杜春水 汪智峰 何昱亮 邱壕威

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

我國(guó)對(duì)深海項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)已逐漸嶄露頭角，南海三大深水項(xiàng)目的施工方案設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用正在持續(xù)進(jìn)行。南海目前正在開(kāi)發(fā)的陵水17-2氣田已達(dá)到1 500米級(jí)水深，在深海資源激烈競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)狀下，關(guān)注國(guó)際深海平臺(tái)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并且不斷學(xué)習(xí)國(guó)外系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，力爭(zhēng)參與到國(guó)際深海平臺(tái)的建設(shè)中去，這對(duì)我國(guó)未來(lái)深海資源的開(kāi)發(fā)利用和我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施都具有戰(zhàn)略性意義。

1 浮式生產(chǎn)平臺(tái)應(yīng)用對(duì)比

當(dāng)前國(guó)際上應(yīng)用廣泛的深海海洋平臺(tái)多為浮式，主要有以下4種類(lèi)型：浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置（FPSO）、半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（SEMI）、單柱式平臺(tái)（SPAR）以及張力腿平臺(tái)（TLP）。浮式平臺(tái)對(duì)海洋油氣田的開(kāi)發(fā)起關(guān)鍵作用，決定了開(kāi)發(fā)方案的選擇。TLP較適合油藏集中的大型油田開(kāi)發(fā)，但其適用水深是制約其在深水中廣泛應(yīng)用的瓶頸；SPAR平臺(tái)油氣處理能力有限，適合較小的邊際油田的開(kāi)發(fā)，TLP和SPAR平臺(tái)均適用于環(huán)境較惡劣的海域；半潛平臺(tái)和FPSO可應(yīng)用于油藏較分散的各類(lèi)油田，理論上不受水深的限制，但FPSO對(duì)作業(yè)環(huán)境要求相對(duì)較高，不適用于惡劣海況。4類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)近20年的增長(zhǎng)趨勢(shì)如圖1所示，從圖中可以看出，F(xiàn)PSO增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，總數(shù)約占浮式生產(chǎn)平臺(tái)總量的2/3，其他浮式生產(chǎn)平臺(tái)增長(zhǎng)均較緩慢。

圖1 近二十年各類(lèi)生產(chǎn)平臺(tái)的增長(zhǎng)趨勢(shì)

浮式生產(chǎn)平臺(tái)由于其結(jié)構(gòu)不同，因此適用水深也有所不同，各類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)的適用的水深如圖2所示，4類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)均可用于深水油氣田開(kāi)發(fā)模式，其中，SEMI與SPAR平臺(tái)可用于超深水，實(shí)際工程應(yīng)用水深超過(guò)2000m。

圖2 各類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)的適用水深

2 各類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)的分布情況

2.1 FPSO的世界分布情況

2018年底最新統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)海域共有223座FPSO處于運(yùn)營(yíng)、在建和待工狀態(tài)。主要分布在巴西、西非、北海和東南亞，其中美國(guó)墨西哥灣Stones FPSO作業(yè)水深達(dá)到2896m，我國(guó)共有13座FPSO在役。

對(duì)2018年的FPSO數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分布情況如表1所示。通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出：墨西哥灣與澳大利亞海域訂單數(shù)量減少，巴西和中國(guó)等國(guó)的訂單數(shù)量增加明顯，而且這個(gè)趨勢(shì)還會(huì)增加，在東南亞的FPSO應(yīng)用市場(chǎng)份額中，中國(guó)未來(lái)的市場(chǎng)份額將更大。

表1 2010年世界FPSO分布情況

我國(guó)FPSO的發(fā)展經(jīng)歷是從無(wú)到有，已擁有30多年的FPSO運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。到目前為止，國(guó)內(nèi)已經(jīng)先后建造了從5萬(wàn)噸級(jí)到30級(jí)的一系列FPSO共計(jì)18條。2020年5月，我國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造和集成的FPSO“海洋石油119”在青島交付，這也是截至目前我國(guó)擁有最大作業(yè)水深的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置（FPSO），目前已成功應(yīng)用于流花16-2油田。

2.2 半潛平臺(tái)的世界分布情況

截至2016年，全球半潛式生產(chǎn)平臺(tái)48座，其中24座改造平臺(tái)，24座新建平臺(tái)，其中美國(guó)墨西哥灣Independence Hub平臺(tái)作業(yè)水深達(dá)到2438m。表2為2016年世界半潛平臺(tái)的分布情況，從項(xiàng)目分布區(qū)域可以看出，半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的作業(yè)海域已逐漸呈現(xiàn)出由巴西、北歐和墨西哥灣三大傳統(tǒng)油氣生產(chǎn)領(lǐng)域向東南亞、澳大利亞等新興油氣生產(chǎn)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)[1]。

表2 2016年世界半潛平臺(tái)的分布情況

目前，我國(guó)有1座半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（南海挑戰(zhàn)號(hào)）服役，1座半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（陵水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)）在建[2]。陵水17-2項(xiàng)目順利實(shí)施后，將成為中國(guó)第一座新建半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，世界上第一座具有儲(chǔ)油功能的半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，將對(duì)中國(guó)深海油氣資源的開(kāi)發(fā)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

2.3 SPAR的世界分布情況

截至2018年，全球共有21座SPAR平臺(tái)服役，詳見(jiàn)表3，其中19座分布在美國(guó)墨西哥灣，最大作業(yè)水深2383m（美國(guó)墨西哥灣Perdido平臺(tái)）[3]，另有1座在安裝（即將作業(yè)于北海海域的Aasta Hansteen Spar平臺(tái)）。

表3 2018年世界SPAR分布情況

從全球分布數(shù)量來(lái)看，SPAR的數(shù)量較其他浮式生產(chǎn)平臺(tái)的數(shù)量較少，而且基本集中在墨西哥灣海域。SPAR的運(yùn)營(yíng)商主要有：Anadarko公司、Murphy公司和BP公司。其中美國(guó)的Anadarko公司擁有的SPAR平臺(tái)數(shù)量最多。

2.4 TLP的世界分布情況

張力腿平臺(tái)（TLP）作為一種典型的深水油氣田開(kāi)發(fā)的平臺(tái)類(lèi)型，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展逐步走向成熟。如表4所示，截至2018年，全球共有28座TLP平臺(tái)服役，另有1座待安裝，1座在建，主要分布在墨西哥灣海域，最大作業(yè)水深1425 m（Magnolia平臺(tái)）。

表4 2018年世界TLP分布情況

我國(guó)尚沒(méi)有TLP平臺(tái)服役，隨著國(guó)家863課題、國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)課題、國(guó)家973課題等研究，以及流花油田群項(xiàng)目的前期研究，國(guó)內(nèi)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是離實(shí)際應(yīng)用仍有較大差距。

從TLP的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，與SPAR一樣，在役數(shù)量也相對(duì)較少，主要分布在美國(guó)墨西哥灣海域，運(yùn)營(yíng)商也主要分布在韓國(guó)、新加坡、美國(guó)和荷蘭等國(guó)家。

2.5 我國(guó)海工裝備企業(yè)發(fā)展情況

我國(guó)重點(diǎn)的海工裝備企業(yè)分布主要分為3個(gè)區(qū)域：環(huán)渤海地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)以及珠三角地區(qū)。目前，國(guó)內(nèi)主要的海洋油氣開(kāi)采服務(wù)都是由海洋石油工程（COOEC）總承包建造的，除此之外，上海外高橋船廠(chǎng)、大連船廠(chǎng)等大型船廠(chǎng)也隨著近幾年海洋油氣的開(kāi)發(fā)參與到新建的浮式生產(chǎn)平臺(tái)的建造任務(wù)中。

海洋石油工程股份有限公司的油田項(xiàng)目隨著陵水17-2項(xiàng)目的開(kāi)展，水深達(dá)到了1 500 m水深級(jí)。2018年，共運(yùn)行了33個(gè)海洋油氣開(kāi)采工程項(xiàng)目，流花16-2深水項(xiàng)目、陵水17-2深水項(xiàng)目、旅大21-2/16-3油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目等一大批項(xiàng)目新開(kāi)工。

3 典型浮式生產(chǎn)平臺(tái)的應(yīng)用規(guī)律

系泊系統(tǒng)是浮式生產(chǎn)平臺(tái)能夠平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)的重要保證，系泊纜繩的數(shù)量越多，系泊的可靠性越高。在4類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)中，應(yīng)用最為廣泛的平臺(tái)為FPSO與半潛平臺(tái)：FPSO除在墨西哥灣應(yīng)用較少，在其他海域的應(yīng)用數(shù)量均占很大的比重且；半潛式生產(chǎn)平臺(tái)主要集中在巴西海域和北海海域；SPAR平臺(tái)幾乎全部應(yīng)用于墨西哥灣海域，說(shuō)明其適應(yīng)性有很大的局限性[1]。下面對(duì)FPSO與半潛平臺(tái)的應(yīng)用規(guī)律做簡(jiǎn)要介紹。

3.1 FPSO的應(yīng)用規(guī)律

FPSO主要的系泊方式為單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)基本上可以分為懸鏈錨腿系泊系統(tǒng)（CALM）、單錨腿系泊系統(tǒng)（SALM）、轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)（TM）和軟鋼臂（SYS）4類(lèi)[4]。

FPSO儲(chǔ)存原油的能力高、運(yùn)動(dòng)性好，便于安裝，F(xiàn)PSO除了可以與其他3類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的模式外，應(yīng)用最廣泛的油氣開(kāi)發(fā)工程模式為“FPSO+水下生產(chǎn)系統(tǒng)”。部分FPSO生產(chǎn)平臺(tái)的情況對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 部分FPSO生產(chǎn)平臺(tái)的情況對(duì)比

以Stones油田中的Turritella FPSO為例。Turritella FPSO處于墨西哥灣中部海域，平均作業(yè)水深2919m，環(huán)境條件惡劣，颶風(fēng)頻發(fā)，項(xiàng)目采用“FPSO+水下生產(chǎn)系統(tǒng)”的工程模式，F(xiàn)PSO采用可解脫單點(diǎn)系泊方案。系泊系統(tǒng)采用9根系泊纜，采用“3×3”的組合形式，單根系泊纜由“鏈+聚酯纜+鏈”組成。

3.2 半潛平臺(tái)的應(yīng)用規(guī)律

半潛式生產(chǎn)平臺(tái)由于多用于環(huán)境惡劣的深海海域，普遍采用永久多點(diǎn)錨泊系統(tǒng)進(jìn)行定位。對(duì)于深水作業(yè)的半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，傳統(tǒng)的懸鏈?zhǔn)藉^泊系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法完全適用[5]。表6為國(guó)際上部分現(xiàn)役的深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)對(duì)比情況。

表6 部分深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)錨泊定位配置

目前國(guó)際上的深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)一般采用張緊式輻射狀錨泊定位系統(tǒng)，系泊纜的分布情況主要是4×2、4×3和4×4等幾種分布型式。雖然巴西海域與北海海域半潛平臺(tái)的安裝案例最多，但在墨西哥灣海域服役的半潛平臺(tái)的是工作水深均達(dá)到了2 000米級(jí)的水平。

半潛平臺(tái)的深水油氣開(kāi)發(fā)工程模式主要有3種，簡(jiǎn)要對(duì)比見(jiàn)表7。

表7 半潛式生產(chǎn)平臺(tái)3種開(kāi)發(fā)模式的對(duì)比

模式一：“SEMI+水下生產(chǎn)系統(tǒng)+外輸管線(xiàn)”，以Thunder Horse半潛平臺(tái)為例進(jìn)行介紹。Thunder Horse油田位于美國(guó)墨西哥灣中部海域，作業(yè)水深1 849 m，采用依托開(kāi)發(fā)的模式，充分利用了油田現(xiàn)有設(shè)備及資源，是低油價(jià)下，深水油氣田開(kāi)發(fā)降本增效的典范。水下系統(tǒng)包括已建管匯-新建管匯，已建在產(chǎn)井口-新建井口和新建海管等構(gòu)成。

模式二：“SEMI+水下生產(chǎn)系統(tǒng)+FPSO/FSO”，以流花11-1海域的南海挑戰(zhàn)號(hào)為例進(jìn)行介紹。流花11-1油田位于中國(guó)南海區(qū)域，距離最近海岸線(xiàn)130km，作業(yè)水深為300m[6]。1996年，“南海挑戰(zhàn)號(hào)”在南海流花11-1油田實(shí)現(xiàn)首油，采用依托開(kāi)發(fā)模式。“南海挑戰(zhàn)號(hào)”至今已經(jīng)安全運(yùn)營(yíng)二十多年，為我國(guó)積累了豐富的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

模式三：“SEMI+水下生產(chǎn)系統(tǒng)+FPSO/FSO+外輸管線(xiàn)”，以目前世界上最大的鋼制Ichthys Explorer半潛式生產(chǎn)平臺(tái)為例進(jìn)行介紹。Ichthys氣田位于澳大利亞西北部海域Browse盆地，平均水深260 m，離最近海岸線(xiàn)220 km。項(xiàng)目采用獨(dú)立開(kāi)發(fā)模式，主要由Ichthys Explorer半潛平臺(tái)、FPSO、水下生產(chǎn)系統(tǒng)和外輸管線(xiàn)構(gòu)成。

4 南海深水項(xiàng)目分析

4.1 南海開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

在世界范圍內(nèi)的海洋油氣鉆探與開(kāi)發(fā)，南海的海域環(huán)境是最?lèi)毫拥摹３嗣磕?—9月有臺(tái)風(fēng)天氣，還有“南海內(nèi)波”的災(zāi)難海況。除去不可避免的惡劣環(huán)境，還面臨著勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)、投資成本與南海爭(zhēng)端的考驗(yàn)。

我國(guó)在南海石油鉆探已經(jīng)歷了近50個(gè)年頭，但主要集中在水深300 m以?xún)?nèi)。在水深300 m～2 000 m深水開(kāi)發(fā)裝備安裝技術(shù)不夠成熟，而且目前對(duì)深水水下生產(chǎn)設(shè)備的安裝技術(shù)處于起步階段。

目前，中國(guó)海油已經(jīng)開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)深水油氣田有2個(gè)：南海東部的“荔灣深水氣田”與南海西部的“陵水17-2深水氣田”。

4.2 流花16-2項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案的選擇

流花16-2油田位于中國(guó)南海珠江口盆地，所用浮式生產(chǎn)平臺(tái)為新建的1座15t噸浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置（FPSO）“海洋石油119”。流花16-2油田的油為輕質(zhì)原油，對(duì)該氣田的開(kāi)發(fā)的研究，初期的生產(chǎn)平臺(tái)傾向于TLP平臺(tái)，但由于TLP平臺(tái)的應(yīng)用水深適用于500 m～1 500 m；其次，油價(jià)的下跌使TLP平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)性降低；最主要的原因是隨著勘探的深入，流花16-2附近發(fā)現(xiàn)了其他油田，由原先的單獨(dú)開(kāi)發(fā)模式變成了聯(lián)合開(kāi)發(fā)模式。因此，最終確定使用單點(diǎn)形式為永久不可解脫FPSO。

4.3 荔灣3-1項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案的選擇

荔灣3-1氣田位于南海珠江口盆地，距最近海岸線(xiàn)約320 km，平均作業(yè)水深約1 400 m。荔灣3-1的開(kāi)發(fā)模式為“水下生產(chǎn)系統(tǒng)（1 480 m水深）+淺水平臺(tái)（190 m水深）+干氣接入珠海高欄終端輸氣管道+凝析油上珠海高欄終端平臺(tái)”。采用這種開(kāi)發(fā)模式的原因分析如下：1）采用深水平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)性差，海底氣田的集中度高。在深水建立氣體處理平臺(tái)的費(fèi)用較高，而且南海深水氣田的地貌比較陡峭，在距離荔灣氣田75km處，水深減少至200m以?xún)?nèi)。2）采用聯(lián)合輸送模式的優(yōu)勢(shì)巨大。在荔灣3-1開(kāi)發(fā)過(guò)程中須兼顧番禺34-1、番禺35-1、番禺35-2天然氣田以及該區(qū)域的潛在的油氣發(fā)現(xiàn)，最終開(kāi)發(fā)項(xiàng)目擬建1座中心平臺(tái)接收來(lái)自荔灣3-1氣田的天然氣。

4.4 陵水17-2項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案的選擇

陵水17-2 氣田位于瓊東南盆地北部海域，距離海南省三亞市約150 km，距離西北側(cè)已生產(chǎn)的崖城13-1 氣田約160km，距崖城13-1 氣田輸氣管線(xiàn)約87 km，是中國(guó)海油第一個(gè)完全自營(yíng)的大型深水氣田。

在陵水氣田開(kāi)發(fā)初期考慮借鑒荔灣模式。采用“水下生產(chǎn)系統(tǒng)（1 422m水深）+淺水導(dǎo)管架平臺(tái)（170m水深）+干氣接入崖城輸氣管道+凝析油上崖城平臺(tái)”的開(kāi)發(fā)方案。最終確定開(kāi)發(fā)方案為“深水儲(chǔ)油SEMI+水下生產(chǎn)系統(tǒng)+干氣接入崖城輸氣管道+浮式平臺(tái)儲(chǔ)存凝析油”，且SEMI采用張緊式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)。采用該開(kāi)發(fā)模式的原因如下：1）海底氣田較分散，減少凝析油外輸管線(xiàn)的建造成本。半潛平臺(tái)適用于分散油藏區(qū)的開(kāi)發(fā)。2）半潛平臺(tái)優(yōu)勢(shì)高。FPSO無(wú)法與鋼制立管建立連接；TLP平臺(tái)不可用來(lái)儲(chǔ)油，其最大適用水深為1 500 m，深水TLP平臺(tái)建造成本巨大；雖然SPAR平臺(tái)立管技術(shù)適應(yīng)性最佳，但投資更高，我國(guó)尚無(wú)SPAR平臺(tái)的建造經(jīng)驗(yàn)[7]。3）打破技術(shù)壟斷，完成技術(shù)攻關(guān)的新機(jī)遇。陵水17-2平臺(tái)作為世界上首座具備凝析油存儲(chǔ)及外輸功能的半潛式生產(chǎn)處理平臺(tái)，通過(guò)該項(xiàng)目的研究，使中國(guó)海油基本掌握了深水開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)、深水開(kāi)發(fā)鉆完井、深水水下生產(chǎn)系統(tǒng)、深水平臺(tái)、深水立管與系泊系統(tǒng)等深水開(kāi)發(fā)核心技術(shù)，為以后深水油氣田開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

該文通過(guò)對(duì)浮式生產(chǎn)平臺(tái)及其系泊規(guī)律與工程開(kāi)發(fā)模式的介紹與分析，得出以下結(jié)論，希望能為未來(lái)南海油氣田開(kāi)發(fā)深水裝備的研究方向和類(lèi)似深水項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)模式提供一些參考。1）從4類(lèi)浮式生產(chǎn)平臺(tái)的適用水深與應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看。FPSO與SEMI的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)較為成熟，均采用濕式采油樹(shù)，操作復(fù)雜，但FPSO的運(yùn)動(dòng)性更好；SPAR與TLP均采用干式采油樹(shù)，運(yùn)動(dòng)特性好，但SPAR的安裝和運(yùn)輸困難，TLP不具備儲(chǔ)油功能。2）目前，南?，F(xiàn)有的外輸管線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不夠發(fā)達(dá)，但我國(guó)對(duì)FPSO的研究已經(jīng)較為成熟。3）針對(duì)我國(guó)南海的實(shí)際情況與我國(guó)深水裝備的研究現(xiàn)狀，建議在未來(lái)的深水油氣田的開(kāi)發(fā)時(shí)，優(yōu)先考慮SEMI與FPSO聯(lián)合的工程開(kāi)發(fā)模式，來(lái)解決深水浮式生產(chǎn)平臺(tái)儲(chǔ)油的挑戰(zhàn)。