渤海油田可移動(dòng)井口平臺(tái)總體方案

高建新, 劉學(xué)濤, 謝志元

(中海油能源發(fā)展股份有限公司， 天津 300457)

渤海油田可移動(dòng)井口平臺(tái)總體方案

高建新, 劉學(xué)濤, 謝志元

(中海油能源發(fā)展股份有限公司， 天津 300457)

針對(duì)我國(guó)海上邊際油田現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并結(jié)合海上邊際油田開(kāi)發(fā)模式，研究出一種適合于我國(guó)40 m水深范圍內(nèi)的可移動(dòng)井口平臺(tái)，用以替代常規(guī)固定式無(wú)人井口平臺(tái)。該平臺(tái)采用自升式結(jié)構(gòu)型式，艉部設(shè)有井口支持結(jié)構(gòu)，具有陸地建造周期短、海上安裝時(shí)間短、棄置費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。該研究對(duì)邊際油田開(kāi)發(fā)具有重要的意義。

邊際油田開(kāi)發(fā)模式；可移動(dòng)井口平臺(tái)；總體方案；應(yīng)用模式

0 引言

結(jié)合現(xiàn)有邊際油田的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，我國(guó)邊際油田開(kāi)發(fā)已初步確定了“區(qū)域/聯(lián)合開(kāi)發(fā)”“三一模式”“蜜蜂式”等開(kāi)發(fā)模式，并成功開(kāi)發(fā)了多個(gè)海上邊際油氣田。但是，我國(guó)還有很多邊際油田尚未得到有效開(kāi)發(fā)。

目前，我國(guó)已開(kāi)發(fā)的邊際油氣田中的井口設(shè)施均采用了簡(jiǎn)易無(wú)人井口平臺(tái)或者井口保護(hù)架[1]，如錦州9-3W油田、渤中34-3/5油田、潿洲6-8油田和潿洲11-4N油田等，如圖1所示。該類設(shè)施實(shí)現(xiàn)了部分海上邊際油田的開(kāi)發(fā)需求，但是，簡(jiǎn)易無(wú)人井口平臺(tái)或井口保護(hù)架均為固定式設(shè)施，無(wú)法重復(fù)利用，導(dǎo)致部分邊際油田開(kāi)發(fā)初始投資高、棄置費(fèi)用高，直接影響邊際油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益，特別是那些儲(chǔ)量小、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高、生產(chǎn)年限短的含油氣構(gòu)造。因此，降低邊際油田的開(kāi)發(fā)成本，確保油氣田開(kāi)發(fā)獲得收益，成為邊際油田開(kāi)發(fā)的重要課題[2]。

圖1 我國(guó)海上簡(jiǎn)易無(wú)人井口平臺(tái)示意圖

1 平臺(tái)概況

基于我國(guó)海上邊際油田的開(kāi)發(fā)需求，研究出一種適合于40 m水深范圍內(nèi)的可移動(dòng)井口平臺(tái)，該平臺(tái)是一座4樁腿無(wú)人值守的井口支持平臺(tái)，采用自升式結(jié)構(gòu)，其三維示意圖如圖2所示。平臺(tái)艉部設(shè)有井口區(qū)，井口區(qū)設(shè)有井口支持結(jié)構(gòu)，可對(duì)6根隔水套管進(jìn)行支持。

圖2 可移動(dòng)井口平臺(tái)三維示意圖

與固定式簡(jiǎn)易無(wú)人井口平臺(tái)類似，平臺(tái)上部不設(shè)油氣水處理系統(tǒng)，僅布置井口采油樹(shù)、多路閥和計(jì)量分離器等必要的生產(chǎn)設(shè)施。不同井口的產(chǎn)出物經(jīng)多路閥匯總后，通過(guò)海底混輸管線輸送至依托平臺(tái)進(jìn)行處理。平臺(tái)采取依托供電方式，即依托平臺(tái)電站提供電力，通過(guò)海底復(fù)合電纜為可移動(dòng)井口平臺(tái)及電潛泵進(jìn)行供電[3]。

平臺(tái)主體采用箱形結(jié)構(gòu)，主體上設(shè)有4個(gè)圓柱形樁腿，在每個(gè)樁腿上設(shè)4排插銷孔，并配置1套液壓升降裝置，樁腿通過(guò)液壓升降裝置與平臺(tái)主體相連并進(jìn)行升降。平臺(tái)艉部設(shè)有井口支持結(jié)構(gòu)，與平臺(tái)主體采用鉸接方式連接。平臺(tái)在油田指定位置就位，由鉆井平臺(tái)將隔水套管鉆入泥面以下指定位置后，將隔水套管與井口支持結(jié)構(gòu)固定(利用夾持結(jié)構(gòu)固定)以保持隔水套管的穩(wěn)定性。為確保隔水套管在泥面附近的精確位置，需要利用鉆井平臺(tái)提前進(jìn)入水下井口基盤(pán)，隔水套管上方設(shè)井口采油樹(shù)，用于油田生產(chǎn)。

平臺(tái)升降動(dòng)力來(lái)源于柴油電站。為降低平臺(tái)投資，柴油電站考慮租用現(xiàn)有設(shè)備，平臺(tái)主體上設(shè)有升降液壓站，可驅(qū)動(dòng)液壓升降裝置實(shí)現(xiàn)平臺(tái)升降作業(yè)。

平臺(tái)主甲板上設(shè)有油氣生產(chǎn)設(shè)備和電氣房間。平臺(tái)上的主要設(shè)施包括：井口控制盤(pán)、多路閥、多相流量計(jì)、計(jì)量加熱器、外輸加熱器、注水管匯、注水濾器、收發(fā)球筒、海纜接線箱、電潛泵接線箱和工業(yè)交換機(jī)等。

平臺(tái)右舷設(shè)有電動(dòng)遙控舷梯和應(yīng)急遙控軟梯，以便于日常巡檢人員登臨平臺(tái)。另外，平臺(tái)具備功能拓展需求，通過(guò)加裝鉆臺(tái)和井架，可以在鉆井支持平臺(tái)的配合下完成鉆井和后期修井作業(yè)。平臺(tái)主要參數(shù)見(jiàn)表1，平面布置圖如圖3所示。

表1 平臺(tái)主要參數(shù)

圖3 可移動(dòng)井口平臺(tái)平面布置圖

2 平臺(tái)應(yīng)用模式

我國(guó)海上邊際油田一直受制于開(kāi)發(fā)技術(shù)和開(kāi)發(fā)成本的限制而未能得到充分的利用。傳統(tǒng)的固定式簡(jiǎn)易無(wú)人平臺(tái)雖然實(shí)現(xiàn)了一部分邊際油田開(kāi)發(fā)，但因其成本高、不可移動(dòng)的特點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)部分小型邊際油田開(kāi)發(fā)。

可移動(dòng)井口平臺(tái)投資低、海上邊際油田棄置費(fèi)用低，有兩種開(kāi)發(fā)模式[4-5]：

(1) 三一開(kāi)發(fā)模式?？梢苿?dòng)井口平臺(tái)主要用于油氣生產(chǎn)，井產(chǎn)物流通過(guò)海底混輸管線輸送至依托平臺(tái)進(jìn)行處理，油田注水水源和電力均由依托平臺(tái)提供，如圖4所示。

圖4 三一開(kāi)發(fā)模式

(2) 蜜蜂開(kāi)發(fā)模式。井產(chǎn)物流通過(guò)鋪設(shè)在棧橋上的管道輸送至自安裝采油平臺(tái)進(jìn)行處理，生產(chǎn)污水經(jīng)自安裝采油平臺(tái)上的處理系統(tǒng)處理合格后，通過(guò)鋪設(shè)在棧橋上的注水管線注入井下。自安裝采油平臺(tái)上設(shè)有電站，為可移動(dòng)井口平臺(tái)和油氣井提供電力支持。如圖5所示。

圖5 蜜蜂開(kāi)發(fā)模式

3 平臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)

對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式、井口支持結(jié)構(gòu)、抗冰方式和管線登臨方式等進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確定最優(yōu)的可移動(dòng)井口平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案。

3.1 結(jié)構(gòu)型式

根據(jù)目標(biāo)海域特點(diǎn)及作業(yè)需求，對(duì)可移動(dòng)井口平臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式提出2種設(shè)計(jì)方案：

(1) 三樁腿+三角形主體型式。含三角形主體、3根樁腿、3個(gè)樁靴和3套升降系統(tǒng)等，如圖6所示。

(2) 四樁腿+四邊形主體型式。含四邊形主體、4根樁腿、4個(gè)樁靴和4套升降系統(tǒng)等，如圖7所示。

兩種結(jié)構(gòu)型式的對(duì)比見(jiàn)表2。

圖6 三樁腿+三角形主體型式可移動(dòng)井口平臺(tái)結(jié)構(gòu) 圖7 四樁腿+四邊形主體型式可移動(dòng)井口平臺(tái)結(jié)構(gòu)

表2 可移動(dòng)井口平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式對(duì)比

通過(guò)對(duì)平臺(tái)漂浮穩(wěn)性、可用甲板面積、抗冰能力和預(yù)壓能力等方面的對(duì)比分析，四樁腿平臺(tái)相對(duì)于三樁腿平臺(tái)更具優(yōu)勢(shì)，因此，可移動(dòng)井口平臺(tái)采用四樁腿+四邊形主體型式。

3.2 井口支持結(jié)構(gòu)

可移動(dòng)井口平臺(tái)要求能夠?qū)?口井進(jìn)行支撐(井口呈2×3排列)。從不同水深、冰厚及不同規(guī)格等角度對(duì)隔水管抗冰進(jìn)行分析，以選取最優(yōu)解決方案，井口支持結(jié)構(gòu)型式對(duì)比見(jiàn)表3。通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)性、重復(fù)利用性及建造難度3個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，最終確定采用支撐平臺(tái)式。

表3 井口支持結(jié)構(gòu)型式對(duì)比分析

3.3 抗冰方式

可移動(dòng)井口平臺(tái)初步確定用于渤海海上邊際油田的開(kāi)發(fā)，在生產(chǎn)期間不撤離，因此平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一定的抗冰能力。該平臺(tái)區(qū)別于固定式平臺(tái)，主要采用了自升式結(jié)構(gòu)型式，抗冰能力弱于固定式平臺(tái)，因此，該平臺(tái)作業(yè)區(qū)域首選冬季冰情不嚴(yán)重的海域?？梢苿?dòng)井口平臺(tái)抗冰方式的對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 可移動(dòng)井口平臺(tái)抗冰方式對(duì)比

由表4可知，輔助抗冰方式可以降低冰層對(duì)樁腿的破壞及對(duì)平臺(tái)總體性能的影響。在冰層厚度達(dá)到平臺(tái)樁腿極限抗冰能力時(shí)，應(yīng)考慮采用破冰船進(jìn)行破冰。

3.4 管纜登臨方式

采用三一模式開(kāi)發(fā)的海上邊際油田，無(wú)人井口平臺(tái)需要考慮海底管線和電纜的登臨方式。對(duì)于導(dǎo)管架平臺(tái)，海底管線通常借助平臺(tái)樁腿登臨平臺(tái)?？梢苿?dòng)井口平臺(tái)與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)不同，需要通過(guò)液壓升降裝置實(shí)現(xiàn)平臺(tái)升降，能夠在不同油田多次移位，因此，管纜登臨方式應(yīng)具有便于安裝和拆卸的功能。管纜登臨平臺(tái)的方式對(duì)比見(jiàn)表5。由表5可知，依托樁腿登臨更加便利，且不需要更多改造。

表5 管纜登臨方式比選

3.5 人員登臨方式

人員登臨平臺(tái)的方式須滿足固定無(wú)人駐守平臺(tái)相關(guān)規(guī)范要求及使用要求，人員登臨方式的對(duì)比見(jiàn)表6。

表6 人員登臨方式比選

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在平臺(tái)舷側(cè)設(shè)置遙控斜梯方式登臨較為安全、可靠，且在固定平臺(tái)上有應(yīng)用先例。為了確保巡檢人員安全，對(duì)登臨平臺(tái)重點(diǎn)說(shuō)明。

(1) 主登臨通道：采用遙控斜梯方式，配主、副遙控控制系統(tǒng)，互為備用，提高可靠性。

(2) 輔助登臨通道：采用遙控軟梯方式，配置遙控控制系統(tǒng)。

(3) 平臺(tái)配符合規(guī)范要求的救生圈及救生筏，作為緊急情況下人員撤離的方式。

4 油田棄置

根據(jù)國(guó)家海洋局頒布的《海洋石油平臺(tái)棄置管理暫行辦法》第十三條：平臺(tái)所有者必須按照國(guó)家海洋行政主管部門(mén)批準(zhǔn)的要求進(jìn)行平臺(tái)棄置，并應(yīng)在停止油氣開(kāi)發(fā)作業(yè)之日起的一年內(nèi)進(jìn)行平臺(tái)棄置。當(dāng)某一海上邊際油田生產(chǎn)結(jié)束后，需要對(duì)油田實(shí)施棄置作業(yè)。

可移動(dòng)井口平臺(tái)與常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)不同，不需要利用浮吊進(jìn)行海上拆除作業(yè)。在棄置作業(yè)期間，當(dāng)鉆井平臺(tái)完成棄井作業(yè)并切割隔水套管后，需要對(duì)平臺(tái)上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗，清洗達(dá)標(biāo)后利用平臺(tái)的升降裝置將平臺(tái)降至水面，并實(shí)施拔樁作業(yè)，由拖船將平臺(tái)拖航至下一個(gè)目標(biāo)油田。

5 總結(jié)

可移動(dòng)井口平臺(tái)是一種新型的井口平臺(tái)，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)應(yīng)用先例。該平臺(tái)主要用于40 m水深范圍內(nèi)的海上邊際油田開(kāi)發(fā)，作為井口生產(chǎn)設(shè)施應(yīng)用。該平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、工程用鋼量小、便于搬遷，可以大幅降低海上邊際油田開(kāi)發(fā)的初始投資和棄置費(fèi)用，對(duì)邊際油田開(kāi)發(fā)具有重要的意義。

[1] 方華燦，吳小微.渤海邊際油田建設(shè)工程中的關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新[J].中國(guó)造船，2003，44(z1)：34-39.

[2] 方華燦.我國(guó)海上邊際油田采油平臺(tái)選型淺談[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2005，34(1)：24-26.

[3] 楊曉剛.海上邊際油氣田簡(jiǎn)易設(shè)施設(shè)計(jì)思路[J].中國(guó)海上油氣， 2005，17(2)：124-127.

[4] 中國(guó)船級(jí)社.海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范[S].2016.

[5] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法：SY/T 10030-2004[S].2004.

Overall Plan on Removable Wellhead Platform of Bohai Sea Oil Field

GAO Jianxin, LIU Xuetao, XIE Zhiyuan

(CNOOC Energy Technology & Services Co., Ltd.， Tianjin 300457， China)

Aimed at the present situation of offshore marginal oil field in China, and combined with the offshore marginal oil field development model, a type of removable wellhead platform suitable for the range of 40 meter water depth is developed, which can be used to replace the conventional fixed unmanned wellhead platform. The platform adopts the jack-up structure and stern wellhead support structure, and has advantages of a short construction period on land, short offshore installation time, low disposal cost etc. It’s of great significance to the development of marginal oilfield in the future.

marginal oilfield development mode; removable wellhead platform; overall plan; application mode

2016-10-13

高建新(1982-)，男，工程師

1001-4500(2017)01-0026-07

F416.22

A