孟 迪

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津 300457）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，陸地資源的日趨減少，開(kāi)發(fā)海洋油氣越來(lái)越具有重要的意義。目前世界上已發(fā)現(xiàn)的海底石油儲(chǔ)量約為2 500億t，為陸地石油儲(chǔ)量的2倍。海洋油氣產(chǎn)量已占油氣總產(chǎn)量的30%以上，并不斷穩(wěn)定地增長(zhǎng)[1]。

我國(guó)在近海海域蘊(yùn)藏著豐富的石油天然氣資源，海上油田己經(jīng)成為我國(guó)石油開(kāi)發(fā)的重要組成部分。渤海灣是一個(gè)勘探前景非常樂(lè)觀的海域，中國(guó)第二次資源評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為，整個(gè)渤海灣盆地的石油地質(zhì)儲(chǔ)量為300億t[2]。渤海的油氣資源主要是由邊際油田組成，其所處的海洋環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，承受著風(fēng)、海浪、海流、潮汐、地震等載荷的威脅。

在石油消耗量日益增加而石油儲(chǔ)藏量日趨減少的今天，如何經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)邊際油田，已經(jīng)成為石油工業(yè)的熱門話題。而怎樣選擇一個(gè)最優(yōu)的邊際油田開(kāi)發(fā)方案，則是一個(gè)急需解決的課題[3]。

1 現(xiàn)有開(kāi)發(fā)模式綜述

目前中海油邊際油氣田開(kāi)發(fā)的模式主要有兩種：

（1）“三一”開(kāi)發(fā)模式。即對(duì)距離已開(kāi)發(fā)油田20 km以內(nèi)的邊際油氣田，利用一座平臺(tái) （或水下井口）、一條海底管道、一條海底電纜將其生產(chǎn)的油氣送入該已開(kāi)發(fā)油田的開(kāi)發(fā)模式，該模式的研究取得了突破性進(jìn)展，并已在渤海和北部灣海域成功實(shí)施。

BZ34-3/5油田是渤海海域的小邊際油田，針對(duì)該邊際油田 “現(xiàn)有油田附近含油構(gòu)造”特點(diǎn)采用了 “三一”開(kāi)發(fā)模式和兩腿三樁輕型平臺(tái)，自投產(chǎn)以來(lái)日產(chǎn)原油超過(guò)300 m3，這標(biāo)志著該海上小邊際油田建成并成功投產(chǎn)，達(dá)到了預(yù)期的目的，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

（2）“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式。即對(duì)于距離已開(kāi)發(fā)油田20 km以外的，無(wú)法依托已開(kāi)發(fā)油田的較小的、孤立的小型邊際油氣田，采用可移動(dòng)式的集生產(chǎn)、動(dòng)力、儲(chǔ)油、外輸、生活為一體的小型生產(chǎn)裝置進(jìn)行開(kāi)發(fā)的模式。像蜜蜂一樣，采完一個(gè)小油田，可以移動(dòng)到另一個(gè)小油田采油，該裝置的投資可在多個(gè)油田開(kāi)發(fā)中回收。該模式的研究已經(jīng)取得了初步成果：2009年11月6日，我國(guó)首座 “蜜蜂式”開(kāi)發(fā)模式裝置——海洋石油161正式完工，該項(xiàng)技術(shù)的突破，使中海油開(kāi)發(fā)邊際油田的技術(shù)又往前邁了一大步。

2 新型可搬遷人工島模式

2.1 概述

“可搬遷人工島”具有鉆、采、儲(chǔ)、運(yùn)等多種功能，可同時(shí)取代淺水的固定平臺(tái)和FPSO，并可克服固定平臺(tái)和FPSO抗冰性能差或不能抗冰的缺點(diǎn)，可多次搬遷重復(fù)使用，具有投資低、操作費(fèi)低、撤除費(fèi)低、安全環(huán)保、方便生產(chǎn)操作等諸多優(yōu)點(diǎn)?？砂徇w人工島包括上部設(shè)施、島體和基礎(chǔ)三個(gè)部分，如圖1所示。人工島全部在船塢內(nèi)完成建造、安裝和調(diào)試，漂浮出塢，濕拖至油田現(xiàn)場(chǎng)，“自安裝”至海床上。儲(chǔ)油量大于1萬(wàn)m3，上部設(shè)施質(zhì)量6 000～8 000 t，可在水深10～20 m的范圍內(nèi)搬遷，搬遷時(shí)無(wú)需浮吊之類專門的工程船舶。島體和基礎(chǔ)可承受50年一遇的環(huán)境荷載和操作荷載。采用 “密閉氣壓連通式壓載海水和原油等質(zhì)量流率置換流程”配以組合式儲(chǔ)油罐取代油水直接接觸置換流程，采用 “小水下重量基礎(chǔ)、依靠入泥抗滑固定構(gòu)件固定”取代重力式基礎(chǔ)。

圖1 可搬遷人工島示意

2.2 總體開(kāi)發(fā)方案

可搬遷人工島總體開(kāi)發(fā)方案為：兩側(cè)各設(shè)一個(gè)系纜平臺(tái)，并在人工島島體上設(shè)置一靠船件，穿梭油輪可直接?？咳斯u，艏艉通過(guò)系泊纜系泊在系纜平臺(tái)上，系纜平臺(tái)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、吸力錨基礎(chǔ)。見(jiàn)圖2。

圖2 系纜平臺(tái)示意

2.3 儲(chǔ)運(yùn)流程設(shè)計(jì)

可搬遷人工島采用 “密閉氣壓連通式壓載海水和原油等質(zhì)量流率置換流程”，克服了濕式儲(chǔ)油和傳統(tǒng)干式儲(chǔ)油的缺點(diǎn)，具有零污染、零排放、方便原油加熱、可儲(chǔ)存溶于水的液體、作業(yè)過(guò)程中操作重量不變、重心的水平面投影位置不變等優(yōu)點(diǎn)，是整個(gè)設(shè)計(jì)的巧妙處之一。

海水壓載艙和原油艙頂部通過(guò)管道和控制閥門連通并預(yù)充0.25 MPa（G）壓力的氮?dú)?，形成同一個(gè)壓力系統(tǒng)。上部模塊處理合格的原油，通過(guò)原油裝載泵進(jìn)艙，海水卸載泵同步外排壓載海水。原油的儲(chǔ)存時(shí)間為5～7 d。原油儲(chǔ)存溫度為55～60℃，為維持原油儲(chǔ)存溫度，在罐外設(shè)有原油加熱循環(huán)泵和原油循環(huán)加熱器。原油加熱循環(huán)泵共設(shè)2臺(tái)，一用一備。原油經(jīng)原油外輸泵和原油計(jì)量橇計(jì)量后輸至穿梭油輪，海水壓載泵同步注入壓載海水。艙底污油經(jīng)原油排污泵排至污油艙。

2.4 島體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可搬遷人工島島體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本項(xiàng)目的核心內(nèi)容，島體主要功能是儲(chǔ)油功能，與通常的FPSO設(shè)計(jì)理念有所不同。FPSO為浮式柔性結(jié)構(gòu)，漂浮于水面，任何時(shí)候重力和浮力是平衡的，同時(shí)FPSO具有風(fēng)向效應(yīng)，可以保證浮體受環(huán)境荷載最小。而人工島為固定結(jié)構(gòu)，島體直接承受環(huán)境荷載作用，同時(shí)儲(chǔ)油的體積也在不斷變化，因此，給設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度。

人工島主體結(jié)構(gòu)為7個(gè)鋼制立式圓筒形內(nèi)壓儲(chǔ)罐，罐體直徑16 m、高20 m、壁厚18 mm，罐內(nèi)中部由一個(gè)下拱形封頭將罐容上下一分為二，上部為海水壓載艙，下部為儲(chǔ)油艙，中拱封頭中心有一根通氣管直達(dá)上拱封頭中心，使得上下兩艙頂部的氣相空間連通。

7個(gè)單個(gè)組合罐通過(guò)6塊直立圓弧連接板、24塊直立連接平板和上中下3塊水平平板封頭焊接成為一個(gè)整體組合罐，底部平板封頭為與海床的接觸面，鋼板厚度均為18 mm。人工島鋼罐體的水平截面幾何圖形參數(shù)如下：6個(gè)周邊單罐 （直徑16 m）的圓心位于一個(gè)邊長(zhǎng)為17.5 m的正六邊形的6個(gè)角；中心單罐的圓心位于正六邊形的中心；圓弧連接板位于兩個(gè)周邊罐之間，圓弧半徑8 m，圓弧與兩邊相連接的圓共同內(nèi)切于直徑50 m的圓；24塊直立連接板位于它所連接的單罐的圓心連線兩側(cè)并與之平行，板寬度1.4 m，直立和弧形連接板長(zhǎng)度等于21.6 m。由此，上中下3片平板封頭、6塊直立圓弧連接板、24塊直立連接平板和7個(gè)單罐之間形成2×12個(gè)密閉的空間，周邊的2×6個(gè)作為污水沉降艙和固定壓載水艙 （內(nèi)部應(yīng)根據(jù)所連接的2個(gè)組合罐抗外部水靜壓屈曲的要求，設(shè)置加勁構(gòu)件），中心組合罐周圍的2×6個(gè)為空艙，可安裝泵、管道和儲(chǔ)油艙、海水壓載艙的人孔。罐內(nèi)與液體和氣體接觸的罐壁全部采用防腐涂層。

鋼制組合罐的周邊立壁、上下頂外壁，均覆蓋0.5 m厚的鋼筋混凝土層，其作用一是配重，二是提供外壁防碰撞和抗屈曲保護(hù)層，三是防泄漏，四是防腐。立壁采用滑模澆筑，罐頂可不用模板。如果原油需要保溫加熱，緊貼鋼罐壁可采用一層耐熱和隔熱混凝土材料。

2.5 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)可搬遷人工島基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求：承載力滿足要求；可自安裝；可搬遷，本研究項(xiàng)目最終選取了吸力錨的結(jié)構(gòu)形式，但我們將其進(jìn)行了創(chuàng)新，設(shè)計(jì)成了基盤組合式基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)包括6個(gè)吸力錨，其上部由6塊T形截面的弧形梁式裙板和數(shù)個(gè)加勁構(gòu)件連接。吸力錨直徑12 m，高12.5 m，其水平截面圓的圓心均布于直徑51 m的圓周上。T形截面的弧形裙板的頂部平面環(huán)板的徑向?qū)挾鹊扔谖﹀^直徑12 m，垂直弧形裙板高6 m，圓弧半徑為25.5 m。頂部平面環(huán)板可防海底沖刷。

2.6 技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

（1）與采用海管輸油、陸上儲(chǔ)存、碼頭外運(yùn)的方式相比，可搬遷人工島省去了海底管道和陸上終端碼頭，原油直接在海上生產(chǎn)、儲(chǔ)存和外輸。

（2）與海上固定平臺(tái)或兼有儲(chǔ)存功能的生產(chǎn)平臺(tái)相比，可搬遷人工島具有生產(chǎn)功能完備、存儲(chǔ)量大、外輸靈活方便、抗冰等優(yōu)點(diǎn)，且建造周期短、費(fèi)用低，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)搬遷。

（3）與FPSO相比，可搬遷人工島成本低、建造周期短、建造技術(shù)要求低、通用性好。

3 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)渤海海域邊際油田開(kāi)發(fā)的難題和挑戰(zhàn)，需要?jiǎng)?chuàng)新思維，不走前人和外國(guó)人的老路，探索一種具有鉆、采、儲(chǔ)、運(yùn)等綜合功能，適用于渤海環(huán)境條件，可抗冰，安全可靠和環(huán)保，可搬遷和重復(fù)使用的低造價(jià)和低操作費(fèi)的新型設(shè)施和工程開(kāi)發(fā)模式，以取代現(xiàn)有的設(shè)施，將具有十分重大的意義。我們自主創(chuàng)新的可搬遷人工島正是完全符合上述要求的新型設(shè)施，相應(yīng)配套的工程開(kāi)發(fā)模式則借鑒了JZ9-3的成功經(jīng)驗(yàn)，采用海上固定式靠船設(shè)施系泊穿梭油輪，實(shí)現(xiàn)了原油的外輸。本研究項(xiàng)目如若成功實(shí)現(xiàn)，不僅解決了中海油多年來(lái)力求解決但至今沒(méi)有解決的難題，也為世界淺水油田的工程開(kāi)發(fā)開(kāi)創(chuàng)了新模式，開(kāi)發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益將十分顯著。

[1]肖熙.海洋領(lǐng)域高技術(shù)發(fā)展與展望［J］.中國(guó)海洋平臺(tái)，1998，12（2）:20-22.

[2]陳惠民.加快技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)我國(guó)海洋工程開(kāi)發(fā)［J］.中國(guó)海洋平臺(tái)，1999，14（3）:4-8.

[3]張志強(qiáng)，孟昭瑛.邊際油田輕型平臺(tái)及其選型的層次分析方法［J］.石油工程建設(shè)，1998，（6）：6-10.

[4]唐明軍，朱學(xué)海，紀(jì)樹(shù)立，等.BZ34-3/5小邊際油田的開(kāi)發(fā)模式和電潛泵采油技術(shù)的應(yīng)用［J］.海洋石油，2008，（2）：82-87.