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水下井口封堵與棄置前沿技術概覽

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水下井口回收工具可以實現井口快速回收,最大限度地降低運營成本,縮短鉆井周期。

編輯 | 大安

棄井是所有單井生命周期中不可規避的關鍵一環。雖然業內人士普遍認為棄井是一項毫無經濟回報的作業,但基于日益嚴苛的環保監管要求與ESG意識的逐步增強,這種聲音正在迅速弱化。由于海上作業運營成本高昂且施工風險較大,尤其是考慮到項目后勤保障、船舶租賃日費、平臺人員成本以及全套服務的相關成本等因素,使得水下油井永久性棄置作業成為一項極具挑戰性的難題。

備注:ESG是Environmental、Social和Governance治理的縮寫,是一種關注企業環境、社會、治理績效而非財績效的投資理念和企業評價標準?;贓SG評價,投資者可以通過觀測企業ESG績效,評估其投資行為和企業(投資對象)在促進經濟可持續發展、履行社會責任等方面的貢獻。

當前,越來越多的油田迫近服役年限,各國紛紛推出旨在恢復海底原貌的嚴格環保規定,導致水下井口封堵和棄置(以下簡稱P&A)技術的關注度日益升溫。另一方面,水下井口回收作業周期通常是決定棄置成本的主要因素,所以它能吊足行業的胃口,也是情理之中的事。

目前,行業內主要有兩種不同的井口回收工藝,都是從隔水導管和表層套管的內部切割,然后通過內部或外部的鎖扣來回收井口。

井口回收系統的發展

MOST(機械式、外鎖定、單趟下入)工具于1992年研發問世,是世界上第一個單趟下入式水下井口切割及回收系統。該系統目前已在全球各個近海盆地成功實施了超過1600井次的井口切割及回收作業,水深范圍從26米到3031米不等。該系統具有外部鎖緊機構,可以保護有價值的回收井口的內部表面,以備后期重復再利用。該系統功能性多樣,在無鉆機平臺,可以通過臍帶式部署和配合磨料射流切割頭開展P&A作業。

最新發布的第二代MOST Plus系統包含張力切割芯軸、非旋轉柔性穩定器(NRFS)、大直徑刀具與高角度刀片,性能得到大幅提升,可提供高達453.6噸的拉拔能力,以及破紀錄的600米旋轉切割深度。如果配合使用精密泥漿馬達,切割深度還能夠進一步增加。

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該系統通過外部鎖緊機構,使井口頭在切割作業中始終處于受拉狀態,割斷后第一時間受拉上行,不需要起鉆便能確認套管是夠割斷,大幅提高作業時效。此外,外部鎖緊機構能夠保護內部井口密封剖面不受損壞,同時也為井口總成提供了優越的側向支撐,消除了任何可能妨礙切割的側向沖蕩。如果出現系統故障,外部鎖緊機構還可以利用水下ROV輔助釋放。系統優化設計,使井口內有更大的流動面積,防止切割產生的金屬碎屑積聚(圖1和圖2)。

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圖2所示,利用MOST Plus系統成功完成水下井口切割及回收工作。(來源:威德福公司)

MOST Plus系統由多個小部件組成。表層套管和隔水導管被切斷后,外部鎖緊機構即可上提回收井口。外部鎖緊機構的主要部件包括最上部的閥蓋、抓斗殼體和井口抓斗臂,其他部件包括壓縮彈簧和樞軸銷,這些部件可以幫助抓斗臂抓牢井口外部剖面,消除對內部密封區域的任何損害,以利于回收井口的重復再利用。外部鎖緊機構加大了排泄間隙,便于切削產生的金屬碎屑返排,遠離工作機構,進而提高了工具強度,降低了工具失效幾率。

MOST Plus系統可以回收目前市場上部署的大部分井口。抓斗臂和外部鎖緊機構經優化改良后,能夠主動連接到井口外部剖面,可提供高達453.6噸的拉拔能力。此外,若干種型號的抓斗臂能夠根據井口剖面進行適當選擇。新系統增加的另一個重要特性是緊急釋放功能,一旦發生緊急情況,ROV可以通過移除釋放銷,實現系統與井口的快速分離(圖3)。

張力切割芯軸與彈簧離合器系統相結合,可以在井口鎖緊或釋放時以及切割過程中選擇性地傳遞扭矩。此外,芯軸中還集成了聚晶金剛石軸承,在嚴酷的水下切割環境中,具有優異的性能,并延長了工具的使用壽命。

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圖3所示,MOST Plus系統的抓斗臂和用于鎖緊或釋放的‘J’型凸耳。(來源:威德福公司)

MOST Plus系統還包含一個非旋轉柔性穩定器(NRFS)。柔韌的穩定器葉片可以順利通過井口頭的內徑限制,然后在套管的設計切割位置實現有效支撐,尺寸范圍從18?英寸到22英寸。管柱到達切割位置后,NRFS就能穩定地支撐在套管內壁上,使切割工具總成居中,穩定器葉片能夠很好地抑制側向沖蕩,從而使切割過程更快、更平穩。柔韌的穩定器葉片與獨特的水下軸承相結合,消除了金屬間的接觸,降低了切割過程中對刀具的損傷,提高了切削性能,節省了寶貴的鉆機時間。

新研發的M-24大直徑刀具進一步降低了偏心切割的可能性。這種刀具的幾何形狀提供了額外的穩定性,使切割套管效率更高,從而縮短操作時間。刀片設計了具有侵略性的高角度結構,減少了與套管的接觸面積,比標準直刀減少了25%以上,進而減少了完成切割所需從套管中切削進尺量。刀片還包括侵略性的雙刀頭接觸切割幾何形狀和特殊的碳化鎢材質,這都進一步提高了切割效率(圖4)。

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圖4所示為在挪威大陸架油田完成切割回收的井口總成。表層套管與隔水導管尺寸是22英寸X 36英寸。(來源:威德福公司)

 

操作

MOST Plus系統已經在北海、挪威海和巴倫支海等海域多次大顯身手,作業水深從109米到416米不等。表層套管與隔水導管尺寸配置包括20英寸X 30英寸、21英寸X 36英寸、22英寸X 36英寸。切割工具總成包括MOST Plus外部鎖緊機構、張力切割芯軸或泥漿馬達、NRFS、大直徑刀具和高角度刀片。

與傳統的切割方式相比,MOST Plus系統力證了它操作效率的高效性,即使是在大尺寸厚壁導管柱中,切割時間也大幅縮短。NRFS和大直徑刀具的突破性設計增強了切削過程中的穩定性,并使橫向震動最小化。地面振動也隨之減小,切割作業后無需進行井架安全檢查??偟膩碚f,與傳統的切割方式相比,MOST Plus系統可以節約數小時寶貴的鉆機時間。

同樣切割18?英寸X 36英寸的表層套管與隔水導管配置尺寸,MOST Plus系統切割用時僅為傳統方式的50%。

隨著海上環保政策的日趨嚴苛,能夠以安全、高效和環保的方式開展井口棄置作業,這對服務商和運營商而言,都是極為重要的。

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評論 1

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    匿名1個月前 (08-03)回復