張曉誠(chéng)， 霍宏博,2*， 李金蔓， 王曉雷， 林家昱

(1. 中海石油(中國(guó))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(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610500)

0 引 言

據(jù)預(yù)測(cè)，到2040年我國(guó)待棄置海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)將達(dá)161座，棄置費(fèi)高達(dá)42億元[1]，在全球范圍內(nèi)待棄置海洋平臺(tái)將超過(guò)6 000座，僅北海區(qū)域老舊平臺(tái)拆除費(fèi)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(xiǎn)大，既需要拆除海面上的海洋工程結(jié)構(gòu)物，以減少其對(duì)航道、漁業(yè)、軍事的影響；又需要妥善封堵連接地下儲(chǔ)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(zhǎng)時(shí)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(guò)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(duì)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(wèn)題已引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。

根據(jù)國(guó)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(guó)外對(duì)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(lái)已久，至今仍未達(dá)成共識(shí)。雖然拆除方案投資高昂，但是對(duì)于石油企業(yè)來(lái)說(shuō)可以避免后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，且能夠完全滿(mǎn)足國(guó)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(guó)內(nèi)外已開(kāi)展對(duì)廢棄平臺(tái)再利用的探索，國(guó)外有超過(guò)100座廢棄平臺(tái)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(jiàn)實(shí)現(xiàn)的報(bào)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(fèi)用高昂。

以海洋石油開(kāi)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(kāi)發(fā)，可提高其利用價(jià)值，并且大幅減少油氣田棄置費(fèi)用。

1 海洋油氣平臺(tái)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(jià)值，但這種價(jià)值一直被低估。未來(lái)，海洋平臺(tái)可能在旅游業(yè)、科學(xué)技術(shù)研究、油氣存儲(chǔ)、物流運(yùn)輸?shù)确矫娴靡栽倮谩?/p>

國(guó)內(nèi)外對(duì)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(kāi)始，美國(guó)國(guó)家石油公司將140座廢棄的海上油氣設(shè)施捐贈(zèng)給得克薩斯州的人工漁礁項(xiàng)目，成為該項(xiàng)目的核心。使用多年之后再經(jīng)聲吶掃測(cè)，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(duì)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(guó)海洋牧場(chǎng)建設(shè)需求，1965年起，我國(guó)開(kāi)始建立人工漁礁試點(diǎn)，2005年在我國(guó)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(lèi)和數(shù)量快速增長(zhǎng)[9]。海洋石油企業(yè)具有大尺寸海上裝備運(yùn)輸、吊裝的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，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(duì)發(fā)展海洋漁業(yè)有利外，還對(duì)發(fā)展海洋休閑活動(dòng)比如海洋釣魚(yú)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(mén)擔(dān)心拆解海洋廢棄物后的油污或金屬會(huì)污染海洋環(huán)境，航道部門(mén)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?lái)，地方政府、石油企業(yè)和相關(guān)部門(mén)可就海洋結(jié)構(gòu)物建設(shè)人工漁礁對(duì)環(huán)境、通航的影響展開(kāi)論證，并開(kāi)展合作。

1.2 建設(shè)度假村或海洋酒店

海上生活支持平臺(tái)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(lái)西亞納閩被改造為度假酒店——詩(shī)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(méi)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(tái)被拖航至詩(shī)巴丹馬布島，成為世界頂尖潛水生活服務(wù)平臺(tái)，如圖1所示。該平臺(tái)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(tái)，酒店提供3～6 d的行程安排，收取的服務(wù)費(fèi)用是當(dāng)?shù)仄渌频昶骄M(fèi)用的1.96倍。詩(shī)巴丹潛水度假村是一項(xiàng)非常成功的廢棄海洋結(jié)構(gòu)物商業(yè)化再利用的實(shí)例。

圖1 詩(shī)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(tái)改造為可容納500人居住生活的生活支持平臺(tái)Jasper Cosmopolitan，這也是對(duì)海洋工程改造的探索[11]。

國(guó)外部分設(shè)計(jì)者將海上油氣平臺(tái)進(jìn)行了大膽的海上度假村改造設(shè)計(jì)，意在開(kāi)拓墨西哥灣海洋冒險(xiǎn)旅游業(yè)務(wù)，但未見(jiàn)實(shí)際實(shí)施報(bào)道。

2 海洋油氣平臺(tái)再利用探索

雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)于廢棄海上油氣平臺(tái)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(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)還有賴(lài)于海洋油氣企業(yè)與政府相關(guān)部門(mén)交涉，涉及對(duì)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(duì)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(tái)再利用與海洋石油開(kāi)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(yùn)中心

目前，海上鉆完井、生產(chǎn)、生活物資倉(cāng)儲(chǔ)均依托陸地碼頭，與依托海洋平臺(tái)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(zhǎng)期租賃港口碼頭，場(chǎng)地租賃和船舶進(jìn)、出港及碼頭費(fèi)用高昂，若依托海上物流中心則可節(jié)省海運(yùn)至陸地的倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用和陸地倉(cāng)儲(chǔ)出港的費(fèi)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(yùn)輸時(shí)間。渤海常用生產(chǎn)平臺(tái)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(shí)還可增加外擴(kuò)甲板，自帶起重機(jī)可節(jié)省吊裝費(fèi)用。碼頭單個(gè)倉(cāng)庫(kù)面積僅2 100 m2，且碼頭倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用占單井鉆完井總費(fèi)用的2.5%，因此依靠海上物流可使碼頭倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用降低70%。

海上人員倒班一般采用直升機(jī)，無(wú)論滿(mǎn)員與否都按照滿(mǎn)員收費(fèi)。依靠停產(chǎn)平臺(tái)建立人員集中中轉(zhuǎn)平臺(tái)，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(fèi)用約占單井投資的0.4%，客運(yùn)物流中心制度可將倒班費(fèi)用降低20%，物流、客運(yùn)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(tái)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(yùn)輸至海上平臺(tái)，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(tái)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(chǔ)氣庫(kù)

我國(guó)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(chǔ)備的儲(chǔ)氣庫(kù)偏少[12]，美國(guó)已開(kāi)展依托海上衰竭油氣田進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的論證和研究[13]，未來(lái)海上衰竭油氣田儲(chǔ)氣庫(kù)有可能會(huì)為我國(guó)國(guó)際政治和國(guó)內(nèi)民生提供重要的幫助。

安全是對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)最基本的要求，陸上儲(chǔ)氣庫(kù)因接近居民區(qū)而存在隱患。2015年10月23日，美國(guó)桑普拉(Sempra)能源公司的阿里索(Aliso Canyon)天然氣陸地地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(wàn)名當(dāng)?shù)鼐用瘢苯咏?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(shí)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(chǔ)氣庫(kù)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：按照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)氣庫(kù)應(yīng)距用戶(hù)50～200 km[15]，多數(shù)海上油田與用戶(hù)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(mǎn)足氣體處理運(yùn)輸和注水排氣需要。

將廢棄油氣田轉(zhuǎn)為海上儲(chǔ)氣庫(kù)需要從平臺(tái)所處位置、儲(chǔ)層埋深、儲(chǔ)層封閉性、井筒完整性等角度進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于枯竭油藏來(lái)說(shuō)，氣體排出時(shí)會(huì)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(chǔ)氣庫(kù)。一般利用衰竭油氣田開(kāi)發(fā)儲(chǔ)氣庫(kù)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(chǔ)氣庫(kù)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(duì)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(yàn)區(qū)和培訓(xùn)基地

我國(guó)依托高校和科研機(jī)構(gòu)設(shè)立的海洋領(lǐng)域的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室均斥巨資建造模擬海洋風(fēng)浪環(huán)境的試驗(yàn)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(wú)海上實(shí)際應(yīng)用，可靠性被專(zhuān)家質(zhì)疑，陸地實(shí)驗(yàn)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(yàn)結(jié)果并不為所有專(zhuān)家接受。若利用海洋平臺(tái)建造海上實(shí)驗(yàn)室，利用平臺(tái)所處的海洋環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，則能降低投資，結(jié)果也更令人信服。雖然我國(guó)已進(jìn)行海洋油氣開(kāi)發(fā)數(shù)十年，但并無(wú)專(zhuān)屬海上工程技術(shù)試驗(yàn)基地，以平臺(tái)作為試驗(yàn)基地一方面能夠?yàn)樵囼?yàn)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(zhǎng)資源衰竭平臺(tái)的壽命。

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

雖然海洋石油企業(yè)主要作業(yè)點(diǎn)在海上，但是目前海洋石油企業(yè)員工的生產(chǎn)實(shí)習(xí)均在陸地。員工實(shí)際操作感差，無(wú)法感受海洋作業(yè)特點(diǎn)，新入職員工在海上生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)安全風(fēng)險(xiǎn)較高，而利用資源衰竭海洋平臺(tái)作為員工培訓(xùn)基地則是很好的選擇。

3 停產(chǎn)海洋平臺(tái)再利用的挑戰(zhàn)

雖然對(duì)資源衰竭的海上油氣平臺(tái)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(duì)井筒完整性處理和平臺(tái)使用年限的評(píng)估等，又包括企業(yè)與政府相關(guān)部門(mén)的溝通協(xié)調(diào)、對(duì)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(chǔ)層與海上生產(chǎn)設(shè)施的通道，為了提高海洋平臺(tái)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(tái)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：?jiǎn)瓮捕嗑?根隔水管內(nèi)同時(shí)布置2～3口井(見(jiàn)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(gè)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(chǎng)試驗(yàn)。

圖2 單筒雙井橫截面示例

此外，地下流體通過(guò)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(guò)注入水泥塞封堵，然而地下油氣通過(guò)套管外部竄流處理難度更大[16]。

3.2 政企部門(mén)協(xié)調(diào)

我國(guó)各省市對(duì)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(mén)例如：海事、海監(jiān)、漁政、海警權(quán)力交叉，部門(mén)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(duì)于海洋環(huán)境有利、經(jīng)濟(jì)效益顯著，也需與相關(guān)部門(mén)溝通，滿(mǎn)足所有管理職能部門(mén)的要求之后才能推動(dòng)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(mén)和社會(huì)組織共同管理，增強(qiáng)民眾對(duì)公共管理事務(wù)的參與并加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督，以推動(dòng)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(tái)再利用已引起國(guó)內(nèi)外石油企業(yè)注意，該方式能夠發(fā)揮海洋平臺(tái)的剩余價(jià)值，有效避免了拆除海洋結(jié)構(gòu)的繁重任務(wù)和高昂開(kāi)支。在實(shí)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(zhēng)取共贏；

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