林華春
(中海油能源發(fā)展股份有限公司 湛江采油服務文昌分公司 湛江524057)
“南海自安裝試采平臺”是一種可移動液壓插銷式采油平臺,具備可搬遷可重復利用的特點,主要用于滾動開放南海北部灣海域多個年產(chǎn)量小于25萬m3、開發(fā)年限少于5年、周圍無依托設施的邊際小油氣田。平臺主要功能包括原油生產(chǎn)處理、儲存、外輸。
主電站的選型需符合以下要求:
(1)滿足平臺正常油氣生產(chǎn)處理、原油外輸?shù)茸鳂I(yè)條件的用電需求。
(2)滿足平臺的拖航、插拔樁等特殊作業(yè)條件下的用電需求。
經(jīng)過初步設計計算,主電站在各種工況下的用電負荷見下頁表1,其中正常生產(chǎn)時所需最大功率為2 000 ekW。
表1 各種工況下平臺用電負荷計算數(shù)據(jù)
擬開發(fā)的南海北部灣邊際小油氣田可選用的燃料包括:天然氣、柴油、原油。
作為開發(fā)邊際小油氣田的項目,經(jīng)濟收益是重要的考慮因素,其中主電站的燃料費用的影響非常大。在使用單一燃料情況下,按照2 000 ekW負荷計算,原油、柴油、伴生氣的消耗量分別是11 t/d、11 t/d、1.31×104m3/d。根據(jù)《海洋石油工程設計指南》中的估算原則,在計算原油、柴油、伴生氣的燃料費用時,原油需要增加約5%~6%的燃料處理費,柴油需要增加約4%~6%的燃料運輸費,伴生氣需要增加約3%的燃料處理費。由于各種燃料處理費或運輸費費率相近,因此可以暫不考慮該項費用[1]。
通過燃料的費用對比可知,燃用柴油的燃料費用最高,燃油原油的燃料費用約為柴油費用的一半,而海上邊際小油氣田的伴生氣無法回收銷售,只能放空或燃燒,伴生氣的燃料費用可認為是0。因此伴生氣是最經(jīng)濟的燃料,能夠最大限度地降低平臺生產(chǎn)的運營成本,提高油田開發(fā)的經(jīng)濟效益。
由于海上油田特殊的地理環(huán)境,交通運輸不便利,因此必須要確保燃料的穩(wěn)定供應。
柴油是海上油田開發(fā)的常規(guī)燃料,主要依靠供應船從陸上運輸?shù)胶I希瑑Υ嬖谄脚_的柴油艙或柴油罐中使用,柴油補給周期為一周左右。
原油、伴生氣需要依靠油田生產(chǎn)提供,通過對比各目標油田的油氣產(chǎn)量和表2的燃料用量發(fā)現(xiàn),原油的產(chǎn)量能夠滿足燃料用量需求。伴生氣的產(chǎn)量在油田生產(chǎn)前期足夠滿足燃料用量需求,但是在油田生產(chǎn)后期,伴生氣的產(chǎn)量逐漸下降,將無法滿足燃料用量需求。
根據(jù)上述分析結果,試采平臺的主電站可選用燃料為柴油、原油、天然氣,從降低經(jīng)營成本的角度而言,重點是怎樣充分利用天然氣燃料。
海上平臺常用主電站型式包括原油發(fā)電機組、柴油發(fā)電機組、往復式天然氣發(fā)電機組、雙燃料發(fā)動機組、燃氣透平發(fā)電機組。
燃氣透平發(fā)電機組性能優(yōu)越、維護簡單,但費用太高,且功率一般較大。試采平臺電力負荷僅2 000 ekW,從經(jīng)濟和技術的方面考慮都不適合選用該型式。
往復式天然氣發(fā)電機組在國內(nèi)已經(jīng)有多個成熟的機型,費用合理,可以采用天然氣作為燃料,燃料成本低。但是根據(jù)目標油田油氣產(chǎn)量,某些年份的天然氣產(chǎn)量不足以滿足發(fā)電量的要求。另外采用天然氣發(fā)電機組不能滿足船級社關于升降工況下對主機的要求,無法提供升降工況的電力需求。因此,往復式天然氣發(fā)電機組并不適合用作試采平臺主電站,但是為了降低發(fā)電成本,可以考慮采用1臺天然氣發(fā)電機組作為主電站以外的輔助電站[1]。
根據(jù)試采平臺的實際情況,主電站可采用以下幾種主電站方案。
3.1.1 主要設備
3臺1 500 ekW原油發(fā)電機組(2用1備);1套原油處理裝置;1臺1 200 ekW天然氣發(fā)電機組。
3.1.2 方案特點
有4臺發(fā)電機組和1套原油處理裝置,設備較多,占用平臺空間最大。
原油機組可以原油和柴油為燃料,燃料來源充足,原油價格和柴油相比較低。油田采出的原油需要經(jīng)過原油處理裝置處理達標后,才能使用。若伴生氣氣量充足,可使用原油發(fā)電機組加天然氣發(fā)電機組并行。
升降工況使用2臺原油發(fā)電機組,使用柴油或者原油儲存罐中的達標原油。原油發(fā)電機組目前國產(chǎn)機型不成熟,需要選擇進口機型,價格較貴。
原油油品差,成分復雜,機組維修比較頻繁。
3.2.1 主要設備
3臺1 200 ekW柴油發(fā)電機組(2用1備);1臺1 200 ekW天然氣發(fā)電機組。
3.2.2 方案特點
有4臺發(fā)電機組,占用平臺空間較大。
柴油機組技術成熟,維護簡單,國內(nèi)有多種成熟機型可選擇,設備成本最低。
若伴生氣氣量充足,可使用1臺柴油發(fā)電機組加1臺天然氣發(fā)電機組并行。
柴油需依靠船舶運輸,燃料價格和運輸費用高。
3.3.1 主要設備
3臺1 200 ekW雙燃料發(fā)電機組(2用1備)。
3.3.2 方案特點
有3臺發(fā)電機組,占用平臺空間小。
雙燃料發(fā)電機組使用柴油和伴生氣作為燃料,有全柴油模式和燃氣模式,燃氣模式需要一定量的引燃柴油。
雙燃料發(fā)電機組負荷率通常達到50%以上就能在燃氣模式穩(wěn)定工作,需要25%以上的引燃柴油,可以節(jié)省大部分柴油。
雙燃料發(fā)電機組的國產(chǎn)成熟機型最大功率只有800 ekW,功率過小。如果需要大功率機型,則只能選擇進口機型。進口雙燃料發(fā)電機組交貨期通常在18個月以上,周期過長。
Fairbanks Morse公司的雙燃料發(fā)電機組在50%負荷率以上時,僅需1%的引燃柴油便可穩(wěn)定工作于燃氣模式。最新的機型在25%負荷率以上時,僅需4%的引燃柴油可穩(wěn)定工作[2]。
該機型性能優(yōu)異,柴油消耗量少,暫作為本方案的參考機型。目前只有該公司的機型能做到僅需如此少的引燃柴油,但該機型交貨周期至少為18個月以上,采辦風險較大。
3.4.1 主要設備
3臺1 200 ekW柴油發(fā)電機組(2用1備);3套GTI Bi-Fuel附加燃氣系統(tǒng)。
3.4.2 方案特點
有3臺發(fā)電機組,占用平臺空間小。
TI Bi-Fuel附加燃氣系統(tǒng)可通過增加簡單的設備將柴油發(fā)電機組改造為雙燃料發(fā)電機組,該技術具有以下特點:
(1)擁有柴油機技術成熟、成本低、維護簡單的優(yōu)點。
(2)改造時對發(fā)動機本體不做任何改動,僅在發(fā)動機空濾器和渦輪增壓器之間加裝混合器。改造后,保持原發(fā)動機輸出功率不變。
(3)由于GTI Bi-Fuel附加燃氣系統(tǒng)為獨立的燃料氣系統(tǒng),即便出現(xiàn)故障也不影響柴油機自身的性能和使用。
(4)可在不同的負荷率下穩(wěn)定工作于燃氣模式,需要約40%引燃柴油。
(5)可匹配多個廠家的機型,可選擇多種國產(chǎn)柴油發(fā)電機組進行改造。
GTI Bi-Fuel附加燃氣系統(tǒng)不需要高壓燃料氣,進氣壓力為1-5PSI,即使在伴生氣不足的目標油田,也能最大限度利用殘余的伴生氣,這是其最突出的優(yōu)點[3-4]。
4個方案中,方案3的設備費用最高,約為方案1的2倍,方案2的3倍;方案1的設備費用略低;方案2和方案4的設備費用最低,兩者基本相近。
“南海自安裝試采平臺”是用于開發(fā)北部灣海域邊際油田的海上設施,經(jīng)濟性是一個非常重要的因素。根據(jù)表2電站方案綜合對比,方案1和方案4較優(yōu)。
表2 電站方案綜合對比
方案1所選用的原油發(fā)電機組可以使用較廉價的原油作為燃料,對于開發(fā)缺少伴生氣的油田,是降低生產(chǎn)成本的主要手段。
采用原油發(fā)電機組和往復式天然氣發(fā)動機組配合使用,在技術上和經(jīng)濟上均能達到較好的效果。但是該方案占用空間較大,而且由于原油發(fā)電機組及其配套設備為進口設備,流程比較復雜,燃料品質(zhì)較差,維修較為頻繁,若選用方案1需要在維修人員的配備上多加考慮。
方案4所選用的柴油發(fā)電機組技術成熟、成本低、維護簡單,而關鍵的Bi-Fuel附加燃料系統(tǒng)已在國內(nèi)外擁有廣泛的應用實例,可以降低油田開發(fā)成本。但是該方案的經(jīng)濟性對伴生氣依賴較大,若采用該方案需要重點落實油田的油藏數(shù)據(jù)。
方案1、方案4各有優(yōu)劣,若是目標油田不確定,油藏數(shù)據(jù)不清楚,則應該采用方案1,該方案即使是完全沒有伴生氣也具有較好的經(jīng)濟性。若是對于油藏數(shù)據(jù)準確齊全的油田,在能夠比較準確確認伴生氣產(chǎn)量比較充足的情況下,則應考慮采用方案4,該方案設備技術成熟,維護簡單。
[1] 海洋石油工程設計指南編委會.海洋石油工程設計指南:海洋石油工程機械與設備設計[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007:14-25,66.
[2] 海上采油工程手冊編寫組.海上采油工程手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:195.
[3] 田智會,李偉軍,徐關軍,等.采用GTI Bi-Fuel System對柴油發(fā)電機組的雙燃料改造[J].機電工程技術,2011(2):93-94.
[4] 王樂,于再紅.BI-FUEL系統(tǒng)在自升式生產(chǎn)儲油平臺上的應用前景[J].船舶,2014(4):1-5.