標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法在渤海油田的應(yīng)用和建議

曲兆光, 吳景健, 錢(qián)　欣, 史　瑋

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

?

標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法在渤海油田的應(yīng)用和建議

曲兆光, 吳景健, 錢(qián)欣, 史瑋

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

摘要：該文以墾利10-4油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為例，創(chuàng)造性地提出了一種標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法的概念，并介紹了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的依據(jù)和在墾利10-4 WPHA井口平臺(tái)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程，分析了使用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)以及關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)該方法在未來(lái)油氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中的應(yīng)用給出了建議。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法；導(dǎo)管架；目標(biāo)平臺(tái)；井口平臺(tái)

0引言

近年來(lái)，我國(guó)海上油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)和進(jìn)程都有了快速的發(fā)展，為了更好地開(kāi)發(fā)和利用海上油氣，必須在海上設(shè)置固定平臺(tái)，以便提供實(shí)施鉆井、開(kāi)采、處理、存儲(chǔ)和生活等功能的場(chǎng)地，其中，鋼制導(dǎo)管架平臺(tái)是海上油田開(kāi)發(fā)應(yīng)用最廣泛的一種平臺(tái)類(lèi)型。隨著我國(guó)第一座導(dǎo)管架平臺(tái)于1966年12月成功應(yīng)用于渤海灣[1-3]，我國(guó)海上平臺(tái)設(shè)施越來(lái)越多，截止到2012年6月，我國(guó)渤海灣的平臺(tái)總數(shù)已經(jīng)達(dá)到118座。

經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，我國(guó)海上平臺(tái)設(shè)計(jì)、建造、安裝技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，隨著海上生產(chǎn)設(shè)施的逐漸增多，海洋平臺(tái)的信息量也越來(lái)越大。如果能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和已有平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行海上平臺(tái)設(shè)計(jì)工作，不僅可以加快設(shè)計(jì)進(jìn)度、節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，又能夠保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)約投資成本。為此，該文結(jié)合墾利10-4油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，提出一種海上平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的概念，并利用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法快速完成墾利10-4 WHPA井口平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作。

1標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)法

墾利10-4油田位于渤海南部海域，是萊州灣凹陷南斜坡帶發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)油田。墾利10-4油田是“短平快”項(xiàng)目開(kāi)發(fā)模式的試點(diǎn)之一，因此，針對(duì)此非常規(guī)項(xiàng)目，使用了一種直接借鑒現(xiàn)有平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，即標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法。

標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)就是和新建平臺(tái)在主要方面(型式、功能等)相似的、已建造完成的或已設(shè)計(jì)好的平臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法是指針對(duì)目標(biāo)油田尋找標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，并根據(jù)擬新建平臺(tái)的功能、特點(diǎn)及與標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)之間的差異進(jìn)行各個(gè)專(zhuān)業(yè)的充分研究，將標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容按照新建平臺(tái)的技術(shù)要求用適當(dāng)?shù)姆椒右愿脑熳儞Q，即可完成新建平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作。

標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)在于多年積累的豐富的海上平臺(tái)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和大量的海上平臺(tái)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。海上平臺(tái)的設(shè)計(jì)、采辦、施工、建造的技術(shù)日趨成熟，使得標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，如設(shè)備選型、工藝流程、用電負(fù)荷、主結(jié)構(gòu)重量估算等，都在可控的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)間縮短的同時(shí)，又能保證較低的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的流程

2.1標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的選擇

標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的選擇要根據(jù)設(shè)計(jì)平臺(tái)所在海域位置及環(huán)境條件、油氣田的開(kāi)發(fā)規(guī)模、油氣物性、平臺(tái)功能及處理能力、平臺(tái)主要設(shè)施、鉆修井方式、平臺(tái)定員以及平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)模等，合理選擇能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件的目標(biāo)平臺(tái)[4]。

(1) 確定平臺(tái)所在地理位置和環(huán)境條件

墾利10-4油田位于渤海南部海域，北距墾利9-1油田約20 km，西距墾利9-5/6油田約19 km。油田海域平均水深為15.2 m，海圖基準(zhǔn)面位于平均海平面以下0.93 m。根據(jù)墾利區(qū)塊及附近海域水文氣象環(huán)境條件研究成果，結(jié)合墾利10-4油田所在海域的短期實(shí)測(cè)潮流資料，分析得出墾利10-4油田海域常風(fēng)向?yàn)镾、NE，主浪向?yàn)镹E，主流向?yàn)镹NE、SSW。

(2) 確定油田油品物性及開(kāi)發(fā)模式

墾利10-4油田區(qū)塊受斷塊控制，分為多個(gè)獨(dú)立井區(qū)，屬于斷塊油藏，水體倍數(shù)小，因此采用注水方式開(kāi)發(fā)。區(qū)塊地面原油為中質(zhì)常規(guī)原油，地層原油性質(zhì)好，但是由于區(qū)塊內(nèi)天然能量不足，所以采用電潛泵機(jī)采的方式采油。

根據(jù)鉆采一體化經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，墾利10-4油田采用自升式懸臂梁鉆井船進(jìn)行前期預(yù)鉆井作業(yè)，后期采用修井機(jī)進(jìn)行修井作業(yè)，平臺(tái)按照油藏要求，設(shè)置24口井。

(3) 確定平臺(tái)工藝處理流程及主要設(shè)施

墾利10-4油田采用全海式開(kāi)發(fā)，充分依托墾利10-1油田，油田新建一座4腿井口平臺(tái)墾利10-4 WHPA。該平臺(tái)不進(jìn)行原油工藝處理，平臺(tái)井產(chǎn)物流外輸至墾利10-1 CEP平臺(tái)的原油處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，同時(shí)接收墾利10-1 CEP處理后的合格注水。

墾利10-4 WHPA平臺(tái)電力系統(tǒng)依托墾利油田群電力組網(wǎng)后的電網(wǎng)，因此平臺(tái)不設(shè)置電站。墾利10-4 WHPA平臺(tái)上設(shè)置公用系統(tǒng)，包括柴油系統(tǒng)、閉式排放兼冷放空系統(tǒng)、開(kāi)式排放系統(tǒng)、化學(xué)藥劑系統(tǒng)及公用/儀表風(fēng)系統(tǒng)、海水系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)和生活污水處理系統(tǒng)。平臺(tái)還設(shè)有電氣房間、柴油吊機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、HXJ135修井機(jī)及30人生活樓等。

(4) 確定平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)模

按照地質(zhì)油藏潛力配產(chǎn)方案，確定平臺(tái)的油、氣、水、液、注水的高峰日產(chǎn)。墾利10-4 WHPA平臺(tái)最大產(chǎn)液量為4 342 m3/d，最大產(chǎn)油量為1 921 m3/d，平臺(tái)的年生產(chǎn)天數(shù)為330天，自持天數(shù)為7天，平臺(tái)設(shè)計(jì)年限為25年。

選擇目標(biāo)平臺(tái)的宗旨在于環(huán)境參數(shù)基本一致，水深變化不大，井口數(shù)目基本相同，平臺(tái)主尺度一致，工藝流程近似，處理能力接近[5]。根據(jù)上述的平臺(tái)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，從渤海已建的100多座平臺(tái)中，按照設(shè)計(jì)條件進(jìn)行篩選，找出最符合墾利10-4油田開(kāi)發(fā)的目標(biāo)平臺(tái)。最終確定BZ25-2 WHPB井口平臺(tái)作為標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，進(jìn)行墾利10-4 WHPA井口平臺(tái)設(shè)計(jì)工作。兩平臺(tái)主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1　兩平臺(tái)主要參數(shù)對(duì)比

2.2標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)流程

在確定了標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)之后，要針對(duì)各專(zhuān)業(yè)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化專(zhuān)題研究，分析標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)平臺(tái)要求，并根據(jù)設(shè)計(jì)平臺(tái)特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)進(jìn)行改造、完善，最終完成新建平臺(tái)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)新建平臺(tái)各專(zhuān)業(yè)的技術(shù)要求，在標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了如下優(yōu)化和調(diào)整：

(1) 總體結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)中，根據(jù)墾利10-4項(xiàng)目中油藏對(duì)工程方案的要求，全油田井槽滿(mǎn)足可鉆井?dāng)?shù)24口，因此將四個(gè)單筒單井改為單筒雙井。

上層甲板上，考慮到修井機(jī)設(shè)備擺放的需求，將墾利10-4 WHPA平臺(tái)上層甲板尺寸修改為38.5 m×30 m，上層甲板面積有所增加。

根據(jù)環(huán)境報(bào)告，底層甲板需要設(shè)置12.3 m，比BZ35-2 WHPB平臺(tái)高出0.8 m。

(2) 結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)根據(jù)油田所在位置的土壤承載力數(shù)據(jù)，修改了墾利10-4 WHPA平臺(tái)鋼樁的入泥深度。

(3) 公用系統(tǒng)中，墾利10-4 WHPA平臺(tái)柴油罐考慮了壓井柴油消耗量，因此要大于BZ35-2 WHPB平臺(tái)柴油罐。由于墾利10-4 WHPA平臺(tái)化學(xué)藥劑增加，因此增加兩個(gè)化學(xué)藥劑罐。

(4) 儀控專(zhuān)業(yè)中，考慮到墾利10-4 WHPA平臺(tái)共有24口井，因此井口區(qū)設(shè)備采用24模塊井口盤(pán)，現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)也相應(yīng)增加。

(5) 工藝專(zhuān)業(yè)中，BZ35-2 WHPB所產(chǎn)物流溫度較高，外輸需要冷卻，所以設(shè)置了冷卻器，而墾利10-4 WHPA平臺(tái)為滿(mǎn)足安全停輸時(shí)間的加熱要求，需要增加生產(chǎn)加熱器。

(6) 由于在前期設(shè)計(jì)階段，要考慮到未來(lái)施工資源的選擇，因此適當(dāng)增加墾利10-4 WHPA平臺(tái)導(dǎo)管架、組塊的吊裝重量。同時(shí)為了后續(xù)油田的接入，在A1和B1樁腿外側(cè)預(yù)留了立管管卡，減少后續(xù)的改造和海底探摸工作[6-9]。

2.3標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)結(jié)果

墾利10-4 WHPA平臺(tái)示意圖如圖1所示，墾利10-4 WHPA采用四腿四主樁導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)管架工作點(diǎn)標(biāo)高EL.(+)8.5 m，工作點(diǎn)平面尺寸為20 m×18 m，三個(gè)水平層，標(biāo)高分別為EL.(+)6.5 m，EL.(-)2.5 m， EL.(-)15.2 m，導(dǎo)管架直徑1.8 m，入泥100 m。組塊甲板結(jié)構(gòu)分為4層，分別為上層甲板、中層甲板、下層甲板及工作甲板，標(biāo)高分別為EL.(+)29.5m、EL.(+)21.5 m(二層房間EL.(+)25.5 m)、EL.(+)17.0 m 、EL.(+)12.5 m。平臺(tái)共設(shè)20口井槽(其中有四口單筒雙井)，4×5排列，井槽間距為2.0 m×1.8 m。甲板上設(shè)有生產(chǎn)管匯、HXJ135修井機(jī)、電氣房間、30人生活樓和開(kāi)閉排等。

圖1　墾利10-4 WHPA平臺(tái)示意圖

3標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

墾利10-4 WHPA平臺(tái)設(shè)計(jì)工作，參考標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)BZ25-2 WHPB，平臺(tái)設(shè)施總體布置、主要工藝流程、設(shè)備及平臺(tái)結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)結(jié)果，均滿(mǎn)足墾利10-4油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目生產(chǎn)需求。因此，參考已有平臺(tái)開(kāi)展平臺(tái)設(shè)計(jì)工作是一種可行的方法。

標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法有很大的優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以參考已建平臺(tái)，將多年的海上平臺(tái)的設(shè)計(jì)成果加以利用，設(shè)計(jì)、變更的工作量大大減小，投資成本大大降低，從而可以提高油田開(kāi)發(fā)收益。

標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法打破常規(guī)思維，在滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，采用先進(jìn)、成熟的技術(shù)，不僅加快了前期研究的進(jìn)度，更是為后期的詳細(xì)設(shè)計(jì)、建造施工縮短了工期，提高了項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益，因此便于海上油氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的順利實(shí)施。

但是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，難免會(huì)產(chǎn)生設(shè)計(jì)誤差，如平臺(tái)載荷、環(huán)境條件等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，設(shè)備選型的合理性等，這些誤差不僅會(huì)對(duì)后續(xù)階段分析帶來(lái)影響，還會(huì)導(dǎo)致樁基重量出現(xiàn)變化，甚至引起設(shè)計(jì)階段樁直徑的改變，進(jìn)而對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度產(chǎn)生一定程度的影響。

因此，合理選擇標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，系統(tǒng)地開(kāi)展專(zhuān)題研究，在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)法中是十分重要且不可忽略的環(huán)節(jié)。

4結(jié)論

該文根據(jù)墾利10-4油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，利用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的方法，系統(tǒng)地完成了墾利10-4 WHPA平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析和評(píng)估。結(jié)合此次標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)法的實(shí)際應(yīng)用提出以下幾點(diǎn)建議：

(1) 選擇油田區(qū)塊地理位置接近的平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可以保證平臺(tái)所在油田區(qū)塊的環(huán)境參數(shù)基本相同。因此，可以在同一區(qū)塊的不同油田之間建立聯(lián)系，形成一種區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的概念[10]。

(2) 選擇平臺(tái)功能相近的平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，例如：井口平臺(tái)選擇井口平臺(tái)，中心平臺(tái)選擇中心平臺(tái)。

(3) 為了盡量減小載荷變化對(duì)平臺(tái)設(shè)計(jì)的影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中平臺(tái)載荷要考慮足夠的余量，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。

(4) 工藝和公用設(shè)備經(jīng)過(guò)核算，出現(xiàn)處理能力大于標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的情況，按照實(shí)際計(jì)算結(jié)果選型，如果核算處理能力小于標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，則與標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)保持一致。

墾利10-4油田的開(kāi)發(fā)，創(chuàng)造性地采取了標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，縮短了設(shè)計(jì)工期，降低了投資成本。以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)帶來(lái)的油田提前投產(chǎn)來(lái)改善油田開(kāi)發(fā)效益，也為今后的油田開(kāi)發(fā)模式提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)

[ 1 ]羅傳信.海洋樁基平臺(tái)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1988.

[ 2 ]陸文發(fā)，李林普，高明道.近海導(dǎo)管架平臺(tái)[M].北京：海洋出版社，1992.

[ 3 ]徐嘉信.中國(guó)海上油氣田開(kāi)發(fā)特點(diǎn)及其前景[J].中國(guó)海洋平臺(tái),1994，9(A1):19-37.

[ 4 ]胡曉明,楊曉剛,謝彬,等.海洋石油平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)在渤海綏中36-1油田II期工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)海上油氣(工程),2003,15(3):10-13.

[ 5 ]朱江.海上油氣田區(qū)域開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)應(yīng)對(duì)策略實(shí)踐及思考[J].中國(guó)海上油氣,2014,26(2):35-39.

[ 6 ]API RP 2A-WSD. Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-working stress design [S].2007.

[ 7 ]中國(guó)海洋石油總公司.渤海海域鋼制固定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則[S].2013.

[ 8 ]中國(guó)海洋石油總公司.渤海海域井口平臺(tái)機(jī)械、電氣、儀表設(shè)計(jì)規(guī)定[S].2002.

[ 9 ]中國(guó)海洋石油總公司.渤海海域井口平臺(tái)工藝設(shè)計(jì)規(guī)定[S].2002.

[10]朱江,劉偉.海上油氣田區(qū)域開(kāi)發(fā)模式思考與實(shí)踐[J].中國(guó)海上油氣,2009,21(2):102-104.

Practice and Suggestions on Standardized Design Method

of Platforms in Bohai Oilfield

QU Zhao-guang, WU Jing-jian, QIAN Xin, SHI Wei

(Bohai Oilfield Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin 300452, China)

Abstract：This paper creatively presents a new concept of standardized design method of offshore platforms, according to the development project of KenLi 10-4 oil field. This paper introduces the basis of the standardized design and its application to the design of KL10-4 WHPA platform. Besides, the advantages and the key risk points of the standardized design are also analyzed in the paper. In the end, suggestions are given to the application of the standardized design method to the oil field development projects in the future.

Keywords：standardized design method of platforms; jacket; target platform; wellhead platform

中圖分類(lèi)號(hào):P75

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-4500(2015)06-0007-05

作者簡(jiǎn)介：曲兆光(1968-)，男，高級(jí)工程師。

收稿日期：2015-08-21