無人駐守平臺在“三一模式”開發(fā)邊際油田中的應(yīng)用

王建文

(中海石油研究中心,北京 100027)

無人駐守平臺在“三一模式”開發(fā)邊際油田中的應(yīng)用

王建文

(中海石油研究中心,北京 100027)

曹妃甸11-3/5油田通過新建四腿無人駐守平臺WHPC,依托周邊的有人平臺WGPA和海洋石油112號FPSO進行開發(fā)。WHPC平臺在滿足生產(chǎn)、安全以及管理和操作方便的基礎(chǔ)上優(yōu)化平臺上的各個系統(tǒng),簡化了平臺的設(shè)備設(shè)施,總體布置相對簡單。同時還重點介紹和分析了在“三一模式”開發(fā)邊際油田中各種形式無人駐守平臺的應(yīng)用特點。

曹妃甸11-3/5油田;邊際油田;無人駐守平臺

Abstract:An unmanned four-leg Wellhead Platform(WHPC)depending on the existing facilities of manned Wellhead Platform WGPA and HYSY112 FPSO is developed in CFD11-3/5 oilfield.Based on meet production,safety and operation convenience,every systems of the WHPC platform are optimized,such as simplified equipment,general layout relatively simple.This article also introduces and summarizes application characteristic of other unmanned wellhead platforms using"Three-one"mode in marginal oilfields.

Key words:CFD11-3/5 oilfield;marginal oilfield,unmanned wellhead platform

0 引言

中國近海海域經(jīng)過多年的勘探,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多中、小型油田,其特點是小塊油田多、油田分布廣、儲量小或原油物性差等,屬于邊際油田。但這些邊際油田總的儲量又相當大,如何經(jīng)濟有效地開發(fā)這些邊際油田是我們面臨的一重大課題。隨著能源市場的形勢變化和海上油田開發(fā)技術(shù)的不斷進步,使這些油田經(jīng)濟有效的開發(fā)成為可能。當然,這些邊際油田的開發(fā)不能按照常規(guī)方式,只有采用新技術(shù)或者走依托開發(fā)的路線,以降低投資,才具有開發(fā)效益。

針對邊際油田開發(fā),中海油各科研和設(shè)計單位積極開展了相關(guān)研究。邊際油田的開發(fā)有兩種模式:“三一模式”和“蜜蜂模式”。采用依托方式開發(fā)的“三一模式”已成功地應(yīng)用到很多邊際油田的開發(fā)中。所謂“三一模式”,即采用一座平臺、一條海底管線、一條海底電纜,將其生產(chǎn)的油氣回接到已開發(fā)的較近油田。在這種開發(fā)模式中,新建油田盡可能利用周邊已有設(shè)施與電力等資源,以降低投資,提高油田開發(fā)的可行性?！叭荒Ｊ健敝?無人駐守平臺的應(yīng)用從一定程度上使一些邊際油田更具有開發(fā)效益,這種平臺已被中海油應(yīng)用且較為成功,如遼東灣的錦州20-2油田NW獨腿平臺、曹妃甸11-3/5油田WHPC四腿平臺、北部灣的潿洲11-4N油田WHPA兩腿三樁平臺、潿洲6-1油田WHPA獨腿平臺等。其中曹妃甸11-3/5油田開發(fā)采用的四腿無人駐守平臺WHPC,是渤海海域目前運行較好的電潛泵生產(chǎn)的無人駐守平臺。本文將通過曹妃甸11-3/5油田WHPC無人駐守平臺的設(shè)計和操作情況,介紹和分析無人駐守平臺在“三一模式”開發(fā)邊際油田中的應(yīng)用特點。

1 曹妃甸11-3/5油田及周邊設(shè)施概況介紹

曹妃甸11-3/5油田為曹妃甸海域諸多油田之一。曹妃甸海域諸多油田均以海洋石油112號FPSO(以下稱:HYSY112)為油氣處理中心進行開發(fā),其開發(fā)模式為:新建平臺+海底管道,最后輸送到 HYSY112上進行處理、儲存和外輸。曹妃甸油田開發(fā)部分海上工程設(shè)施如圖1所示。

由于曹妃甸11-3/5油田為小型邊際油田,因此采用依托已有設(shè)施的“三一模式”開發(fā),即依托曹妃甸11-1/2油田(WGPA平臺)和HYSY112,新建一座無人井口平臺WHPC,新鋪一條來自WGPA平臺的海底復(fù)合電纜和一條輸往WGPA平臺的混輸管道。其主工藝流程為:來自WHPC平臺各生產(chǎn)井的油氣經(jīng)多路閥匯合后,依靠電潛泵壓力通過一條海底混輸管道輸往WGPA平臺,然后再通過現(xiàn)有的混輸管線輸送到 HYSY112 FPSO進行處理、儲存和外輸。

2 無人駐守平臺WHPC各系統(tǒng)介紹

WHPC平臺采用四腿無人駐守平臺設(shè)計,該平臺在滿足生產(chǎn)、安全的要求以及操作、管理方便的基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化平臺設(shè)施和利用新技術(shù),達到簡化平臺上部設(shè)施和減少平臺結(jié)構(gòu)重量的目的,以降低投資。下文將針對WHPC平臺在生產(chǎn)、計量、儀控、登平臺方式、登平臺頻率、平臺結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)化設(shè)計和操作情況作一一介紹。

2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計

WHPC平臺共有12個井槽,目前已在生產(chǎn)的有6口生產(chǎn)井和2口注水井。該平臺生產(chǎn)系統(tǒng)相對比較簡單,平臺僅設(shè)多路閥+多相流量計的簡單計量系統(tǒng),而無其他油氣水處理系統(tǒng),公用系統(tǒng)也僅設(shè)化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)、排放系統(tǒng)等設(shè)施。

2.2 儀控和計量系統(tǒng)設(shè)計

WHPC平臺儀控系統(tǒng)中的PCS/ESD/F&G系統(tǒng)共用一套安全儀表系統(tǒng)及一臺操作站,可以滿足有人平臺遠程遙控開關(guān)井的要求。WHPC平臺的單井計量采用多相流量計并通過多路閥遙控自動倒井,實現(xiàn)了自動化計量,從而取代了傳統(tǒng)的管匯加測試分離器的計量方式,簡化了設(shè)施。WHPC平臺總量計量由設(shè)在WGPA有人平臺的質(zhì)量流量計完成,使在WGPA平臺上能隨時了解WHPC平臺的情況。

2.3 水/消防系統(tǒng)的設(shè)計

WHPC平臺是一座無人駐守的井口平臺,沒有設(shè)置消防泵和淡水系統(tǒng)。由于該平臺置換采用注水管道和混輸管道的閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng),平臺也不設(shè)海水提升泵。平臺設(shè)置干式環(huán)形水噴淋管網(wǎng),對井口區(qū)及油氣工藝設(shè)備區(qū)等提供保護,同時平臺還設(shè)有國際通岸接頭(見圖2),可與鉆井船或其他船舶的消防設(shè)施連接,用于平臺的消防作業(yè)。

2.4 電氣專業(yè)的優(yōu)化

WHPC平臺僅設(shè)配電間和蓄電池間,主變壓器和電潛泵變壓器均采用室外的油浸式變壓器設(shè)計(見圖3),替代了常規(guī)的變壓器房間布置,從而在保證安全生產(chǎn)的前提下,降低了部分投資,目前的應(yīng)用效果較好。

2.5 平臺總體布置設(shè)計

通過對平臺各系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計,使WHPC平臺的設(shè)備設(shè)施相對簡單,總體布置僅設(shè)主甲板和工作甲板,其中主甲板尺寸為21.4 m×19.5 m,工作甲板尺寸為19.1 m×11 m。同時不斷優(yōu)化設(shè)備設(shè)施布置,比如將油浸式變壓器采用兩層布置,CO2瓶采用單獨橇裝等,以進一步減少甲板面積。WHPC平臺總體布置立面圖如圖4所示。2.6 平臺結(jié)構(gòu)形式和登平臺方式的設(shè)計

WHPC平臺采用了常規(guī)的四腿平臺設(shè)計,同時該平臺采用了電動遙控棧橋登平臺的方式,平臺不設(shè)直升機甲板,操作人員可以從拖輪直接登上平臺甲板。另外,平臺只配置一臺電動葫蘆,主要用于化學(xué)藥劑和零用工具吊運,這樣在滿足WHPC平臺日常操作要求的基礎(chǔ)上也在一定程度上降低了投資,如圖5所示。

綜上可知,WHPC平臺按照無人駐守平臺理念設(shè)計,簡化了生產(chǎn)流程,優(yōu)化了各個系統(tǒng),總體布置也較簡單,結(jié)構(gòu)形式仍為常規(guī)的四腿導(dǎo)管架形式。

3 無人駐守平臺在“三一模式”開發(fā)邊際油田中的應(yīng)用特點分析

由于曹妃甸11-3/5油田通過新建無人駐守平臺WHPC并依托周邊已建海上工程設(shè)施的“三一模式”成功進行了開發(fā),收到了預(yù)期的效果,因此后期曹妃甸海域又根據(jù)此模式相繼開發(fā)了其他兩個區(qū)塊的油田。此外,中海油在其他海域的邊際油田開發(fā)中也成功應(yīng)用了一些其他結(jié)構(gòu)形式的無人駐守平臺,但無論是哪一種形式的無人駐守平臺,都是基于油田所在海域環(huán)境條件、油藏特點以及油品物性等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過各系統(tǒng)的優(yōu)化以達到簡化平臺上部設(shè)施的目的,同時提高無人駐守平臺的自動化程度和遙控能力以及利用新技術(shù),使得無人駐守平臺在邊際油田開發(fā)中成功應(yīng)用。

結(jié)合曹妃甸11-3/5油田的無人駐守平臺-WHPC設(shè)計,并調(diào)研目前中海油無人駐守平臺應(yīng)用情況,總結(jié)出無人駐守平臺在“三一模式”開發(fā)邊際油田中的主要應(yīng)用特點如下:

(1)邊際油田附近存在可靠的依托設(shè)施。從已經(jīng)采用“三一模式”開發(fā)的邊際油田不難看出,其所在海域內(nèi)都有一個油氣處理中心可以依托,具備為新開發(fā)油田提供生產(chǎn)處理、電力等方面的依托條件,滿足區(qū)域管理的設(shè)計理念。

對于無人駐守平臺更是如此,以曹妃甸11-3/5油田為例,該油田所建WHPC平臺距離處理中心 HYSY112僅3.5 km,距離依托平臺WGPA也只有5 km左右,具有良好的依托開發(fā)條件。

其他采用無人駐守平臺開發(fā)的邊際油田也是如此,比如潿洲6-1油田WHPA平臺和潿洲11-4N油田WHPA平臺都是以潿洲12-1油田PUQ平臺為中心處理樞紐,其井液最終經(jīng)PUQ處理后輸送到潿洲終端;渤中34-3/34-5油田WJ井口保護架則通過渤中34-2油田2EP平臺和渤中34-4油田4EP平臺轉(zhuǎn)輸至長青號 FPSO;曹妃甸18-1油田WHP平臺則通過海底管道將井液最終輸送到友誼號FPSO。

(2)工藝系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。工藝專業(yè)是工程設(shè)計的龍頭專業(yè),因此在采用無人駐守平臺開發(fā)邊際油田時,首先要充分優(yōu)化平臺上部的工藝系統(tǒng)設(shè)計,只有這樣才能使后續(xù)專業(yè)設(shè)計相對簡單,達到平臺設(shè)施少、日常操作和維護頻率低的目的。

曹妃甸11-3/5油田WHPC平臺的工藝系統(tǒng)在前面已作介紹,該平臺除了設(shè)置簡單的多路閥+多相流量計的計量系統(tǒng)外,無其他油氣水工藝處理設(shè)施,致使流程簡化,設(shè)施減少,平臺總體和結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單。

其他無人駐守平臺也均對工藝系統(tǒng)設(shè)計進行了不同程度的優(yōu)化,如潿洲6-1油田WHPA平臺,針對自身自噴氣井以及井口壓力和溫度都較高的特點,平臺工藝更加簡單,設(shè)備比曹妃甸11-3/5油田WHPC平臺更少;再如渤中34-3油田WJ井口保護架,采用關(guān)井計量的工藝流程取消平臺上的計量設(shè)備,采用子母管形式的海管解決預(yù)熱、置換等問題,這些工藝流程的優(yōu)化使得WJ井口保護架結(jié)構(gòu)上最終采用了井口保護架的形式。因此充分優(yōu)化工藝流程是無人駐守平臺設(shè)計非常重要的一個環(huán)節(jié)。

(3)選擇合適的平臺結(jié)構(gòu)形式。平臺的結(jié)構(gòu)形式主要與油田的井數(shù)、平臺甲板面積和載荷以及海域水深等因素有關(guān)。油田井數(shù)少,平臺載荷小的平臺可以采用獨腿平臺或者兩腿三樁,油田井數(shù)多、平臺載荷相對比較大則采用常規(guī)的四腿或者其他形式的平臺。

曹妃甸11-3/5油田WHPC平臺采用了常規(guī)的四腿平臺。平臺導(dǎo)管架的樁腿尺寸較大,入泥較深,預(yù)留了消防泵護管。這種結(jié)構(gòu)方式的確定主要是考慮到該平臺設(shè)有12個井槽,像獨腿和兩腿三樁等非常簡易的平臺形式不能滿足要求,同時鑒于當時鉆井船資源緊張,在設(shè)計時預(yù)留了后期安裝修井機(包括管子堆場、泥漿罐等配套設(shè)施)和住房的1 000多噸載荷。

還有一些無人駐守平臺采用了其他更加簡易的平臺形式,比如潿洲6-1油田WHPA平臺和錦州20-2油田NW平臺均不超過3個井槽,平臺上部組塊甲板面積和重量荷載均較小,水深也在30 m以內(nèi),因此最終采用的是一筒3井的獨腿結(jié)構(gòu)形式;潿洲11-4N油田WHPA平臺(如圖6所示)共設(shè)6個井槽,水深在40 m左右,平臺上部設(shè)施相對簡單,因此最終采用的是兩腿三樁的結(jié)構(gòu)形式。

(4)登平臺方式設(shè)計。無人駐守平臺登平臺方式也是設(shè)計中較重要的一部分,設(shè)置方便合理的登平臺方式是保證人員安全的前提,經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn),每一種登平臺方式都有自己的適用性和優(yōu)缺點。

以曹妃甸11-3/5油田的WHPC平臺為例,該平臺所處海域的海況較好,該平臺采用了遙控棧橋登平臺的方式,該方式的優(yōu)點是:操作比較簡單、安全、方便,而且在棧橋行走也比較平穩(wěn);缺點是:伸出平臺距離稍短,在海況不是很好的時候,靠船較難,導(dǎo)致登平臺困難,同時受潮汐影響,潮落時梯子有些高。

而其他無人駐守平臺也根據(jù)平臺自身的結(jié)構(gòu)形式以及所在海域的環(huán)境條件特點,采用了形式各異的登平臺方式。如錦州20-2油田NW平臺采用軟梯+直梯的登平臺方式(如圖7所示)。這種方式的優(yōu)點:較好地利用軟梯吸收船的運動,減少人員在較差海況下登平臺的危險,同時錦州20-2油田NW平臺將軟梯放在盒里可以避免冬季結(jié)冰,也有效地防止了外部人員擅自登平臺;缺點:由于軟梯的不穩(wěn)定性以及天氣、海況的影響,尤其北方冬季受海冰的影響,船靠平臺難度較大,人員崴腳或摔傷可能性較大;再如渤中34-3和渤中34-5油田的WJ井口保護架采用鋁質(zhì)掛梯+固定鋼制懸直梯+中轉(zhuǎn)平臺+固定直梯的登平臺方式。這種方式的優(yōu)點:采用鋁質(zhì)掛梯并在登上井口保護架的中轉(zhuǎn)平臺安全門,可有效防止外部人員擅自登平臺;缺點:增加了人員在較差的海況下登平臺的危險。

綜上所述,無論何種登平臺方式都必須按照《海上固定平臺安全規(guī)則》中的規(guī)定進行設(shè)計,即:“設(shè)置安全可靠的登平臺設(shè)施,確保作業(yè)人員上下平臺的安全;設(shè)置防止外部人員登上平臺的裝置,保護平臺的生產(chǎn)不因外部人員的登入而意外中斷?！币虼私ㄗh:考慮到海流都是往復(fù)流,在設(shè)計登平臺方式時盡量設(shè)置兩個方向的登平臺裝置,以保證靠船方便和登平臺人員的安全;對于海況非常差的海域,靠船不方便的無人駐守平臺設(shè)置直升機甲板;

(5)應(yīng)用新技術(shù)。為了進一步降低邊際油田開發(fā)的成本,同時簡化無人駐守平臺上部設(shè)施,中海油在很多無人駐守平臺上都應(yīng)用了新技術(shù)。例如曹妃甸11-3/5油田WHPC平臺采用油浸式變壓器、錦州20-2油田NW平臺應(yīng)用了太陽能板(如圖8所示)和曹妃甸CFD18-1油田WHP平臺應(yīng)用筒型基礎(chǔ)等,都從不同程度上減少了投資,提高了邊際油田的開發(fā)效益。

通過以上詳細介紹和分析曹妃甸11-3/5油田WHPC平臺以及總結(jié)目前中海油無人駐守平臺的應(yīng)用特點,無人駐守平臺的設(shè)計應(yīng)充分優(yōu)化各個系統(tǒng),同時采用合理的結(jié)構(gòu)形式及新技術(shù),達到降低成本和提高效益的目的;此外,為保證人員和平臺安全,尚需做好相關(guān)工作。

圖8 錦州20-2油田NW平臺采用的太陽能板

4 結(jié)束語

在已采用“三一模式”開發(fā)的邊際油田中,無人駐守平臺應(yīng)用較多。隨著需要開發(fā)的邊際油田不斷增多,無人駐守平臺的應(yīng)用將越來越多,因此加強無人駐守平臺的研究和設(shè)計工作是相當有必要的,同時還要不斷總結(jié)已投產(chǎn)無人駐守平臺現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗及不斷摸索新思路、新技術(shù)來指導(dǎo)今后的無人駐守平臺的研究和設(shè)計。

Application of Unmanned Wellhead Platform in Marginal Oilfield Development Using"Three-One"Mode

WANGJian-wen
(CNOOC Research Center,Beijing 100027,China)

P752

B

1001-4500(2010)01-0046-05

2008-11-04; 修改稿收到日期:2009-11-01

王建文(1979-),男,碩士研究生,主要從事海洋工程方面的研究和設(shè)計工作。