混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)在烏石東區(qū)油田的工程應(yīng)用探討

張方海

（中海油能源發(fā)展股份有限公司湛江采油服務(wù)文昌分公司廣東湛江524057）

混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)在烏石東區(qū)油田的工程應(yīng)用探討

張方海

（中海油能源發(fā)展股份有限公司湛江采油服務(wù)文昌分公司廣東湛江524057）

烏石東區(qū)油田開發(fā)存在諸多難點(diǎn)，距離在生產(chǎn)油田比較遠(yuǎn)，無可依托設(shè)施。若采用常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)開發(fā)需要建造多個(gè)功能平臺(tái)，如生產(chǎn)處理平臺(tái)、儲(chǔ)油平臺(tái)及靠系泊設(shè)施以等，難以經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)。針對烏石東區(qū)油田的特點(diǎn)，提出一種重力式的混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)用于油田開發(fā)。本文通過對混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)與導(dǎo)管架平臺(tái)的對比，初步論證了混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)可行，對于烏石東區(qū)油田開發(fā)具有一定的性能和價(jià)格優(yōu)勢。

導(dǎo)管架平臺(tái)；混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)；儲(chǔ)油平臺(tái)；系纜平臺(tái)

1 概述

烏石東區(qū)油田位于南海北部灣盆地烏石凹陷的東部，距離在生產(chǎn)的油田較遠(yuǎn)，無可依托生產(chǎn)設(shè)施。目前發(fā)現(xiàn)油田四個(gè)，儲(chǔ)量規(guī)?？捎^，且主體區(qū)塊相距僅9km。若能有效開發(fā)起來，將帶動(dòng)整個(gè)烏石區(qū)的勘探、開發(fā)、生產(chǎn)，開拓南海西部油田另一片天地。該海區(qū)內(nèi)屬熱帶氣候，氣候、海況均受臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)的影響，年平均氣溫23℃。每年5月～11月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，海域最大潮差達(dá)5.03m，海域水深14m～28m。

該油田從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已有30多年的歷史，油田開發(fā)存在諸多難點(diǎn)，主要為：（1）距離現(xiàn)有設(shè)施遠(yuǎn)，周邊無可依托設(shè)施；（2）低品位油藏占多數(shù)，穩(wěn)定產(chǎn)能低，單井配產(chǎn)低；（3）地下構(gòu)造復(fù)雜，其儲(chǔ)層分布、產(chǎn)能低、連通性情況復(fù)雜，儲(chǔ)層水敏性強(qiáng)，水相滲流能力差，缺乏有效的能量補(bǔ)充方式。

針對上述開發(fā)難點(diǎn)，該油田需采用密井網(wǎng)、注水開發(fā)，要求較大的平臺(tái)規(guī)模，若采用常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架平臺(tái)開發(fā)需建造多個(gè)功能平臺(tái)，如中心處理平臺(tái)、儲(chǔ)油平臺(tái)及靠系泊設(shè)施等，工程量大、開發(fā)成本高、經(jīng)濟(jì)性差，且很難兼顧周邊油田。因此，需尋求一種靈活經(jīng)濟(jì)的開發(fā)工程設(shè)施。

混凝土平臺(tái)以其諸多的優(yōu)點(diǎn)在國外被廣泛地用于油氣田開發(fā)、生產(chǎn)及儲(chǔ)存，目前國外大概有200多座混凝土平臺(tái)，其具有良好的抗疲勞、抗沖擊、抗海水腐蝕能力、耐久性好、易于維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)多功能一體化，尤其是可以在水下儲(chǔ)油。同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的平臺(tái)用鋼量少、造價(jià)低、可濕拖，可以降低海上工程量、油田開發(fā)投資、后期維護(hù)成本和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。對于烏石東區(qū)油田這種周邊無可依托設(shè)施的未開發(fā)油田具有一定的性能與價(jià)格優(yōu)勢。

因此，我們提出一種重力式混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)，用于烏石東區(qū)油田的開發(fā)，該平臺(tái)具備油氣生產(chǎn)、處理、儲(chǔ)存、外輸、動(dòng)力供應(yīng)、生活居住、停靠泊、鉆修井等功能。可作為整個(gè)油田集輸控制指揮中心，所儲(chǔ)原油通過穿梭油輪外輸至附近終端或煉油廠。

2 國內(nèi)混凝土平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國早在70年代初就開展了混凝土平臺(tái)相關(guān)的研究，但仍處于理論研究和概念設(shè)計(jì)階段，迄今為止還未建成一座真正的混凝土平臺(tái)。主要存在以下幾方面問題：（1）由于國內(nèi)關(guān)于混凝土平臺(tái)方面的研究還未深入展開，缺乏成熟的設(shè)計(jì)、建造和安裝經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)沒有建造先例；（2）受限于國內(nèi)的港口條件、航道水深，很難找到適合建造的場地；（3）在早些年的條件下，混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)相對較低，混凝土平臺(tái)建造工程量大，投資成本高。但隨著混凝土材料及建造技術(shù)的不斷提高，海上混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造的系統(tǒng)化和規(guī)范化，混凝土結(jié)構(gòu)的海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)平臺(tái)已具備了建造和工程應(yīng)用條件。

3 混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)技術(shù)方案

綜合分析國內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)港口、航道條件，混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)采用鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平臺(tái)下部采用方型混凝土沉箱結(jié)構(gòu)，中部和上部給鋼結(jié)構(gòu)。具體由上部鋼結(jié)構(gòu)甲板、中部鋼結(jié)構(gòu)工藝艙、下部混凝土沉箱、底部鋼結(jié)構(gòu)裙腳及靠系泊結(jié)構(gòu)等組成，如圖1所示。

上部鋼結(jié)構(gòu)甲板與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)甲板類似，分為兩層，分別設(shè)生活區(qū)、動(dòng)力區(qū)、油氣處理區(qū)、井口區(qū)及鉆修區(qū)，每甲板尺寸為70m×60m；上層甲板布置鉆修機(jī)模塊、DSM、壓縮機(jī)、化學(xué)藥劑橇、主電站、中控室、生活樓及直升機(jī)甲板等。下層甲板布置井口區(qū)、工藝處理區(qū)、變壓器區(qū)、配電間、電潛泵控制區(qū)、實(shí)驗(yàn)室等。

中部鋼結(jié)構(gòu)工藝艙借鑒了船舶和FPSO的設(shè)計(jì)理念，將機(jī)泵類設(shè)備和小型存儲(chǔ)設(shè)備布置在工藝艙內(nèi)，有效提升了上部甲板的使用面積。工藝艙分三層，每層尺寸為40m×30m×6m，一層工藝艙主要布置注水系統(tǒng)設(shè)備、柴油艙、海水過濾設(shè)備等；二層工藝艙主要布置生產(chǎn)水處理系統(tǒng)設(shè)備、生產(chǎn)水罐、淡水艙等；三層工藝艙主要布置貨油系統(tǒng)設(shè)備、海水提升設(shè)備及消防泵等。

下部混凝土沉箱參考國外近?；炷疗脚_(tái)的常規(guī)設(shè)計(jì)思想，采用方型設(shè)計(jì)，沉箱材料主要為鋼筋和混凝土，沉箱的底部和周邊為壓載艙，壓載艙艙容為46000m3，尺寸為70m×60m× 15m；沉箱中上部為原油艙，艙容為12000m3，尺寸為40m×30m ×18m。

底部鋼結(jié)構(gòu)裙腳借鑒了國外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合吸力式樁基的原理，其為平臺(tái)的基礎(chǔ)，可降低就位時(shí)對地基的處理難度和工程量。其主要作用為：在碼頭建造時(shí)作為一個(gè)施工平臺(tái)；拖航時(shí)充氣提供臨時(shí)輔助浮力；就位后起到防沖刷、抗傾覆、抗滑移的作用。裙腳尺寸為80m×70m×5m，內(nèi)設(shè)56個(gè)隔艙。

靠系泊設(shè)施主要參考的是旅大32-2生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)項(xiàng)目和意大利混凝土海上液化天然氣接收站?？坎丛O(shè)施主要是在平臺(tái)一側(cè)布置一定數(shù)量的橡膠護(hù)舷，以降低船舶對平臺(tái)的靠泊力。系泊設(shè)施在平臺(tái)兩側(cè)建造兩座小型吸力樁基系纜平臺(tái)，系纜平臺(tái)通過棧橋與混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)連接，系纜平臺(tái)上設(shè)置快速解纜器。為保證操作安全，避免操作人員在棧橋操作解纜器，前后系泊系統(tǒng)使用遙控快速解纜器。系纜采用首尾系纜及船側(cè)交叉系統(tǒng)的方式。如圖2所示。

圖2 靠系泊設(shè)施示意圖

整個(gè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)采用鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要目的是為了降低平臺(tái)重量和吃水深度，從而滿足國內(nèi)航道14m水深的條件。通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，平臺(tái)拖航總重量在4×104t左右，在裙腳充氣的情況下，拖航吃水深度在11m左右，該結(jié)構(gòu)型式有效降低了對建造場地及航道水深的要求，同時(shí)降低了海上工程量、投資成本及后期維護(hù)成本低。

整個(gè)平臺(tái)的建造可根據(jù)目標(biāo)油田的位置，選擇附件合適的場地進(jìn)行建造。以烏石東區(qū)油田為例，可選擇北部灣海域的港口碼頭建造，通過調(diào)研，廣西的北海鐵山港和防城港均有滿足本平臺(tái)建造的場地，其中防城港的混凝土結(jié)構(gòu)物預(yù)制場地是一個(gè)比較理想的選擇，該場地是一個(gè)成熟的混凝土結(jié)構(gòu)物的預(yù)制場地，設(shè)備齊全，碼頭水深為18m左右，航道水深為14m左右。

4 工程方案對比

根據(jù)烏石東區(qū)油田的特點(diǎn)，采用全海式開發(fā)模式話，由于距離現(xiàn)有設(shè)施遠(yuǎn)，不能依托開發(fā)，海上需要建一座中心生產(chǎn)處理和一座儲(chǔ)油平臺(tái)及外輸靠泊設(shè)施，為整個(gè)烏石東區(qū)油田集輸控制中心。若采用鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架平臺(tái)，中心平臺(tái)和儲(chǔ)油平臺(tái)至少需八腿導(dǎo)管架平臺(tái)。中心平臺(tái)需具備油氣生產(chǎn)處理、動(dòng)力供應(yīng)、生活居住及鉆修井等功能；儲(chǔ)油平臺(tái)具備原油儲(chǔ)存、外輸功能。中心平臺(tái)處理合格后的原油輸送至儲(chǔ)油平臺(tái)進(jìn)行儲(chǔ)存，然后通過穿梭油輪進(jìn)行外輸。

鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架平臺(tái)是目前海上油田開發(fā)最常見開發(fā)模式，其優(yōu)點(diǎn)主要是：（1）技術(shù)成熟、可靠；（2）對于具有一定規(guī)模的油田，在淺海和中深海區(qū)使用較為經(jīng)濟(jì)；（3）海上作業(yè)平穩(wěn)和安全。

其缺點(diǎn)主要是：（1）海上安裝工作量大；（2）制造和安裝周期長；（3）對于小型邊際油田，投資成本較高；（4）當(dāng)油田預(yù)測產(chǎn)量發(fā)生變化時(shí)，對油田開發(fā)方案進(jìn)行調(diào)整的適應(yīng)性受到限制[1]。

相對于導(dǎo)管架平臺(tái)，混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)集成了中心平臺(tái)和儲(chǔ)油平臺(tái)的全部能力，可作為整個(gè)油田集輸控制中心，所儲(chǔ)原油通過穿梭油輪進(jìn)行外輸。其優(yōu)點(diǎn)主要是：（1）功能齊全，可實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，有效降低海上工程量；（2）平臺(tái)具備自浮能力，可濕拖，海上就位安裝費(fèi)用低、平臺(tái)棄置費(fèi)用低；（3）平臺(tái)坐底穩(wěn)性較好、抗臺(tái)能力強(qiáng)；（4）抗疲勞、抗沖擊、抗海水腐蝕能力、耐久性好，后期維護(hù)工作量小，費(fèi)用低，使用壽命長；（5）可提供較大的甲板面積，有利于油田的密井網(wǎng)開發(fā)；（6）設(shè)置靠船墩設(shè)施，即對平臺(tái)具有保護(hù)作用，又為穿梭油輪及拖輪提供靠泊設(shè)施。

其缺點(diǎn)主要是：（1）國內(nèi)缺乏成熟的設(shè)計(jì)、建造和安裝經(jīng)驗(yàn)，沒有建造先例；（2）海上安裝對地基的要求高；（3）結(jié)構(gòu)分析比較復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜；（4）建造施工場地和航道水深要求較高。

從技術(shù)方面來看，導(dǎo)管架平臺(tái)方案技術(shù)成熟、可靠，海上作業(yè)平穩(wěn)和安全，是比較理想的選擇。但整體投資成本較高，海上設(shè)施工程量較大，安裝成本較高。參考國內(nèi)已有的八腿導(dǎo)管架平臺(tái)，結(jié)合目前鋼材價(jià)格及預(yù)制費(fèi)用，初步估算，建造一座八腿導(dǎo)管架平臺(tái)的投資約12.8億元左右，建造一座儲(chǔ)油量12000m3的八腿導(dǎo)管架儲(chǔ)油平臺(tái)投資約7億元左右。而混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)方案，雖然國內(nèi)還沒有建造應(yīng)用的先例，但國內(nèi)建造離岸大型碼頭、人工島及橋梁等海上大型混凝土結(jié)構(gòu)物的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)非常成熟。初步估算，混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)的總體投資約12億元左右，相較于導(dǎo)管架平臺(tái)方案可節(jié)約投資7.8億元左右。

5 結(jié)語

綜上所述，相較于導(dǎo)管架平臺(tái)，混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)具有如下優(yōu)勢：（1）施工簡單、投資成本低：混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比其建造、施工成本相對較低，大大減少了海上的工程設(shè)施和工程量，可為油田的開發(fā)節(jié)約大量投資成本。（2）功能齊全、運(yùn)營操作成本低：混凝土開發(fā)生產(chǎn)平臺(tái)集鉆修井、采油、儲(chǔ)油、船舶靠泊等諸多功能于一身，節(jié)約大量的油田開發(fā)投資成本的同時(shí)還大大降低了油田運(yùn)營操作成本。（3）海上安裝簡單、后期維護(hù)成本低：混凝土開發(fā)生產(chǎn)平臺(tái)具備自浮能力，可濕拖，海上安裝不需要?jiǎng)佑么笮推鹬卮暗仍O(shè)施，可減少大量海上施工時(shí)間、工程量和費(fèi)用。且混凝土結(jié)構(gòu)抗疲勞、抗沖擊、抗海水腐蝕能力好，耐久性好壽命長，后期基本不用維護(hù)，可節(jié)約大量維護(hù)成本。

雖然混凝土平臺(tái)在國內(nèi)缺乏成熟的設(shè)計(jì)、建造和安裝經(jīng)驗(yàn)，沒有建造應(yīng)用的先例，但我國在類似的海上混凝土結(jié)構(gòu)物的建造經(jīng)驗(yàn)已非常完善成熟，且目前海上混凝土結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也已相對完善。因此，采用混凝土采儲(chǔ)平臺(tái)開發(fā)烏石東區(qū)油田是可行的，具非常高的性價(jià)比，若得以實(shí)現(xiàn)不僅為邊際油田的開發(fā)提供了新思路，也對整個(gè)海洋工程建設(shè)的發(fā)展具有長遠(yuǎn)的意義。

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張方海，1981年生，男，本科學(xué)士學(xué)位，初級(jí)工程師。2005年參加工作，現(xiàn)主要從事科技項(xiàng)目管理及新項(xiàng)目研究工作，現(xiàn)擔(dān)任中海油能源發(fā)展股份有限公司湛江采油服務(wù)文昌分公司項(xiàng)目管理部副經(jīng)理。