液压举升装置修井作业的井控安全探讨

丁鹏飞

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

1 液压举升装置简介

液压举升装置[1]是解决海洋边际油田及无修井机平台开发开采的一种新模式，也是解决双井区平台作业量大的一种新方法。传统的陆地液压修井设备因设备自重、占地面积、作业通径、抗风能力等诸多限制因素，无法满足海上平台的作业要求；而液压举升装置具有体积小、重量轻、功能齐全、灵活性强、模块化安装等特点，能够满足海上平台大部分作业的需求，目前已在渤海海域应用于常规修井作业十余井次。

1.1 装置特点

该装置与常规钻、修井机修井模式不同，自有一套完整独立的系统，其系统主要由举升系统、井控系统、循环系统、旋转系统、液压系统、发电机、空压机及相关附属设备组成，可实现自给自足。该装置具有设备结构简单、单件设备重量轻、占用场地小、安装方便等特点，有套管头承载[2](图1a)和导轨滑移承载(图1b)两种作业方式。导轨滑移承载是依托平台自带修井机导轨，安装液压举升装置专用底座，其优势是在批量作业时，减少设备拆装次数，提高作业效率，同时针对部分极限井位，可不受吊车爬杆吨位的限制，作业适应范围广。套管头承载方式是依托作业井的隔水导管来承重，其优势是单井扶井时效快，通过吊车配合即可进行设备的拆装。液压举升装置安装调试正常后，通过液压缸上游动卡瓦的往复运动与固定卡瓦相互配合来实现井下钻具的起下作业(图2a)。油管单根卸甩在上工作篮进行，依托两台小绞车，通过钢丝滑轮，由管桥代替猫道、坡道。管柱附属井下工具、电缆及液控管线的起下以及固定装置(电缆护罩等)的安装拆卸，均在下工作篮进行(图2b)。

1.2 井控风险

常规钻、修井机通过顶驱或者游车大钩来起下井下钻具，若出现溢流、井涌等井控风险时，可以较快地将管柱放至合适位置，然后实施关闭防喷器和抢装考克等井控控制措施。而液压举升装置起下井下钻具是通过液压缸的往复运动来实现，将一卡瓦置于液压缸的顶部，该卡瓦为游动卡瓦，另一卡瓦置于液压缸中部的工作台，该卡瓦为固定卡瓦，游动卡瓦依托于液压缸的往复运动与固定卡瓦相互配合来实现管柱的上提和下放。由于受到液压缸高度的限制，游动卡瓦单次最大行程3.3 m左右，所以，通常起出单根油管(9.5 m左右)需要举升3～4次，在起下井下工具时，受到卡瓦通径的限制，还需要根据工具的长度调整好相应位置，然后将游动卡瓦和固定卡瓦依次挪开，待工具下过相应卡瓦后，再将卡瓦推回原位。若井内发生溢流、井涌等情况，在该作业方式下，井控处理速度明显受限，尤其是在起下工具过程中。所以，规范好不同井况下液压举升装置井控的处理方式，对现场安全作业尤为重要。

2 井控管理

井控无小事，因海上油田的特殊性，若发生井喷事故，存在爆炸风险高、人员逃生难、溢油易扩散、救援难度大等诸多问题，而且液压举升装置作为非常规修井装置，海上平台应用少，建立针对液压举升装置的管理体系和规范井控处理措施，对保障该类装置的井控安全至关重要。

2.1 体系制度

建立针对海洋油田特有的液压举升装置作业管理体系，从作业前、中、后3方面细化管理，明确各方职责，制定完善的人员及设备审查机制、设备安全操作规程、维护保养制度、隐患整改台账等，严格把关出海设备的井控完整性及设备完整性。成立现场级井控工作小组，明确各成员的岗位职责[3]，作业前进行井控设备交底，作业中落实井控巡检保养制度及井控例会制度，作业后总结井控不足之处，并完善整改。

2.2 应急预案

针对液压举升装置的特殊性，编制针对性的应急预案[4]，根据不同的井下工况，制定相应的应急处理措施，重点需要相关作业人员明确不同应急情况下的各自岗位职责及处理步骤，正式作业前进行相应演练，通过演练来提升作业人员及管理人员的应急处理反应，提高安全技能和应急逃生能力，保证自身和他人的生命安全。

2.3 安全培训

作业人员的水平参差不平，对制度体系和相应的应急预案认知不足也是现场的一项重大隐患。为提高作业人员的安全意识，首先要保证个人的安全技能达标，上岗人员对相应设备能熟练操作，并能在紧急情况下采取有效的处理措施，不达标者严禁出海作业。另外需要不定期对现场作业人员进行安全教育及警示，绷紧安全这根弦，只有全员的安全意识提升，才能保证现场的作业安全。

3 井控应急措施

根据液压举升装置的特殊性，井控应急状态主要分为4个方面，针对上文提到的液压举升装置井控风险，制定在不同井况下的井控处理方式，规范井控处理流程，最大限度地控制和规避井内的溢流及井涌等井控风险。

3.1 空井状态

空井时发生井控问题主要由于起钻抽吸、未灌满钻井液，或者前期循环脱气不完全等原因导致气侵，天然气长时间向上滑脱并接近井口，进而导致液柱压力迅速降低出现井涌。空井状态下因井内无钻具进行循环脱气压井，故较正常状态下压井更加困难。液压举升装置单次只能起下一根钻具，无法像钻、修井机一样两根立柱或三根立柱抢下钻具，而且液压举升装置下入钻具的速度每小时在10～15根，在井内气侵状况无法确定的情况下，若强行抢下钻具，可能存在井内钻具深度不足和悬重较低，受到井内气体的上顶力，导致钻具上移，风险将更高。所以，空井出现溢流时，应立即关井，优先选择置换法压井，具体操作步骤如下：

①发出溢流、井涌报警信号；②关闭全封闸板或剪切闸板防喷器；③打开液动放喷阀；④报告现场监督和作业队长；⑤记录关井后10～15 min的套管压力和循环池井液增量；⑥计算最大允许关井套压，即井口额定工作压力、套管抗内压强度80%和地层破裂压力减去管鞋以上液柱压力，不超过上述三者中的最小值；⑦在控制好关井套压前提下，通过重复挤注压井液、关井记录套压、开启节流阀释放气体及压力，直至关井套压为0；⑧打开全封闸板或剪切防喷器，抢下钻具，做好观察，下至预定深度后进行循环压井。

3.2 起下管柱状态

液压举升装置相对于常规修井机，在起下钻方面主要不同就是起下钻速度及起下方式。起下管柱主要分为两种情况：带电缆和不带电缆。所以发生溢流后，若有电缆，将电缆迅速剪断并固定好，下放管柱至合适位置，进行压井：

①发出溢流、井涌警报信号；②剪断电缆并固定(若有电缆)，将钻具下放至能关闭防喷器的合适位置；③连接考克及管线，关闭相应防喷器；④打开液动放喷阀；⑤报告现场监督和作业队长；⑥记录关井后10～15 min的立管和套管压力、循环池井液增量及时间；⑦根据现场实际情况，采用司钻法或工程师法进行压井；⑧必要时可关闭剪切闸板防喷器。

3.3 起下工具状态

液压举升装置井控风险最高的环节为起下工具状态，因为工具外径较油管大，受到装置结构的限制，在起下工具时，需要依次将游动卡瓦和固定卡瓦从井眼位置移开，卡瓦拆装每次需要几分钟的时间，若在该时间段发生溢流、井涌等情况，无法及时将钻具放至合适位置抱防喷器及安装考克等井控措施。在常规修井中，大外径工具主要有油管挂、封隔器、井下安全阀等，另外解、联泵过程也是井控防护的重点时期。所以，主要针对该两种状态，制定相应的井控防护措施。

3.3.1 大外径工具

起油管挂，该状态是井内管柱已经解封，井内圈闭气已释放，故解封后二次循环脱气必须彻底。连接过电缆封隔器，除了要移动相应卡瓦外，还需要连接动力电缆，工具入井准备时间较长，连接此工具前需确认井况状态。若发生井涌等情况，处理原则就是根据现场实际作业状态，能尽快实现关闭防喷器进行压井，起或下工具状态下处理原则一致，下面介绍工具起钻状态下相应井控处理措施。工具主要分为3种状态，在固定卡瓦以下、在固定卡瓦和游动卡瓦之间以及在游动卡瓦以上。

首先，发出溢流、井涌警报信号。

其二，工具在固定卡瓦以下，剪断电缆并固定(若有电缆)，将钻具下放至能关闭防喷器的合适位置。工具在固定卡瓦和游动卡瓦之间：井内无电缆，根据上工作篮处钻具位置，若能直接装接考克，且钻具位置合适可直接关闭防喷器，进行循环压井；若上工作篮处钻具位置过高，则建议将工具下至井筒内，必要时可再抢下一根钻具后下放至合适位置关闭防喷器。若井内有电缆，迅速剪断电缆并固定，下放工具至井筒内，根据上工作篮处钻具位置，必要时再抢下一根钻具后下放至合适位置关闭防喷器。工具在游动卡瓦以上：将工具卸甩，井内无电缆，则调整钻具位置后关闭防喷器；井内有电缆，则在下工作篮处迅速断电缆并固定，根据断电缆处下放钻具至合适位置，必要时再抢下一根钻具后下放至合适位置关闭防喷器。

其三，后续步骤参照起下钻相关步骤。

其四，必要时可选择合适位置关闭剪切闸板防喷器。

3.3.2 电泵机组

因机组的特殊性，解、联泵时发生井控事件处理手段较为繁琐。液压举升装置解、联泵时需要通过装置自带桅杆或者吊车进行相应作业，针对普通合采电泵和Y管分采电泵采取不同的处理方式，均以联泵为例。

普通合采电泵：渤海油田常用普通合采电泵管柱长度基本在20～25 m，液压举升装置桅杆提升至最高处后距防喷器喇叭口高度约23 m。发生溢流后，若井内机组总长度可以满足吊车或者桅杆整体提出的要求，则在整体提出后，按照空井状态进行压井。若无法全部提出，则根据井内机组总长度，拆掉一节或整体拆掉两节电泵后，将剩余部分全部提出再关闭全封闸板防喷器。若机组已与油管连接，则迅速剪断电缆并将其固定，抢下部分钻具后，按照起下管柱情况进行压井。

Y管分采电泵：①Y接头与电泵还未连接，则将井内机组全部提出，若无法全部提出则迅速拆掉一节或整体拆掉两节电泵后再将剩余部分全部提出，卸掉Y接头后，按照起下管柱情况进行压井；②Y接头与电泵已连接，则迅速剪断电缆固定后，抢下部分钻具后，按照起下管柱情况进行压井。

3.4 钢丝电缆状态

使用液压举升装置进行钢丝电缆作业前，要充分循环脱气，保证井筒稳定性，作业前按照要求安装钢丝电缆防喷器组并试压合格。此状态下主要分为空井测试和井内有钻具两种情况。

空井测试：若发生溢流，根据现场实际情况，看能否将电缆全部起出井筒；若溢流较严重，则严禁起出测井仪器，应立即关闭环形防喷器，并请示监督是否需要剪断电缆，后续按照空井状态进行压井。

井内有钻具：若发生溢流，根据现场实际情况，看能否将钢丝电缆全部起出井筒；若溢流较严重，则通过防喷管处三通进行循环压井。

以上4种井控应急处理方式基本涵盖了使用液压举升装置修井作业过程中不同井况下的应急情况，因装置结构的特殊性，在其处理方式及时效上较常规钻、修井机有着明显的差距，但是处理原则是一致的，都需要尽快将溢流等井控风险控制到一级井控状态，故需要现场管理人员及相关操作人员熟知设备性能及相关应急预案。

4 结 语

液压举升装置在海上平台的成功应用，解决了双井区平台作业量大的难题，同时为边际油田及无修井机平台的开发开采提供了新思路。液压举升装置修井常态化趋势十分明显，所以液压举升装置的作业安全和井控安全需要高度重视，构建起完善的体系管理制度及井控监管机制，将各项安全管理职责进行严格落实，才能最大程度地降低该类装置的安全事故，同时促进边际油田及无修井机平台的开发开采。■