无人驻守平台在“三一模式”开发边际油田中的应用

2010-09-09王建文

中国海洋平台 2010年1期

关键词：曹妃甸边际无人

王建文

(中海石油研究中心,北京 100027)

无人驻守平台在“三一模式”开发边际油田中的应用

王建文

(中海石油研究中心,北京 100027)

曹妃甸11-3/5油田通过新建四腿无人驻守平台WHPC,依托周边的有人平台WGPA和海洋石油112号FPSO进行开发。WHPC平台在满足生产、安全以及管理和操作方便的基础上优化平台上的各个系统,简化了平台的设备设施,总体布置相对简单。同时还重点介绍和分析了在“三一模式”开发边际油田中各种形式无人驻守平台的应用特点。

曹妃甸11-3/5油田;边际油田;无人驻守平台

Abstract:An unmanned four-leg Wellhead Platform(WHPC)depending on the existing facilities of manned Wellhead Platform WGPA and HYSY112 FPSO is developed in CFD11-3/5 oilfield.Based on meet production,safety and operation convenience,every systems of the WHPC platform are optimized,such as simplified equipment,general layout relatively simple.This article also introduces and summarizes application characteristic of other unmanned wellhead platforms using"Three-one"mode in marginal oilfields.

Key words:CFD11-3/5 oilfield;marginal oilfield,unmanned wellhead platform

0 引言

中国近海海域经过多年的勘探,已经发现了很多中、小型油田,其特点是小块油田多、油田分布广、储量小或原油物性差等,属于边际油田。但这些边际油田总的储量又相当大,如何经济有效地开发这些边际油田是我们面临的一重大课题。随着能源市场的形势变化和海上油田开发技术的不断进步,使这些油田经济有效的开发成为可能。当然,这些边际油田的开发不能按照常规方式,只有采用新技术或者走依托开发的路线,以降低投资,才具有开发效益。

针对边际油田开发,中海油各科研和设计单位积极开展了相关研究。边际油田的开发有两种模式:“三一模式”和“蜜蜂模式”。采用依托方式开发的“三一模式”已成功地应用到很多边际油田的开发中。所谓“三一模式”,即采用一座平台、一条海底管线、一条海底电缆,将其生产的油气回接到已开发的较近油田。在这种开发模式中,新建油田尽可能利用周边已有设施与电力等资源,以降低投资,提高油田开发的可行性。“三一模式”中,无人驻守平台的应用从一定程度上使一些边际油田更具有开发效益,这种平台已被中海油应用且较为成功,如辽东湾的锦州20-2油田NW独腿平台、曹妃甸11-3/5油田WHPC四腿平台、北部湾的涠洲11-4N油田WHPA两腿三桩平台、涠洲6-1油田WHPA独腿平台等。其中曹妃甸11-3/5油田开发采用的四腿无人驻守平台WHPC,是渤海海域目前运行较好的电潜泵生产的无人驻守平台。本文将通过曹妃甸11-3/5油田WHPC无人驻守平台的设计和操作情况,介绍和分析无人驻守平台在“三一模式”开发边际油田中的应用特点。

1 曹妃甸11-3/5油田及周边设施概况介绍

曹妃甸11-3/5油田为曹妃甸海域诸多油田之一。曹妃甸海域诸多油田均以海洋石油112号FPSO(以下称:HYSY112)为油气处理中心进行开发,其开发模式为:新建平台+海底管道,最后输送到 HYSY112上进行处理、储存和外输。曹妃甸油田开发部分海上工程设施如图1所示。

由于曹妃甸11-3/5油田为小型边际油田,因此采用依托已有设施的“三一模式”开发,即依托曹妃甸11-1/2油田(WGPA平台)和HYSY112,新建一座无人井口平台WHPC,新铺一条来自WGPA平台的海底复合电缆和一条输往WGPA平台的混输管道。其主工艺流程为:来自WHPC平台各生产井的油气经多路阀汇合后,依靠电潜泵压力通过一条海底混输管道输往WGPA平台,然后再通过现有的混输管线输送到 HYSY112 FPSO进行处理、储存和外输。

2 无人驻守平台WHPC各系统介绍

WHPC平台采用四腿无人驻守平台设计,该平台在满足生产、安全的要求以及操作、管理方便的基础上,通过优化平台设施和利用新技术,达到简化平台上部设施和减少平台结构重量的目的,以降低投资。下文将针对WHPC平台在生产、计量、仪控、登平台方式、登平台频率、平台结构等方面的优化设计和操作情况作一一介绍。

2.1 生产系统设计

WHPC平台共有12个井槽,目前已在生产的有6口生产井和2口注水井。该平台生产系统相对比较简单,平台仅设多路阀+多相流量计的简单计量系统,而无其他油气水处理系统,公用系统也仅设化学药剂注入系统、排放系统等设施。

2.2 仪控和计量系统设计

WHPC平台仪控系统中的PCS/ESD/F&G系统共用一套安全仪表系统及一台操作站,可以满足有人平台远程遥控开关井的要求。WHPC平台的单井计量采用多相流量计并通过多路阀遥控自动倒井,实现了自动化计量,从而取代了传统的管汇加测试分离器的计量方式,简化了设施。WHPC平台总量计量由设在WGPA有人平台的质量流量计完成,使在WGPA平台上能随时了解WHPC平台的情况。

2.3 水/消防系统的设计

WHPC平台是一座无人驻守的井口平台,没有设置消防泵和淡水系统。由于该平台置换采用注水管道和混输管道的闭环循环系统,平台也不设海水提升泵。平台设置干式环形水喷淋管网,对井口区及油气工艺设备区等提供保护,同时平台还设有国际通岸接头(见图2),可与钻井船或其他船舶的消防设施连接,用于平台的消防作业。

2.4 电气专业的优化

WHPC平台仅设配电间和蓄电池间,主变压器和电潜泵变压器均采用室外的油浸式变压器设计(见图3),替代了常规的变压器房间布置,从而在保证安全生产的前提下,降低了部分投资,目前的应用效果较好。

2.5 平台总体布置设计

通过对平台各系统的优化设计,使WHPC平台的设备设施相对简单,总体布置仅设主甲板和工作甲板,其中主甲板尺寸为21.4 m×19.5 m,工作甲板尺寸为19.1 m×11 m。同时不断优化设备设施布置,比如将油浸式变压器采用两层布置,CO2瓶采用单独橇装等,以进一步减少甲板面积。WHPC平台总体布置立面图如图4所示。2.6 平台结构形式和登平台方式的设计

WHPC平台采用了常规的四腿平台设计,同时该平台采用了电动遥控栈桥登平台的方式,平台不设直升机甲板,操作人员可以从拖轮直接登上平台甲板。另外,平台只配置一台电动葫芦,主要用于化学药剂和零用工具吊运,这样在满足WHPC平台日常操作要求的基础上也在一定程度上降低了投资,如图5所示。

综上可知,WHPC平台按照无人驻守平台理念设计,简化了生产流程,优化了各个系统,总体布置也较简单,结构形式仍为常规的四腿导管架形式。

3 无人驻守平台在“三一模式”开发边际油田中的应用特点分析

由于曹妃甸11-3/5油田通过新建无人驻守平台WHPC并依托周边已建海上工程设施的“三一模式”成功进行了开发,收到了预期的效果,因此后期曹妃甸海域又根据此模式相继开发了其他两个区块的油田。此外,中海油在其他海域的边际油田开发中也成功应用了一些其他结构形式的无人驻守平台,但无论是哪一种形式的无人驻守平台,都是基于油田所在海域环境条件、油藏特点以及油品物性等基础数据,通过各系统的优化以达到简化平台上部设施的目的,同时提高无人驻守平台的自动化程度和遥控能力以及利用新技术,使得无人驻守平台在边际油田开发中成功应用。

结合曹妃甸11-3/5油田的无人驻守平台-WHPC设计,并调研目前中海油无人驻守平台应用情况,总结出无人驻守平台在“三一模式”开发边际油田中的主要应用特点如下:

(1)边际油田附近存在可靠的依托设施。从已经采用“三一模式”开发的边际油田不难看出,其所在海域内都有一个油气处理中心可以依托,具备为新开发油田提供生产处理、电力等方面的依托条件,满足区域管理的设计理念。

对于无人驻守平台更是如此,以曹妃甸11-3/5油田为例,该油田所建WHPC平台距离处理中心 HYSY112仅3.5 km,距离依托平台WGPA也只有5 km左右,具有良好的依托开发条件。

其他采用无人驻守平台开发的边际油田也是如此,比如涠洲6-1油田WHPA平台和涠洲11-4N油田WHPA平台都是以涠洲12-1油田PUQ平台为中心处理枢纽,其井液最终经PUQ处理后输送到涠洲终端;渤中34-3/34-5油田WJ井口保护架则通过渤中34-2油田2EP平台和渤中34-4油田4EP平台转输至长青号 FPSO;曹妃甸18-1油田WHP平台则通过海底管道将井液最终输送到友谊号FPSO。

(2)工艺系统优化设计。工艺专业是工程设计的龙头专业,因此在采用无人驻守平台开发边际油田时,首先要充分优化平台上部的工艺系统设计,只有这样才能使后续专业设计相对简单,达到平台设施少、日常操作和维护频率低的目的。

曹妃甸11-3/5油田WHPC平台的工艺系统在前面已作介绍,该平台除了设置简单的多路阀+多相流量计的计量系统外,无其他油气水工艺处理设施,致使流程简化,设施减少,平台总体和结构设计相对简单。

其他无人驻守平台也均对工艺系统设计进行了不同程度的优化,如涠洲6-1油田WHPA平台,针对自身自喷气井以及井口压力和温度都较高的特点,平台工艺更加简单,设备比曹妃甸11-3/5油田WHPC平台更少;再如渤中34-3油田WJ井口保护架,采用关井计量的工艺流程取消平台上的计量设备,采用子母管形式的海管解决预热、置换等问题,这些工艺流程的优化使得WJ井口保护架结构上最终采用了井口保护架的形式。因此充分优化工艺流程是无人驻守平台设计非常重要的一个环节。

(3)选择合适的平台结构形式。平台的结构形式主要与油田的井数、平台甲板面积和载荷以及海域水深等因素有关。油田井数少,平台载荷小的平台可以采用独腿平台或者两腿三桩,油田井数多、平台载荷相对比较大则采用常规的四腿或者其他形式的平台。

曹妃甸11-3/5油田WHPC平台采用了常规的四腿平台。平台导管架的桩腿尺寸较大,入泥较深,预留了消防泵护管。这种结构方式的确定主要是考虑到该平台设有12个井槽,像独腿和两腿三桩等非常简易的平台形式不能满足要求,同时鉴于当时钻井船资源紧张,在设计时预留了后期安装修井机(包括管子堆场、泥浆罐等配套设施)和住房的1 000多吨载荷。

还有一些无人驻守平台采用了其他更加简易的平台形式,比如涠洲6-1油田WHPA平台和锦州20-2油田NW平台均不超过3个井槽,平台上部组块甲板面积和重量荷载均较小,水深也在30 m以内,因此最终采用的是一筒3井的独腿结构形式;涠洲11-4N油田WHPA平台(如图6所示)共设6个井槽,水深在40 m左右,平台上部设施相对简单,因此最终采用的是两腿三桩的结构形式。

(4)登平台方式设计。无人驻守平台登平台方式也是设计中较重要的一部分,设置方便合理的登平台方式是保证人员安全的前提,经过调研发现,每一种登平台方式都有自己的适用性和优缺点。

以曹妃甸11-3/5油田的WHPC平台为例,该平台所处海域的海况较好,该平台采用了遥控栈桥登平台的方式,该方式的优点是:操作比较简单、安全、方便,而且在栈桥行走也比较平稳;缺点是:伸出平台距离稍短,在海况不是很好的时候,靠船较难,导致登平台困难,同时受潮汐影响,潮落时梯子有些高。

而其他无人驻守平台也根据平台自身的结构形式以及所在海域的环境条件特点,采用了形式各异的登平台方式。如锦州20-2油田NW平台采用软梯+直梯的登平台方式(如图7所示)。这种方式的优点:较好地利用软梯吸收船的运动,减少人员在较差海况下登平台的危险,同时锦州20-2油田NW平台将软梯放在盒里可以避免冬季结冰,也有效地防止了外部人员擅自登平台;缺点:由于软梯的不稳定性以及天气、海况的影响,尤其北方冬季受海冰的影响,船靠平台难度较大,人员崴脚或摔伤可能性较大;再如渤中34-3和渤中34-5油田的WJ井口保护架采用铝质挂梯+固定钢制悬直梯+中转平台+固定直梯的登平台方式。这种方式的优点:采用铝质挂梯并在登上井口保护架的中转平台安全门,可有效防止外部人员擅自登平台;缺点:增加了人员在较差的海况下登平台的危险。

综上所述,无论何种登平台方式都必须按照《海上固定平台安全规则》中的规定进行设计,即:“设置安全可靠的登平台设施,确保作业人员上下平台的安全;设置防止外部人员登上平台的装置,保护平台的生产不因外部人员的登入而意外中断。”因此建议:考虑到海流都是往复流,在设计登平台方式时尽量设置两个方向的登平台装置,以保证靠船方便和登平台人员的安全;对于海况非常差的海域,靠船不方便的无人驻守平台设置直升机甲板;

(5)应用新技术。为了进一步降低边际油田开发的成本,同时简化无人驻守平台上部设施,中海油在很多无人驻守平台上都应用了新技术。例如曹妃甸11-3/5油田WHPC平台采用油浸式变压器、锦州20-2油田NW平台应用了太阳能板(如图8所示)和曹妃甸CFD18-1油田WHP平台应用筒型基础等,都从不同程度上减少了投资,提高了边际油田的开发效益。

通过以上详细介绍和分析曹妃甸11-3/5油田WHPC平台以及总结目前中海油无人驻守平台的应用特点,无人驻守平台的设计应充分优化各个系统,同时采用合理的结构形式及新技术,达到降低成本和提高效益的目的;此外,为保证人员和平台安全,尚需做好相关工作。