渤海油田棄置技術(shù)研究進展

朱夢影， 程 濤， 李少芳， 龐洪林， 劉春雨

(中海石油(中國)有限公司 a.天津分公司； b.蓬勃作業(yè)公司， 天津 300459)

0 引 言

作為我國油氣產(chǎn)業(yè)的重要支柱，海洋石油在保障國家能源安全的進程中，充當著越來越重要的角色。自20世紀60年代起，我國開始進行海洋石油的勘探和開發(fā)活動，到如今已有半個多世紀的歷史。隨著海洋石油勘探開發(fā)力度的不斷加大，我國海域在生產(chǎn)、在建設和在研究的油氣田已有上百個。部分油氣田逐漸進入后期生產(chǎn)階段，油氣生產(chǎn)設施逐漸達到壽命年限，大量的海上油氣生產(chǎn)設施面臨著棄置的問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，在2016—2040年，我國需棄置的海上油氣田約70個，海洋平臺約160座，油氣井約2 000口，海底管道約3 000.0 km[1]，棄置工作量巨大。

在整個海洋石油工業(yè)領域，海上油氣田的棄置是一個涉及經(jīng)濟、法律、技術(shù)、環(huán)保等眾多領域的復雜系統(tǒng)工程，已經(jīng)成為一個非常重要的課題。國外海洋平臺棄置技術(shù)發(fā)展已較為成熟，有許多專業(yè)隊伍為海上油氣田棄置提供技術(shù)支持、管理服務和現(xiàn)場施工。國內(nèi)在海洋平臺的棄置方面則剛剛起步，因此在國內(nèi)大規(guī)模海洋平臺棄置需求到來之前，開展該項探索研究顯得尤為重要。

1 渤海油田棄置需求分析

2009年6月15日，陸豐22-2油田停產(chǎn)，成為國內(nèi)第一個正式棄置的海上油田。2012年5月1日，曹妃甸1-6油田全部拆除，是渤海油田中首個棄置的油田，拉開渤海油田工程設施棄置的序幕。目前，渤海油田現(xiàn)有在生產(chǎn)平臺約153座，各作業(yè)公司油氣生產(chǎn)平臺的棄置需求如表1所示。在未來一段時間內(nèi)，渤海油田油氣生產(chǎn)平臺的棄置需求呈逐年上升趨勢，如圖1所示。

表1 渤海油田各作業(yè)公司油氣生產(chǎn)平臺棄置需求統(tǒng)計 座

圖1 渤海油田油氣生產(chǎn)平臺棄置需求趨勢

截至目前，渤海油田現(xiàn)有海底管道約2 155 4 km，各作業(yè)公司海底管道的棄置需求如表2所示。在未來一段時間內(nèi)，渤海油田的海底管道棄置需求呈逐年上升趨勢，如圖2所示。

表2 渤海油田各作業(yè)公司海底管道棄置需求統(tǒng)計 km

圖2 渤海油田海底管道棄置需求趨勢

2 海上油氣設施棄置方式

海洋平臺的棄置是在技術(shù)條件可行、資源設備可用的前提下，設計一種合理、經(jīng)濟的方法，將擬棄置的海上油氣生產(chǎn)設施進行原地棄置、異地棄置或改作他用，以達到恢復海洋主導作用、保護海洋環(huán)境或其他既定目的。原地棄置是指將海洋油氣設施進行拆除處理后原地留置。異地棄置是指將海洋油氣設施拆除處理后拖/運到其他地方棄置。改作他用是指將海洋油氣設施改造處理后作為其他用途繼續(xù)使用[2]。

根據(jù)平臺剩余可使用壽命年限的不同，以及平臺所處水域水深的不同，平臺上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)的棄置方式不盡相同，具體如圖3所示。

圖3 海上油氣生產(chǎn)設施棄置方式

3 棄置工作主要內(nèi)容

棄置是海上油氣設施當前生命周期中的最后一個階段。在棄置實施過程中，需要對油氣設施的原始設計資料、歷次改造情況、當前運行狀況等做充分調(diào)研，為棄置方案的設計提供充實的理論基礎。還需根據(jù)當前技術(shù)水平、船舶設施能力、其他配套資源等，設計經(jīng)濟可行的棄置方案?？偟膩碚f，海上油氣設施棄置階段工作的內(nèi)容主要分為前期檢測、棄置前評估、編制施工方案、海上施工、運輸、卸船及陸地處置等方面，涉及的主要內(nèi)容如圖4所示。

圖4 海上油氣設施棄置工作主要內(nèi)容

4 棄置關(guān)鍵技術(shù)問題

海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程是通過海洋平臺的各類生產(chǎn)設施，將地下油氣資源開采出來，再通過海底管線將產(chǎn)液輸送至陸地終端或浮式生產(chǎn)儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO)進行處理。當油氣田服役到期后，需將海上油氣田生產(chǎn)設施全部棄置，包括油氣井、平臺上部組塊、平臺導管架、海底管線和海底電纜等。鑒于棄置對象的特點，在棄置過程中使用的方法和技術(shù)不盡相同。

4.1 油氣井棄置

在棄置海上油氣田時，需對所有油氣井進行有效封堵，否則可能在海底造成泄漏，給海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅。根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)要求，在海上油氣田棄置期間，需對油氣井采取有效的封堵措施以封隔油、氣、水層，防止層間串流，保護臨井的開發(fā)生產(chǎn)及海洋生態(tài)環(huán)境[3]。

4.2 上部組塊棄置

在海洋平臺上部組塊的拆除中，常用的方法有吊裝拆除法和浮托拆除法。

(1) 吊裝拆除法是將平臺上部組塊與導管架切割分離，利用浮式起重機將上部組塊吊裝至駁船，再運輸至指定地點的拆除方法。在實際項目中，應充分考慮組塊的規(guī)模大小，選擇合適的浮式起重機和駁船等施工資源。例如：對于規(guī)模較小的平臺組塊，可采用整體吊裝的方法；對于規(guī)模較大的平臺組塊，由于其質(zhì)量限制，在浮式起重機及駁船等資源無法滿足要求的情況下，可視組塊的結(jié)構(gòu)強度情況，將其切割后分塊吊裝。

(2) 浮托拆除法是在系泊系統(tǒng)的支持下，將上部組塊載荷轉(zhuǎn)移至調(diào)載駁船上，待組塊與導管架斷開連接后，再由調(diào)載駁船將導管架運輸至指定地點，或?qū)⒄{(diào)載駁船上的組塊轉(zhuǎn)移至拖航駁船上，由拖航駁船運輸至指定地點。浮托拆除法分為單船浮托拆除和雙船浮托拆除兩種類型。目前，單船浮托法拆除技術(shù)在油氣田棄置中的應用較為成熟，雙船浮托法拆除技術(shù)仍處于研究階段[4]。

4.3 導管架棄置

一般來說，導管架的棄置可分為完全棄置、部分棄置和作為人工堡礁棄置等3種類型。

完全棄置是指將海底的導管架全部拆除，運輸至陸地進行處理。對于深水海域的導管架，可在充分考慮國家相關(guān)法律法規(guī)要求及導管架對通航安全的影響后，對其進行部分棄置。此外，在獲得國家相關(guān)部門批準后，可將導管架運輸至指定地點，將其作為人工堡礁進行棄置。

《海洋石油平臺棄置管理暫行辦法》第十二條規(guī)定，“在領海以內(nèi)海域進行全部拆除的平臺，其殘留海底的樁腿等應當切割至海底表面4 m以下”。因此，在渤海灣油氣設施拆除過程中，導管架必須完全棄置。對于導管架的棄置，常用方法有內(nèi)切割法和外切割法兩種。內(nèi)切割法需清除樁腿內(nèi)的土塞，將液壓旋轉(zhuǎn)式內(nèi)割刀等水力切割工具下放入樁腿進行切割作業(yè)。外切割法需清除導管架周圍泥土至泥面以下至少4 m，采用水下金剛石繩鋸切割機、磨料高壓水射流切割機等[5]外切割工具切割導管架及樁腿。

4.4 海底管線棄置

海底管線的棄置主要包括臨時性棄置和永久性棄置兩個方面。臨時性棄置是指現(xiàn)階段將管道棄置，在未來一段時間內(nèi)該管道將被再次利用。永久性棄置是指將管道徹底棄置，未來該管道沒有再次利用的可能。

海底管線棄置的主要方法有原地棄置、回收棄置和局部拆除原地棄置[6-7]等。

原地棄置是指對海底管線進行除垢、清洗、切割、封堵等一系列處理，使其滿足棄置相關(guān)要求之后，將其原地掩埋處理。

回收棄置的過程與敷設過程相反，是指對海底管線進行除垢、清洗、切割等一系列處理后，利用施工船舶將海底管線打撈、截斷之后，再將其運輸至指定地點處理。

當擬棄置的海底管線部分處于政府相關(guān)部門規(guī)劃的用海區(qū)域(如航道、軍事區(qū)、生態(tài)環(huán)境保護區(qū)、錨地等)內(nèi)時，在經(jīng)濟許可的情況下，為保證相關(guān)用海規(guī)劃，通常采用海底管線局部拆除原地棄置的方法，將處于規(guī)劃海域內(nèi)的部分海底管線全部回收，將處于規(guī)劃海域外的部分海底管線原地棄置。原地棄置的部分海底管線可根據(jù)實際情況進行改造再次利用。在錦州20-2氣田管網(wǎng)改造方案設計中，將處于錨地內(nèi)的海底管線全部回收，將錨地外的海底管線重新利用起來，構(gòu)建新的輸氣管網(wǎng)。

4.5 海底電纜棄置

海底電纜的棄置主要有原地棄置和回收棄置兩種方式[8-9]。

原地棄置是指將海底電纜原地棄用，不作任何處理。這種方式簡便易行，投資低廉，但會對海洋環(huán)境、漁業(yè)活動及其他海洋工程項目造成較大影響。

回收棄置與海底電纜敷設過程相反，是指利用施工船舶將海底電纜全部打撈回收，運輸至指定地點處理，使其完全從海底消失。這種方式投資較高，且海底電纜回收過程會對海洋生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源造成一定影響。

5 棄置原則

國內(nèi)外都對海上油氣生產(chǎn)設施的棄置做了許多規(guī)定。當由于內(nèi)在或外在的因素，需將油氣田棄置時，應當遵循一些基本的原則，以確保棄置過程順利實施。

(1) 確保棄置方案合理可行。須進行充分研究，根據(jù)當前的技術(shù)條件和施工資源，制訂經(jīng)濟可行的棄置方案。須充分考慮和采取有效措施，避免棄置過程對海洋生態(tài)環(huán)境造成污染，盡可能減少或避免棄置過程對其他海域既有主導功能產(chǎn)生影響。

(2) 棄置應恢復海洋主導功能。油氣田的棄置應對海洋主導功能的恢復起到積極作用，而不會阻礙其恢復。因此，對于棄置的油氣田，若其妨礙了海洋的主導功能，應將其完全棄置。國家相關(guān)法律法規(guī)要求：在領海以內(nèi)海域棄置的油氣田，所有平臺應當全部拆除，平臺導管架、樁腿等應切割至泥面以下4 m位置；在領海以外殘留的水下設施，不得妨礙其他海洋主導功能使用。

(3) 油氣設施清洗廢液零排放。在棄井、平臺及海底管線拆除等作業(yè)前，需對生產(chǎn)井、平臺流程、海底管線等進行清洗，清洗廢液中包含石油、清洗藥劑、清洗液等，若泄漏或隨意排放會對海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。根據(jù)公司安全環(huán)保要求，清洗廢液不能排海，應當運輸至陸地，交由有資質(zhì)的處理單位進行處理。

(4) 棄井應避免造成環(huán)境污染。棄井過程若處理不當，前期鉆井沉積的大量巖屑可能會泄漏造成二次污染，井筒和地層內(nèi)的氣體和液體可能會在地層壓力的作用下沿著油氣井溢出造成海洋環(huán)境污染。因此，油氣井的棄置應采用嚴密、科學、合理的流程和手段，滿足相關(guān)作業(yè)規(guī)范和法律法規(guī)的要求，避免泄漏造成污染[10]。

6 結(jié) 語

隨著我國越來越多的海上油氣田逐漸達到其經(jīng)濟開發(fā)年限，大量的油氣生產(chǎn)設施都面臨棄置拆除。根據(jù)海洋環(huán)境保護的嚴苛要求，研究海上油氣田棄置并形成一系列技術(shù)體系，以指導和規(guī)范海上油氣田棄置流程，具有極其重要的價值。在此過程中，需深入學習海上油氣設施棄置的成功實例，不斷探索更加安全、環(huán)保、經(jīng)濟的海上油氣設施棄置方法，共同推進人與海洋環(huán)境的共同可持續(xù)發(fā)展。