謝志元

(中海油能源發(fā)展股份有限公司天津分公司 天津300457)

我國(guó)近海邊際油田開(kāi)發(fā)模式分析

謝志元

(中海油能源發(fā)展股份有限公司天津分公司 天津300457)

通過(guò)對(duì)我國(guó)近海諸多邊際油田分布和目前相對(duì)成熟的開(kāi)發(fā)模式進(jìn)行研究和分析，結(jié)合國(guó)外成熟的混凝土平臺(tái)開(kāi)發(fā)工藝，尋求一種最適合我國(guó)近海油田開(kāi)發(fā)的新模式。結(jié)合一定的海洋石油目標(biāo)邊際油田，經(jīng)對(duì)工程開(kāi)發(fā)方案的比對(duì)分析，認(rèn)為混凝土平臺(tái)的開(kāi)發(fā)模式相對(duì)“平臺(tái)群開(kāi)采模式”、“蜜蜂式”開(kāi)采模式，無(wú)論從工程投資和油田的后期運(yùn)維管理等環(huán)節(jié)，經(jīng)濟(jì)收效顯著。

邊際油田 原油價(jià)格下跌 混凝土平臺(tái)

1 我國(guó)近海石油勘探現(xiàn)狀

我國(guó)近海發(fā)育的10個(gè)新生代沉積盆地，面積約90萬(wàn)km2，石油總儲(chǔ)量約246億t；目前石油探明程度為24%，總體勘探程度還比較低，大部分儲(chǔ)量有待發(fā)現(xiàn)，潛力巨大。在已發(fā)育的盆地中，油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在渤海灣、南黃海、東海、珠江口、瓊東南、鶯歌海、北部灣等7個(gè)盆地。其中油資源主要集中在渤海灣、珠江口、北部灣盆地，近海油氣田分布示意如圖1所示。

圖1 我國(guó)近海油氣田分布Fig.1 Distribution of offshore oil-gas fields in China

2 我國(guó)近海石油開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至“十一五”末，我國(guó)近海油氣產(chǎn)量突破了年產(chǎn)5000萬(wàn)t(油當(dāng)量)的生產(chǎn)規(guī)模，完成了中海石油“十一五”建設(shè)“海上大慶油田”的宏偉目標(biāo)。其中，渤海油田發(fā)展迅速，已成為原油產(chǎn)量?jī)H次于大慶油田的我國(guó)第二大油田。目前，僅渤海油田累計(jì)發(fā)現(xiàn)三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量近50億方，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了諸如蓬萊19-3、綏中36-1、秦皇島32-6、渤中25-1、金縣1-1和錦州25-1等數(shù)個(gè)億噸級(jí)大油田，形成4大生產(chǎn)油區(qū)和8個(gè)生產(chǎn)作業(yè)單元，在生產(chǎn)油田超過(guò)50個(gè)。

渤海海域蘊(yùn)藏著豐富的石油天然氣資源，在數(shù)十年的資源勘探過(guò)程中，不僅發(fā)現(xiàn)了一系列大中型地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的油氣田，也發(fā)現(xiàn)了一些儲(chǔ)量規(guī)模小、品位低、難以經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)采的所謂“邊際油田”。通過(guò)不斷探索和實(shí)踐，已經(jīng)形成了一些比較成熟的高效開(kāi)發(fā)此類(lèi)油田的開(kāi)發(fā)模式，但是這些已有的開(kāi)發(fā)模式對(duì)于位于5m等深線附近、淺海區(qū)域孤立的邊際油氣田并不適用。[1]同時(shí)，渤海灣油田的開(kāi)發(fā)，還面臨著海床超軟土地基、海冰和地震等環(huán)境荷載的挑戰(zhàn)。[2]

3 我國(guó)近海邊際油田開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及創(chuàng)新模式分析

一般來(lái)說(shuō)，邊際油田首先被理解為一個(gè)經(jīng)濟(jì)概念而不是技術(shù)概念，如果一個(gè)近海油田采用經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)的常規(guī)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)不能獲得適當(dāng)?shù)氖找媛?，這個(gè)油田就是邊際油田。[3]目前，國(guó)內(nèi)常用的邊際油田開(kāi)發(fā)模式有兩種，即“平臺(tái)群開(kāi)采模式”和“蜜蜂式”開(kāi)采模式。

當(dāng)前，我國(guó)近海油田開(kāi)發(fā)主要依靠鋼制平臺(tái)，對(duì)它的設(shè)計(jì)、建造施工和使用經(jīng)驗(yàn)較為成熟；但其耗鋼量大、維修困難。[4]

3.1 近海邊際油田現(xiàn)有開(kāi)發(fā)模式

3.1.1 平臺(tái)群開(kāi)采模式

對(duì)于依托條件良好的油田，多采用平臺(tái)群開(kāi)采模式，國(guó)內(nèi)也稱(chēng)為“三一模式”。這種模式適用于離現(xiàn)有已開(kāi)發(fā)油田生產(chǎn)設(shè)施較近的油田。新建1個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)(井口平臺(tái)或水下井口)、1條海管和1條電纜，連接已有油田，通過(guò)依托已開(kāi)發(fā)油田的生產(chǎn)設(shè)施，降低投資，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型開(kāi)發(fā)。這種開(kāi)采方式技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用實(shí)例很多，如錦州20-2、潿西南油田群、渤西油田群等。

3.1.2 “蜜蜂式”開(kāi)采模式

“蜜蜂式”開(kāi)采，就是對(duì)那些離現(xiàn)有已開(kāi)發(fā)油田生產(chǎn)設(shè)施較遠(yuǎn)，無(wú)法依托已有生產(chǎn)設(shè)施的小型油氣田，建造1套可移動(dòng)式的開(kāi)發(fā)設(shè)施(集處理、動(dòng)力、儲(chǔ)油、外輸、生活為一體的小型裝置)，其開(kāi)發(fā)方式就像蜜蜂采蜜一樣，采完一個(gè)小油田就轉(zhuǎn)移到另一個(gè)小油田。該開(kāi)發(fā)方式使得1套開(kāi)發(fā)設(shè)施的投資從多個(gè)油田中得到回收，從而降低了小油田的開(kāi)發(fā)投資。

“蜜蜂式”開(kāi)采方案主要有兩種：一種為“簡(jiǎn)易井口平臺(tái)＋小型FPSO＋系泊系統(tǒng)＋穿梭油輪”；另一種為“移動(dòng)式多功能平臺(tái)＋穿梭油輪”。

①簡(jiǎn)易平臺(tái)。國(guó)外海洋工程經(jīng)驗(yàn)表明，輕型固定式簡(jiǎn)易平臺(tái)(見(jiàn)圖2)是開(kāi)采近海邊際油田最有效的手段之一，在墨西哥灣、北海、印尼和墨西哥等區(qū)域均有應(yīng)用。我國(guó)對(duì)簡(jiǎn)易平臺(tái)的研究始于20世紀(jì)80年代。簡(jiǎn)易平臺(tái)具有建設(shè)周期短、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，某些輕型平臺(tái)隨動(dòng)性好，可重復(fù)使用；其缺點(diǎn)主要為剛度小，在環(huán)境荷載作用下動(dòng)力影響較大，平臺(tái)設(shè)計(jì)壽命短，所在服役油田壽命一般不超過(guò)10年。

圖2 簡(jiǎn)易井口平臺(tái)示意Fig.2 Schematic diagram of simple wellhead platforms

小型FPSO形狀為圓筒型或八角型，采用多點(diǎn)系泊方式。具有投資省、建造周期短、相對(duì)技術(shù)含量低、易于國(guó)產(chǎn)化等優(yōu)點(diǎn)，適用于近海大陸架的邊際油田開(kāi)發(fā)，但也存在抵抗風(fēng)浪能力差、抗冰能力差、油氣處理流程簡(jiǎn)單等缺點(diǎn)。

多功能平臺(tái)包括樁基沉箱平臺(tái)、桶形基礎(chǔ)移動(dòng)平臺(tái)、坐底式采油平臺(tái)、自升式采油平臺(tái)。

筒形基礎(chǔ)移動(dòng)平臺(tái)，適用于儲(chǔ)量少、開(kāi)采周期短的邊際油田。我國(guó)已于1999年將其成功應(yīng)用于渤海錦州9-3油田的系纜平臺(tái)。桶形基礎(chǔ)移動(dòng)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于建造、安裝、搬遷費(fèi)用低；用于樁錨效益高；重復(fù)利用率高。其缺點(diǎn)主要為無(wú)自升功能、國(guó)內(nèi)的此類(lèi)型平臺(tái)還沒(méi)有儲(chǔ)油功能。

②移動(dòng)坐底式采油平臺(tái)由矩形的沉墊和上層甲板以及連接兩者的立柱組成鋼質(zhì)非自航坐底式平臺(tái)。此類(lèi)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于可移動(dòng)、可儲(chǔ)油。但其缺陷也十分突出，即海床地基要求平坦、海底坡度較緩；無(wú)自升功能；作業(yè)水深較淺。同時(shí)，沉墊式在國(guó)內(nèi)尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)沉墊儲(chǔ)油，且沉墊抗滑、抗傾效果差。

自升式采油平臺(tái)(見(jiàn)圖3)以鉆井平臺(tái)居多，也有部分改裝成生產(chǎn)平臺(tái)或生活支持平臺(tái)。升降裝置是自升式平臺(tái)的重要組成部分，目前國(guó)內(nèi)常用的升降方式包括液壓插銷(xiāo)式和電動(dòng)齒輪齒條式。自升式采油平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是可移動(dòng)且有自升功能，其缺點(diǎn)是插銷(xiāo)和拔樁作業(yè)比較復(fù)雜。

圖3 自升式采油平臺(tái)Fig.3 A jackup production platform

3.2 混凝土平臺(tái)開(kāi)發(fā)模式介紹

3.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，近海油氣開(kāi)采和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的建造大多采用鋼結(jié)構(gòu)。然而，混凝土結(jié)構(gòu)仍然繼續(xù)在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用。混凝土重力式平臺(tái)已經(jīng)建造于挪威、蘇格蘭、德國(guó)、日本、澳大利亞、加拿大等國(guó)家。在墨西哥海灣淺水海域，美國(guó)、墨西哥和委內(nèi)瑞拉的超過(guò)300座小型平臺(tái)采用了混凝土結(jié)構(gòu)。1973年北海建成第一座混凝土重力式平臺(tái)(Ekofisk Tank平臺(tái))。該平臺(tái)直徑92m，高約100m，儲(chǔ)油能力15.89萬(wàn)方。[5]隨著行業(yè)能力的不斷提升，混凝土重力式平臺(tái)的安裝水深也在逐漸增大，由最初的70m水深己經(jīng)發(fā)展到305m水深。截至目前，國(guó)際上包括BP、Shell和Obil等油氣開(kāi)發(fā)公司在北海等海洋石油開(kāi)采板塊業(yè)務(wù)均采用了諸如GBS沉箱式、GBS單軸/2軸和4軸等重力式基礎(chǔ)型式，應(yīng)用水深由15～400m不等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)際上最新投產(chǎn)的1座混凝土重力式平臺(tái)在2012年(?？松舅?，結(jié)構(gòu)型式為GBS 4軸，區(qū)域水深33m，平臺(tái)所在地為加拿大海域)造成；另有1座將在2015年投產(chǎn)(?？松梨诩幽么蠊舅?，結(jié)構(gòu)型式為GBS單塔，區(qū)域水深103m，平臺(tái)所在地為俄羅斯薩哈林島海域)。

3.2.2 國(guó)內(nèi)混凝土平臺(tái)發(fā)展(研究)現(xiàn)狀

1977年，天津大學(xué)率先對(duì)南海鶯歌海區(qū)40m水深混凝土平臺(tái)進(jìn)行了可行性研究；之后，石油部施工技術(shù)研究所、大連理工大學(xué)進(jìn)行了渤海混凝土平臺(tái)的可行性研究。1983年，大連理工大學(xué)、清華大學(xué)、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、華南理工大學(xué)組成的教育部混凝土平臺(tái)設(shè)計(jì)組開(kāi)展了南海潿11-1油田40m水深鋼筋混凝土多用途平臺(tái)的可行性研究。1983年，國(guó)家經(jīng)委組織多家單位組成石油部混凝土平臺(tái)研究組，進(jìn)行了南海潿11-1油田混凝土平臺(tái)初步設(shè)計(jì)。1994年，天津大學(xué)受遼河油田委托設(shè)計(jì)了0～2m水深極淺海域的混凝土試采平臺(tái)。[6]

由于種種原因，截至目前真正意義上的混凝土平臺(tái)尚未在我國(guó)海域得到運(yùn)用和推廣。比較類(lèi)似和具有代表性的是人工島?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)建有10余座，如遼河油田月東人工島B、勝利油田老168人工島A、南堡1號(hào)人工島等。

3.2.3 創(chuàng)新渤海灣稠油油田開(kāi)發(fā)思路

稠油油田具有密度大、膠質(zhì)含量較高、凝固點(diǎn)低和含蠟量高等特點(diǎn)。考慮到邊際油田的低滲、低產(chǎn)、高黏度等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)邊際油田需要采用早期生產(chǎn)系統(tǒng)、降低基本投資、創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)才能獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合這類(lèi)邊際油田的特點(diǎn)不宜采用移動(dòng)式平臺(tái)；同時(shí)從經(jīng)濟(jì)角度考慮，傳統(tǒng)的導(dǎo)管架平臺(tái)等開(kāi)發(fā)模式難以滿足平臺(tái)建造所需的鉆井、采油、儲(chǔ)油、運(yùn)輸相結(jié)合的系列化功能。

樁基混凝土平臺(tái)由樁基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)兩部分組成。樁為混凝土管樁、鋼管樁或者TSC樁；上部結(jié)構(gòu)為混凝土梁板式或承臺(tái)式結(jié)構(gòu)。樁基混凝土平臺(tái)屬透空結(jié)構(gòu)，對(duì)波浪和潮流影響較小。適用于30m以?xún)?nèi)水深和淤泥質(zhì)、粉質(zhì)粘土等軟土地基的海域。

樁基混凝土平臺(tái)面積可以根據(jù)油田規(guī)模無(wú)限擴(kuò)大，并將改良后的陸地鉆機(jī)和陸地機(jī)采設(shè)備成功應(yīng)用到海洋石油開(kāi)采中。另外，混凝土平臺(tái)的出現(xiàn)為陸地鉆機(jī)應(yīng)用于海上油田開(kāi)發(fā)提供了足夠的場(chǎng)地支持，使得海油陸鉆陸采方案的實(shí)現(xiàn)成為了可能；并可在平臺(tái)上建儲(chǔ)油罐區(qū)，使平臺(tái)具備鉆、采、儲(chǔ)等功能。

相比于當(dāng)前海洋石油模塊化、鉆修機(jī)鉆完井作業(yè)，陸地鉆機(jī)在海上油田的應(yīng)用，既可大幅下降鉆完井作業(yè)成本，又可采用地面有桿泵機(jī)采解決海上稠油熱采生產(chǎn)時(shí)效低、井下設(shè)備壽命短、井下作業(yè)頻率高、熱效率低等一系列問(wèn)題，為邊際油田開(kāi)發(fā)提供一種新的鉆采技術(shù)。

3.2.4 混凝土平臺(tái)自身優(yōu)勢(shì)分析

①重力式混凝土平臺(tái)，是依靠自身重量維持穩(wěn)定的固定式海洋平臺(tái)，多由上部結(jié)構(gòu)、腿樁和基礎(chǔ)3部分組成，坐落在密實(shí)的地基上。平臺(tái)坐底穩(wěn)性較好、抗臺(tái)能力強(qiáng)。平臺(tái)所用主材料混凝土防腐性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)壽命長(zhǎng)；混凝土結(jié)構(gòu)費(fèi)用便宜，甲板單位面積成本較低。

②樁基式混凝土平臺(tái)，對(duì)海底地基的適用性強(qiáng)，樁基型式多樣化，基本不改變?cè)己５椎孛驳拳h(huán)境條件，對(duì)海洋環(huán)境和破壞影響較小。平臺(tái)主材料多為混凝土材質(zhì)，不存在傳統(tǒng)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的腐蝕和海洋環(huán)境二次污染問(wèn)題，且后期平臺(tái)維護(hù)費(fèi)用很低。平臺(tái)面積能無(wú)限擴(kuò)大，可以考慮安裝陸地鉆機(jī)和熱采設(shè)備，尤其對(duì)于整裝開(kāi)發(fā)的稠油油田。

3.3 對(duì)我國(guó)混凝土平臺(tái)深度研發(fā)和推廣的思考

混凝土平臺(tái)是一種新型結(jié)構(gòu)型式，它可以集鉆井、采油、油氣處理、儲(chǔ)油、生活、動(dòng)力及系泊等諸多功能于一身，使海上油氣田的開(kāi)發(fā)大為簡(jiǎn)化。[7]

3.3.1 混凝土平臺(tái)得以發(fā)展的優(yōu)勢(shì)

目前國(guó)外所用比較典型的為固定式混凝土平臺(tái)。由巴西Petrobros淺?；炷疗脚_(tái)、墨西哥灣淺?；炷疗脚_(tái)、美國(guó)路易斯安那州混凝土平臺(tái)可知，混凝土平臺(tái)應(yīng)用范圍較廣，且有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①具有良好的抗疲勞、抗沖擊、抗海水腐蝕能力，耐久性好，使用安全，壽命期長(zhǎng)；②省鋼材；③多功能，具有鉆、采、儲(chǔ)、系泊等多種功能，而且甲板面積大，可同時(shí)鉆多口井，因而經(jīng)濟(jì)效益高；④預(yù)制建造技術(shù)要求低于鋼平臺(tái)，海上作業(yè)量較少；⑤基本不需要維修，維修費(fèi)用低。

3.3.2 混凝土平臺(tái)推廣趨勢(shì)和重點(diǎn)問(wèn)題

①混凝土結(jié)構(gòu)更多應(yīng)用在沿岸近海工程，如港口碼頭、引航站和海上燈塔等，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)風(fēng)浪流等自然環(huán)境的資料和分析方法，在海洋石油平臺(tái)工程上的適用性究竟多大。②混凝土平臺(tái)建造投資估算費(fèi)用的依據(jù)不明確，尚無(wú)定額說(shuō)明和編制管理辦法。③渤海地區(qū)混凝土樁基的抗冰載荷、南海地區(qū)混凝土樁基的抗波浪的特性樁的研發(fā)工作需深入開(kāi)展。

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Offshore Marginal Oilfield Development Patterns in China

XIE Zhiyuan
(CNOOC Energy Technology&Services LTD．Tianjin Branch，Tianjin 300457，China)

Through analyzing the distribution of offshore marginal fields and current relative mature models of offshore oilfield research and development，and referring to foreign mature concrete platform development processes，this paper aims at finding the most suitable model for China’s offshore oilfield development．Based on the comparison and analysis of development programs of some offshore marginal oil field targets，it concludes that comparing with the “Platform Cluster”and “Little Bee” models，concrete platform development model will yield more economic benefits in terms of investment and late period operation and maintenance management.

marginal field；crude oil price falling；concrete platform

TE319

：A

：1006-8945(2015)12-0033-03

2015-11-09