我國近海邊際油田開發(fā)模式分析

謝志元

(中海油能源發(fā)展股份有限公司天津分公司 天津300457)

我國近海邊際油田開發(fā)模式分析

謝志元

(中海油能源發(fā)展股份有限公司天津分公司 天津300457)

通過對我國近海諸多邊際油田分布和目前相對成熟的開發(fā)模式進行研究和分析，結合國外成熟的混凝土平臺開發(fā)工藝，尋求一種最適合我國近海油田開發(fā)的新模式。結合一定的海洋石油目標邊際油田，經(jīng)對工程開發(fā)方案的比對分析，認為混凝土平臺的開發(fā)模式相對“平臺群開采模式”、“蜜蜂式”開采模式，無論從工程投資和油田的后期運維管理等環(huán)節(jié)，經(jīng)濟收效顯著。

邊際油田 原油價格下跌 混凝土平臺

1 我國近海石油勘探現(xiàn)狀

我國近海發(fā)育的10個新生代沉積盆地，面積約90萬km2，石油總儲量約246億t；目前石油探明程度為24%，總體勘探程度還比較低，大部分儲量有待發(fā)現(xiàn)，潛力巨大。在已發(fā)育的盆地中，油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在渤海灣、南黃海、東海、珠江口、瓊東南、鶯歌海、北部灣等7個盆地。其中油資源主要集中在渤海灣、珠江口、北部灣盆地，近海油氣田分布示意如圖1所示。

圖1 我國近海油氣田分布Fig.1 Distribution of offshore oil-gas fields in China

2 我國近海石油開發(fā)現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至“十一五”末，我國近海油氣產量突破了年產5000萬t(油當量)的生產規(guī)模，完成了中海石油“十一五”建設“海上大慶油田”的宏偉目標。其中，渤海油田發(fā)展迅速，已成為原油產量僅次于大慶油田的我國第二大油田。目前，僅渤海油田累計發(fā)現(xiàn)三級石油地質儲量近50億方，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了諸如蓬萊19-3、綏中36-1、秦皇島32-6、渤中25-1、金縣1-1和錦州25-1等數(shù)個億噸級大油田，形成4大生產油區(qū)和8個生產作業(yè)單元，在生產油田超過50個。

渤海海域蘊藏著豐富的石油天然氣資源，在數(shù)十年的資源勘探過程中，不僅發(fā)現(xiàn)了一系列大中型地質構造相對簡單的油氣田，也發(fā)現(xiàn)了一些儲量規(guī)模小、品位低、難以經(jīng)濟有效開采的所謂“邊際油田”。通過不斷探索和實踐，已經(jīng)形成了一些比較成熟的高效開發(fā)此類油田的開發(fā)模式，但是這些已有的開發(fā)模式對于位于5m等深線附近、淺海區(qū)域孤立的邊際油氣田并不適用。[1]同時，渤海灣油田的開發(fā)，還面臨著海床超軟土地基、海冰和地震等環(huán)境荷載的挑戰(zhàn)。[2]

3 我國近海邊際油田開發(fā)技術現(xiàn)狀及創(chuàng)新模式分析

一般來說，邊際油田首先被理解為一個經(jīng)濟概念而不是技術概念，如果一個近海油田采用經(jīng)過時間考驗的常規(guī)技術進行開發(fā)不能獲得適當?shù)氖找媛?，這個油田就是邊際油田。[3]目前，國內常用的邊際油田開發(fā)模式有兩種，即“平臺群開采模式”和“蜜蜂式”開采模式。

當前，我國近海油田開發(fā)主要依靠鋼制平臺，對它的設計、建造施工和使用經(jīng)驗較為成熟；但其耗鋼量大、維修困難。[4]

3.1 近海邊際油田現(xiàn)有開發(fā)模式

3.1.1 平臺群開采模式

對于依托條件良好的油田，多采用平臺群開采模式，國內也稱為“三一模式”。這種模式適用于離現(xiàn)有已開發(fā)油田生產設施較近的油田。新建1個衛(wèi)星平臺(井口平臺或水下井口)、1條海管和1條電纜，連接已有油田，通過依托已開發(fā)油田的生產設施，降低投資，實現(xiàn)經(jīng)濟型開發(fā)。這種開采方式技術相對成熟，應用實例很多，如錦州20-2、潿西南油田群、渤西油田群等。

3.1.2 “蜜蜂式”開采模式

“蜜蜂式”開采，就是對那些離現(xiàn)有已開發(fā)油田生產設施較遠，無法依托已有生產設施的小型油氣田，建造1套可移動式的開發(fā)設施(集處理、動力、儲油、外輸、生活為一體的小型裝置)，其開發(fā)方式就像蜜蜂采蜜一樣，采完一個小油田就轉移到另一個小油田。該開發(fā)方式使得1套開發(fā)設施的投資從多個油田中得到回收，從而降低了小油田的開發(fā)投資。

“蜜蜂式”開采方案主要有兩種：一種為“簡易井口平臺＋小型FPSO＋系泊系統(tǒng)＋穿梭油輪”；另一種為“移動式多功能平臺＋穿梭油輪”。

①簡易平臺。國外海洋工程經(jīng)驗表明，輕型固定式簡易平臺(見圖2)是開采近海邊際油田最有效的手段之一，在墨西哥灣、北海、印尼和墨西哥等區(qū)域均有應用。我國對簡易平臺的研究始于20世紀80年代。簡易平臺具有建設周期短、造價低的優(yōu)點，某些輕型平臺隨動性好，可重復使用；其缺點主要為剛度小，在環(huán)境荷載作用下動力影響較大，平臺設計壽命短，所在服役油田壽命一般不超過10年。

圖2 簡易井口平臺示意Fig.2 Schematic diagram of simple wellhead platforms

小型FPSO形狀為圓筒型或八角型，采用多點系泊方式。具有投資省、建造周期短、相對技術含量低、易于國產化等優(yōu)點，適用于近海大陸架的邊際油田開發(fā)，但也存在抵抗風浪能力差、抗冰能力差、油氣處理流程簡單等缺點。

多功能平臺包括樁基沉箱平臺、桶形基礎移動平臺、坐底式采油平臺、自升式采油平臺。

筒形基礎移動平臺，適用于儲量少、開采周期短的邊際油田。我國已于1999年將其成功應用于渤海錦州9-3油田的系纜平臺。桶形基礎移動平臺的優(yōu)點在于建造、安裝、搬遷費用低；用于樁錨效益高；重復利用率高。其缺點主要為無自升功能、國內的此類型平臺還沒有儲油功能。

②移動坐底式采油平臺由矩形的沉墊和上層甲板以及連接兩者的立柱組成鋼質非自航坐底式平臺。此類平臺的優(yōu)點在于可移動、可儲油。但其缺陷也十分突出，即海床地基要求平坦、海底坡度較緩；無自升功能；作業(yè)水深較淺。同時，沉墊式在國內尚無法實現(xiàn)沉墊儲油，且沉墊抗滑、抗傾效果差。

自升式采油平臺(見圖3)以鉆井平臺居多，也有部分改裝成生產平臺或生活支持平臺。升降裝置是自升式平臺的重要組成部分，目前國內常用的升降方式包括液壓插銷式和電動齒輪齒條式。自升式采油平臺的優(yōu)點是可移動且有自升功能，其缺點是插銷和拔樁作業(yè)比較復雜。

圖3 自升式采油平臺Fig.3 A jackup production platform

3.2 混凝土平臺開發(fā)模式介紹

3.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，近海油氣開采和生產結構的建造大多采用鋼結構。然而，混凝土結構仍然繼續(xù)在世界范圍內被廣泛應用。混凝土重力式平臺已經(jīng)建造于挪威、蘇格蘭、德國、日本、澳大利亞、加拿大等國家。在墨西哥海灣淺水海域，美國、墨西哥和委內瑞拉的超過300座小型平臺采用了混凝土結構。1973年北海建成第一座混凝土重力式平臺(Ekofisk Tank平臺)。該平臺直徑92m，高約100m，儲油能力15.89萬方。[5]隨著行業(yè)能力的不斷提升，混凝土重力式平臺的安裝水深也在逐漸增大，由最初的70m水深己經(jīng)發(fā)展到305m水深。截至目前，國際上包括BP、Shell和Obil等油氣開發(fā)公司在北海等海洋石油開采板塊業(yè)務均采用了諸如GBS沉箱式、GBS單軸/2軸和4軸等重力式基礎型式，應用水深由15～400m不等。

據(jù)統(tǒng)計，國際上最新投產的1座混凝土重力式平臺在2012年(?？松舅?，結構型式為GBS 4軸，區(qū)域水深33m，平臺所在地為加拿大海域)造成；另有1座將在2015年投產(?？松梨诩幽么蠊舅?，結構型式為GBS單塔，區(qū)域水深103m，平臺所在地為俄羅斯薩哈林島海域)。

3.2.2 國內混凝土平臺發(fā)展(研究)現(xiàn)狀

1977年，天津大學率先對南海鶯歌海區(qū)40m水深混凝土平臺進行了可行性研究；之后，石油部施工技術研究所、大連理工大學進行了渤?；炷疗脚_的可行性研究。1983年，大連理工大學、清華大學、天津大學、同濟大學、華南理工大學組成的教育部混凝土平臺設計組開展了南海潿11-1油田40m水深鋼筋混凝土多用途平臺的可行性研究。1983年，國家經(jīng)委組織多家單位組成石油部混凝土平臺研究組，進行了南海潿11-1油田混凝土平臺初步設計。1994年，天津大學受遼河油田委托設計了0～2m水深極淺海域的混凝土試采平臺。[6]

由于種種原因，截至目前真正意義上的混凝土平臺尚未在我國海域得到運用和推廣。比較類似和具有代表性的是人工島?，F(xiàn)在國內已經(jīng)建有10余座，如遼河油田月東人工島B、勝利油田老168人工島A、南堡1號人工島等。

3.2.3 創(chuàng)新渤海灣稠油油田開發(fā)思路

稠油油田具有密度大、膠質含量較高、凝固點低和含蠟量高等特點?？紤]到邊際油田的低滲、低產、高黏度等特點，開發(fā)邊際油田需要采用早期生產系統(tǒng)、降低基本投資、創(chuàng)新生產技術才能獲得一定的經(jīng)濟效益。結合這類邊際油田的特點不宜采用移動式平臺；同時從經(jīng)濟角度考慮，傳統(tǒng)的導管架平臺等開發(fā)模式難以滿足平臺建造所需的鉆井、采油、儲油、運輸相結合的系列化功能。

樁基混凝土平臺由樁基基礎和上部結構兩部分組成。樁為混凝土管樁、鋼管樁或者TSC樁；上部結構為混凝土梁板式或承臺式結構。樁基混凝土平臺屬透空結構，對波浪和潮流影響較小。適用于30m以內水深和淤泥質、粉質粘土等軟土地基的海域。

樁基混凝土平臺面積可以根據(jù)油田規(guī)模無限擴大，并將改良后的陸地鉆機和陸地機采設備成功應用到海洋石油開采中。另外，混凝土平臺的出現(xiàn)為陸地鉆機應用于海上油田開發(fā)提供了足夠的場地支持，使得海油陸鉆陸采方案的實現(xiàn)成為了可能；并可在平臺上建儲油罐區(qū)，使平臺具備鉆、采、儲等功能。

相比于當前海洋石油模塊化、鉆修機鉆完井作業(yè)，陸地鉆機在海上油田的應用，既可大幅下降鉆完井作業(yè)成本，又可采用地面有桿泵機采解決海上稠油熱采生產時效低、井下設備壽命短、井下作業(yè)頻率高、熱效率低等一系列問題，為邊際油田開發(fā)提供一種新的鉆采技術。

3.2.4 混凝土平臺自身優(yōu)勢分析

①重力式混凝土平臺，是依靠自身重量維持穩(wěn)定的固定式海洋平臺，多由上部結構、腿樁和基礎3部分組成，坐落在密實的地基上。平臺坐底穩(wěn)性較好、抗臺能力強。平臺所用主材料混凝土防腐性能優(yōu)越，結構壽命長；混凝土結構費用便宜，甲板單位面積成本較低。

②樁基式混凝土平臺，對海底地基的適用性強，樁基型式多樣化，基本不改變原始海底地貌等環(huán)境條件，對海洋環(huán)境和破壞影響較小。平臺主材料多為混凝土材質，不存在傳統(tǒng)導管架結構的腐蝕和海洋環(huán)境二次污染問題，且后期平臺維護費用很低。平臺面積能無限擴大，可以考慮安裝陸地鉆機和熱采設備，尤其對于整裝開發(fā)的稠油油田。

3.3 對我國混凝土平臺深度研發(fā)和推廣的思考

混凝土平臺是一種新型結構型式，它可以集鉆井、采油、油氣處理、儲油、生活、動力及系泊等諸多功能于一身，使海上油氣田的開發(fā)大為簡化。[7]

3.3.1 混凝土平臺得以發(fā)展的優(yōu)勢

目前國外所用比較典型的為固定式混凝土平臺。由巴西Petrobros淺?；炷疗脚_、墨西哥灣淺?；炷疗脚_、美國路易斯安那州混凝土平臺可知，混凝土平臺應用范圍較廣，且有比較成熟的經(jīng)驗，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①具有良好的抗疲勞、抗沖擊、抗海水腐蝕能力，耐久性好，使用安全，壽命期長；②省鋼材；③多功能，具有鉆、采、儲、系泊等多種功能，而且甲板面積大，可同時鉆多口井，因而經(jīng)濟效益高；④預制建造技術要求低于鋼平臺，海上作業(yè)量較少；⑤基本不需要維修，維修費用低。

3.3.2 混凝土平臺推廣趨勢和重點問題

①混凝土結構更多應用在沿岸近海工程，如港口碼頭、引航站和海上燈塔等，其設計標準依據(jù)風浪流等自然環(huán)境的資料和分析方法，在海洋石油平臺工程上的適用性究竟多大。②混凝土平臺建造投資估算費用的依據(jù)不明確，尚無定額說明和編制管理辦法。③渤海地區(qū)混凝土樁基的抗冰載荷、南海地區(qū)混凝土樁基的抗波浪的特性樁的研發(fā)工作需深入開展。

［1］ 劉建忠，萬小迅，張濱海，等. 渤海海域邊際油田開發(fā)模式探討[J]. 石油科技論壇，2010，29(5)：48-50.

［2］ 徐琦，戚濤. 用于渤海灣邊際油田開發(fā)的混凝土重力式平臺[J]. 中國造船，2003，44(增)：204-209.

［3］ Fee D A，O’dea J. 近海邊際油田開發(fā)技術[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1990.

［4］ 衣偉，宋玉普. 近海多功能混凝土平臺選型與優(yōu)化[J]. 海洋學報，1999(3)：126-133.

［5］ 刑至莊，王惟誠，錢令希，等. 海上混凝土平臺的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 中國海上油氣(工程)，1998，10(1)：9-12.

［6］ 唐海燕，史增慶. 淺海混凝土平臺的發(fā)展及應用前景[J]. 石油工程建設，1999(1)：8-10.

［7］ 徐栓彪，宋玉普. 多功能混凝土采油平臺在我國淺海地區(qū)應用研究[J]. 中國海洋平臺，2004，19(3)：38-41.

Offshore Marginal Oilfield Development Patterns in China

XIE Zhiyuan
(CNOOC Energy Technology&Services LTD．Tianjin Branch，Tianjin 300457，China)

Through analyzing the distribution of offshore marginal fields and current relative mature models of offshore oilfield research and development，and referring to foreign mature concrete platform development processes，this paper aims at finding the most suitable model for China’s offshore oilfield development．Based on the comparison and analysis of development programs of some offshore marginal oil field targets，it concludes that comparing with the “Platform Cluster”and “Little Bee” models，concrete platform development model will yield more economic benefits in terms of investment and late period operation and maintenance management.

marginal field；crude oil price falling；concrete platform

TE319

：A

：1006-8945(2015)12-0033-03

2015-11-09