陳榮旗 范 模

(1. 海洋石油工程股份有限公司 天津 300461； 2. 中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

旅大27-2/32-2油田位于渤海東部海域，水深20.4～22.3 m，2個油田相距11.8 km，最大年產原油量分別為43×104m3、33×104m3，是典型的稠油邊際油田。旅大27-2/32-2油田開發(fā)面臨2個方面的挑戰(zhàn)：一是油田地質油藏復雜，包括東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組等3個開發(fā)層系；油品性質差異大，原油密度0.861～0.977 g/cm3(50 ℃)、黏度6.7～4 285 mP·s(50 ℃)，稠油所占比例大。二是周邊沒有可依托的油田或設施，若采用常規(guī)的長輸海底管道輸送上岸或FPSO工程方案，稠油輸送難度大、投資高、經濟效益差。盡管國內外邊際油田開發(fā)具有較多成功經驗，也克服了較多關鍵技術難題[1-5]，但均不適用旅大27-2/32-2油田開發(fā)，該油田開發(fā)進程也由此擱置多年。為了經濟有效地開發(fā)旅大27-2/32-2油田，本文提出了新型生產儲油平臺(PSP)開發(fā)模式，開展了總體方案設計，并在該油田開發(fā)中取得了良好成效，可為海上邊際油田及稠油油田開發(fā)提供借鑒。

1 新型生產儲油平臺(PSP)開發(fā)模式的提出

針對旅大27-2/32-2油田開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)，在前期研究階段按照油田開發(fā)通常做法，考慮是否依托陸上終端或已建工程設施[6]，分別開展了全海式、半海半陸式及獨立開發(fā)等3種開發(fā)模式14個開發(fā)工程方案的優(yōu)選工作，最終提出采用1種新型生產儲油平臺(PSP)開發(fā)模式。這種新型生產儲油平臺是將FPSO儲油艙的設計理念引入到海上油田傳統(tǒng)固定式平臺上，是常規(guī)油氣生產平臺、動力平臺、儲油平臺及生活平臺等功能集為一體的綜合性平臺，既可解決該油田地質油藏復雜、油品性質差異大的問題，又可解決周邊無依托油田或設施的難題，而且與其他開發(fā)工程方案相比，最大可減少工程投資約3億元，可實現該油田經濟有效地開發(fā)。

與傳統(tǒng)海上油田綜合性平臺相比，新型生產儲油平臺有以下主要特點：

1) 具有儲油功能及其配套油輪靠泊和外輸系統(tǒng)。

2) 集生產、動力、儲油和生活于一體，最大限度地利用平臺的有效面積，為平臺實施一體化建造和浮托安裝奠定基礎。

3) 突破傳統(tǒng)的原油儲罐的形式，把大容量矩形原油儲罐應用到固定平臺。

4) 油輪靠泊平臺靠船架與生產儲油平臺導管架合二為一，進行整體設計。

5) 油輪靠泊平臺除為穿梭油輪提供靠泊與系纜作業(yè)外，還為供應船、倒班船、生產物資船舶等提供停靠。

旅大27-2/32-2油田最終采用新型生產儲油平臺獨立開發(fā)方案，即旅大32-2油田建1座4腿井口平臺(WHPA)、1座8腿新型生產儲油平臺(PSP)和2座系纜平臺(MOP)，旅大27-2油田建1座4腿井口平臺(WHPB)，旅大27-2油田井口物流通過長度為11.8 km、φ304.8 mm油氣水三相混輸海底管線進入旅大32-2油田，混合處理后儲存外輸，具體方案如圖1所示。

圖1 旅大27-2/32-2油田總體開發(fā)方案示意圖Fig .1 Schematic of overall development plan for LD 27-2/32-2 oilfields

2 新型生產儲油平臺(PSP)總體方案設計

由于新型生產儲油平臺具備生產、動力、儲油和生活等多功能，界面多、設計復雜，并且是首次應用于稠油油田開發(fā)，因此設計中需要考慮的因素很多，其設計的合理性、可靠性是能否成功應用的關鍵。

2.1 PSP位置確定

PSP位置的確定取決于技術和經濟可行性。旅大32-2油田原油密度0.961 g/cm3(20 ℃)，黏度1 294 mP·s(50 ℃)，凝固點2 ～22 ℃，是典型的稠油油田。如果PSP安放在旅大32-2油田，所生產的稠油可直接在PSP上進行處理，避免通過11.8 km海底管道輸送至旅大27-2油田，特別是生產后期產量遞減后面臨的稠油低輸量輸送難題。

旅大27-2油田有3個生產層系：東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組。生產原油物性差別較大，稠油主要產于明化鎮(zhèn)組，東營組和館陶組原油屬輕質油或稀油，可以通過稠油和稀油摻輸化解生產后期產量遞減面臨的稠油低量輸送難題。此外，旅大27-2油田有水源井，生產后期產量遞減時還可以通過摻輸水源井水解決管道最低輸量問題。

因此，經過技術和經濟對比，最終確定新型生產儲油平臺(PSP)布置在旅大32-2油田。

2.2 PSP總體布置

旅大32-2油田PSP設計需滿足動力、處理、儲油等方面的要求，是1座8腿鋼制導管架平臺，導管架工作點間距40 m×(14 m+14 m+14 m)，平臺共分4層甲板。上層甲板主要布置電站、熱站及其輔助設施以及燃料氣系統(tǒng)，標高為38 m，熱介質膨脹罐布置在主機房間頂上。中層甲板西側布置二層電氣房間，東側布置原油生產及計量標定設備，甲板中部主要布置生產污水處理設備。下層甲板主要設備有2個原油儲罐、電脫水器進料泵、閉式排放罐、閉式排放泵、原油外輸裝船泵、原油加熱循環(huán)泵、原油循環(huán)加熱器等。工作甲板布置開式排放罐/泵、熱介質排放罐、熱介質補給泵等設備。

旅大32-2油田PSP組塊設計采用浮托法安裝，穿梭油輪從平臺南側靠船，供應船從平臺北側靠船，平臺下層甲板和中層甲板東北角各有一座長30 m的棧橋通往旅大32-2井口平臺WHPA。平臺南側設有5 000 t外輸原油靠泊裝置，通過平臺兩邊系纜平臺(MOP)系泊。PSP通過棧橋與系纜平臺和WHPA平臺相連。

2.3 PSP儲罐罐容設計

1) 儲油罐尺寸。PSP儲罐罐容設計的計算參數見表1所示。根據油藏開發(fā)方案，旅大27-2/32-2油田于2010年達到高峰年產量76.5×104m3，以后逐年下降。由于該油田高峰日產量為2 318 m3，根據文獻[7]確定儲油罐容積約13 000 m3,因此設計平臺儲油罐尺寸為42 m×40 m×8 m=13 440 m3，即可滿足要求，且緩沖余量可達3.2 d。

表1 PSP儲罐罐容設計計算參數Table 1 Calculation parameters of tank capacity for PSP

2) 運油船次預測。旅大27-2/32-2油田在2010年達到高峰年產量76.5×104m3時，使用5 000 t級油輪將有146船次原油運輸作業(yè)，之后運油船次將逐年下降。

3) 原油運距及目的地時間。旅大27-2/32-2油田原油運輸目的地選擇秦皇島港，運輸距離為120 km。穿梭油輪為5 000 t級，油輪航速約為12節(jié)，可以計算出原油運輸到秦皇島港的時間22.2 h，小于儲油罐正常生產外輸間隔期60 h。因此，使用1艘5 000 t級穿梭油輪即可滿足油田的生產需要。

4) 儲罐容量設計合理性對比。旅大27-2/32-2油田與渤海其他油田固定儲油設施對比見表2，可以看出旅大27-2/32-2油田儲油罐容量設計合理，滿足儲油與荷載要求[8]。

表2 渤海固定儲油設施對比Table 2 Comparison of fixed oil storage facilities in Bohai sea

5) 原油外輸的保障措施。每年3—4月及10—11月期間為渤海大風浪多發(fā)時期，一旦有壞天氣出現，應提前將罐內原油提走，以保證充裕的油罐儲存量。在該海域出現壞天氣之后，可立刻增派2艘5 000 t油輪及時將油提走，避免出現滿罐。同時，可以通過壓產措施延長儲油罐的緩沖時間，也可考慮將館陶組與東營組油井全部關掉，僅進行重油井生產，此時油田日產量僅為1 056 m3，為高峰日產量的45%，緩沖天數可達7.1 d。

2.4 穿梭油輪靠泊設計

旅大27-2/32-2油田開發(fā)工程項目中使用5 000 t級穿梭油輪進行原油外輸，由于靠泊形式不同于常規(guī)碼頭靠泊,沒有碼頭防波堤保護，風浪流影響大，且沒有工程先例參考，因此總體方案設計是關鍵。為了防止油輪與平臺的碰撞而損壞平臺或油輪，在平臺靠船一側設置靠船架，同時在靠船架側面設置橡膠護舷，使護舷吸收油輪的動能，減少撞擊力。圖2分別為該油田項目使用的5 000 t級穿梭油輪靠泊平臺側視及系泊纜布置俯視圖，共采用8根直徑為64 mm的聚酯纜系纜和10個高反力型橡膠護舷。

根據海港工程[9]計算方法，船舶對碼頭撞擊速度取0.5 m/s、1 m/s，所產生的撞擊力分別為5 200 kN和6 500 kN。因此,油輪靠船速度應限制在0.5 m/s以下，以滿足安全作業(yè)要求。

圖2 旅大27-2/32-2油田穿梭油輪靠泊平臺 側視及系泊纜布置俯視圖Fig .2 Side view of the oil tanker berthing the platform and top view of mooring lines layout in LD 27-2/32-2 oilfields

根據文獻[10]，在壓載工況與滿載工況下進行油輪系泊狀態(tài)下帶纜力和撞擊力分析，結果顯示壓載工況的帶纜力和撞擊力均比滿載工況大，因此對壓載工況下的作業(yè)條件進行了計算分析，結果見表3。從表3可以看出，壓載工況下油輪允許作業(yè)的有義波高在橫浪時最小為1.0 m。根據渤海海域水文氣象條件，波高大于1.0 m浪向，即對應于船舶橫浪和斜浪方向出現的概率僅5.5%，因此5 000 t級油輪靠泊平臺進行卸油作業(yè)時受波高影響程度較小，據估算全年卸油作業(yè)率可達94.2 %，表明本文技術方案是可行的。

表3 壓載工況下旅大27-2/32-2油田穿梭油輪作業(yè)限定條件Table 3 Limit conditions of operation of the oil tanker under ballast condition in LD27-2/32-D oilfields

3 結束語

本文提出的新型生產儲油平臺開發(fā)模式是將FPSO儲油艙的設計理念引入到海上油田傳統(tǒng)固定式平臺，將常規(guī)油氣生產平臺、動力平臺、儲油平臺及生活平臺等功能集為一體進行自主設計。這種新型生產儲油平臺既可解決旅大27-2/32-2稠油邊際油田開發(fā)中所面臨挑戰(zhàn)，又能最大限度地利用平臺面積，從而為平臺實施一體化建造和浮托安裝奠定基礎。該新型生產儲油平臺已于2010年在旅大27-2/32-2油田順利投產，至今已安全運行8年且取得了顯著經濟效益，為海上邊際油田及稠油油田開發(fā)提供了一種新模式。