深水油氣開發(fā)催生新裝備

□ 輯錄/由然

張力腿平臺——應(yīng)運而生的深水平臺

隨著海洋開發(fā)越來越向深海推進(jìn)，油氣資源的開發(fā)也不斷進(jìn)軍深海。由于深水作業(yè)的不斷增加，各種傳統(tǒng)的移動式平臺如半潛式平臺和鉆井船等，其運動性能和定位難以滿足深水作業(yè)的要求，而各類固定式平臺如重力式平臺和導(dǎo)管架平臺等，因自重和工程造價隨水深變化而大幅度增加，也已不能適應(yīng)深海環(huán)境，所以發(fā)展新型的平臺便成了當(dāng)時最重要的問題。

TLP是海洋石油工業(yè)從近海向深海發(fā)展過程中誕生的一種新型平臺。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，這種平臺被證明有著較好的運動特性和經(jīng)濟(jì)效益。

TLP是一種垂直系泊的順應(yīng)式平臺，一般由平臺上體、立柱、下體、張力腿系泊系統(tǒng)和錨固技術(shù)五大部分組成。TLP設(shè)計最主要的思想是使平臺半順應(yīng)半剛性。它通過自身的結(jié)構(gòu)形式，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩下部分就成為剩余浮力，這部分剩余浮力與預(yù)張力平衡。較大的張力腿與張力使平臺平面外的運動較小，近似于剛性。張力腿將平臺和海底固接在一起，為生產(chǎn)提供一個相對平穩(wěn)安全的工作環(huán)境。

TLP方案首次被提出是在1954年。美國的R.O.馬什率先提出了采用傾斜系泊索群固定的海洋平臺方案，被公認(rèn)為張力腿平臺的鼻祖。1984年，Conoco公司在北海157米深的Hutton油田安裝了世界上第一座TLP，TLP從此正式登上了深海石油開發(fā)的舞臺。

雖然TLP具有較好的運動特性和經(jīng)濟(jì)效益，但是隨著TLP工作水深的增加也暴露出穩(wěn)定性不足等一些問題。近年來世界各國的研究者們不斷對傳統(tǒng)型TLP提出各種改進(jìn)方案，使得TLP又有了不少新的發(fā)展和突破。

Spar平臺——未來深水平臺發(fā)展方向

除了TLP，在人類開發(fā)深海海域的過程中還出現(xiàn)很多新型的浮動式海洋平臺，Spar平臺就是其中之一。Spar也屬于順應(yīng)式平臺，它被廣泛應(yīng)用于鉆探、生產(chǎn)、海上原油處理和石油儲藏等各種深海開發(fā)事業(yè)中，被很多石油公司視為下一代深水平臺的發(fā)展方向。

實際上，Spar平臺技術(shù)很早就應(yīng)用于人類海洋石油的發(fā)開，但是在1987年之前，Spar平臺是作為輔助系統(tǒng)而不是直接生產(chǎn)系統(tǒng)為海洋開發(fā)工程服務(wù)的。它一般被用作浮標(biāo)、海洋科研站或者是海上通信中轉(zhuǎn)站。1987年，愛得華·E·霍爾頓設(shè)計了一種專用于深海鉆探和采油工作的Spar平臺，其結(jié)構(gòu)形式特別適合于深水作業(yè)環(huán)境?；魻栴D設(shè)計的這種Spar平臺被公認(rèn)為現(xiàn)代Spar生產(chǎn)平臺的鼻祖。

雖然說現(xiàn)代Spar生產(chǎn)平臺是從早期Spar輔助工具平臺發(fā)展而來的，但是又有其與眾不同的特征。目前投入實際生產(chǎn)的Spar式平臺一般由六部分組成，即平臺上體、主體外殼、浮力系統(tǒng)、中央井、立管系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)。由于在系泊體統(tǒng)和主體浮力控制的作用，Spar平臺具有良好的運動性能，表現(xiàn)出極高的安全性，所以特別適宜深水作業(yè)。同時，采用了纜索系泊系統(tǒng)固定，也使Spar平臺十分便于拖航和安裝。最后，也是最重要的，Spar平臺與固定式平臺相比，具有造價不會隨著水深的增加而急劇提高的特性。

由于具備諸多優(yōu)勢，現(xiàn)代Spar生產(chǎn)平臺迅速完成了從設(shè)計構(gòu)思向?qū)嶋H生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的過程。1997年，第一座Spar深海采油平臺——Neptune平臺建成投產(chǎn)并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益；1998年世界上第一座具備自行鉆探能力的Spar平臺誕生。近年來，Spar平臺的發(fā)展前景一片大好，成為當(dāng)今世界深海開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)一只發(fā)展迅速的力量，和張力腿平臺一起被并稱為兩大深海采油主力平臺。

FPSO——深海采油的另一個主力軍

目前，在海洋石油開發(fā)過程中，大部分是邊際油田，并不斷向深海擴(kuò)展。而水深、海流以及惡劣的自然環(huán)境都會使某種生產(chǎn)裝置的使用受到限制。在一些復(fù)雜的環(huán)境下，固定式平臺很難發(fā)揮作用。這時，采用浮式生產(chǎn)儲油裝置（FPSO）就成了最好的選擇。另外，在開發(fā)淺海區(qū)域的較小的邊際油田時，浮式生產(chǎn)儲油裝置能夠有效的節(jié)約成本。而且在石油開發(fā)完以后，浮式系統(tǒng)也可以移動到別處重復(fù)使用。這樣的循環(huán)使用，不但經(jīng)濟(jì)而且也很環(huán)保。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，F(xiàn)PSO已經(jīng)成為海上油氣開發(fā)的一種重要設(shè)施。從外形看，它和游船十分相似，但實際上，它與一般船舶有很大不同。FPSO是集海上油氣生產(chǎn)、儲存、外輸、動力等多功能于一體的海洋工程結(jié)構(gòu)物。簡單說來，F(xiàn)PSO是由上部模塊、船體和系泊系統(tǒng)三個部分組成。目前，F(xiàn)PSO的在深海采油方面的應(yīng)用十分普遍。它可以通過錨泊系統(tǒng)固定于油田的井口區(qū)域，當(dāng)立管系統(tǒng)與海底生產(chǎn)系統(tǒng)對接后，F(xiàn)PSO可以進(jìn)行油田的開發(fā)生產(chǎn)。

與固定式平臺相比，F(xiàn)PSO具有適用范圍廣的特點，從近岸油田到距岸幾百千米的邊緣油田，從邊際油田到巨型油田，F(xiàn)PSO都能發(fā)揮很好的作用。同時FPSO集生產(chǎn)、儲存、卸載與一體，從而減少了平臺的建設(shè)費用。而且與平臺相比，F(xiàn)PSO機(jī)動性更好，也更易于安裝。目前世界上已有上百艘FPSO在運行，甚至有取代固定平臺的趨勢。