流體（如水泥等）可通過救援井直接注入井噴井的深度。連通點的選擇與探測工具有關，探測工具要求被探測源必須是套管或者鉆具等金屬，同時要求可探測深度以下至少有150m的可探測源。wellspot系列探測工具最大探測范圍77m（250ft），因此連通點應在井噴井最后一層套管鞋或裸眼有鉆具處。一旦確認連通點就要考慮選擇的井位是否滿足探測工具測距的要求，如果不滿足就要重新調整井位。除了以上3點，還要考慮：在實施救援井過程中井噴流體對平臺安全的影響，例如噴出流體是原油或凝析油等時在海面的漂浮；溢油處理船只及設備在海面作業時對救援井的影響，例如深水溢油處理船只一般采用動力定位，這就要考慮動力定位失效后船體對救援井平臺是否有碰撞風險；井場調查，例如是否存在淺層水、泥火山、海底滑坡等；井口穩定性分析等。

1.3南中國海深水救援井井位選擇關鍵因素世界各地深水區域都有其各自的特點，在進行救援井井位選擇時還要根據海域特點考慮特定因素的影響。例如，在墨西哥灣和巴西區域由于受環流影響可能導致平臺漂移，西非地區作業環境相對溫和，主要是受雨季影響，而在南中國海還要考慮臺風和內波流這兩個關鍵因素。

1.3.1臺風南中國海是臺風多發海域，由圖1可知，臺風多發季節為6月至11月。僅2013年就有14次臺風對南中國海作業造成了影響，選擇合適的作業窗口進行作業不但可以減少避臺次數，減少非生產時間，而且作業更安全。對于救援井平臺來說，如果遭遇臺風，在無法及時撤離的情況下，就需要應急解脫避臺，一般有兩種方式：懸掛隔水管或者起出所有隔水管及防噴器。采用懸掛隔水管進行避臺就要考慮是否有足夠的距離從井噴井平臺附近撤離。

1.3.2海洋內波海洋內波是指在密度穩定層結的海水中產生的一種波動，也叫重力波或者內慣性重力波。海洋內波要同時具備流體密度穩定分層和擾動才能產生，在傳播過程中受到水深、剪切流等周圍環境影響，最大振幅出現在海面以下幾十米到幾百米不等，振幅高達200m。內波流對深水平臺有重大危害，特別是在建立隔水管閉路循環系統后，如果檢測不及時，采取措施不當，使平臺漂移距離過大，會對平臺本身造成損壞，導致作業中斷。表1是南中國海某深水平臺在水深620m左右區域作業的某井遭遇的內波流情況，可以看出，內波流導致平臺最大漂移137m，因此在救援井井位選擇時要考慮救援井平臺及井噴井平臺遭遇內波流的情況。

2深水救援井與井噴井最小安全距離

一般國際上認可的深水救援井安全距離至少是457m（1500ft）。深水作業平臺定位方式分為錨泊定位和動力定位兩種，一般水深小于1500m時推薦使用錨泊定位方式，水深大于1500m時使用動力定位方式。本文在考慮救援井井位選擇影響因素的基礎上，給出針對兩種不同定位方式平臺的救援井與井噴井最小安全距離計算方法。

2.1錨泊定位平臺對于錨泊定位平臺，主要考慮布錨方案、內波流及臺風影響，救援井與井噴井最小安全距離可由下式計算。此外，根據API標準[16]，為了防止鋼纜或錨鏈與平臺浮筒發生碰撞或磨損，要保持錨鏈或鋼纜與平臺浮筒的夾角大于38°。

2.2動力定位平臺對于動力定位平臺，主要考慮平臺作業窗口（即需要應急解脫時平臺最大漂移距離）和其他動力定位船只（如海面溢油處理船、封井器安裝船、ROV（遙控操作裝置）工程船等）的影響。如果救援井平臺與井噴井平臺之間有工程支持船，且兩平臺均發生火災，則救援井與井噴井最小安全距離可由下式計算。

3救援井井位選擇實例分析

3.1錨泊定位平臺救援井井位選擇圖2為南中國海某深水井示意圖，水深620m，轉盤面海拔26m，海底錨鏈長度621m，平臺寬度72m，平臺長度80m。考慮到救援井與井噴井平臺能力相當，可以認為兩平臺尺寸及布錨方式相同。

3.2動力定位平臺救援井井位選擇圖4為南中國海HUSKY大力神鉆井平臺，作業水深1454m，轉盤面海拔31m，隔水管張力器和隔水管伸縮節最大伸長6.5m，防噴器高度12m，DP3動力定位，平臺長度114m，平臺寬度78m。為了計算救援井與井噴井之間的最小安全距離，假設可能出現3種工況：①由于海況影響或者定位系統失效，救援井平臺和井噴井平臺同時向對方靠近，達到如圖4所示的應急解脫線；②兩個平臺均發生火災，熱輻射模擬工況與圖3相同，熱輻射半徑為80m；③兩個平臺之間有ROV或溢油回收等工程船作業，工程船最大長度78m。從目前南中國海作業歷史來看，內波流引起的平臺漂移距離未超過平臺應急解脫時漂移距離，因此內波流的影響可以忽略。國際保險公司推薦安全距離為500m。在實際作業中要根據具體情況進行風險評估來確定井位，在保證安全的前提下盡量縮短距離，因為距離越小救援井軌跡控制越容易，探測及連通的成功率也大幅提高。

4結論

分析了深水救援井井位選擇影響因素，包括作業區域環境，井噴井狀況和發展趨勢，水深和儲集層埋深，以及救援井軌跡、連通點、探測工具等。南中國海深水救援井井位選擇要考慮臺風和內波流這兩個關鍵因素。對于錨泊定位平臺，救援井井場調查及布錨錨鏈長度是井位選擇的關鍵因素。對于動力定位平臺，救援井井位選擇要綜合考慮平臺應急解脫時漂移距離、平臺最大尺寸、平臺火災熱輻射半徑、井噴井與救援井之間作業船只等因素的影響。針對南中國海深水區域特點，提出了不同平臺定位方式的救援井與井噴井最小安全距離計算方法，并進行了實例分析。

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作者：趙維青 龐東豪 張玉山 冷雪霜 單位：中海油能源發展股份有限公司工程技術公司