多功能海洋平臺模塊布置方案研究

于 超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務分公司 天津 300452)

0 引 言

隨著國內海洋石油資源的深入開發(fā)和油氣增儲上產的要求，油氣生產、修井作業(yè)、酸化壓裂、稠油熱采和伴生氣回收服務等方面的工程大幅度增加。海洋石油行業(yè)對多功能可移動生產作業(yè)裝備有了新的需求，而可移動生產作業(yè)裝備因其靈活、經濟引起了廣泛關注和應用，能夠提供多功能、模塊化的生產作業(yè)裝備和提供各種作業(yè)支持的設施成為了熱門研 究點。

渤海油田需要一種適應能力強、有一定甲板空間、日租金較低的可移動設施，可以支持一種作業(yè)場景工況，也可支持2～3種作業(yè)場景工況。傳統(tǒng)的功能單一型平臺已經無法滿足此類生產需求，在此背景下，多功能平臺應運而生。目前，多功能平臺雖然能適應多個作業(yè)場景，但每個功能模塊在平臺上的位置為固定設計，無法靈活拆裝，導致其在一些作業(yè)場景下功能模塊通常沒有得到充分的利用卻又占據(jù)大量的空間，造成了平臺空間資源的嚴重浪費[1]。

本文通過對功能模塊的重量、布局進行合理配置，針對4種常見的功能模塊提出了相應的布置方案，對修井模塊的布置進行了模塊化設計，使其能夠通過多功能平臺搭載的吊機在海上實現(xiàn)自我變裝，不僅提高了多功能平臺的空間利用率，還有效降低了功能模塊變裝時的成本，具有十分廣闊的應用前景。

1 多功能平臺模塊布置發(fā)展現(xiàn)狀

海洋石油平臺上部模塊的模塊化布置設計和建造理念起源于20世紀50年代，自60年代以來在美國、日本等發(fā)達國家得到了迅速發(fā)展。近年來，隨著我國海洋石油平臺建設與大規(guī)模投用，國內涌現(xiàn)出了一批可移動式平臺，例如“海洋石油161”和“海洋石油162”[2]?！昂Ｑ笫?61”平臺于2009年11月 6日建造完成，是一艘插銷式液壓升降的四樁腿自安裝采油平臺，鋼質非自航，適用于在渤海灣4～30m水深范圍內的海域進行原油的生產處理、儲存和外輸，其主要結構由平臺主體、液壓升降系統(tǒng)和樁腿等組成[3]；“海洋石油162”是一座四樁腿自升式平臺，鋼質非自航，平臺具備試油、油氣分離、儲存和外輸，以及井口回接、棄井、輔助熱采等多種作業(yè)功能。該平臺配備輪機系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、舾裝系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和完善的生活設施，在國內居領先地位[4]。

隨著國內設計和建造海洋石油平臺的經驗和技術不斷提升，通過合理安排功能模塊以滿足多功能作業(yè)需求成為行業(yè)發(fā)展趨勢[5]。一些具備試油、油氣分離、原油儲存、原油外輸、井口回接、棄井、井口支持、修井作業(yè)、輔助熱采、生活支持、伴生氣回收、酸化壓裂等功能的平臺在油氣生產作業(yè)中開始扮演重要角色，其適用于渤海地質構造復雜、開發(fā)風險較大的油田，能夠滿足渤海75%油田不同工況的工藝處理要求，具有良好的適應性。

2 不同作業(yè)場景下模塊布置方案研究

隨著海上油氣田開發(fā)的需要，修井、酸化壓裂、稠油熱采、伴生氣回收的作業(yè)需求大幅增加，本文針對這4類作業(yè)場景對4種功能模塊提出了相應的布置方案，以確保多功能平臺在轉場作業(yè)時能夠高效、迅速地完成模塊切換，進而降低成本。

2.1 修井作業(yè)模塊布置方案

修井作業(yè)對象為作業(yè)平臺的井口區(qū)，為此，在非作業(yè)工況時支持平臺要為液壓舉升修井機設備提供存儲的空間[6]。液壓舉升修井機主體由下底座、上底座、操作平臺、懸臂梁等組成，共設置了2套滑移裝置，通過可鎖緊的液壓裝置推動使液壓舉升修井機修井機整體可以在下滑軌上作橫向移動，鉆臺可以在上滑軌上作縱向移動，保證修井機可以覆蓋作業(yè)平臺的任意一個井位[7]。

根據(jù)修井作業(yè)的需求，修井模塊應布置于舷邊，便于整體滑移至作業(yè)平臺。為了增加液壓舉升裝置安裝的便利性，避免動用大型吊裝資源，降低安裝成本，單個結構模塊重量不宜超過8t。修井模塊的結構總成重量見表1。

表1 結構總成重量明細 Tab.1 Weight details of structural assembly

由表1可知，結構總成的重量均遠超平臺吊機的能力范圍，無法采用平臺吊機直接吊裝。因此，每一部分的結構總成都需要采取多模塊設計，將單個模塊的重量控制在8t以下。模塊之間的連接要具有便于安裝和拆卸、強度和穩(wěn)定性可靠等特點。

通過滑移底座的方式，將修井模塊拆分為多個分塊安裝，每個分塊重量控制在8t以下。

滑移下底座拆分方法如圖1所示。圖中滑移下底座2條東西向滑軌保持整體結構，所有梯子與下底座之間的連接均設計為可拆卸的結構形式。甲板結構采用分塊設計，分塊數(shù)量和形式參照圖中的深色分塊框，分塊甲板之間的連接形式須滿足強度、剛度的使用要求，拆分后的下底座分塊重量見表2。

圖1 滑移下底座拆分示意圖 Fig.1 Disassembly diagram of sliding lower base

表2 滑移下底座分塊重量 Tab.2 Block weight of sliding lower base

滑移上底座總成拆分方法如圖2所示，圖中滑移上底座的2條主梁保持整體結構設計，所有上下梯子與上底座之間的連接均設計為可拆卸的結構形式。甲板結構采用分塊設計，分塊數(shù)量和形式參照圖中的紅色分塊框，分塊甲板之間的連接形式須滿足強度、剛度的使用要求，上底座分塊重量見表3。

圖2 滑移上底座拆分示意圖 Fig.2 Disassembly diagram of sliding upper base

表3 滑移上底座分塊重量 Tab.3 Block weight of sliding upper base

修井模塊布置如圖3所示。

圖3 修井模塊布置圖 Fig.3 Layout of workover module

2.2 酸化壓裂模塊布置方案

酸化作業(yè)流程為淡水與來自酸液罐的液體進行配液，合格濃度酸液通過壓裂泵增壓后進入目標井進行擠酸操作；之后淡水經壓裂泵對目標井進行頂替，待關井反應完成后進行排酸，返排液體通過船舶運回陸地處理[8]。

壓裂作業(yè)流程為置液通過壓裂泵增壓，通過匯管匯總后持續(xù)進入目標井進行壓裂造縫，支撐物通過混砂橇與壓裂用的膠液均勻混合后通過壓裂泵和匯管進入目標井[9]；加砂操作完畢后，使用頂替液對目標井中混砂液進行頂替，待關井擴散壓力完成后用小噴嘴放噴，不含油返排液體排海，含油返排液通過船舶運回陸地處理。

酸化壓裂模塊設計應在保證人員和設施安全、防止環(huán)境污染的前提下滿足油氣田開發(fā)和生產的要求、方便油氣田的操作和管理；控制方案還應遵循安全可靠、經濟實用、控制管理靈活方便等原則。

根據(jù)工藝流程，酸化壓裂模塊主要布置方案如下：8臺壓裂泵撬組(單臺尺寸10m×2.5m×3.2m)布置在南側，左側為高壓軟管滾筒，用于將壓裂泵的介質注入作業(yè)平臺井口；設置有300m2砂罐(15m×7m×3m)，布置在最北側，用于儲存壓裂用砂液；砂罐旁布置有酸液罐(6m×3m×3m，2臺)、混砂橇(8.2m×2.5m×3.25m)、混配橇(8.5m×2.55m×6m)；為了堆放壓裂所有砂料，酸化壓裂模塊設置了1塊面積為16m×15m的砂堆場。酸化壓裂模塊布置如圖4所示。

圖4 酸化壓裂模塊布置圖(單位：m) Fig.4 Layout of acidizing and fracturing module

2.3 稠油熱采模塊布置方案

稠油熱采技術是通過向油層提供熱能，提高油層巖石和流體的溫度，從而增大油藏驅油動力，降低油層流體的黏度，防止油層出現(xiàn)結蠟現(xiàn)象，減小油層滲流阻力，達到順利開采稠油和高凝油的目的[10]。

稠油熱采模塊主要包括海水預處理系統(tǒng)、鍋爐水處理系統(tǒng)、熱采鍋爐系統(tǒng)、燃料處理系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)和公用系統(tǒng)6個部分。其主要流程為：海水提升泵輸送過來的海水加熱至25℃，經過沉降和超濾橇去除海水中的顆粒物，然后進入除鹽橇處理，處理后的濃鹽水排海，淡水再經過陽離子交換橇軟化、熱力除氧橇除氧，軟化脫氧合格后通過鍋爐水補給泵供給蒸汽鍋爐，從蒸汽過濾產生的高溫蒸汽經過分配管匯分別注入各口注熱井。

結合熱注工藝流程，支持平臺的布置方案如下：海水供水系統(tǒng)及淡化系統(tǒng)布置在平臺西北側，包括有海水提升泵、海水加熱器、脫氧塔、淡化橇、沉降罐、反滲透膜、陽離子交換橇等設備；超濾橇及除鹽橇、輸水擴容器橇布置在中部，用于將海水進行進一步凈化處理，并將軟化水輸送給蒸汽鍋爐；空氣壓縮機及儲罐、氮氣壓縮機及儲罐布置在南側；蒸汽鍋爐配套的給水系統(tǒng)、燃料處理系統(tǒng)、燃料注入系統(tǒng)布置在東側，為作業(yè)平臺提供高壓蒸汽介質。 稠油熱采模塊布置如圖5所示。

圖5 稠油熱采模塊布置圖(單位：m) Fig.5 Layout of heavy oil thermal recovery module

2.4 伴生氣回收模塊布置方案

伴生氣回收是將油氣集輸工藝過程中的油氣分離和原油穩(wěn)定等環(huán)節(jié)所得到的油田伴生氣，經過進一步加工，分離為以戊烷以上組分為主的輕質油、以 丁烷和丙烷為主的液化氣及以甲烷和乙烷為主的 干氣[11]。

伴生氣回收液化裝置工藝流程包括伴生氣的增壓、凈化和液化。接近常壓的伴生氣首先經過增壓，壓力增加到5.0MPa以上，然后進入凈化單元，脫除酸性氣體、水分及微量汞等雜質，凈化后的天然氣進入液化單元被液化，并輸入LNG罐箱存儲，在此過程中產生的副產品NGL儲存在重烴罐箱[12]。LNG罐箱/重烴罐箱充裝到一定液位后，通過平臺吊機吊裝到LNG罐箱運輸船上運回陸地。

根據(jù)伴生氣回收工藝流程，伴生氣回收模塊應主要包括預處理模塊(伴生氣脫酸橇)、增壓模塊、凈化模塊(伴生氣脫水橇)、胺液再生橇、分子篩再生橇、伴生氣液化橇、混合制冷壓縮機橇、冷卻劑儲存橇、LNG儲罐橇等，伴生氣回收裝置的布置結果如圖6所示。

增壓模塊主要包括2臺壓縮機橇(9m×7m)；壓縮機出口管線進入伴生氣脫酸橇(6m×3.6m×2.4m)，布置于增壓模塊右側，主要包括胺塔頂分離器、胺塔頂冷卻器、氣體熱交換器；隨后進入胺液再生橇(13.2m×11.2m×3m)，布置于增壓模塊南側，主要包括胺蒸餾器、胺三相分離器、胺液回流收集罐、胺緩沖罐；接著進入伴生氣脫水橇(4.8m× 2.2m×4m)，主要包括MS干燥過濾器、進氣分離器、原料氣過濾分離器、MS干燥器；再進入伴生氣液化橇(6.1m×2.8m×2.3m)，主要包括冷箱冷氣體分離器、冷箱MR分離器、主冷藏箱；隨后進入混合制冷壓縮機橇(9.6m×9m×2.8m)，包括MR壓縮機、MRC吸入洗滌器、MRC油分離器、MR分離器；最后進入冷卻劑儲存橇(8.9m×5.6m×2.8m)及LNG儲罐橇(29m×14.6m×9m)，LNG儲罐橇共41個儲罐，分3層布置，如圖6所示。

圖6 伴生氣回收模塊布置圖 Fig.6 Layout of associated gas recovery module

3 結 語

當今時代，海洋工程裝備作為開采海洋油氣資源的重要工具，展現(xiàn)出了廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。通過將修井模塊進行分塊安裝設計，能夠實現(xiàn)平臺吊機自我變裝；同時，在滿足生產、安全的前提下對各功能模塊進行合理布置，可以使多功能平臺空間利用率進一步提高，最大化發(fā)揮模塊化設計的價值。對海洋平臺作業(yè)場景需求來說，模塊布置技術在未來必然能夠發(fā)揮更多的功效和作用，是多功能平臺今后發(fā)展的重要趨勢之一?！?/p>