深海油氣開發(fā)的四大挑戰(zhàn)

■ 王 偉 馬士萍

荔灣3-1天然氣綜合處理平臺(tái)

當(dāng)你搭乘液化天然氣出租車在城市中穿梭時(shí),你可曾想到,有一座巨大的海上油氣加工廠佇立在波濤洶涌的南海，以重達(dá)32000噸的堅(jiān)實(shí)身軀，抵御著南海的狂風(fēng)巨浪——這就是荔灣3-1天然氣綜合處理平臺(tái)。

荔灣3-1是我國自主研發(fā)的、亞洲最大天然氣綜合處理平臺(tái)。該平臺(tái)由海洋石油工程(青島)有限公司歷時(shí)21個(gè)月建造,完成，浮托重量達(dá)到3.2萬噸，上有三層主甲板，全部為鋼結(jié)構(gòu)建筑。最上層平臺(tái)主甲板長107米、寬77米，比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場的面積還要大一些；主甲板距離地面有41米，相當(dāng)于18層樓的高度。該平臺(tái)價(jià)值50多億人民幣，相當(dāng)于建造一個(gè)小型煉油廠。

荔灣3-1氣田是我國在南海投入開發(fā)建設(shè)的第一個(gè)深水項(xiàng)目。從海底抽上來的油氣將通過導(dǎo)管架外設(shè)置的管道輸送到天然氣平臺(tái)，然后進(jìn)行油、氣分離，去除雜質(zhì)、水分，產(chǎn)出的天然氣供應(yīng)市場，整個(gè)控制系統(tǒng)全部自動(dòng)化，相當(dāng)于把一座工廠搬到了海上。

目前，深海已成為全球油氣開采的重要區(qū)域。我國南海地區(qū)的油氣資源占到了我國油氣總資源量的三分之一，但其中有70%蘊(yùn)藏在深海區(qū)域。荔灣3-1油氣平臺(tái)的建成，刷新了中國海洋石油工程建設(shè)的新紀(jì)錄，大大加強(qiáng)了我國深海油氣開采的能力，預(yù)計(jì)年天然氣處理規(guī)模將達(dá)120億立方米。

天然氣作為比煤炭和石油更為清潔的能源，集中分布在我國的西北部，但經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū)天然氣儲(chǔ)量很少。為解決沿海地區(qū)天然氣供應(yīng)不足的問題，我國開工建設(shè)了著名的“西氣東輸”工程，在一定程度上緩解了沿海地區(qū)天然氣供應(yīng)不足的局面。但考慮到運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本，越在線路的末端，氣源成本就越高。以廣東珠海為例，目前珠海地區(qū)天然氣價(jià)格為4.9元/立方米，而處在線路中端的陜西僅為3～3.5元/立方米，兩者價(jià)格相差接近50%。因此，就近尋找油氣資源成為當(dāng)務(wù)之急。

好消息接踵而至，2009和2010年，在荔灣3-1氣田東北方向，相繼鉆獲流花34-2、29-1氣田，測試獲得日產(chǎn)天然氣分別為150萬立方米和160萬立方米。

荔灣3-1區(qū)域有望成為中國最大的深海氣田，開發(fā)后可以極大地緩解珠江三角洲地區(qū)能源緊缺的局面。然而，在這個(gè)區(qū)域進(jìn)行開發(fā)，難度遠(yuǎn)超常人想象！

挑戰(zhàn)一：開發(fā)方案難以確定

難題1：開發(fā)荔灣3-1氣田需要跨越巨大的陡坡！

荔灣3-1氣田處于深海和淺海的交替區(qū)域。水深從200米的淺海突然跨入海平面以下1500米的深海（陡坡對應(yīng)的落差是1300米）。油氣輸送距離超過79公里，同時(shí)跨越這么陡的坡，非常困難。

難題2：如何兼顧經(jīng)濟(jì)效益——要照顧周邊氣田開發(fā)

荔灣3-1氣田周圍有番禺34-1/35-1/35-2淺水氣田、流花29-1/34-2深水氣田，還有已經(jīng)在生產(chǎn)的番禺30-1和惠州21-1氣田。因?yàn)樯詈Ｓ蜌忾_發(fā)投資極大，動(dòng)輒幾百億的人民幣，所以荔灣3-1的開發(fā)方案要兼顧以上所有氣田，使經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大化。

深海油氣開發(fā)，根據(jù)氣田所處水深不同，開發(fā)方案也大有不同。一是建造海上油氣平臺(tái)；二是建造水下生產(chǎn)系統(tǒng)。

海上油氣平臺(tái)主要有深水半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)（TLP）、柱筒式平臺(tái)（Spar）等。

深水半潛式平臺(tái)可以兼做鉆井及采油平臺(tái)。底部浮箱實(shí)現(xiàn)沉浮，因浮箱沉于較深海水中，再加上錨泊系統(tǒng)，故穩(wěn)定性好。

張力腿平臺(tái)（TLP）的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來補(bǔ)償，且此拉力應(yīng)大于波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。簡單說，張力腿平臺(tái)就像一個(gè)氣球，把繩子拴在海底，它就不隨便跑了。

柱筒式平臺(tái)（Spar）的理念源自于浮標(biāo)，結(jié)構(gòu)的大部分都是浮筒。由于主體吃水很深，在深水環(huán)境中運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、安全性良好，特別適宜于深水作業(yè)。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)包括油井、井口頭、采油樹、接入出油管系統(tǒng)和控制油井的操縱設(shè)備。井口頭和采油樹都在海底。對比海上平臺(tái)，水下生產(chǎn)系統(tǒng)不會(huì)受到海況和水深的影響。

綜合考慮各種因素，開發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了四種方案：

方案1：水下生產(chǎn)系統(tǒng)直接外輸?shù)疥懮辖K端。經(jīng)過深入分析：南海海底地形復(fù)雜，氣田處于陡坡下方，有巨大的深度差，自然壓力不足以驅(qū)動(dòng)油氣越過陡坡到達(dá)陸地終端。此方案最終被排除。

方案一示意圖

方案2：Spar/張力腿平臺(tái)/半潛式直接外輸?shù)疥懮辖K端。深水浮式油氣處理平臺(tái)從設(shè)計(jì)到建成至少需要3年以上時(shí)間，滿足不了氣田盡快投產(chǎn)的需要，并且成本較高，是固定式平臺(tái)的2～3倍，技術(shù)相對也并不成熟。此方案被排除。

方案二示意圖

方案3：Spar/張力腿平臺(tái)/半潛式回接到淺水平臺(tái)后外輸?shù)疥懮辖K端，需要建設(shè)兩座油氣處理平臺(tái)及全部的生產(chǎn)管線，投資太大，經(jīng)濟(jì)效益低。此方案被排除。

方案三示意圖

方案4：水下生產(chǎn)設(shè)施回接到淺水平臺(tái)后外輸?shù)疥懮辖K端。因?yàn)槟虾：r惡劣，臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，采用更穩(wěn)定的固定式淺水平臺(tái)是一個(gè)理想的選擇。因此開發(fā)團(tuán)隊(duì)決定采用將深水回接到淺水、周邊回接到中心平臺(tái)的總體開發(fā)方案。

方案四示意圖

荔灣3-1氣田開發(fā)分為深海、淺海和陸地三部分，也就是在1500米的深海建水下生產(chǎn)系統(tǒng)，在200米的淺海建油氣中心平臺(tái)，在陸地建終端處理廠。

荔灣3-1采用合作開發(fā)的模式。深水生產(chǎn)設(shè)施由赫斯基（Husky）擔(dān)任作業(yè)者；淺水設(shè)施及陸上終端由CNOOC擔(dān)任作業(yè)者。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)

挑戰(zhàn)二：平臺(tái)設(shè)計(jì)和建造難度大

荔灣3-1平臺(tái)不僅要處理深海10個(gè)生產(chǎn)井輸送的天然氣，同時(shí)還要兼顧已發(fā)現(xiàn)的番禺、流花氣田以及該區(qū)域潛在的油氣資源。因此，荔灣3-1中心平臺(tái)的設(shè)計(jì)年處理量達(dá)到80億方/年。我國陸地最大的天然氣處理廠——蘇里格氣田第二處理廠，年處理量為50億方/年，可以想象荔灣3-1平臺(tái)的體量需要多么巨大。

該平臺(tái)在設(shè)計(jì)制造時(shí)，雖然想盡辦法控制面積，但單層甲板依然比足球場還要大；想方設(shè)法“瘦身”，但還是要比5個(gè)埃菲爾鐵塔重。為了支撐如此龐大的身軀，導(dǎo)管架注定龐大無比。導(dǎo)管架高度達(dá)到190米，有60多層樓的高度。一般來說，導(dǎo)管架是由中空的腿柱和連接腿柱的縱橫桿組成，其上面搭接固定式平臺(tái)，用于海洋油氣開采。高度超常，就不能采用常規(guī)的立式建造法，只能采用臥式建造法。

在深水低溫高壓狀態(tài)下，為了防止水合物堵塞管道，往往需要向井口注入乙二醇，以抑制海底管道中水合物的生成（原理：乙二醇通過降低冰點(diǎn)來抑制水合物的生成，效果取決于注入量與天然氣是否混合均勻）。但是平臺(tái)組塊已經(jīng)太重了，額外布置大規(guī)模的乙二醇儲(chǔ)罐顯然是不明智的。那該怎么辦呢？最后設(shè)計(jì)者們想出了一個(gè)辦法——將乙二醇儲(chǔ)存在導(dǎo)管架腿中，導(dǎo)管架腿“兼任”常壓容器，這下就簡單啦！

已經(jīng)勝利在望了嗎？并不，就像闖關(guān)一樣，更大的困難總在后面！

挑戰(zhàn)三：平臺(tái)組塊和導(dǎo)管架對接問題

海洋平臺(tái)的安裝需要安裝導(dǎo)管架后將平臺(tái)組塊與其對接。導(dǎo)管架可以通過滑移入水的方式來定點(diǎn)安裝。

但是平臺(tái)組塊和導(dǎo)管架的對接卻是一個(gè)大難題：組塊安裝通常有浮吊和浮托兩種方式，但到目前為止，世界上沒有任何一艘起重船能吊起荔灣3-1，所以整體浮吊行不通。既然如此，那是否可以將組塊拆分成若干部分再浮吊呢？

現(xiàn)實(shí)是海上組裝不僅耗時(shí)長，對各工種的協(xié)同要求高，而且海上作業(yè)受天氣和海洋環(huán)境的影響也很大，極容易造成工期延長。海上作業(yè)成本高，日費(fèi)少則幾十萬美元，多則上百萬美元。一旦工程進(jìn)度不順利，有可能帶來上億或者幾十億的損失，那就虧大了！因此，該方案風(fēng)險(xiǎn)不可控，PASS掉！

那32000噸的平臺(tái)如何安裝到預(yù)定位置呢？只能選擇浮托法進(jìn)行安裝。然而現(xiàn)實(shí)是國內(nèi)沒有哪條駁船能夠完全滿足這個(gè)項(xiàng)目的要求。荔灣3-1組塊重量是普通平臺(tái)組塊的兩倍，但是導(dǎo)管架的間距卻沒有增加，滿足要求的駁船太寬，根本無法進(jìn)入，但稍小一些的駁船又無法承載三萬多噸的重量。

大船進(jìn)不去，小船HOLD不住。怎么辦呢？最后決定改造世界第二大駁船“海洋石油229”（世界第一大駁船荷蘭HEERE-MA公司的H-851船工期已經(jīng)排滿了），將船體前100米的寬度減小至42米，便于進(jìn)入導(dǎo)管架內(nèi)；為了保證浮力，把后100米的船體寬度拓寬到65米。

“海洋石油229”駁船改造方案

駁船終于改造完成，平臺(tái)和導(dǎo)管架對接開始，上部組塊、平臺(tái)組塊先后成功安裝。大功告成了嗎？NO！NO！NO！

荔灣3-1屹立在南海

挑戰(zhàn)四：平臺(tái)建好了天然氣出不來

荔灣3-1平臺(tái)坐落在190米水深處，但是生產(chǎn)井口卻在海平面下1480米的海底，并且兩者之間有79公里的海底陡坡。輸送距離長、坡度大，好難爬！要爬三個(gè)東方明珠！

最后一道難關(guān)出現(xiàn)了——如何將油氣輸送到中心平臺(tái)呢？這需要水下生產(chǎn)系統(tǒng)和雙海管技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)出的油氣通過兩條管線輸送到平臺(tái)，這兩條管線并行且可以任意切換。

未來油氣輸送并非是一帆風(fēng)順，還會(huì)有很多問題，因?yàn)椴沙龅挠蜌馐腔旌衔铮ㄌ烊粴狻⒂退?、蠟、砂石等），日久天長必然會(huì)逐漸堵塞管道。有兩條可以任意切換的輸送管道，可以始終保持管道的暢通，從而保證油氣正常生產(chǎn)啦！

典型雙海管系統(tǒng)

在這里不妨傳播一下雙海管清洗知識(shí)。首先，推動(dòng)清管球的動(dòng)力主要來自上部增壓裝置，流量和壓力可以進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)。此外，當(dāng)清管球發(fā)生卡堵時(shí)，可進(jìn)行反向推動(dòng)。

采用雙海管環(huán)路清洗，當(dāng)一條海管出現(xiàn)故障時(shí)，另一條還可以繼續(xù)保持生產(chǎn)，靈活性較好。當(dāng)后期產(chǎn)量降低時(shí)，可將其中一條海管停運(yùn)，經(jīng)濟(jì)效益佳。

對于深海氣田而言，雙管方案單根海管直徑更小，因此積液量少，流動(dòng)會(huì)更加穩(wěn)定，有利于延長整個(gè)油氣田的生產(chǎn)周期。此外，當(dāng)管線內(nèi)出現(xiàn)水合物時(shí)，可以對堵塞部位兩端同時(shí)降壓，有利于水合物的分解。

結(jié)語

面對一個(gè)個(gè)挑戰(zhàn)，石油工作者逐個(gè)擊破。歷時(shí)7年，該項(xiàng)目終于實(shí)現(xiàn)了商業(yè)供氣！荔灣3-1平臺(tái)在南海屹立，雄姿巍然，不僅滿足了珠三角地區(qū)對清潔能源的需求，更為區(qū)域能源安全提供了有力保障。