海上“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)邊際油田原油外輸方案現(xiàn)狀分析及優(yōu)化思路

江 城，李 勇

(中海油能源發(fā)展股份有限公司天津分公司 天津300452)

1 “蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式

海上邊際油田的“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式是指通過(guò)移動(dòng)式采油設(shè)施進(jìn)行海上小油田的開(kāi)發(fā)，移動(dòng)式采油設(shè)施可以在多個(gè)油田重復(fù)利用，從而有效降低油田開(kāi)發(fā)投資。下面以渤海某個(gè)采用“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)的在生產(chǎn)油田為例介紹其開(kāi)發(fā)方案，該油田的主要開(kāi)發(fā)設(shè)施為：隔水套管支撐井口+移動(dòng)式采油平臺(tái)+5,000,t級(jí)穿梭油輪(見(jiàn)圖 1)，井口區(qū)通過(guò)棧橋與移動(dòng)式采油平臺(tái)相連，各種管線和電纜敷設(shè)在棧橋上，井底物流通過(guò)管線輸往移動(dòng)式采油平臺(tái)，進(jìn)行油氣水處理、原油儲(chǔ)存及外輸，原油通過(guò)軟管外輸至穿梭油輪，再由穿梭油輪運(yùn)至碼頭收油終端。

圖1 “蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式示意圖Fig.1 Bee development model

2 “蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式原油外輸方案現(xiàn)狀分析

2.1 兩點(diǎn)系泊原油外輸方案簡(jiǎn)介

采用“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)的油田一般通過(guò)穿梭油輪進(jìn)行海上原油的輸送，首先需要解決穿梭油輪的系泊問(wèn)題，然后再據(jù)此設(shè)計(jì)外輸系統(tǒng)方案。如圖 1所示的開(kāi)發(fā)方案，外輸作業(yè)時(shí)，穿梭油輪通過(guò)兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)錨泊于移動(dòng)式采油平臺(tái)的一端，由漂浮軟管與移動(dòng)式采油平臺(tái)連接外輸。兩點(diǎn)系泊裝置主要由船端摩擦鏈、主系泊纜、浮筒端摩擦鏈、浮筒、水下系泊鏈、樁錨構(gòu)成(見(jiàn)圖 2)。移動(dòng)式采油平臺(tái)舷側(cè)設(shè)有外輸滾筒，用于漂浮軟管的收放(見(jiàn)圖3)。

圖2 兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)布置圖Fig.2 Two points mooring system

圖3 外輸滾筒及漂浮軟管Fig.3 Transportation drum and flotation hose

相對(duì)傳統(tǒng)的單點(diǎn)系泊、靠船墩系泊等方式，兩點(diǎn)系泊具備系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，有效促成了海上邊際油田“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式的形成，也是目前渤海邊際油田“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)的首選外輸方案，但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)該方式也存在油輪靠離泊作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、受天氣影響大等局限性。

2.2 兩點(diǎn)系泊原油外輸方案現(xiàn)狀分析

兩點(diǎn)系泊原油外輸作業(yè)流程為：穿梭油輪在拖輪配合下先進(jìn)行艏纜連接，然后進(jìn)行艉纜連接，完成兩點(diǎn)系泊后，拖輪將采油平臺(tái)的外輸軟管送至穿梭油輪，穿梭油輪吊裝并連接外輸軟管，進(jìn)行原油外輸，輸完油后進(jìn)行外輸軟管的掃線作業(yè)，采油平臺(tái)收回外輸軟管，穿梭油輪解纜駛離油田，外輸作業(yè)結(jié)束。

兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)的成功應(yīng)用有效解決了渤?！懊鄯涫健遍_(kāi)發(fā)油田的原油外輸問(wèn)題，有效降低了邊際油田的開(kāi)發(fā)成本，但在實(shí)際生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)一些局限性：穿梭油輪系泊作業(yè)耗時(shí)較長(zhǎng)，需要兩條拖輪協(xié)助，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高；外輸作業(yè)的環(huán)境條件要求高，易受天氣影響造成壓產(chǎn)。

3 “蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式原油外輸方案優(yōu)化思路

3.1 優(yōu)化思路概述

目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的海上原油外輸系統(tǒng)主要包括多點(diǎn)系泊系統(tǒng)和單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。多點(diǎn)系泊系統(tǒng)采用多個(gè)浮筒將油輪系泊(見(jiàn)圖 4)；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)包括懸鏈浮筒式單點(diǎn)系統(tǒng)、塔式單點(diǎn)系統(tǒng)、單錨腿系泊系統(tǒng)等，其中懸鏈浮筒式單點(diǎn)系統(tǒng)(Catenary Anchor Leg Mooring，CALM)技術(shù)最成熟，運(yùn)用最普遍(見(jiàn)圖 5)。

圖4 多點(diǎn)系泊系統(tǒng)Fig.4 Multi-point mooring system

圖5 懸鏈浮筒式單點(diǎn)系統(tǒng)(CALM)Fig.5 CALM system

上述系統(tǒng)可滿足大型油輪的系泊要求，而對(duì)于“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)的海上邊際油田，原油外輸量相對(duì)少，通常采用 5,000,t左右的油輪。下面以多點(diǎn)系泊、單點(diǎn)系泊、取消系泊裝置(應(yīng)用動(dòng)力定位技術(shù))三方面為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式原油外輸系統(tǒng)優(yōu)化思路分析。

3.2 多點(diǎn)系泊系統(tǒng)優(yōu)化思路

除了常規(guī)生產(chǎn)油田，移動(dòng)式平臺(tái)還會(huì)用于試采作業(yè)、臨時(shí)生產(chǎn)作業(yè)，作業(yè)周期短，為外輸作業(yè)建造專門的系泊裝置，并且短期內(nèi)就要棄置，在經(jīng)濟(jì)性上顯得不合適。為此，根據(jù)作業(yè)性質(zhì)，可以讓穿梭油輪艉部與平臺(tái)系泊，艏部拋大抓力錨(見(jiàn)圖 6)，根據(jù)環(huán)境條件選擇艏錨的數(shù)量(單錨或者雙錨，圖 6所示為雙錨)，平臺(tái)與油輪之間通過(guò)漂浮軟管連接進(jìn)行原油外輸。分，是一個(gè)能控制船舶精確位置的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)對(duì)采集來(lái)的環(huán)境及位置參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，自動(dòng)控制各推力器的推力大小，靈活控制船舶位置和艏向，環(huán)境適應(yīng)性更高(見(jiàn)圖 8)。動(dòng)力定位系統(tǒng)根據(jù)不同冗余度分為 3個(gè)等級(jí)，由低到高分別為：DP1、DP2、DP3，經(jīng)論證比選，針對(duì)海上 5,000噸級(jí)的穿梭油輪，等級(jí)選用DP2最合適。

圖6 雙錨雙纜系泊Fig.6 Two anchors and two ropes system

3.3 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)優(yōu)化思路

傳統(tǒng)的單點(diǎn)系泊原油外輸系統(tǒng)(如 CALM)含有液體旋轉(zhuǎn)接頭、水下軟管和管匯等部件，系統(tǒng)造價(jià)昂貴，且維護(hù)成本高，主要用于海上大型的輸油終端，系泊大型儲(chǔ)油輪，如果用于海上小型邊際油田的開(kāi)發(fā)，在經(jīng)濟(jì)性上很難滿足。根據(jù)文獻(xiàn)顯示，針對(duì)邊際油田的開(kāi)發(fā)，目前已有了簡(jiǎn)化的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的研究成果，即單浮筒系泊系統(tǒng)(見(jiàn)圖 7)。該項(xiàng)單浮筒系泊技術(shù)針對(duì)渤海試采作業(yè)的外輸進(jìn)行研究，外輸期間，始終需要拖輪的輔助定位。

圖7 單浮筒系泊系統(tǒng)Fig.7 Single float bowl mooring system

3.4 動(dòng)力定位穿梭油輪優(yōu)化思路

通過(guò)多點(diǎn)系泊系統(tǒng)進(jìn)行系泊的油輪，船向固定，不具備風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，而單點(diǎn)系泊系統(tǒng)具備風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，因此環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。上面介紹的多點(diǎn)系泊系統(tǒng)及單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的優(yōu)化思路，均是在傳統(tǒng)系泊技術(shù)的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)的建造及維護(hù)成本?！懊鄯涫健遍_(kāi)發(fā)模式的優(yōu)勢(shì)在于其移動(dòng)性，海上固定設(shè)施應(yīng)盡可能地減少，從而降低初始開(kāi)發(fā)投資及生產(chǎn)周期結(jié)束時(shí)的棄置費(fèi)用，因此考慮運(yùn)用動(dòng)力定位穿梭油輪，不需要建立專門的系泊裝置，將會(huì)更加突出“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)。

如今船舶動(dòng)力定位技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外海洋工程領(lǐng)域，動(dòng)力定位是使船舶精確定位的技術(shù)，不借助傳統(tǒng)的錨泊技術(shù)，而是通過(guò)自身推進(jìn)器推力，能夠使船舶自動(dòng)地保持固定位置或預(yù)定位置。船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)通常包含測(cè)量、控制以及推進(jìn)器3個(gè)部

圖8 動(dòng)力定位系統(tǒng)框圖Fig.8 Block diagram of dynamic positioning system

4 結(jié) 語(yǔ)

“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式有效促進(jìn)了海上小油田的開(kāi)發(fā)，該模式采用可移動(dòng)采油設(shè)施，設(shè)施可以重復(fù)利用，尤其是孤立小油田，用 3～5年的時(shí)間，把地下資源開(kāi)采出來(lái)，然后再到另一個(gè)油田繼續(xù)生產(chǎn)，如此往復(fù)，類似于蜜蜂采蜜。利用動(dòng)力定位穿梭油輪進(jìn)行移動(dòng)式采油平臺(tái)的原油外輸，不需要固定的系泊設(shè)施，最能體現(xiàn)“蜜蜂式”的移動(dòng)性。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)的小型動(dòng)力定位穿梭油輪資源尚且不足，海上邊際油田開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要?jiǎng)?chuàng)新的技術(shù)、配套的裝備為其做支撐，小型動(dòng)力定位穿梭油輪應(yīng)有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，而“移動(dòng)式采油平臺(tái)+動(dòng)力定位穿梭油輪”的方式會(huì)更加促進(jìn)“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式的應(yīng)用推廣。

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