南海深水钻井防台风应急技术

南海深水钻井防台风应急技术
韦红术;王荣耀;张玉亭;王跃曾
【摘要】南海台风具有活动频繁、发展迅速和路径复杂的特点，常规预报手段和应急方法难以满足深水钻井作业对安全和时效的要求。

针对台风特征，根据年份、强度、登录位置、发展趋势、源区进行检索和统计，建立了南海深水历史气象资料分析技术；根据台风早期模式的初始条件和侧边界条件，使用ECMWF全球预报模式建立台风早期预报技术；结合南海海域特征，建立不同悬挂方式下隔水管回收作业中撤离的安全预备时间计算方法，形成一套应急措施，成功指导了南海深水井的防台风操作。

%The typhoons on the South China Sea are frequent, develop rapidly, and spread along complex paths. Conventional methods of forecasting and emergency can hardly meet the safety and time-effectiveness requirements of deepwater drilling operation. Considering the characteristics and regularity of typhoons and according to the retrieval and statistics of typhoons by year, strength, landing location, development trend, and sources, an analysis technique of historical and meteorological data about the South China Sea deepwater is established; according to the initial conditions and lateral boundary conditions in early typhoon models, the ECMWF global forecast model is used to establish the early warning technology; with consideration to the features of the South China Sea, the calculation method of safety preparation time for evacuation from the riser recovery operation under different suspension methods is built and a set of emergence measures targeting at the South
China Sea is developed to provide successful guidance on the operations to avoid typhoons in deepwater wells in the South China Sea.
【期刊名称】《石油钻采工艺》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】3页(P151-153)
【关键词】深水钻井;半潜平台;南海台风;应急方案
【作者】韦红术;王荣耀;张玉亭;王跃曾
【作者单位】中海石油中国有限公司深圳分公司，广东深圳518067;中海油研究总院，北京100028;中海油研究总院，北京100028;中海石油中国有限公司深圳分公司，广东深圳518067
【正文语种】中文
【中图分类】TE52
南海因其地理环境、海洋海盆状况、季风环流等特殊因素影响成为西北太平洋上受台风影响最频繁和路径最复杂的海区之一。

台风严重影响了我国南海深水钻完井作业的安全和时效［1-2］。

台风特征规律的准确分析、早期预报能力、安全预备时间计算和隔水管处理方案是南海深水钻井平台防台风方案准确制定的关键。

针对南海深水钻井作业中的难题，通过研究与实践，建立了一套南海深水钻井台风应急技术，成功指导了南海深水钻井作业的防台风决策。

对近50年南海台风历史资料的分析得出，每年8月和9月是南海台风的高峰期［3］，这2个月形成的热带气旋约占全年总数的38%，而其余月份台风发生的次数少，强度也较弱，冬半年极少有台风形成。

针对南海台风发生源地的分析表明，
南海台风从生成到抵达南海东部深水作业区的时间大多介于4~7 d。

南海土台风
生成源地与深水作业区的距离基本在450海里以内，而土台风从其生成到加强到
台风的平均时间也仅为78 h，因此台风期的深水钻井作业需要对土台风重点防范。

基于南海台风信息建立南海台风数据检索系统，其查询界面如图1所示。

根据年份、中文名、英文名、强度、登录位置、趋势、源区等进行检索和统计，同时可对检索到的结果在地图上进行叠加展示。

通过南海台风历史资料的分析，掌握了南海台风的一般规律特征。

该规律特征广泛地应用于南海深水尤其是超深水钻井作业的工期预测，由台风引起的工期损失在作业前得到了较为合理的估算，保障了作业的安全高效。

针对深水作业所关心的未来6~10 d的台风天气预测难题，通过相关调研分析，创新性引入了基于集合天气预报技术的海气耦合模式，该模式具有预见期长（1~10 d）、高分辨率和多源四维资料同化的优势，可以很大程度上消除系统性误差和非系统性误差，是一种较为可靠的台风早期预报技术。

台风早期模式的初始条件和侧边界条件使用ECMWF全球预报模式的预报场，侧
边界条件每6 h更新一次，做240 h预报。

在对台风初始场的构造上采用了涡旋
重定位技术，即根据实时获取的台风报文，对背景场上存在位置偏差的涡旋进行重新定位修正，使之减少初始的定位误差。

根据业务运行的检验效果，采用了涡旋重定位技术，使用此初始方案后，路径预报精度得到了改善。

图2为早期预报模式（图中标注CFAN）与其他欧美主流台风预报机构（NCEP、ECMWF）对2013年西北太平洋上所有台风移动路径预报效果的比较，明显看出早期预报模式在提前时间在96 h以上时的误差明显变小，相较其他机构优势较大。

早期预报模式的引入有力地支持了南海深水钻井作业防台风撤离工作。

台风准备时间T-time定义为将BHA起出井筒，完成钻井船和井口脱离，回收隔
水管，做好平台撤离准备所需要的时间。

主要包括停止钻井作业、起出井筒内钻具
和封闭油气井所需要的时间、隔水管LMRP解脱及回收时间、撤离无关人员等其
他准备时间以及需要的安全余量。

T-time时间内，要保证平台处于防台警戒区红
色警戒之外［4］（以平台为中心，半径463 km的海区），如图3所示。

台风季节作业期间，根据钻井作业的进度和所处的作业阶段，每天要对T-time进行更新，并填写到每天钻井日报里，以备台风来临时制定应急作业指令。

根据撤离过程中对隔水管的处理方式的差异，T-time分为2种：一种是T1，即处理好井口解脱LMRP后，回收所有的隔水管，并做好撤离工作所需要的时间；另
一种是T2，即处理好井口解脱LMRP后，不回收隔水管，并做好平台悬挂隔水管进行撤离工作所需要的时间。

钻井平台作业过程中遭遇台风时，需要采取有效防台风措施，防止平台设备和井口设施的损坏。

常规操作需要将隔水管自LMRP 处断开并回收上甲板，然后航行驶
离台风影响区域。

平台撤离前，可能因多种原因导致隔水管未被完全回收，如：台风预报的局限性导致平台撤离前的准备时间不够、正在进行的作业阻碍了在最佳时机实施断开并回收隔水管的操作、天气发展迅速使回收作业无法继续进行等。

在这种情况下，平台只能悬挂隔水管实施撤离。

平台航行时悬挂隔水管受到强烈的海流载荷作用，其安全性远较平台不航行时差。

为保证悬挂隔水管的安全，开展平台悬挂隔水管航行可行性分析，包括撤离允许的最大悬挂长度和航速分析、撤离艏向分析以及软悬挂和硬悬挂撤离的对比等，建立平台在不同工况下悬挂隔水管航行可行性图表，为现场防台风决策提供指导。

由南海台风规律分析可知，南海台风（尤其是土台风）防御时间短，对防台风操作的响应时间提出了挑战，需要采取特殊的防范措施。

准备阶段需要做好如下工作：（1）按照深水钻井装置常规防台风回收LMRP及应急防台风悬挂隔水管2种防台撤离方法，结合实际作业工况，计算T-time时间
T1和T2，每天在日报表上更新；（2）密切跟踪南海海况和气象预报，对现场人
员进行土台风规律特点的培训；（3）进行悬挂隔水管移船可行性研究，召开专题风险讨论会，制定紧急情况下弃隔水管的预案，每口井作业前，结合海底地貌确定悬挂隔水管移船方向，推荐向深水区航行；（4）平台储备20 d的生活物资及油水，制定并每天更新台风撤离人员计划表；（5）配备并预接封隔器、风暴阀、悬挂工具等维护处理井眼的工具。

作业阶段需要做好如下工作：（1）一旦在南海有热带扰动且有形成热带低压的趋势，评估T-time时间，立即停止大型作业，如下防喷器组、钻开油气层、下套管、测试等；（2）一旦在南海的热带扰动升级为热带低压TD，则立即启动防台撤离
程序；（3）根据预报的风力、距离和移动速度，首先要保证能关井和解脱LMRP，必要时可以不下风暴阀或注水泥塞而直接起钻完关井；（4）尽可能多回收隔水管；（5）尽可能撤离非必要人员；（6）结合台风移动方向、风向、流向及海底地貌，确定平台航行方向，航行避开台风的正面袭击，并避免LMRP碰撞海床及水下设施。

南海深水钻井防台风应急方案取得了良好的应用效果，成功指导了南海东部自营深水井的防台风决策，有效地避开了钻井作业期间所遭遇的全部17个台风。

统计结果表明，2009—2010年某第六代深水半潜式钻井平台在南海所钻深水井（水深范围600~ 1 700 m）避单个台风的平均损失时间为7.8 d，其中防台风“巨爵”过程中隔水管系统底部总成与海底发生碰撞，引起的防台风时间高达43 d。

中海油2012—2014年所钻深水井（水深范围500~ 2 400 m）避单个台风的平均损失时间为5.5 d。

避单个台风效率较国外深水平台高29%。

国外某深水钻井平台在南海单井防台风时间统计，其单井防台风平均损失时间为15.7 d，而中海油深水井单井防台风的平均损失时间为10.5 d。

排除防台风“巨爵”所引起的设备维修时间后，国外某平台单井防台风时间（8.2 d）略低于中海
油深水井，但由于多数井防台风过程中采取了不解脱隔水管底部总成的抗台模式，
其防台风操作的安全性要远低于中海油所钻的深水井。

（1）台风的提早预报和准确预报是影响防台风决策和防台风操作安全性的重要因素，加强与国外气象研究团体的合作，利用世界先进气象预报技术和资源进行更长预见期的台风动态预报，可以在一定程度上降低深水半潜平台防台风操作风险。

（2）为了防范南海台风尤其是土台风，应在作业开展前结合具体的作业工况分析平台悬挂隔水管抵抗台风和撤离的可行性，并且在作业过程中实时更新两种防台风模式的T-time，以便在收到台风预报时及时制定合适的防台风策略。

（3）南海深水钻井防台风应急方案取得了良好的应用效果，成功地指导了南海深水井的防台风决策，并且在实际应用中日趋完善。

【相关文献】
［1］叶吉华，刘正礼，罗俊丰. 深水钻井设计的技术流程与工作方法［J］. 中国海上油气，2014，26（3）：93-97.
［2］XU Liangbin, ZHOU Jianliang, LIU Zhengli, et, al. Challenges and solutions for deepwater drilling in the South China Sea ［C］. Offshore Technology Conference, Houston, Texas, USA, 2013, OTC-23964-MS.
［3］程撼，梁楚进，董昌明，等. 南海土台风和非局地台风的对比研究［J］. 中国海上油气，2014，32（1）：19-30.
［4］吴红卫. 东海平湖油气田防台风撤离实例分析［J］.中国海上油气（工程），2001，13（3）：49-53.。