渤海灣邊際油田變裝開發(fā)模式研究

江 城，李 勇

（中海油能源發(fā)展股份有限公司天津分公司 天津300452）

渤海灣存在著數(shù)量眾多的邊際小油田，這些油田具備以下特點(diǎn)：單個(gè)油田儲量小，經(jīng)濟(jì)開發(fā)年限短，油品物性差異較大。隨著我國在近海油田開發(fā)技術(shù)能力上的不斷突破，海上邊際油田開發(fā)已初步形成了區(qū)域/聯(lián)合開發(fā)、三一模式、蜜蜂模式等開發(fā)模式。本文在蜜蜂開發(fā)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，提出變裝開發(fā)模式的思路。

1 變裝開發(fā)模式思路

蜜蜂式開發(fā)模式在渤海灣成功應(yīng)用，使得諸多類似油田找到可復(fù)制的開發(fā)方案，該模式的主要思路是：建造 1座可移動(dòng)采油設(shè)施（如具備生產(chǎn)及儲油能力的自升式平臺），設(shè)施可以重復(fù)應(yīng)用在無依托的孤立小油田，用 3～5年的時(shí)間把地下資源開采出來，然后再到另一個(gè)油田繼續(xù)生產(chǎn)，如此往復(fù)，類似于蜜蜂采蜜。該模式具有下列優(yōu)點(diǎn)：

①適合周邊無依托、離岸距離較遠(yuǎn)的邊際油田。

②靈活可移動(dòng)，成本由多個(gè)油田分?jǐn)偅m合壽命期較短油田的開發(fā)。

③油田棄置成本低。

同時(shí)，該模式在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)一些需要改進(jìn)之處，主要包括：

①傳統(tǒng)工藝系統(tǒng)占地面積、質(zhì)量大，工藝系統(tǒng)及平臺基礎(chǔ)投資較高。

②自升式生產(chǎn)儲油平臺用于多油田的適應(yīng)性較差，1套工藝系統(tǒng)難以覆蓋多個(gè)油田。

③若應(yīng)用其他油田，改造周期長、成本高。

鑒于上述情況，對蜜蜂式開發(fā)模式進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)立邊際油田變裝開發(fā)模式：下部基礎(chǔ)采用“平臺通用化、功能模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化”的設(shè)計(jì)理念，上部工藝采用“高效化、小型化、模塊化”的設(shè)計(jì)理念，確保自升式生產(chǎn)儲油平臺可經(jīng)濟(jì)、快速地變換上部工藝處理設(shè)施，降低平臺建造成本、操作成本、改造成本，提高平臺適應(yīng)性，最終達(dá)到以“一個(gè)基礎(chǔ)+多套高效小型化工藝處理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)渤海灣邊際小油田的滾動(dòng)開發(fā)的目的。

2 下部基礎(chǔ)通用化

下部基礎(chǔ)選用自升式平臺，相對固定式的鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架平臺。自升式平臺因其可移動(dòng)性，可以在多個(gè)油田重復(fù)利用，有效降低邊際油田開發(fā)成本。為了適應(yīng)多油田的開發(fā)需求，自升式平臺應(yīng)盡可能地進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)。

2.1 設(shè)計(jì)理念

自升式生產(chǎn)儲油平臺下部基礎(chǔ)采用通用化設(shè)計(jì)：對多個(gè)待開發(fā)的邊際小油田進(jìn)行梳理，統(tǒng)籌規(guī)劃開發(fā)方案，以效益最大化為目標(biāo)確定平臺的整體應(yīng)用方案，確定合理的開發(fā)順序；綜合考慮各油田的環(huán)境條件、地質(zhì)條件、上部工藝處理需求，確定典型的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對平臺基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平臺基礎(chǔ)的多油田、多上部模塊的通用性；在平臺設(shè)計(jì)之初同時(shí)考慮平臺改造、上部模塊變換方案，利于實(shí)現(xiàn)上部模塊的經(jīng)濟(jì)、快速變換。

2.2 平臺型式

為了最大程度滿足渤海灣邊際油田開發(fā)需求，平臺設(shè)計(jì)最大作業(yè)水深 60m（含天文潮與風(fēng)暴潮），具備生產(chǎn)、儲油、外輸、生活等功能。為了方便平臺的快速撤離及就位，可以考慮增加自航定位功能。

平臺主體為四樁腿、箱形鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，形狀接近矩形；主體艙室包括原油艙、油污水艙、壓載水艙、海水艙、柴油艙、淡水艙、注水艙、生活污水艙、熱油泄放艙等液體艙室和機(jī)泵艙、空壓機(jī)艙、原油/油污水外輸泵艙、注水泵艙、艏推艙、艉推艙等機(jī)械艙室，為保護(hù)原油艙和油污水艙，所有原油艙、油污水艙均設(shè)有雙層底。

平臺樁腿采用圓柱形樁腿，艉二艏二，樁腿下端設(shè)有樁靴（拖航時(shí)樁靴完全收回平臺體內(nèi)）。每個(gè)樁腿設(shè)有1套液壓升降系統(tǒng)，樁腿通過升降系統(tǒng)與船體連接和固定，并可將船體支撐于一定高度。生活樓布置在平臺艏部，直升機(jī)甲板設(shè)置在生活樓上層的前方，為平臺人員提供交通條件。平臺艉部和艏部設(shè)有錨泊系統(tǒng)，供平臺就位使用；平臺艏部設(shè)拖曳系統(tǒng)，供平臺拖航使用。

2.3 平臺布置

平臺布置需綜合考慮生產(chǎn)需要及安全環(huán)保要求。平臺基礎(chǔ)設(shè)備基本布置在艙室內(nèi)和二層甲板工程房，主甲板、二層甲板保持較大的預(yù)留空間。平臺主甲板依據(jù)功能可分為油氣設(shè)備區(qū)和工程房區(qū)；平臺二層甲板依據(jù)功能可分為油氣設(shè)備區(qū)、工程設(shè)備區(qū)和生活區(qū)。

3 上部工藝高效小型化

海上采油生產(chǎn)平臺上部工藝設(shè)施通常包括油氣水處理系統(tǒng)及公用系統(tǒng)、輔助工藝系統(tǒng)，其中油氣水處理系統(tǒng)為主工藝系統(tǒng)，來自井口的生產(chǎn)井液進(jìn)入原油處理系統(tǒng)逐級進(jìn)行油氣水三相分離，脫氣、脫水后獲得合格原油進(jìn)行外輸，該過程中分離出的伴生氣去往氣處理系統(tǒng)，生產(chǎn)水去往水處理系統(tǒng)。原油處理系統(tǒng)是平臺上部工藝系統(tǒng)的核心，本文僅以原油處理系統(tǒng)為例探討上部工藝設(shè)施的高效小型化研究。經(jīng)過幾十年的研究探索與生產(chǎn)實(shí)踐，國內(nèi)已開發(fā)出了一系列行之有效的原油處理方法，原油脫水工藝從最初簡單的熱沉降、化學(xué)破乳到應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的電脫水破乳，逐漸形成了現(xiàn)今海上平臺應(yīng)用廣泛的原油處理系統(tǒng)。

3.1 設(shè)計(jì)理念

針對采用可移動(dòng)平臺開發(fā)的海上邊際油田，為了降低開發(fā)成本，減少設(shè)備占地面積，上部工藝設(shè)施的高效小型化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

①篩選不同目標(biāo)油田，分析各自的油品物性，研究確定系列化型譜，按原油性質(zhì)分輕質(zhì)、中質(zhì)、重質(zhì)原油，再按不同的處理規(guī)模形成多套原油處理方案。

②采用新型工藝處理技術(shù)，形成高效小型化的新型工藝系統(tǒng)，節(jié)省空間、降低平臺可變載荷、降低能耗、便于維護(hù)。

③針對高效小型化工藝系統(tǒng)進(jìn)行模塊化、系列化研究，模塊化便于各套模塊間經(jīng)濟(jì)快速變換，系列化可滿足邊際油田開發(fā)不同油品及不同處理量需求，提高設(shè)備適用范圍。

3.2 設(shè)備選型

通過與新型制造設(shè)備廠家進(jìn)行交流、比較，選擇以下設(shè)備作為高效小型化原油處理設(shè)備。

GLCC氣液分離器：如圖 1所示，多相流向上進(jìn)入鉛垂管道形成攪拌流，再進(jìn)入傾角向下且與主分離器成切線方向相連的傾斜管道內(nèi)形成分層流，完成預(yù)分離后進(jìn)入主分離器，密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度小的氣相沿渦旋的中央形成中心氣柱上升至分離器頂部，最終實(shí)現(xiàn)氣相從分離器頂部排出，液相從分離器底部流出。GLCC氣液分離器適用于輕質(zhì)、中質(zhì)、重質(zhì)原油。

圖1 GLCC氣液分離器原理示意圖Fig.1 GLCC gas-liquid separator

管式油水分離器：如圖 2所示，利用錐形管形成旋流，達(dá)到油水分離的目的。管式油水分離器適用于輕質(zhì)原油。

圖2 管式油水分離器原理示意圖Fig.2 Tubular oil-water separator

高效三相分離器：如圖 3所示，高效三相分離器相比普通三相分離器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有優(yōu)良的分離元件，為油氣水分離提供良好的內(nèi)部環(huán)境，避免存在明顯的短路流和返混現(xiàn)象，保證介質(zhì)流動(dòng)特性接近塞狀流。高效三相分離器適用于輕質(zhì)、中質(zhì)、重質(zhì)原油。

圖3 高效三相分離器原理示意圖Fig.3 High efficiency three-phase separator

靜電聚結(jié)脫水器：如圖 4所示，容器內(nèi)置絕緣電極，利用電場作用加速油水分離，同時(shí)可避免常規(guī)裸電極容易產(chǎn)生電流，導(dǎo)致變壓器電流超高、甚至過負(fù)荷跳閘的現(xiàn)象。靜電聚結(jié)脫水器適用于輕質(zhì)、中質(zhì)、重質(zhì)原油。

圖4 靜電聚結(jié)脫水器原理示意圖Fig.4 Electrostatic coalescence dehydrator

3.3 工藝設(shè)計(jì)

選用新型高效小型化原油處理設(shè)備，結(jié)合常規(guī)設(shè)備，針對輕質(zhì)、中質(zhì)及重質(zhì)三種原油性質(zhì)，每種原油性質(zhì)設(shè)計(jì)兩種處理方案，再分別針對三種處理規(guī)模，組合形成系列化原油處理工藝設(shè)計(jì)方案（表 1），可在今后工程實(shí)踐中針對目標(biāo)油田的實(shí)際情況，進(jìn)行參考、選擇及應(yīng)用。

表1 系列化原油處理工藝設(shè)計(jì)方案Tab.1 Series of process design for crude oil treatment