邊際油田開發(fā)新模式

孟 迪

（中海油能源發(fā)展采油服務公司，天津 300457）

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，陸地資源的日趨減少，開發(fā)海洋油氣越來越具有重要的意義。目前世界上已發(fā)現的海底石油儲量約為2 500億t，為陸地石油儲量的2倍。海洋油氣產量已占油氣總產量的30%以上，并不斷穩(wěn)定地增長[1]。

我國在近海海域蘊藏著豐富的石油天然氣資源，海上油田己經成為我國石油開發(fā)的重要組成部分。渤海灣是一個勘探前景非常樂觀的海域，中國第二次資源評價結果認為，整個渤海灣盆地的石油地質儲量為300億t[2]。渤海的油氣資源主要是由邊際油田組成，其所處的海洋環(huán)境十分復雜和惡劣，承受著風、海浪、海流、潮汐、地震等載荷的威脅。

在石油消耗量日益增加而石油儲藏量日趨減少的今天，如何經濟地開發(fā)邊際油田，已經成為石油工業(yè)的熱門話題。而怎樣選擇一個最優(yōu)的邊際油田開發(fā)方案，則是一個急需解決的課題[3]。

1 現有開發(fā)模式綜述

目前中海油邊際油氣田開發(fā)的模式主要有兩種：

（1）“三一”開發(fā)模式。即對距離已開發(fā)油田20 km以內的邊際油氣田，利用一座平臺 （或水下井口）、一條海底管道、一條海底電纜將其生產的油氣送入該已開發(fā)油田的開發(fā)模式，該模式的研究取得了突破性進展，并已在渤海和北部灣海域成功實施。

BZ34-3/5油田是渤海海域的小邊際油田，針對該邊際油田 “現有油田附近含油構造”特點采用了 “三一”開發(fā)模式和兩腿三樁輕型平臺，自投產以來日產原油超過300 m3，這標志著該海上小邊際油田建成并成功投產，達到了預期的目的，并取得了較好的經濟效益[4]。

（2）“蜜蜂式”開發(fā)模式。即對于距離已開發(fā)油田20 km以外的，無法依托已開發(fā)油田的較小的、孤立的小型邊際油氣田，采用可移動式的集生產、動力、儲油、外輸、生活為一體的小型生產裝置進行開發(fā)的模式。像蜜蜂一樣，采完一個小油田，可以移動到另一個小油田采油，該裝置的投資可在多個油田開發(fā)中回收。該模式的研究已經取得了初步成果：2009年11月6日，我國首座 “蜜蜂式”開發(fā)模式裝置——海洋石油161正式完工，該項技術的突破，使中海油開發(fā)邊際油田的技術又往前邁了一大步。

2 新型可搬遷人工島模式

2.1 概述

“可搬遷人工島”具有鉆、采、儲、運等多種功能，可同時取代淺水的固定平臺和FPSO，并可克服固定平臺和FPSO抗冰性能差或不能抗冰的缺點，可多次搬遷重復使用，具有投資低、操作費低、撤除費低、安全環(huán)保、方便生產操作等諸多優(yōu)點?？砂徇w人工島包括上部設施、島體和基礎三個部分，如圖1所示。人工島全部在船塢內完成建造、安裝和調試，漂浮出塢，濕拖至油田現場，“自安裝”至海床上。儲油量大于1萬m3，上部設施質量6 000～8 000 t，可在水深10～20 m的范圍內搬遷，搬遷時無需浮吊之類專門的工程船舶。島體和基礎可承受50年一遇的環(huán)境荷載和操作荷載。采用 “密閉氣壓連通式壓載海水和原油等質量流率置換流程”配以組合式儲油罐取代油水直接接觸置換流程，采用 “小水下重量基礎、依靠入泥抗滑固定構件固定”取代重力式基礎。

圖1 可搬遷人工島示意

2.2 總體開發(fā)方案

可搬遷人工島總體開發(fā)方案為：兩側各設一個系纜平臺，并在人工島島體上設置一靠船件，穿梭油輪可直接?？咳斯u，艏艉通過系泊纜系泊在系纜平臺上，系纜平臺為鋼筋混凝土結構、吸力錨基礎。見圖2。

圖2 系纜平臺示意

2.3 儲運流程設計

可搬遷人工島采用 “密閉氣壓連通式壓載海水和原油等質量流率置換流程”，克服了濕式儲油和傳統(tǒng)干式儲油的缺點，具有零污染、零排放、方便原油加熱、可儲存溶于水的液體、作業(yè)過程中操作重量不變、重心的水平面投影位置不變等優(yōu)點，是整個設計的巧妙處之一。

海水壓載艙和原油艙頂部通過管道和控制閥門連通并預充0.25 MPa（G）壓力的氮氣，形成同一個壓力系統(tǒng)。上部模塊處理合格的原油，通過原油裝載泵進艙，海水卸載泵同步外排壓載海水。原油的儲存時間為5～7 d。原油儲存溫度為55～60℃，為維持原油儲存溫度，在罐外設有原油加熱循環(huán)泵和原油循環(huán)加熱器。原油加熱循環(huán)泵共設2臺，一用一備。原油經原油外輸泵和原油計量橇計量后輸至穿梭油輪，海水壓載泵同步注入壓載海水。艙底污油經原油排污泵排至污油艙。

2.4 島體結構設計

可搬遷人工島島體結構設計是本項目的核心內容，島體主要功能是儲油功能，與通常的FPSO設計理念有所不同。FPSO為浮式柔性結構，漂浮于水面，任何時候重力和浮力是平衡的，同時FPSO具有風向效應，可以保證浮體受環(huán)境荷載最小。而人工島為固定結構，島體直接承受環(huán)境荷載作用，同時儲油的體積也在不斷變化，因此，給設計帶來一定的難度。

人工島主體結構為7個鋼制立式圓筒形內壓儲罐，罐體直徑16 m、高20 m、壁厚18 mm，罐內中部由一個下拱形封頭將罐容上下一分為二，上部為海水壓載艙，下部為儲油艙，中拱封頭中心有一根通氣管直達上拱封頭中心，使得上下兩艙頂部的氣相空間連通。

7個單個組合罐通過6塊直立圓弧連接板、24塊直立連接平板和上中下3塊水平平板封頭焊接成為一個整體組合罐，底部平板封頭為與海床的接觸面，鋼板厚度均為18 mm。人工島鋼罐體的水平截面幾何圖形參數如下：6個周邊單罐 （直徑16 m）的圓心位于一個邊長為17.5 m的正六邊形的6個角；中心單罐的圓心位于正六邊形的中心；圓弧連接板位于兩個周邊罐之間，圓弧半徑8 m，圓弧與兩邊相連接的圓共同內切于直徑50 m的圓；24塊直立連接板位于它所連接的單罐的圓心連線兩側并與之平行，板寬度1.4 m，直立和弧形連接板長度等于21.6 m。由此，上中下3片平板封頭、6塊直立圓弧連接板、24塊直立連接平板和7個單罐之間形成2×12個密閉的空間，周邊的2×6個作為污水沉降艙和固定壓載水艙 （內部應根據所連接的2個組合罐抗外部水靜壓屈曲的要求，設置加勁構件），中心組合罐周圍的2×6個為空艙，可安裝泵、管道和儲油艙、海水壓載艙的人孔。罐內與液體和氣體接觸的罐壁全部采用防腐涂層。

鋼制組合罐的周邊立壁、上下頂外壁，均覆蓋0.5 m厚的鋼筋混凝土層，其作用一是配重，二是提供外壁防碰撞和抗屈曲保護層，三是防泄漏，四是防腐。立壁采用滑模澆筑，罐頂可不用模板。如果原油需要保溫加熱，緊貼鋼罐壁可采用一層耐熱和隔熱混凝土材料。

2.5 基礎結構設計

根據可搬遷人工島基礎設計要求：承載力滿足要求；可自安裝；可搬遷，本研究項目最終選取了吸力錨的結構形式，但我們將其進行了創(chuàng)新，設計成了基盤組合式基礎。該基礎包括6個吸力錨，其上部由6塊T形截面的弧形梁式裙板和數個加勁構件連接。吸力錨直徑12 m，高12.5 m，其水平截面圓的圓心均布于直徑51 m的圓周上。T形截面的弧形裙板的頂部平面環(huán)板的徑向寬度等于吸力錨直徑12 m，垂直弧形裙板高6 m，圓弧半徑為25.5 m。頂部平面環(huán)板可防海底沖刷。

2.6 技術指標對比

（1）與采用海管輸油、陸上儲存、碼頭外運的方式相比，可搬遷人工島省去了海底管道和陸上終端碼頭，原油直接在海上生產、儲存和外輸。

（2）與海上固定平臺或兼有儲存功能的生產平臺相比，可搬遷人工島具有生產功能完備、存儲量大、外輸靈活方便、抗冰等優(yōu)點，且建造周期短、費用低，可實現重復搬遷。

（3）與FPSO相比，可搬遷人工島成本低、建造周期短、建造技術要求低、通用性好。

3 結束語

面對渤海海域邊際油田開發(fā)的難題和挑戰(zhàn)，需要創(chuàng)新思維，不走前人和外國人的老路，探索一種具有鉆、采、儲、運等綜合功能，適用于渤海環(huán)境條件，可抗冰，安全可靠和環(huán)保，可搬遷和重復使用的低造價和低操作費的新型設施和工程開發(fā)模式，以取代現有的設施，將具有十分重大的意義。我們自主創(chuàng)新的可搬遷人工島正是完全符合上述要求的新型設施，相應配套的工程開發(fā)模式則借鑒了JZ9-3的成功經驗，采用海上固定式靠船設施系泊穿梭油輪，實現了原油的外輸。本研究項目如若成功實現，不僅解決了中海油多年來力求解決但至今沒有解決的難題，也為世界淺水油田的工程開發(fā)開創(chuàng)了新模式，開發(fā)效果和經濟效益將十分顯著。

[1]肖熙.海洋領域高技術發(fā)展與展望［J］.中國海洋平臺，1998，12（2）:20-22.

[2]陳惠民.加快技術創(chuàng)新，促進我國海洋工程開發(fā)［J］.中國海洋平臺，1999，14（3）:4-8.

[3]張志強，孟昭瑛.邊際油田輕型平臺及其選型的層次分析方法［J］.石油工程建設，1998，（6）：6-10.

[4]唐明軍，朱學海，紀樹立，等.BZ34-3/5小邊際油田的開發(fā)模式和電潛泵采油技術的應用［J］.海洋石油，2008，（2）：82-87.