于 超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452)

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)海洋石油資源的深入開(kāi)發(fā)和油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的要求，油氣生產(chǎn)、修井作業(yè)、酸化壓裂、稠油熱采和伴生氣回收服務(wù)等方面的工程大幅度增加。海洋石油行業(yè)對(duì)多功能可移動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)裝備有了新的需求，而可移動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)裝備因其靈活、經(jīng)濟(jì)引起了廣泛關(guān)注和應(yīng)用，能夠提供多功能、模塊化的生產(chǎn)作業(yè)裝備和提供各種作業(yè)支持的設(shè)施成為了熱門(mén)研 究點(diǎn)。

渤海油田需要一種適應(yīng)能力強(qiáng)、有一定甲板空間、日租金較低的可移動(dòng)設(shè)施，可以支持一種作業(yè)場(chǎng)景工況，也可支持2～3種作業(yè)場(chǎng)景工況。傳統(tǒng)的功能單一型平臺(tái)已經(jīng)無(wú)法滿足此類生產(chǎn)需求，在此背景下，多功能平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。目前，多功能平臺(tái)雖然能適應(yīng)多個(gè)作業(yè)場(chǎng)景，但每個(gè)功能模塊在平臺(tái)上的位置為固定設(shè)計(jì)，無(wú)法靈活拆裝，導(dǎo)致其在一些作業(yè)場(chǎng)景下功能模塊通常沒(méi)有得到充分的利用卻又占據(jù)大量的空間，造成了平臺(tái)空間資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[1]。

本文通過(guò)對(duì)功能模塊的重量、布局進(jìn)行合理配置，針對(duì)4種常見(jiàn)的功能模塊提出了相應(yīng)的布置方案，對(duì)修井模塊的布置進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，使其能夠通過(guò)多功能平臺(tái)搭載的吊機(jī)在海上實(shí)現(xiàn)自我變裝，不僅提高了多功能平臺(tái)的空間利用率，還有效降低了功能模塊變裝時(shí)的成本，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

1 多功能平臺(tái)模塊布置發(fā)展現(xiàn)狀

海洋石油平臺(tái)上部模塊的模塊化布置設(shè)計(jì)和建造理念起源于20世紀(jì)50年代，自60年代以來(lái)在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了迅速發(fā)展。近年來(lái)，隨著我國(guó)海洋石油平臺(tái)建設(shè)與大規(guī)模投用，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了一批可移動(dòng)式平臺(tái)，例如“海洋石油161”和“海洋石油162”[2]。“海洋石油161”平臺(tái)于2009年11月 6日建造完成，是一艘插銷(xiāo)式液壓升降的四樁腿自安裝采油平臺(tái)，鋼質(zhì)非自航，適用于在渤海灣4～30m水深范圍內(nèi)的海域進(jìn)行原油的生產(chǎn)處理、儲(chǔ)存和外輸，其主要結(jié)構(gòu)由平臺(tái)主體、液壓升降系統(tǒng)和樁腿等組成[3]；“海洋石油162”是一座四樁腿自升式平臺(tái)，鋼質(zhì)非自航，平臺(tái)具備試油、油氣分離、儲(chǔ)存和外輸，以及井口回接、棄井、輔助熱采等多種作業(yè)功能。該平臺(tái)配備輪機(jī)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、舾裝系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和完善的生活設(shè)施，在國(guó)內(nèi)居領(lǐng)先地位[4]。

隨著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和建造海洋石油平臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)不斷提升，通過(guò)合理安排功能模塊以滿足多功能作業(yè)需求成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[5]。一些具備試油、油氣分離、原油儲(chǔ)存、原油外輸、井口回接、棄井、井口支持、修井作業(yè)、輔助熱采、生活支持、伴生氣回收、酸化壓裂等功能的平臺(tái)在油氣生產(chǎn)作業(yè)中開(kāi)始扮演重要角色，其適用于渤海地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大的油田，能夠滿足渤海75%油田不同工況的工藝處理要求，具有良好的適應(yīng)性。

2 不同作業(yè)場(chǎng)景下模塊布置方案研究

隨著海上油氣田開(kāi)發(fā)的需要，修井、酸化壓裂、稠油熱采、伴生氣回收的作業(yè)需求大幅增加，本文針對(duì)這4類作業(yè)場(chǎng)景對(duì)4種功能模塊提出了相應(yīng)的布置方案，以確保多功能平臺(tái)在轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)能夠高效、迅速地完成模塊切換，進(jìn)而降低成本。

2.1 修井作業(yè)模塊布置方案

修井作業(yè)對(duì)象為作業(yè)平臺(tái)的井口區(qū)，為此，在非作業(yè)工況時(shí)支持平臺(tái)要為液壓舉升修井機(jī)設(shè)備提供存儲(chǔ)的空間[6]。液壓舉升修井機(jī)主體由下底座、上底座、操作平臺(tái)、懸臂梁等組成，共設(shè)置了2套滑移裝置，通過(guò)可鎖緊的液壓裝置推動(dòng)使液壓舉升修井機(jī)修井機(jī)整體可以在下滑軌上作橫向移動(dòng)，鉆臺(tái)可以在上滑軌上作縱向移動(dòng)，保證修井機(jī)可以覆蓋作業(yè)平臺(tái)的任意一個(gè)井位[7]。

根據(jù)修井作業(yè)的需求，修井模塊應(yīng)布置于舷邊，便于整體滑移至作業(yè)平臺(tái)。為了增加液壓舉升裝置安裝的便利性，避免動(dòng)用大型吊裝資源，降低安裝成本，單個(gè)結(jié)構(gòu)模塊重量不宜超過(guò)8t。修井模塊的結(jié)構(gòu)總成重量見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)總成重量明細(xì) Tab.1 Weight details of structural assembly

由表1可知，結(jié)構(gòu)總成的重量均遠(yuǎn)超平臺(tái)吊機(jī)的能力范圍，無(wú)法采用平臺(tái)吊機(jī)直接吊裝。因此，每一部分的結(jié)構(gòu)總成都需要采取多模塊設(shè)計(jì)，將單個(gè)模塊的重量控制在8t以下。模塊之間的連接要具有便于安裝和拆卸、強(qiáng)度和穩(wěn)定性可靠等特點(diǎn)。

通過(guò)滑移底座的方式，將修井模塊拆分為多個(gè)分塊安裝，每個(gè)分塊重量控制在8t以下。

滑移下底座拆分方法如圖1所示。圖中滑移下底座2條東西向滑軌保持整體結(jié)構(gòu)，所有梯子與下底座之間的連接均設(shè)計(jì)為可拆卸的結(jié)構(gòu)形式。甲板結(jié)構(gòu)采用分塊設(shè)計(jì)，分塊數(shù)量和形式參照?qǐng)D中的深色分塊框，分塊甲板之間的連接形式須滿足強(qiáng)度、剛度的使用要求，拆分后的下底座分塊重量見(jiàn)表2。

圖1 滑移下底座拆分示意圖 Fig.1 Disassembly diagram of sliding lower base

表2 滑移下底座分塊重量 Tab.2 Block weight of sliding lower base

滑移上底座總成拆分方法如圖2所示，圖中滑移上底座的2條主梁保持整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所有上下梯子與上底座之間的連接均設(shè)計(jì)為可拆卸的結(jié)構(gòu)形式。甲板結(jié)構(gòu)采用分塊設(shè)計(jì)，分塊數(shù)量和形式參照?qǐng)D中的紅色分塊框，分塊甲板之間的連接形式須滿足強(qiáng)度、剛度的使用要求，上底座分塊重量見(jiàn)表3。

圖2 滑移上底座拆分示意圖 Fig.2 Disassembly diagram of sliding upper base

表3 滑移上底座分塊重量 Tab.3 Block weight of sliding upper base

修井模塊布置如圖3所示。

圖3 修井模塊布置圖 Fig.3 Layout of workover module

2.2 酸化壓裂模塊布置方案

酸化作業(yè)流程為淡水與來(lái)自酸液罐的液體進(jìn)行配液，合格濃度酸液通過(guò)壓裂泵增壓后進(jìn)入目標(biāo)井進(jìn)行擠酸操作；之后淡水經(jīng)壓裂泵對(duì)目標(biāo)井進(jìn)行頂替，待關(guān)井反應(yīng)完成后進(jìn)行排酸，返排液體通過(guò)船舶運(yùn)回陸地處理[8]。

壓裂作業(yè)流程為置液通過(guò)壓裂泵增壓，通過(guò)匯管匯總后持續(xù)進(jìn)入目標(biāo)井進(jìn)行壓裂造縫，支撐物通過(guò)混砂橇與壓裂用的膠液均勻混合后通過(guò)壓裂泵和匯管進(jìn)入目標(biāo)井[9]；加砂操作完畢后，使用頂替液對(duì)目標(biāo)井中混砂液進(jìn)行頂替，待關(guān)井?dāng)U散壓力完成后用小噴嘴放噴，不含油返排液體排海，含油返排液通過(guò)船舶運(yùn)回陸地處理。

酸化壓裂模塊設(shè)計(jì)應(yīng)在保證人員和設(shè)施安全、防止環(huán)境污染的前提下滿足油氣田開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的要求、方便油氣田的操作和管理；控制方案還應(yīng)遵循安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、控制管理靈活方便等原則。

根據(jù)工藝流程，酸化壓裂模塊主要布置方案如下：8臺(tái)壓裂泵撬組(單臺(tái)尺寸10m×2.5m×3.2m)布置在南側(cè)，左側(cè)為高壓軟管滾筒，用于將壓裂泵的介質(zhì)注入作業(yè)平臺(tái)井口；設(shè)置有300m2砂罐(15m×7m×3m)，布置在最北側(cè)，用于儲(chǔ)存壓裂用砂液；砂罐旁布置有酸液罐(6m×3m×3m，2臺(tái))、混砂橇(8.2m×2.5m×3.25m)、混配橇(8.5m×2.55m×6m)；為了堆放壓裂所有砂料，酸化壓裂模塊設(shè)置了1塊面積為16m×15m的砂堆場(chǎng)。酸化壓裂模塊布置如圖4所示。

圖4 酸化壓裂模塊布置圖(單位：m) Fig.4 Layout of acidizing and fracturing module

2.3 稠油熱采模塊布置方案

稠油熱采技術(shù)是通過(guò)向油層提供熱能，提高油層巖石和流體的溫度，從而增大油藏驅(qū)油動(dòng)力，降低油層流體的黏度，防止油層出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象，減小油層滲流阻力，達(dá)到順利開(kāi)采稠油和高凝油的目的[10]。

稠油熱采模塊主要包括海水預(yù)處理系統(tǒng)、鍋爐水處理系統(tǒng)、熱采鍋爐系統(tǒng)、燃料處理系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)和公用系統(tǒng)6個(gè)部分。其主要流程為：海水提升泵輸送過(guò)來(lái)的海水加熱至25℃，經(jīng)過(guò)沉降和超濾橇去除海水中的顆粒物，然后進(jìn)入除鹽橇處理，處理后的濃鹽水排海，淡水再經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子交換橇軟化、熱力除氧橇除氧，軟化脫氧合格后通過(guò)鍋爐水補(bǔ)給泵供給蒸汽鍋爐，從蒸汽過(guò)濾產(chǎn)生的高溫蒸汽經(jīng)過(guò)分配管匯分別注入各口注熱井。

結(jié)合熱注工藝流程，支持平臺(tái)的布置方案如下：海水供水系統(tǒng)及淡化系統(tǒng)布置在平臺(tái)西北側(cè)，包括有海水提升泵、海水加熱器、脫氧塔、淡化橇、沉降罐、反滲透膜、陽(yáng)離子交換橇等設(shè)備；超濾橇及除鹽橇、輸水?dāng)U容器橇布置在中部，用于將海水進(jìn)行進(jìn)一步凈化處理，并將軟化水輸送給蒸汽鍋爐；空氣壓縮機(jī)及儲(chǔ)罐、氮?dú)鈮嚎s機(jī)及儲(chǔ)罐布置在南側(cè)；蒸汽鍋爐配套的給水系統(tǒng)、燃料處理系統(tǒng)、燃料注入系統(tǒng)布置在東側(cè)，為作業(yè)平臺(tái)提供高壓蒸汽介質(zhì)。 稠油熱采模塊布置如圖5所示。

圖5 稠油熱采模塊布置圖(單位：m) Fig.5 Layout of heavy oil thermal recovery module

2.4 伴生氣回收模塊布置方案

伴生氣回收是將油氣集輸工藝過(guò)程中的油氣分離和原油穩(wěn)定等環(huán)節(jié)所得到的油田伴生氣，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工，分離為以戊烷以上組分為主的輕質(zhì)油、以 丁烷和丙烷為主的液化氣及以甲烷和乙烷為主的 干氣[11]。

伴生氣回收液化裝置工藝流程包括伴生氣的增壓、凈化和液化。接近常壓的伴生氣首先經(jīng)過(guò)增壓，壓力增加到5.0MPa以上，然后進(jìn)入凈化單元，脫除酸性氣體、水分及微量汞等雜質(zhì)，凈化后的天然氣進(jìn)入液化單元被液化，并輸入LNG罐箱存儲(chǔ)，在此過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品NGL儲(chǔ)存在重?zé)N罐箱[12]。LNG罐箱/重?zé)N罐箱充裝到一定液位后，通過(guò)平臺(tái)吊機(jī)吊裝到LNG罐箱運(yùn)輸船上運(yùn)回陸地。

根據(jù)伴生氣回收工藝流程，伴生氣回收模塊應(yīng)主要包括預(yù)處理模塊(伴生氣脫酸橇)、增壓模塊、凈化模塊(伴生氣脫水橇)、胺液再生橇、分子篩再生橇、伴生氣液化橇、混合制冷壓縮機(jī)橇、冷卻劑儲(chǔ)存橇、LNG儲(chǔ)罐橇等，伴生氣回收裝置的布置結(jié)果如圖6所示。

增壓模塊主要包括2臺(tái)壓縮機(jī)橇(9m×7m)；壓縮機(jī)出口管線進(jìn)入伴生氣脫酸橇(6m×3.6m×2.4m)，布置于增壓模塊右側(cè)，主要包括胺塔頂分離器、胺塔頂冷卻器、氣體熱交換器；隨后進(jìn)入胺液再生橇(13.2m×11.2m×3m)，布置于增壓模塊南側(cè)，主要包括胺蒸餾器、胺三相分離器、胺液回流收集罐、胺緩沖罐；接著進(jìn)入伴生氣脫水橇(4.8m× 2.2m×4m)，主要包括MS干燥過(guò)濾器、進(jìn)氣分離器、原料氣過(guò)濾分離器、MS干燥器；再進(jìn)入伴生氣液化橇(6.1m×2.8m×2.3m)，主要包括冷箱冷氣體分離器、冷箱MR分離器、主冷藏箱；隨后進(jìn)入混合制冷壓縮機(jī)橇(9.6m×9m×2.8m)，包括MR壓縮機(jī)、MRC吸入洗滌器、MRC油分離器、MR分離器；最后進(jìn)入冷卻劑儲(chǔ)存橇(8.9m×5.6m×2.8m)及LNG儲(chǔ)罐橇(29m×14.6m×9m)，LNG儲(chǔ)罐橇共41個(gè)儲(chǔ)罐，分3層布置，如圖6所示。

圖6 伴生氣回收模塊布置圖 Fig.6 Layout of associated gas recovery module

3 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)今時(shí)代，海洋工程裝備作為開(kāi)采海洋油氣資源的重要工具，展現(xiàn)出了廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。通過(guò)將修井模塊進(jìn)行分塊安裝設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)吊機(jī)自我變裝；同時(shí)，在滿足生產(chǎn)、安全的前提下對(duì)各功能模塊進(jìn)行合理布置，可以使多功能平臺(tái)空間利用率進(jìn)一步提高，最大化發(fā)揮模塊化設(shè)計(jì)的價(jià)值。對(duì)海洋平臺(tái)作業(yè)場(chǎng)景需求來(lái)說(shuō)，模塊布置技術(shù)在未來(lái)必然能夠發(fā)揮更多的功效和作用，是多功能平臺(tái)今后發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。■