平湖油气田平台导管架防海生物装置的应用_刘孔忠

平湖油气田平台导管架防海生物装置的应用

刘孔忠 官耀华 仲 华

中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海,200030

摘 要 安装在海洋结构构件上的环状防海生物装置)))M GP(Marine Growth Preventer)在海洋自然力的作用下连续地撞击构件,并不停地沿着构件往复运动,使得海生物得到有效防除。平湖油气田在国内率先引进M GP 技术进行导管架的海生物防除,现场使用证明,MGP 对海生物清除的效果是比较理想的。

关键词 海生物 防海生物装置 多环M GP 单环M GP 海洋平台导管架等水下结构物一般都有海生物附着存在,海生物的存在会直接加大海洋结构的受力,使其荷载能力受到限制和削弱,同时,海生物的存在增加了海洋结构表面的不均匀性并破坏了飞溅区的保护涂层。海生物分泌物一般呈酸性,会加快海洋钢结构的腐蚀,从而进一步减小海洋结构的荷载能力,增加结构重量并增加投资,缩短结构物的使用寿命。

平湖油气田位于温热的东海海域,该海域适于硬质海生物的生长。经水下实测,平湖油气田投产后仅2年,其导管架大部分面积上的海生物的附着厚度已接近甚至超过海生物的设计厚度,在导管架的飞溅区问题更为严重。为此寻求一种经济有效的方法,使海生物的生长得到较好的控制,已经成为海洋石油行业需要解决的一个课题。

1 导管架海生物防治方法及比较

对海洋平台导管架等海上钢结构物上附着的海生物,传统防治方法有3种:1)在钢结构表面涂敷具有杀死或抑制海生物的涂层,如铜-镍涂料等;2)用电化学阴极保护技术抑制硫酸盐还原菌(SRB);3)对海生物进行定期机械清除,如由水下ROV 或潜水员实施的高压水清除等。

上述第1种方法,成本昂贵,实施困难,实用效果也不理想。第2种方法,主要是从腐蚀控制的角度来考虑的,对飞溅区不能有效发挥作用,并且这2种方法仅适用于新建的海洋钢结构,对已建结构实施则较为困难。第3种方法是目前采用的,效果较好,但需要每隔2~3年定期进行清除作业,因该项作业受海

况的影响大,作业时效低、风险大,成本较高。

在摒除各种传统方法的不足和充分考虑海洋坏境力学特点的基础上,一种比较理想的、采用防海生

物装置(Marine Grow th Preventer,简称M GP)进行海生物防治的技术问世,并在近20年得到迅速发展和应用。

防海生物装置(见图1、图2)是由工程塑料做成的环状结构,该装置可以放置在海洋结构物如导管架的各竖向、斜向、横向构件上,在涌浪、潮汐、海流等海洋自然力的连续作用下,不断地撞击构件并沿着构件做往复运动,即可以对已有的海生物进行清除,又可以防止使海生物赖以生存的各种微生物、浮游生物以及腐损物等附着在构件上,从而使海生物的生长得到有效的控制。据统计,MGP 的使用寿命一般在10年以上,它既可用于已固定的海洋结构上,也可以在结构物下水安装之前预先安装在相应的构件上。从经济上讲,该方法要比定期进行海生物清除的方法节省70%左右的投资。

图1 多环M GP I

第15卷第1期中国海上油气(工程)

Vol 115,No 11 2003年2月

CH INA OFFSH ORE OIL AND GAS (ENGINEERING)

Feb.,2003

图2单环M GP I I

2MGP的结构及工作原理

M GP是由具有高弹性、高耐久性、优越的抗紫外线性能和抗疲劳性能良好的工程塑料做成的。根据其工作动力来源和作用区域MGP可分为2种类型,即M GP I型和MGP II型。MGP I型由涌浪、潮汐提供工作动力,应用在飞溅区由海面到水下第一个上部障碍物的结构段,如海管立管、隔水套管、开排沉箱、泵套管以及导管架主腿柱、斜向杆件等。M GP II型由海流提供工作动力,应用在除MGP I 型区域之外的其他区域内的构件上,如布置在有牺牲阳极的多障碍构件上等,同时也可用于飞溅区。

M GP I型又分为多环型(图1和图3为多环型M GP I)和单环型。典型的多环I型MGP是通过联接杆将多个由滚子、联接轴、锁紧套等组成的单环联接而成的,上部各层环的滚子的材料为合成橡胶,下部各层环的滚子材料为高密度聚乙烯(HDPE),这样的配置主要是为了既能依靠HDPE滚子撞击清除已有硬质海生物,又可用弹性较好的合成塑料制成的上部滚子来缓解其在海面与钢结构间发生的猛烈碰撞,避免损坏原有飞溅区涂层。由于多环I型M GP整体浮在海面,海面上升时,M GP随之沿相应构件上升,海面回落时,由于自身重力的作用,M GP 又沿着构件回落,依靠如此往复运动,达到清除海生物的目的,并能防止新海生物的生长。(单环I型M GP的工作原理可参见单环M GP II型的工作原理。)

对于现存的海洋结构物如导管架构件,M GP I 型在安装前不需要对相应构件进行海生物清除,但在原有海生物被清除后,应该立即缩减原M GP的尺寸,减少此时过于松弛的MGP与构件的相互撞

击,以延长M GP的使用寿命和避免构件涂层撞坏。

MGP II型只有一种单环型,如图2和图4所示。典型的MGP II型是由材料为合成橡胶的滚子、滚子联接轴、锁紧套以及集流杯等构成的(见图5),集流杯在海流的作用下使MGP沿该斜向构件向下运动,当海流反向时,M GP在自身浮力及海流的双相作用下反向运动。通过如此往复运动,达到清除微生物并使其不会附着生长在构件上的目的。

安装该型号的M GP,要求构件上没有海生物附着。

图3多环M GP I的构成示意图

图4单环M GP II的构成示意图

3平湖导管架MGP的安装及使用效果

2001年6月,平湖油气田开始引进M GP技术,在平湖导管架水下第一横向截矩面EL-15.5m以上区域试验性地安装了74组M GP,这在我国尚属首次。

飞溅区六环M GP I HS2-GGGR16组,用于

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第15卷第1期刘孔忠等:平湖油气田平台导管架防海生物装置的应用

隔水套管和开排沉箱;单环M GP I SZ-G 及M GP II SZL -G 共14组,用于竖向主腿和分力标、斜向

构件。

图5 M G P II 在斜向构件的工作原理

其他区域 MGP II NS-R 30组,MGP II NL -G 2组,M GP II NL-R 12组。

整个安装过程分为3步:海生物预清除(仅对

M GP II 型)、MGP 的甲板预组装以及水下就位、安装。飞溅区内六环M GP 的安装需要在低潮时进行,如果2个潜水员同时下水作业,一般在30~40min 内可完成1个六环MGP 的安装。

M GP 对海生物的清除效果十分明显,尤其是设置在隔水套管和开排沉箱上的六环M GP 效果更佳,且飞溅区内的原有涂层没有明显损坏。在半年后的MGP 调整和补装的潜水作业时发现,在原海生物清除之后安装的M GP II 型对海生物再次生长的抑制效果相当好,在几次强热带风暴和一般强度的台风过后,飞溅区内的海生物基本清除干净。但在2001年9月份的强台风/海燕0经过时,有多个飞溅区内的六环MGP 开裂损坏。主要原因是六环M GP 在台风的作用下,猛烈撞击设置在带缆走道上的隔水套管的楔形扶正块造成开裂。随后对飞溅区内的MGP 在结构上进行了改进,并于2002年3月进行了调整和补装,但2002年又遇5号台风,浪高曾达20m,改进后的MGP 又出现了比较严重的损坏。目前新的改进方案正在研究中。

平湖油气田安装MGP 前后海生物的厚度对比见表1。

表1 平湖油气田平台M G P 安装前后

海生物生长情况对比表

时间

海生物厚度/mm

水上飞溅区部分

水下导管架及沉箱部分

M GP 安装前

(2001-06)220~250200~250

M GP 安装后(2002-11)

基本上未见有海生物生长

海生物轻微生长,20~50

平湖油气田导管架现场使用证明,采用防海生物装置进行导管架海生物的防治效果理想,靠海流作用的MGP II 的使用寿命是有保证的,但在飞溅区内工作的MGP I,由于东海海况比较恶劣,强热带风暴和台风频繁,加之平湖平台带缆走道距海平面较近(1.5~2m),在大涌、大浪的作用下该装置很容易与带缆走道上水平构件发生直接碰撞,造成M GP 的损坏。从平湖导管架的使用情况看,该防海

生装置在新建导管架上的应用效果更好,但在设计时要对飞溅区的钢结构布局与M GP 防碰撞统一进行考虑,此外对安装参比电极导线管的桩腿,若安装M GP 应考虑保护措施。目前在建油田东方1-1导管架也安装了该防海生物装置,导管架已下水,期望M GP 在新建导管架上的使用效果在更多的实践中得到证明。

(收稿日期:2002-10-30;编辑:徐 平)

开发奠定了良好的基础。

3)南堡8Sa井的钻探是成功的,但其钻井技术还有待进一步改进和提高,因为其水力参数还有些保守,采用的泥浆排量过低(最低2500L#m-1),特别是使用PDC钻头后,在钻屑体积大、钻速快这样的参数下作业存在一定的风险。第一趟电测时,电测仪器在390m处遇阻,而且随后的几次通井均有较多阻卡点,这与钻进时的排量低不无直接关系。这些需要在今后进一步改进和提高。

4)对地质情况的了解和与地质部门的沟通是非常重要的。钻井人员必须充分认识河流相沉积地层的复杂性和变化多样性,以便及时调整钻井技术措施,严格控制井身质量。

5)对松软地层井身质量的控制,特别是对于南堡油田,还需要认真及时地研究、分析和总结,以制定出合理、完整的钻井和油层保护措施。要在有限的评价井作业中尽可能多地积累、完善钻井作业配套技术,为将来大规模开发油田做好准备。

6)渤海优快钻井模式已经取得了很大的成绩,但我们还要清醒地看到:随着油田开发的进展,新的油田、新的问题、新的困难,还会不断向我们提出新的挑战。我们要不断发现新问题,不断分析和研究新问题,及时总结经验,才能够适应海洋石油不断发展的大好局面,才能把钻完井技术不断提高到新水平。

(收稿日期:2002-03-26;编辑:张金棣)

作者简介

房晓明:高级工程师,1955年出生,1982年毕业于大连理工大学海洋工程专业,现任海洋石油工程股份有限公司总工程师,曾任文昌项目单点安装工程项目经理

朱绍华:高级工程师,1964年出生,1985年毕业于天津大学海洋与船舶工程系,现在海洋石油工程股份有限公司工作,曾任文昌项目海上安装经理

杨晓刚:高级工程师,1964年出生,1986年毕业于天津大学海洋与船舶工程系,1992年获天津大学海工专业硕士学位,现在海洋石油工程股份有限公司工作

杨进:1989年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,1996年获石油大学硕士学位,现为中国矿业大学(北京)在读博士研究生,从事石油工程方面的研究

陈波:1974出生,现于天津大学岩土工程研究所攻读博士学位,主要从事海洋平台桩基、软土地基处理等研究

张保军:工程师,1970年出生,1992年毕业于天津大学海洋工程专业,获工学学士学位,现在中海石油研究中心工作

付昱华:高级工程师,1945年出生,1968年毕业于西南交通大学桥隧系,工学硕士,国家一级注册结构工程师

姜伟:高级工程师,1955年出生,1982年毕业于西南石油学院钻井工程专业,现为中海石油研究中心副主任

李成见:高级工程师,1967年出生,1989年毕业于西南石油学院开发系采油工程专业,现任中国海洋石油渤海采油工程技术服务公司总工程师

吴钊光:工程师,1966年出生,1989年毕业于西南石油学院开发系采油工程专业,现任中国石油天然气股份公司西南油气田分公司重庆气矿采气一厂大竹输气队副队长

李新仲:高级工程师,1964年出生,1984年毕业于天津大学海洋工程专业,现在中海石油研究中心工作

刘孔忠:工程师,1971年出生,1993年毕业于清华大学水力系流体机械与流体工程专业,1996年毕业于石油大学(北京)机电系石油天然气机械专业,硕士研究生,现任东海平湖油气田扩建项目海上工程项目组经理助理

王吉吉:经济师,1963年出生,1984年毕业于广东石油学校,现在海洋石油工程股份有限公司工作

帅健:博士,教授,博士生导师,1963年出生,1982年毕业于武汉化工学院,现在石油大学(北京)机电学院从事工程力学和油气储运系统安全工程的教学与科研

)))本刊

#MANAGEMENT#

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Brief Introduction on Abandonment of Offshore Oil and Gas Field Li Xinz hong,X u Benhe(46)

A bstract:Abando nment is the final procedure of o il and gas field dev elopment,and it is a new field.Based on the analysis to re-l atively domestic and overseas document,using the exper ience in dev elo pment engineer ing,this paper introduces the standard,relat ive field,process and g ener al method of abandonment.

Key Wor ds:decommissioning,abandonment,platform removal,ar tificial reef

M arine Grow n Preventer Application to the Jacket of Pinghu Oil and Gas Field

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Liu Kongz hong,Guan Yaohua,Zhong H ua(50)

A bstract:Specially designed M arine Grow th Pr eventer(M CP),pow er ed solely by natur al ocean for ces and their ow n buoyancy, provide continuous ro lling and impacting actions over submerged str uctures,T he repeated up and do wn sweeping actio n pr ev ents the settlement of micro-fouling,and maintains the surface free of marine growt h.It is t he first time in domestic for M G P introduced to Pinghu oil and gas field and it is pro ved that M G P is an effective solution to the marine g rowth co ntrol.

Key Wor ds:mar ine grow th,marine g rowth preventer(M GP),mult-i ring M GP,single-r ing M GP

Discussion About the Bidding on the Offshore Engineering M aterial Procurement Wang Zhe(53)

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A bstract:T his paper analyzes the status of the material pro curement and the success by the Offsho re O il Eng ineering Co.Ltd., in the meantime the current problems were proposed,too.F or the fur ther improv ement the systems of the mater ial procure and public bidding as well as t he bidding evaluation were discussed.

Key Wor ds:material procure and public bidding,bidding evaluation,procurement cost

#C OMPUTER#

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Safety Assessment Softw are for Oil and Gas Pipeline Shuai Jian,X u K ui(55)

A bstract:P SA for w indows is window-based application softw are for o il and gas pipelines safety assessment.I t can be used no t only for the precise assessment of r esidual str ength for a local defect found in pipe excavated,and also fo r the safety assessment and life prediction along the total leng th of a pipeline inspected by cor rosion detecting device,with the recent achievements such as non finite element analysis,failure assessment diagram and pr obabilistic method.T his paper describes the str ucture,mo dules,features,func-tion and interface of PSA softw are.

Key Wor ds:o il and gas pipeline,safety assessment,residual streng th,remaining lift,failure probability,application software