停產(chǎn)海洋平臺再利用

張曉誠， 霍宏博,2*， 李金蔓， 王曉雷， 林家昱

(1. 中海石油(中國)有限公司 天津分公司， 天津 300459；2. 西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室， 四川 成都 610500)

0 引 言

據(jù)預(yù)測，到2040年我國待棄置海上油氣生產(chǎn)平臺將達(dá)161座，棄置費高達(dá)42億元[1]，在全球范圍內(nèi)待棄置海洋平臺將超過6 000座，僅北海區(qū)域老舊平臺拆除費用就高達(dá)700億英鎊[2-3]。廢棄海上設(shè)施的棄置投資高昂且作業(yè)風(fēng)險大，既需要拆除海面上的海洋工程結(jié)構(gòu)物，以減少其對航道、漁業(yè)、軍事的影響；又需要妥善封堵連接地下儲層的油氣井筒，拆除海底泥面4 m以上的隔水導(dǎo)管以及內(nèi)部的水泥和各層套管。海上油氣設(shè)施拆除難度高，油氣井封堵需要鉆井船長時間作業(yè)，海上結(jié)構(gòu)物拆除則需要大型浮式起重機(jī)與拖船配合，在作業(yè)過程中易發(fā)生溢油及吊裝事故，且目前缺乏有效的治理措施應(yīng)對海上結(jié)構(gòu)物棄置后的地下油氣竄流[4]。油氣井棄置技術(shù)與石油行業(yè)發(fā)展的不匹配問題已引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。

根據(jù)國際海事組織(IMO)指導(dǎo)原則，設(shè)施所處水深小于75 m、去除組塊質(zhì)量小于4 000 t應(yīng)完全拆除，超出限制的設(shè)施在拆除后應(yīng)保留至少55 m的通航間隙[5]。國外對海上油氣設(shè)施停止生產(chǎn)作業(yè)后的處置方法討論由來已久，至今仍未達(dá)成共識。雖然拆除方案投資高昂，但是對于石油企業(yè)來說可以避免后期運營和維護(hù)保養(yǎng)費用，且能夠完全滿足國家法律、法規(guī)要求，因此，廢棄海上油氣設(shè)施拆除依然是主流。國內(nèi)外已開展對廢棄平臺再利用的探索，國外有超過100座廢棄平臺作為漁礁，也有將海洋設(shè)施作為度假村、海洋酒店的設(shè)想，但未見實現(xiàn)的報道[1]。海洋工程轉(zhuǎn)化為民用的困難主要在于缺乏穩(wěn)定的客源，并且海上交通費用高昂。

以海洋石油開發(fā)者的視角審視廢棄海洋油氣設(shè)施的處置，使其服務(wù)于海洋油氣田開發(fā)，可提高其利用價值，并且大幅減少油氣田棄置費用。

1 海洋油氣平臺再利用現(xiàn)狀

在地下油氣資源衰竭后，地下井筒、海上結(jié)構(gòu)物、海管、海纜等依然具有再利用價值，但這種價值一直被低估。未來，海洋平臺可能在旅游業(yè)、科學(xué)技術(shù)研究、油氣存儲、物流運輸?shù)确矫娴靡栽倮谩?/p>

國內(nèi)外對于廢棄海洋工程結(jié)構(gòu)物再利用提出多種設(shè)想。

1.1 建設(shè)人工漁礁

自1990年開始，美國國家石油公司將140座廢棄的海上油氣設(shè)施捐贈給得克薩斯州的人工漁礁項目，成為該項目的核心。使用多年之后再經(jīng)聲吶掃測，絕大多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物未發(fā)生位移，海上油氣設(shè)施的框架結(jié)構(gòu)通常不接觸油氣，對海洋環(huán)境影響較小，且拆解的框架結(jié)構(gòu)的重量、形狀和材質(zhì)非常符合人工漁礁的需求[6-8]。因此，將廢棄海洋結(jié)構(gòu)物作為漁礁是很好的選擇。

人工漁礁也契合我國海洋牧場建設(shè)需求，1965年起，我國開始建立人工漁礁試點，2005年在我國渤海灣驢駒河、大神堂等區(qū)域投放了由木質(zhì)船體、鋼筋混凝土等材質(zhì)構(gòu)成的人工漁礁，區(qū)域內(nèi)海洋生物種類和數(shù)量快速增長[9]。海洋石油企業(yè)具有大尺寸海上裝備運輸、吊裝的作業(yè)優(yōu)勢，可將拆除的海洋結(jié)構(gòu)物在異地投放作為漁礁。海洋工程結(jié)構(gòu)物建設(shè)人工漁礁除對發(fā)展海洋漁業(yè)有利外，還對發(fā)展海洋休閑活動比如海洋釣魚和潛水等有促進(jìn)作用[10]。

限制廢棄海洋結(jié)構(gòu)物轉(zhuǎn)化的原因在于環(huán)保和通航，環(huán)保部門擔(dān)心拆解海洋廢棄物后的油污或金屬會污染海洋環(huán)境，航道部門則擔(dān)心廢棄結(jié)構(gòu)人工漁礁影響船舶拋錨，或?qū)е潞５椎孛哺淖冇绊懲ê?。未來，地方政府、石油企業(yè)和相關(guān)部門可就海洋結(jié)構(gòu)物建設(shè)人工漁礁對環(huán)境、通航的影響展開論證，并開展合作。

1.2 建設(shè)度假村或海洋酒店

海上生活支持平臺Seaventure Rig于1985年退役后放置于新加坡的船塢內(nèi)，若干年后在馬來西亞納閩被改造為度假酒店——詩巴丹潛水度假村，該酒店被認(rèn)為是環(huán)保旅游的典范，不破壞海床、沒有木材消耗且其水下結(jié)構(gòu)物為海洋生物創(chuàng)造了棲息環(huán)境。1997年該平臺被拖航至詩巴丹馬布島，成為世界頂尖潛水生活服務(wù)平臺，如圖1所示。該平臺將原員工宿舍改為單人間或雙人間客房，可提供21間標(biāo)準(zhǔn)間和3間豪華間，主甲板被改造為潛水設(shè)備擺放區(qū)和酒吧，直升機(jī)甲板被改造為露臺，酒店提供3～6 d的行程安排，收取的服務(wù)費用是當(dāng)?shù)仄渌频昶骄M用的1.96倍。詩巴丹潛水度假村是一項非常成功的廢棄海洋結(jié)構(gòu)物商業(yè)化再利用的實例。

圖1 詩巴丹潛水度假村

友聯(lián)船廠(蛇口)有限公司2013年曾將一艘廢棄多年的半潛式海洋鉆井平臺改造為可容納500人居住生活的生活支持平臺Jasper Cosmopolitan，這也是對海洋工程改造的探索[11]。

國外部分設(shè)計者將海上油氣平臺進(jìn)行了大膽的海上度假村改造設(shè)計，意在開拓墨西哥灣海洋冒險旅游業(yè)務(wù)，但未見實際實施報道。

2 海洋油氣平臺再利用探索

雖然國內(nèi)外對于廢棄海上油氣平臺進(jìn)行了諸如人工漁礁、旅游業(yè)等商業(yè)化探索，但是這種改造在國內(nèi)實現(xiàn)還有賴于海洋油氣企業(yè)與政府相關(guān)部門交涉，涉及對環(huán)保、軍事、通航的影響，并非易事。依托海洋石油業(yè)務(wù)對海洋油氣設(shè)施進(jìn)行改造和再利用的探索較少。將海洋平臺再利用與海洋石油開發(fā)相結(jié)合，有利于變廢為寶和海洋資源整合利用。

2.1 建設(shè)海上物流與客運中心

目前，海上鉆完井、生產(chǎn)、生活物資倉儲均依托陸地碼頭，與依托海洋平臺建立物流中心相比，這種物流模式存在諸多弊端。

海洋石油企業(yè)長期租賃港口碼頭，場地租賃和船舶進(jìn)、出港及碼頭費用高昂，若依托海上物流中心則可節(jié)省海運至陸地的倉儲費用和陸地倉儲出港的費用。海上急需物資調(diào)配既受距離限制又受航道通航限制，若依托海上物流中心則可大幅縮短貨物運輸時間。渤海常用生產(chǎn)平臺通常具備4層甲板，包括上、中、下層甲班和工作甲板，總面積約4 500 m2，必要時還可增加外擴(kuò)甲板，自帶起重機(jī)可節(jié)省吊裝費用。碼頭單個倉庫面積僅2 100 m2，且碼頭倉儲費用占單井鉆完井總費用的2.5%，因此依靠海上物流可使碼頭倉儲費用降低70%。

海上人員倒班一般采用直升機(jī)，無論滿員與否都按照滿員收費。依靠停產(chǎn)平臺建立人員集中中轉(zhuǎn)平臺，統(tǒng)一調(diào)度人員通行，可使區(qū)域人員倒班更合理、有效，也使應(yīng)急出行更便捷，人員倒班費用約占單井投資的0.4%，客運物流中心制度可將倒班費用降低20%，物流、客運中心聯(lián)合管理可使船舶調(diào)度更合理有效。

另外，海上油氣平臺有依托陸地終端的海底電纜和油氣管道。依托管網(wǎng)一方面可將陸地油、水運輸至海上平臺，將其作為加油、加水的中轉(zhuǎn)站，另一方面可將周邊油氣平臺產(chǎn)生的廢棄物集中輸送至陸地終端處置。

2.2 建設(shè)海上儲氣庫

我國沿海城市天然氣需求量大，但用于天然氣調(diào)峰和戰(zhàn)略天然氣儲備的儲氣庫偏少[12]，美國已開展依托海上衰竭油氣田進(jìn)行儲氣庫建設(shè)的論證和研究[13]，未來海上衰竭油氣田儲氣庫有可能會為我國國際政治和國內(nèi)民生提供重要的幫助。

安全是對儲氣庫最基本的要求，陸上儲氣庫因接近居民區(qū)而存在隱患。2015年10月23日，美國桑普拉(Sempra)能源公司的阿里索(Aliso Canyon)天然氣陸地地下儲氣庫的SS-25井套管破損，導(dǎo)致天然氣泄漏，從被發(fā)現(xiàn)至永久封堵的118 d內(nèi)共泄漏天然氣10.7×104t，導(dǎo)致疏散1.1萬名當(dāng)?shù)鼐用?，直接?jīng)濟(jì)損失約3.3億美元，總經(jīng)濟(jì)損失約10億美元[14]。時至今日，仍有抗議者要求永久關(guān)閉該設(shè)施。

依靠廢棄海上油田建設(shè)海上儲氣庫具有得天獨厚的優(yōu)勢：按照國際經(jīng)驗，儲氣庫應(yīng)距用戶50～200 km[15]，多數(shù)海上油田與用戶的距離均在此范圍內(nèi)；海上油田具有成熟的管網(wǎng)和油、氣、水井和完備的處理設(shè)施，可滿足氣體處理運輸和注水排氣需要。

將廢棄油氣田轉(zhuǎn)為海上儲氣庫需要從平臺所處位置、儲層埋深、儲層封閉性、井筒完整性等角度進(jìn)行評估。對于枯竭油藏來說，氣體排出時會帶有一定的原油，增加處理難度，因此優(yōu)選衰竭氣藏作為儲氣庫。一般利用衰竭油氣田開發(fā)儲氣庫需選擇具有良好密封性蓋層的高滲透砂巖油氣藏或裂縫型氣藏，并且需考慮儲氣庫規(guī)模以匹配周邊居民需求；另外，由于頻繁進(jìn)出氣，需要井筒完整性良好的油氣井，對不符合要求的井需進(jìn)行封堵處理。

2.3 建設(shè)海上工程技術(shù)試驗區(qū)和培訓(xùn)基地

我國依托高校和科研機(jī)構(gòu)設(shè)立的海洋領(lǐng)域的國家重點實驗室是國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，主要目的在于組織高水平基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，也是培養(yǎng)人才、改進(jìn)科研裝備的重要基地。國家重點實驗室均斥巨資建造模擬海洋風(fēng)浪環(huán)境的試驗設(shè)施。但很多新技術(shù)，尤其是涉及受海水、海洋環(huán)境影響的技術(shù)，推廣受限于無海上實際應(yīng)用，可靠性被專家質(zhì)疑，陸地實驗室模擬海洋環(huán)境需要大量的人力和經(jīng)濟(jì)投入，并且試驗結(jié)果并不為所有專家接受。若利用海洋平臺建造海上實驗室，利用平臺所處的海洋環(huán)境進(jìn)行試驗，則能降低投資，結(jié)果也更令人信服。雖然我國已進(jìn)行海洋油氣開發(fā)數(shù)十年，但并無專屬海上工程技術(shù)試驗基地，以平臺作為試驗基地一方面能夠為試驗人員提供更好的居住、工作環(huán)境，另一方面也能夠有效延長資源衰竭平臺的壽命。

海洋試驗場地不僅可進(jìn)行與海洋石油開發(fā)相關(guān)的工具、工藝試驗，比如隔水導(dǎo)管、水下井口、物探裝備等相關(guān)試驗，而且能對外開放，進(jìn)行海上交通、 海洋環(huán)境、海洋生物等相關(guān)試驗。

雖然海洋石油企業(yè)主要作業(yè)點在海上，但是目前海洋石油企業(yè)員工的生產(chǎn)實習(xí)均在陸地。員工實際操作感差，無法感受海洋作業(yè)特點，新入職員工在海上生產(chǎn)現(xiàn)場實習(xí)安全風(fēng)險較高，而利用資源衰竭海洋平臺作為員工培訓(xùn)基地則是很好的選擇。

3 停產(chǎn)海洋平臺再利用的挑戰(zhàn)

雖然對資源衰竭的海上油氣平臺再利用前景廣闊，但技術(shù)推廣也存在一些挑戰(zhàn)，既包括對井筒完整性處理和平臺使用年限的評估等，又包括企業(yè)與政府相關(guān)部門的溝通協(xié)調(diào)、對相關(guān)法律法規(guī)的解讀等。

3.1 高難度井拆除

海上油氣井是連通井下儲層與海上生產(chǎn)設(shè)施的通道，為了提高海洋平臺利用率，用有限空間鉆更多的井，也為了達(dá)到提高單井采油速度和采收率的目的，海洋平臺嘗試了單筒雙井、單筒三井等技術(shù)，新技術(shù)的應(yīng)用雖然為企業(yè)增加了收入，但也為后期生產(chǎn)井棄置提出了挑戰(zhàn)。例如：單筒多井在1根隔水管內(nèi)同時布置2～3口井(見圖2)，任何一口井在隔水管內(nèi)都處于偏心狀態(tài)，目前在單個井筒內(nèi)割斷隔水套管難度較大，可嘗試使用高壓磨料水射流設(shè)備拆除單筒雙井，但是尚未進(jìn)行現(xiàn)場試驗。

圖2 單筒雙井橫截面示例

此外，地下流體通過套管外環(huán)空上竄至海面，導(dǎo)致井口帶壓，套管內(nèi)部可通過注入水泥塞封堵，然而地下油氣通過套管外部竄流處理難度更大[16]。

3.2 政企部門協(xié)調(diào)

我國各省市對各自行政范圍內(nèi)海域行使各自權(quán)利，各省市環(huán)保法律法規(guī)各不相同。此外，海上執(zhí)法部門例如：海事、海監(jiān)、漁政、海警權(quán)力交叉，部門間利益博弈易發(fā)生矛盾[17]。海洋石油企業(yè)在多方管理下，即便技術(shù)改進(jìn)對于海洋環(huán)境有利、經(jīng)濟(jì)效益顯著，也需與相關(guān)部門溝通，滿足所有管理職能部門的要求之后才能推動新技術(shù)應(yīng)用。目前，有學(xué)者提出多元化管理海洋環(huán)境的建議，建議企業(yè)與地方、職能部門和社會組織共同管理，增強(qiáng)民眾對公共管理事務(wù)的參與并加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督，以推動有利于海洋環(huán)境的新技術(shù)的應(yīng)用。

4 結(jié) 論

雖然存在應(yīng)用限制，但資源衰竭區(qū)域的海洋油氣平臺再利用已引起國內(nèi)外石油企業(yè)注意，該方式能夠發(fā)揮海洋平臺的剩余價值，有效避免了拆除海洋結(jié)構(gòu)的繁重任務(wù)和高昂開支。在實際應(yīng)用中還有以下建議：

(1) 建議地方政府、海洋石油企業(yè)、研究單位組織聯(lián)合研討，各取所需，爭取共贏；

(2) 平臺再利用需要根據(jù)作業(yè)類型校核平臺承載力，在滿足功能需求的前提下進(jìn)行改造。