淺談十種深水和超深水油田開發(fā)生產(chǎn)解決方案

張寧，王躍曾

（中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067）

與陸地和淺水相比，高昂的勘探和開發(fā)成本要求深水超深水油氣田的儲量規(guī)模更大，日產(chǎn)油氣量也要高得多，國際油公司正在競相尋找和開發(fā)深水和超深水海域里的油氣田。同樣，工程公司、承包商和制造商都在競相為深水和超深水油田開發(fā)提供特定的解決方案。最近在深海領(lǐng)域的大量發(fā)現(xiàn)，鼓勵(lì)和加速了工程公司、承包商和制造商致力于開發(fā)或改進(jìn)其深水生產(chǎn)解決方案。這一開發(fā)概念的競賽產(chǎn)生了許多可行的解決方案，可以支持在世界各地深水和惡劣環(huán)境中的油氣開采。各公司都在競相開發(fā)、銷售和讓作業(yè)者安裝他們的設(shè)計(jì)，以免競爭對手在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位和關(guān)閉任何新的概念。解決方案提供商都知道，并非所有當(dāng)前銷售的設(shè)計(jì)都將被選中。在接下來的數(shù)年時(shí)間里，長長的解決方案列表將很快縮小到每個(gè)設(shè)計(jì)類別中的少數(shù)幾個(gè)，少數(shù)公司最終將主導(dǎo)每個(gè)類別。

1 解決方案類型

目前，全球市場為全球深水生產(chǎn)解決方案提供了至少10個(gè)主要的深水生產(chǎn)解決方案類別。通過篩選130多種生產(chǎn)解決方案，并逐個(gè)將其歸入一個(gè)個(gè)類別。

對于每組解決方案，必須了解它們一般的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以便縮小與海上油田開發(fā)相關(guān)的選項(xiàng)列表。每個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)將集中在額定水深值、干式采油樹和/或濕式采油樹能力、鉆井能力、有效載荷、運(yùn)動特性、CAPEX（資本支出）、OPEX（運(yùn)營成本）、ABEX（棄置成本）、安裝方法、可施工性、制造時(shí)間等方面。每種生產(chǎn)解決方案如下所述：

方案一：順應(yīng)塔（CT：Compliant Towers）或順應(yīng)樁塔（CPT：Compliant Piled Towers）。

迄今為止，共有三個(gè)裝置——?？松腖ena拉線順應(yīng)塔位于1018英尺（310m）的水中，Amerada Hess的Baldpate CP位于1650英尺（503m）的水中，Texaco的Petronius位于1754（310m）英尺的水中。J.Ray McDermott和Mustang Engineering都有信心將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到3000英（915m）尺的水深。埃克森美孚擁有CPT的技術(shù)專利，這些專利與CT技術(shù)的一般專利不同，見圖1順應(yīng)式樁塔。

圖1 順應(yīng)式樁塔CT

方案二：深吃水潛式平臺或深吃水半潛式平臺。

尚未安裝任何設(shè)計(jì)，但已進(jìn)行了大量研究，見圖2深吃水半潛式平臺。

圖2 深吃水半潛式平臺DDSS

方案三：浮式生產(chǎn)系統(tǒng)和浮式生產(chǎn)船。

浮式生產(chǎn)船（FPV: floating production vessels）用于惡劣環(huán)境和需要高生產(chǎn)率的地方。FPS主要用于挪威和巴西近海，浮式生產(chǎn)船見圖3和圖4。方案四：深水半潛式生產(chǎn)系統(tǒng)、浮式生產(chǎn)/鉆井船。

圖3 浮式生產(chǎn)船F(xiàn)PS

圖4 浮式生產(chǎn)船F(xiàn)PV

浮式生產(chǎn)儲油卸油船（FPSO: Floating production storage offtake vessels）：有75艘FPSO正在作業(yè)運(yùn)行或可供使用。巴西國家石油公司已將浮式生產(chǎn)儲油船的水深能力擴(kuò)展至巴西近海6083英尺（1854m）水深的Roncador油田，見圖5浮式生產(chǎn)儲油卸油船。

圖5 浮式生產(chǎn)儲油卸油船F(xiàn)PSO

方案五：浮式生產(chǎn)/鉆井/儲存和卸載系統(tǒng)或新型浮式、生產(chǎn)、儲存和卸載系統(tǒng)。

有許多新的單個(gè)船體FPSO概念，主要由歐洲承包商提供附加在FPSO之上的鉆井能力。見圖6浮式生產(chǎn)鉆井儲油卸油船和圖7Sevan圓筒型浮式生產(chǎn)鉆井儲油卸油裝置FPDSO。

圖6 浮式生產(chǎn)鉆井儲油卸油船F(xiàn)PDSO

圖7 Sevan圓筒型浮式生產(chǎn)鉆井儲油卸油裝置FPDSO

方案六：Mini-TLP張力腿平臺、Mini-TLWP井口平臺。

迄今為止，已經(jīng)安裝了至少四個(gè)Mini-TLP。Mini-TLP的當(dāng)前水深記錄為3300英尺（1006m）。所有已安裝或計(jì)劃安裝的Mini-TLP均為濕式采油樹設(shè)計(jì)，沒有月池。當(dāng)作業(yè)者為干式采油樹解決方案選擇Mini-TLP時(shí)，此解決方案的另一個(gè)里程碑將出現(xiàn)。Atlantia Offshore的專家認(rèn)為，他們可以使用傳統(tǒng)的鋼筋束硬件和不同直徑的鋼筋束，將mini-TLP概念從業(yè)界公認(rèn)的限制深度6000英尺（1829m）加深至9000英尺（2743m）的水深。西非和美國墨西哥灣都是Mini-TLP最熱門的超深水區(qū)域。目前，有7家公司正在銷售Mini-TLP設(shè)計(jì)，見圖8小型張力腿平臺Mini-TLP。

圖8 小型張力腿平臺Mini-TLP

方案七：SPARs平臺、深吃水沉箱船舶、單柱浮式平臺、深吃水浮式平臺、沉箱生產(chǎn)裝置等。

當(dāng)需要大量有效載荷時(shí)，SPARs平臺似乎是首選的深水解決方案，因?yàn)樗鼈兪且粋€(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的概念。12家公司在銷售自己的SPARs設(shè)計(jì)，然而，專利問題和誰擁有這項(xiàng)技術(shù)讓業(yè)界感到困惑。迄今為止，已經(jīng)安裝了至少三個(gè)SPARs或DDCVs。所有設(shè)備都安裝在美國的墨西哥灣，水深從1930英尺（588m）到4800英尺（1463m）不等，見圖9 SPARs平臺。

圖9 SPARs平臺

方案八：張力腿平臺、張力腿井口平臺。

這項(xiàng)技術(shù)隨著殼牌在美國墨西哥灣安裝Ursa TLP，已經(jīng)發(fā)展到3950英尺（1204m）的水深。在北海和美國墨西哥灣已經(jīng)安裝了11個(gè)全尺寸TLP。七家公司在銷售TLP設(shè)計(jì)，見圖10張力腿平臺TLP。

圖10 張力腿平臺TLP

方案九：井口控制浮標(biāo)、生產(chǎn)浮標(biāo)概念。

這是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，在南非和澳大利亞有兩個(gè)裝置。這項(xiàng)技術(shù)正在不斷發(fā)展，最適合用于水下回接。目前有8家公司正在推廣這項(xiàng)技術(shù)，用于3000米以下的水深，見圖11 井口生產(chǎn)浮標(biāo)WHCB。

圖11 井口生產(chǎn)浮標(biāo)WHCB

方案十：ABS (artificial buoyant seabed)系統(tǒng)。

ABS系統(tǒng)的基本原理是在泥面以上200～400m處建立一個(gè)“人工海底”。ABS裝置是一個(gè)水下的鋼質(zhì)罐體，可以部分充氣，借助井中套管的海底模式，運(yùn)用這種技術(shù)，可以將所有裝備都安裝在“淺水”深度。顯然，這種方法降低了對鉆井設(shè)備的要求，可以用較為經(jīng)濟(jì)的平臺租金和工作船費(fèi)用進(jìn)行深海作業(yè)。ABS裝置總重為379t，鋼體結(jié)構(gòu)重量245t，浮力塊的重量為134t。僅從鋼結(jié)構(gòu)上看，浮筒是由上下2個(gè)圓柱體組成的浮體，在上下2個(gè)浮體之間，有一個(gè)錐形過渡帶。ABS裝置的基本力學(xué)模型為一個(gè)巨型浮筒，浮筒為10個(gè)艙室，其中2個(gè)艙室處于浮筒中間部分，直徑6.5m；其中8個(gè)艙室均勻布于浮筒周邊，內(nèi)直徑6.5m，外直徑16m；浮筒的周圍安裝32個(gè)浮力塊，浮力塊為合成泡沫構(gòu)成，見圖12 ABS(artificial buoyant seabed)系統(tǒng)。

圖12 ABS (artificial buoyant seabed)系統(tǒng)

2 選擇過程

現(xiàn)在有大量的深水生產(chǎn)解決方案可供作業(yè)者挑選。在過去的數(shù)年里，這個(gè)名單有了巨大的增長。為了選擇最佳的油田開發(fā)方案，了解每個(gè)概念的優(yōu)缺點(diǎn)的過程可能會令人費(fèi)解和困惑。

一些作業(yè)者簡化了選擇過程，只選擇經(jīng)過驗(yàn)證的概念，以最小化項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。其他作業(yè)者通過確定可能的解決方案，對其進(jìn)行審查、分析，并根據(jù)一系列項(xiàng)目和公司標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行排名，再進(jìn)行嚴(yán)格的評審和選擇。

在油田開發(fā)規(guī)劃的初始階段，大多數(shù)作業(yè)者沒有時(shí)間 和/或工作人員對行業(yè)進(jìn)行充分的調(diào)查，也沒有時(shí)間對所有未在現(xiàn)場建立和驗(yàn)證的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)查。這些限制迫使公司提供未經(jīng)驗(yàn)證的解決方案，通過出版、制作演示文稿和拜訪作業(yè)者大力推銷其技術(shù)和設(shè)計(jì)。

最初，作業(yè)者可以根據(jù)水深能力將一長串解決方案縮小到幾個(gè)選項(xiàng)。另一個(gè)進(jìn)一步減少選項(xiàng)列表的標(biāo)準(zhǔn)是油藏規(guī)模的大小。可采儲量的大小直接影響哪種方案能夠?qū)崿F(xiàn)基于期望內(nèi)部收益率（IRR）或財(cái)務(wù)績效指標(biāo)的以美元/桶為單位的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。

大多數(shù)深水解決方案都是面向大型油藏的。直到最近，一些新的概念，如mini-TLP控制浮標(biāo)和小型SPARs平臺等，才集中在深水領(lǐng)域的邊際油藏。

并非所有的解決方案都能夠得到平等的對待。他們在設(shè)計(jì)的成熟度上都有所不同。那么，作業(yè)者應(yīng)該如何選擇一個(gè)概念呢？Atlantia Offshore的專家有一個(gè)有趣的程序：“作業(yè)者必須考慮設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)、設(shè)計(jì)的歷史性能，最重要的是考慮相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)?！睂＜覐?qiáng)調(diào)作業(yè)者應(yīng)該考慮團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行設(shè)計(jì)和模型測試，并最終執(zhí)行各合同階段的施工和安裝?！吧钏I(lǐng)域有許多潛在的挑戰(zhàn)，在市場上，很少有公司真正擁有經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)來支持其在安全性和可操作性兩個(gè)方面同時(shí)具有競爭力?！?/p>

用于確定特定設(shè)計(jì)成熟度的報(bào)告卡或基準(zhǔn)，是為了驗(yàn)證解決方案開發(fā)人員是否在不同水深和現(xiàn)場位置執(zhí)行了以下任何操作：渦激振動（VIV：vortex induced vibrations）分析；整體性能分析；水箱試驗(yàn)；風(fēng)模型試驗(yàn)；疲勞試驗(yàn)；隔水管分析等。

3 創(chuàng)新周期

就SPARs而言，生產(chǎn)/鉆井SPARs的發(fā)明人Ed Horton從構(gòu)思到首次安裝花費(fèi)了10年時(shí)間。對于Atlantia和他們的Sea Star（r）mini-TLP設(shè)計(jì)，該過程始于1990年；他們的第一個(gè)mini-TLP安裝于1998年，從構(gòu)思到安裝經(jīng)歷了8年時(shí)間。一些未經(jīng)驗(yàn)證的生產(chǎn)解決方案將繼續(xù)存在，另一些將悄然消失，但新的和經(jīng)過驗(yàn)證的解決方案的價(jià)值就在于其正在為作業(yè)者提供技術(shù)上安全可靠和經(jīng)濟(jì)上可行的深水超深水生產(chǎn)解決方案。更多成熟的生產(chǎn)解決方案已經(jīng)在世界上的幾個(gè)作業(yè)區(qū)域驗(yàn)證了它們的設(shè)計(jì)。

專家指出，“一個(gè)新的概念必須在作業(yè)者組織內(nèi)部有一個(gè)相信該概念的倡導(dǎo)者?！背珜?dǎo)者還必須在整個(gè)公司內(nèi)表達(dá)清楚并受到尊重，以便向管理層推銷特定生產(chǎn)解決方案的好處。每個(gè)未經(jīng)驗(yàn)證的概念，考慮了一個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展是證明設(shè)計(jì)和其他新的生產(chǎn)解決方案的競爭。新概念是由一個(gè)公司中一兩個(gè)人的執(zhí)著和遠(yuǎn)見驅(qū)動的。沒有這些人，深水開采方案永遠(yuǎn)不會被接受。

4 約束條件

將深水生產(chǎn)解決方案推向市場是一個(gè)昂貴而漫長的過程。工程公司、承包商、制造船廠和作業(yè)者已經(jīng)花費(fèi)了數(shù)百萬美元來開發(fā)或改進(jìn)他們的看家（關(guān)鍵）的深水技術(shù)。并不是所有提供深水解決方案的非作業(yè)者公司都有財(cái)力完成設(shè)計(jì)。很多依賴作業(yè)者來選擇他們的設(shè)計(jì)，支付詳細(xì)設(shè)計(jì)費(fèi)用，然后采用和實(shí)施方案。擁有少量員工的獨(dú)立公司可能需要依靠顧問來評估各種解決方案，以確定競爭設(shè)計(jì)的可行性和對特定領(lǐng)域發(fā)展計(jì)劃的適用性。

5 市場趨勢

未經(jīng)證實(shí)的概念被認(rèn)為是危險(xiǎn)的。專家指出，“石油和天然氣公司試圖將他們的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)降到最低。當(dāng)一個(gè)新的解決方案必須與一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)相競爭時(shí)，它必須在資本支出和/或運(yùn)營成本上節(jié)省10%～20%，才能在經(jīng)濟(jì)上證明這種風(fēng)險(xiǎn)的合理性。他補(bǔ)充道：“在競標(biāo)中，你不會以1%～2%的節(jié)省贏得競爭；你必須擊敗經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)，才能成就新的設(shè)計(jì)?！?/p>

由于合并和縮小規(guī)模，作業(yè)者的組織變得更加扁平化，而深水和超深水技術(shù)也在發(fā)展。作業(yè)者正在努力趕上并跟上這一行業(yè)所能獲得的所有新技術(shù)。一些作業(yè)者選擇使用付費(fèi)設(shè)計(jì)的競爭方法來確定哪種解決方案在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上最適合他們的油田開發(fā)。

6 認(rèn)知

（1）為了在深水和超深水中實(shí)現(xiàn)最低的桶油成本，尋找新技術(shù)的必要性正迫使保守的行業(yè)更加開放和接受新的想法，基本上遵從“需求是發(fā)明之母”。

（2）作業(yè)者對深水設(shè)計(jì)師和深水生產(chǎn)解決方案的爭奪正在以驚人的速度進(jìn)行。只有那些靈活、強(qiáng)大、有耐力完成任務(wù)的公司，才會成為深水超深水開發(fā)方案競賽的贏家。