自升式儲(chǔ)油平臺(tái)原油外輸方式論證

劉學(xué)濤 劉海超

（1中海油能源發(fā)展股份有限公司邊際油田開發(fā)項(xiàng)目組天津300457 2勝利石油鉆井工藝研究院山東東營257017）

自升式儲(chǔ)油平臺(tái)原油外輸方式論證

劉學(xué)濤1劉海超2

（1中海油能源發(fā)展股份有限公司邊際油田開發(fā)項(xiàng)目組天津300457 2勝利石油鉆井工藝研究院山東東營257017）

隨著海上小型邊際區(qū)塊的開發(fā)蓬勃發(fā)展，小型的艙室儲(chǔ)油自升式平臺(tái)被原來越多的使用，由艙室儲(chǔ)油平臺(tái)組成的“蜜蜂式”開發(fā)模式摒棄了海底管線的鋪設(shè)，有效地減小了油田開發(fā)成本。然而從儲(chǔ)油平臺(tái)將油液傳輸至穿梭油輪的過程中可采用多種方案——分支撐輸油臂、軟管外輸、桁架輸油臂、懸掛式軟管等，本文將對(duì)其進(jìn)行具體介紹，并進(jìn)一步比選確定了自升式儲(chǔ)油平臺(tái)原油外輸?shù)淖罴逊绞健旒茌斢捅?，為邊際油田開發(fā)提供有益的借鑒。

邊際油田;自升式儲(chǔ)油平臺(tái)；原油外輸

引言

我國海洋石油發(fā)現(xiàn)很多邊際油田，這些油氣田的總儲(chǔ)量非?？捎^。為了動(dòng)用這些邊際油氣田的油氣儲(chǔ)量和有效益地開發(fā)，必須在技術(shù)上有所突破，以降低開發(fā)成本。隨著我國海上邊際油田開發(fā)的發(fā)展，“蜜蜂式”工程設(shè)施已成為一種很具吸引力的開發(fā)模式，由多個(gè)小油田分?jǐn)傄惶卓芍貜?fù)使用的移動(dòng)式工程設(shè)施，以提高小油田的開發(fā)效益。為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和外輸一體化，須建造一套可移動(dòng)式的開發(fā)設(shè)施（集處理、動(dòng)力、儲(chǔ)油、外輸、生活為一體的小型裝置），其開發(fā)方式就像蜜蜂采蜜一樣，采完一個(gè)小油田就轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)小油田。該開發(fā)方式使得一套開發(fā)設(shè)施的投資從多個(gè)油田中得到回收，從而降低了小油田的開發(fā)投資。還能解決油田周邊因沒有依托工程設(shè)施或周邊依托工程飽和而帶來的困難[1]，因此被廣泛使用。從儲(chǔ)油平臺(tái)將油液傳輸至穿梭油輪的過程可采用多種方案，下面將對(duì)其進(jìn)行具體介紹，并論證自升式儲(chǔ)油平臺(tái)原油外輸?shù)淖罴逊绞健?/p>

1 儲(chǔ)油平臺(tái)特點(diǎn)及原油外輸參數(shù)

1.1 海域環(huán)境特點(diǎn)

儲(chǔ)油平臺(tái)主要作業(yè)區(qū)域?yàn)椴澈?，作業(yè)水深可達(dá)40m，風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷較為復(fù)雜，且比較大。

1.2 穿梭油輪系泊特點(diǎn)

穿梭油輪采用三系泊點(diǎn)兩點(diǎn)系泊，在不同的海流方向及風(fēng)向條件下，選取不同的系泊點(diǎn)進(jìn)行系泊，從而導(dǎo)致原油外輸距離及外輸角度變化較大。

1.3 儲(chǔ)油平臺(tái)原油存儲(chǔ)及外輸特點(diǎn)

儲(chǔ)油采用艙室儲(chǔ)油，設(shè)計(jì)儲(chǔ)油量為2503m3。原油外輸能力要求約為400m3/h×2，所需的外輸軟管直徑約為250mm，外輸過程中，油管內(nèi)原油產(chǎn)生的載荷較大。

2 現(xiàn)階段主要的原油外輸方式

2.1 分支承輸油臂[2]外輸

為保證在較復(fù)雜條件下滿足原油外輸作業(yè)要求，常采用的輸油方式有分支撐結(jié)構(gòu)單/雙管輸油臂。

分支撐單管輸油臂（如圖1-a），其特點(diǎn)是支撐系統(tǒng)與工藝管線相互獨(dú)立，輸油臂的重量及載荷由支承機(jī)構(gòu)來承擔(dān)，工藝管線及旋轉(zhuǎn)接頭基本不承受外載，因此，旋轉(zhuǎn)接頭負(fù)荷小，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命長。內(nèi)臂和外臂使用同一套配重系統(tǒng)，分支撐單管輸油臂結(jié)構(gòu)型式非常精簡，能夠用于大噸位油船使用，尤其是需要長距離長時(shí)間的輸油作業(yè)。

分支撐雙管輸油臂（如圖1-b），其特點(diǎn)是在分支撐單管輸油臂的基礎(chǔ)上，裝有另一管線，一般為回氣管線（氣相管），氣相管與液相管同步動(dòng)作。其與分支撐單管輸油臂相比較，具有更大的輸油能力，作業(yè)半徑相應(yīng)增大，可達(dá)20m。

但是，其受到環(huán)境條件的影響較大，在較復(fù)雜、惡劣的環(huán)境條件下作業(yè)時(shí)，其輸油距離及輸油能力將會(huì)大大降低。

圖1 輸油臂外輸方式Fig.1 pattern for oil-transferring arm

2.2 軟管外輸

此種原油外輸（圖2）方式常采用外輸滾筒+軟管組合[3]，原油外輸過程中，軟管被放出連接平臺(tái)外輸裝置與穿梭油輪原油接收裝置實(shí)現(xiàn)原油外輸。原油外輸完畢，通過滾筒回收軟管。其特點(diǎn)是：原油外輸距離較大，并且受穿梭油輪系泊影響較小。但是其受到較大的波、流力，軟管使用壽命較短，軟管價(jià)格較高，增加成本。

圖2 軟管外輸方式Fig.2 pattern for flexible hose

2.3 桁架輸油臂外輸

桁架輸油臂[4]外輸（圖3、4）方案，采用可回轉(zhuǎn)的桁架輸油臂結(jié)構(gòu)，其由支撐立柱、內(nèi)懸臂、配重、懸臂、定位裝置及外輸管等組成。其特點(diǎn)是：與常規(guī)輸油臂相比，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，能夠滿足更惡劣環(huán)境條件的要求。桁架輸油臂可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高落差與穿梭油輪之間傳輸液體，最大輸油距離可達(dá)40m。懸臂可以壓縮或伸長，外輸時(shí)，最大高度落差可達(dá)40m，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)穿梭油輪在起伏、搖擺的狀態(tài)下正常作業(yè)；原油外輸完畢，懸臂能夠回收復(fù)位，作業(yè)流程簡便。由于懸臂架構(gòu)強(qiáng)度大，可實(shí)現(xiàn)多條管線同時(shí)外輸（圖中所示為雙管線），提高原油外輸?shù)男省?/p>

但是，這種輸油的方法要根據(jù)實(shí)際油品輸送的要求，對(duì)運(yùn)輸原油的中轉(zhuǎn)油輪作相應(yīng)的改造：即增加船端定位器及相應(yīng)的原油集管。

圖3 桁架輸油臂Fig.3 truss arm

圖4 桁架輸油臂外輸Fig.4 oil-transferring truss arm

2.4 懸掛式軟管外輸

懸掛式軟管輸油方式（圖5）是目前海軍艦船重要的補(bǔ)給方式，其包含輸油軟管、懸掛鋼絲繩、鋼絲繩張緊裝置、油管及鋼絲繩回收裝置、油管懸掛架等。其中，鋼絲繩連接在平臺(tái)與船舶或船舶與船舶之間，用來實(shí)現(xiàn)輸油管線的懸掛；鋼絲繩通過張緊裝置進(jìn)行張緊；輸油管線回收后通過油管懸掛架懸掛，與此同時(shí)可通過懸掛架在平臺(tái)和外輸油輪之間產(chǎn)生高度差，有利于原油的輸送。外輸原油時(shí)，先將鋼絲繩張緊，然后將輸油管線懸掛于鋼絲繩之上，實(shí)現(xiàn)原油外輸。

它的特點(diǎn)在于：原油外輸能力可以較小的受環(huán)境條件影響，外輸?shù)木嚯x大，并且受油輪系泊點(diǎn)的位置和角度影響較小。

圖5 懸掛軟管方式進(jìn)行外輸Fig.5 hanging flexible hose

3 原油外輸方式對(duì)比

儲(chǔ)油平臺(tái)原油外輸方式的選擇主要從以下角度進(jìn)行考慮：

3.1 技術(shù)可靠性

海上油（氣）田工程與陸地隔離，在海域內(nèi)獨(dú)立生存。為此，選擇外輸方式首先要考慮其技術(shù)成熟性，其必須具備大量可靠應(yīng)用業(yè)績。懸掛軟管方式和分支承輸油臂、軟管方式已在現(xiàn)實(shí)工程中得到大量應(yīng)用，技術(shù)成熟度較高。盡管桁架式輸油臂現(xiàn)在應(yīng)用的比較少，但它的主要機(jī)構(gòu)為吊機(jī)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，吊機(jī)在工程應(yīng)用中使用的很廣泛，技術(shù)相當(dāng)成熟，具有可靠的性能。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

從起始的一次性投資、運(yùn)行過程中的經(jīng)濟(jì)性以及后期維護(hù)費(fèi)用等角度進(jìn)行考慮。滾筒+軟管輸油方式，采用性能好的外國知名品牌軟管，成本價(jià)格大約在400萬人民幣左右，但是，由于容易被破壞，后期的維修及更換成本較高。桁架式輸油臂價(jià)格大約350-400萬人民幣，其維護(hù)較為方便，整體大修周期較長，而且可以采用國內(nèi)產(chǎn)品，后期維護(hù)成本容易控制。

3.3 環(huán)境適應(yīng)能力

軟管、分支承油臂輸油方式受到環(huán)境的影響較大，在南海較復(fù)雜的環(huán)境條件下，分支承輸油臂的外輸能力會(huì)受到很大的限制，而且軟管同時(shí)受到海流、海浪的作用受到載荷較大，較容易被破壞。

3.4 原油外輸能力

由于儲(chǔ)油平臺(tái)原油外輸能力要求較高（約500m3/ h），同時(shí)，原油外輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)。其中軟管及桁架輸油臂的作業(yè)半徑可以達(dá)到30-40m，且其較容易實(shí)現(xiàn)1000m3/h的輸油能力，傳統(tǒng)的方分支撐輸油臂在保證輸油能力及克服環(huán)境條件影響前提下，外輸距離一般不超過20m；在較長距離外輸時(shí)，多做輸氣用。

3.5 外輸便捷性

軟管、懸掛軟管后期日常維護(hù)量很大，且操作復(fù)雜，對(duì)維保人員和操作人員的技術(shù)水平要求很高。同時(shí)，懸掛軟管需要增加軟管掛架、張緊裝置等，增加了平臺(tái)或穿梭油輪的改造量。而桁架輸油臂后期日常維護(hù)量相對(duì)較小，且其操作簡便，與吊機(jī)類似，可以通過對(duì)吊機(jī)司機(jī)稍加培訓(xùn)實(shí)現(xiàn)維護(hù)及操作。

4 論證結(jié)果

表1 外輸方式比選Tab.1oil-transferring pattern contrast

通過對(duì)上述輸油方式的對(duì)比論證可知，在現(xiàn)有條件下，采用桁架輸油臂方式作為儲(chǔ)油平臺(tái)原油的外輸方案其環(huán)境適應(yīng)性較好，滿足原油外輸能力及作業(yè)半徑的要求，且成本較低，是目前最為適宜的輸油方案。

[1]譚越，王春升，陳國龍.可移動(dòng)生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國造船，2011,增刊1：159-165

[2]林華春，歷妍.適用于“南海自安裝試采平臺(tái)”外輸方案的比選研究[J].船舶，2015，3：48-51

[3]金向東.國產(chǎn)外輸滾筒在自安裝采油平臺(tái)的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2011，2：56-57

[4]姜緒彪.輸油臂設(shè)計(jì)選型階段的探討[J].機(jī)械工程師，2012，6：150-151

Oil-transferring pattern research from jack-up to shuttle tanker

Liu XuetaoLiu Haichao
（1CETS Marginal oilfield development PMT,Tianjin,300457 2 Shengli Petroleum Drilling Technology Research Institute,Dongying,257017）

With the marginal oilfield development,the jack-up platform whose tanks are filled with oil is widely used.The bee-pattern which consists of jack-up effectively reduces the oilfield development cost.This paper will introduce various solutions for oil-transferring from jack-up to shuttle tanker and provide the best one-truss arm.

marginal oilfieldjack-upoil transferring

劉學(xué)濤（1980—），男，2006年畢業(yè)于天津大學(xué)船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事邊際油田開發(fā)及油田開發(fā)工程裝備研究工作。