胜利海上油田开发海工技术及应用

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(1.胜利油田胜利勘察设计研究院有限责任公司，山东 东营 257026；2.胜利油田分公司海洋采油厂，山东 东营 257237)

胜利海上油田地理位置特殊，位于老黄河口附近水深3～20 m的渤海湾南部极浅海海域，海况及地质条件恶劣，探明储量多属于边际性小油藏，再加上水深条件对海上钻井及施工安装装备的限制，海工设计及建设难度度大。胜利海上油田开发20年来，在借鉴国内外海洋油田开发成功经验基础上，贯彻“简易、高效、安全、经济”的海上油田开发方针，针对“滚动开发、区块接替、逐年上产”开发特点，因地制宜、开拓创新，建成了我国第一大滩浅海油田——埕岛油田。本文主要回顾总结胜利海上油田开发油气集输、海洋平台等技术及应用情况。

1 半海半陆的油气集输技术

根据水深和所处位置的不同，胜利滩浅海油田采取了固定式平台和海油陆采平台两种结构形式。由于陆上有完备的配套系统，胜利滩海油田均采用半海半陆的开发模式，这种模式简化了海上的生产设施规模，将复杂的油气处理放在陆地处理站进行，可缩短油田建设周期、降低投资、提高经济效益。主体生产区域采用了中心平台与卫星平台相结合的布局方式，卫星平台与中心平台之间，中心平台与陆地油站之间，均通过海底管线进行连接，形成较完整的、统一的集输方式；桩海区域和垦东区域的海上部分仅设有卫星平台，油气通过海底管线混输到陆地终端进行集中处理；CBG4等边远区块采用船舶运油的生产方式，形成了许多适应当时开发需求的生产模式和配套技术。

1.1 采用卫星平台与中心平台相结合的方式

胜利浅海油田主体区域，采用卫星平台与中心平台相结合的集输方式(见图1)。卫星平台生产的油气经加热计量后，靠井口压力通过海底管线混输至中心平台进行油气分离及预脱水等处理，低含水油通过登陆海底管线输送上岸至海三站，经加热、加压后输至海四联合站进一步处理[1]。集输系统的主要特点如下。

1)简化数量较多的外围卫星平台,油气混输至中心平台集中处理。卫星平台为无人值守，中心平台管理人员在中控室对卫星平台的生产情况进行观察控制，并定期巡检卫星平台。因此，整个系统不仅投资较省，而且管理集中、方便。

2)该集输系统可以先形成骨干工程，然后逐渐完善和扩充，实现了近期与远期的结合。

3)卫星平台与中心平台之间、中心平台与陆地油站之间,均通过海底管线进行连接,形成了较完整统一的集输系统。具有平台数量多，集输半径大，油管、水管、电缆统一考虑等特点。是一种新型的半海半陆式集输模式。充分利用了陆上已建的设施和配套系统，减少了海上工程量，实现了陆地与海上的结合。

4)卫星平台的油气计量工艺，应用油井变压控制两相分离仪表计量新技术。计量系统中的分离器使用了自行攻关研究成功的油气三通调节阀。通过该调节阀把分离器液面和压力这两个性质完全不同的物理参数变成了一种彼此关联、相互影响的共存关系，其调节更灵敏可靠，控制适用的液气量范围更大。液体测量仪表选用科氏质量流量计,气体测量仪表选用具有结构简单、准确度较高、量程范围大、无机械转动件和不受介质密度及粘度影响等特点的旋进旋涡气体流量计。

图1 胜利浅海油田半海半陆的油气集输布置图

1.2 油气水直接混输上岸的方式

埕北35井区包括CB35单井平台和CB35井组平台(四井式)，井组平台上设置了计量分离器、电加热器、配电设备、自控装置、加药及消防设施等，所生产的油气经加热计量后，通过3.4 km海底管线，靠井口自身压力输至陆上的桩古46加热站，经加热后再输至海二站进行处理。CB35单井平台生产的油气通过海底管线输至CB35井组平台进行计量加热，然后进入登陆海底管线。集输系统的特点如下。

1)流程简单、设施简化，大大减少了海上工程量，从而降低了工程投资。

2)能量利用充分、中间环节少。发挥平台近陆的特点，利用井口自身压力将油气直接混输上岸，不仅回收了大量的天然气，而且减少了中间环节，有利于环境保护。

1.3 船运油方式

“胜新型”采油平台是胜利海上早期生产装置，平台主要由井口平台、生产平台、火炬台和靠船桩组成，为间歇性生产无人值守平台，其生产的原油靠船运上岸。井口平台上主要有采油树和生产管线等。生产平台上设置了油气分离、油气计量、原油装船等设施。油船停靠后，采油工登上平台，开井生产，装船完毕，关井扫线，人员随油船离开。 集输系统主要特点如下。

1)采油平台面积小，重量轻，不需要大型的起吊设备，给陆上预制及海上施工带来了很大方便。原油经分离计量后，即装船运送上岸，流程简单，操作方便，容易实施。

2)采油平台的井口平台、生产平台、火炬台等均分离布置，使最危险，最需要保护的井口与操作较频繁的生产平台分离，使火炬与火源分离，增加了平台安全性，同时方便了海上施工及修井作业等。

3)采油平台与船拉油相结合的生产系统，设施少、生产机动灵活。胜利浅海油田早期均采用该系统进行生产，为胜利海上石油的开发起到了开创性的作用，现在对主体区域集输系统仍有辅助作用。

2 海洋平台的优化与创新技术

2.1 因地制宜灵活多样的海洋平台组合技术

胜利浅海埕岛油田储量多属于分散、小块和丰度不高的边际性油藏，井口布置分散，多采用移动式钻井平台钻井，受到海上大型安装船舶吃水深度的限制，及油田海上安装能力，功能相对独立的小型平台显示出其很好的适应性和经济性。通过采用灵活多样的海洋平台组合，满足不同的功能需求，加快了海上油田的开发建设。

2.1.1 常规井组计量平台组合

该组合将井口与简单的计量平台分开，由计量平台和井口平台两部分组成，平台之间由栈桥连接(见图2)。计量平台上主要布置有油气的计量、加热设施、供配电间、井下安全阀控制柜、试井绞车、吊机；井口平台上主要设施有采油树以及工艺管线阀门等，栈桥一侧布置有工艺管线并留有人行通道。井口平台可以依靠钻井时的钻井船完成海上安装，与此同时可以采用小型的浮吊完成计量平台的安装，缩短施工周期，而且后期井口的修井作业可以依靠修井船完成，井口平台不需要提供钻井及修井的甲板，减少了一次性投资。

2.1.2 中心平台组合

对于中心平台，采用分体开敞式的布局方式，按生产、生活、动力及储油等功能对设施分类，分别布置在不同的平台上，平台之间用栈桥连接，这样从使用安全、人员生活、操作维护、生产效率、海管布置、船舶停靠、海上施工、费用等方面优化合理，而且海上不需要大型浮吊就可完成平台的安装。

埕岛中心一号平台组合主要由生产平台、动力平台、储罐平台、消防平台、生活平台5个子平台组成(见图3)。是集油气处理与外输、污水处理与注水、作业、消防、发供电、生活保障等功能于一体的大型综合性平台群，处理液量11 000 m3/d、原油外输能力10 800 m3/d、污水处理能力3 100 m3/d、天然气发电装机容量2×3 000 kW。

图3 埕岛中心一号平台组合

埕岛中心二号平台组合主要由生产平台、动力平台、储罐平台、注水平台、生活平台5个子平台组成(见图4)，该平台组合集油气处理与外输、海水处理与注水、变配电、热媒换热、生活保障等功能于一体的大型综合性海上平台群。平台设计原油处理量为4 125 t/d，处理液量13 125 t/d，外输液量14 400 m3/d，单台设备处理天然气101 888 m3/d，单台设备外输天然气22×104 m3/d。

图4 埕岛中心二号平台组合

2.2 钢质桩基固定平台技术

胜利埕岛油田地处老黄河口附近，地理位置特殊，海洋环境及海底地质条件恶劣，主要表现在：海区冬季极端最低气温达到-18 ℃，平台要遭受平整冰及流冰的冲击作用；潮流强大，表层流速最大达到1.53 m/s，底层流速最大1.30 m/s，并且一年四季均有风暴潮发生；所处海域水深相对较浅，海底受波浪、海流的扰动较为突出，黄河口在这一带曾多此转移改道，海底大冲大淤，地形复杂，变化无常，海区是8度地震烈度设防区，在地震作用下海底表层土壤有液化的趋势。

针对埕岛油田特殊的海况地质条件下及开发方式，设计了预制安装周期短、经济安全、形式多样的钢质桩基固定平台，桩基固定平台由于其对埕岛油田特殊的地质条件有很好的适应性，在埕岛油田显示出其独特的优越性，成为埕岛油田原油产能建设的主要平台结构形式。

1)桩基导管架式中心平台。目前，埕岛油田共有两座中心平台，即“中心一号”及“中心二号”。“中心一号”平台群位于埕岛油田主体区域南部CB11C井组平台处。“中心二号”平台群位于CB25D井组平台附近主要用于接收埕岛主体区域北部卫星平台生产的油气。在埕岛油田中心平台设计中，采用了导管架式固定平台，该结构形式与埕岛油田的海洋环境、地质条件相适应，满足生产使用要求。

2)桩基导管架式采修一体化平台。为满足埕岛油田修井作用的要求，设计了两种形式的采修一体化导管架固定平台，即修井模块搬迁式采修一体化平台(见图5)和外挂井口修井模块固定式采修一体化平台(见图6)，缓解了海上修井作业的压力。

图5 修井模块搬迁式采修一体化平台

图6 修井模块固定式采修一体化平台

修井模块搬迁式采修一体化平台由导管架式计量平台及导管架式井口平台组成，井口平台导管架框架内设有井口导向结构，井口隔水管穿过井口导向结构并与导管架相连达到对井口保护的目的。井口导管架能给井口平台提供较大的甲板面积，当需要修井作业时，配合可搬迁的修建模块自行完成，不需借助修井作业船。

外挂井口固定修井模块固定式采修一体化平台, 针对海上修井作业能力紧张及单座平台井口数量不断增大的趋势，设计开发了16～36井口固定式采修一体化平台，平台上部设有固定式修井机满足修井作业要求，同时井口外挂于平台两侧，可以满足外来钻井船两侧同时就位打井，缩短打井周期。该创新形式的布置还可以根据后期开发建设的需要，依托采修一体化平台外扩井口，充分利用原采修一体化平台上的固定修井设施及平台上生产工艺，对新井组进行生产及井口作业。外挂井口固定式采修一体化平台，在降低投资的同时，有效缓解了修井能力不足对生产的制约。

3)桩基导管架式卫星计量平台。导管架式井组卫星计量平台(见图7)，一般包括井口导管架式井口保护平台、三腿或四腿导管架式计量平台。井口保护平台由一个直立式井口导管架构成，各井口位于相应的导管架主导管内，导管架主导管直径一般为1 000 mm，根数由具体的井口数而定。钻井时先将井口导管架就位，而后在井口导管架各主导管内钻井，井口隔水管既满足井口隔水工艺的要求，又兼作井口导管架的支撑桩使用，减少了平台用钢及海上安装工期。

图7 桩基导管架式卫星计量平台

4)桩基高桩式卫星计量平台。高桩式井组卫星计量平台采用了类似于高桩码头的高桩式结构，计量平台采用3根直径1 200 mm的钢管桩支撑，井口平台直接利用井口的隔水管作为平台的支撑，在海平面以上海上现场焊接2～3层水平拉筋将各自独立的井口隔水管及桩联连为一体。

2.3 多样化的井口保护技术

胜利油田为适应滩浅海油田的开发所引进和建造的钻井平台包括坐底式钻井平台、自升式钻井平台。根据胜利浅海环境条件、钻井平台及修井平台的特点，结合不同的水深条件，采用了多样化的井口保护技术，满足了井口保护的要求。

1)加强隔水管直接作为井口保护平台。该种形式的井口保护直接利用井口的隔水管作为平台的支撑，海面上焊接的水平拉筋将独立的井口隔水管连为一体，这种型式的井口保护适用于水深较浅且环境荷载较小的海区。

2)高桩围护式井口保护。该井口保护结构在井口周围设多根直立式保护桩，将井口围在中间，达到对井口保护的目的。这种结构仅适用于水深较浅且环境荷载较小的海区。

3)单桩井口保护。由一根独立的大直径钢管桩将井口置于桩内部，达到对井口的保护，这种结构用于临时性保护或环境较好水深较浅的单井口保护。

4)直立式井口导管架保护。由直立式井口导管架构成，各井口位于相应的导管架主导管内，钻井时在各主导管内钻井，井口隔水管既满足隔水要求，又兼作导管架的桩。见图8。

图8 直立导管架井口保护

5)导管架井口保护平台。对于水深较深，上部甲板面积较大的井口平台，采用了导管架式井口保护平台，根据上部设施布局情况，井口可以位于导管架主体框架内部或导管架主体框架外部，导管架各水平层设井口导向限位筒，对井口实施导向限位，达到对井口保护的目的。

6)水下基盘式井口保护。水下基盘式井口保护将常规导管架和常规基盘结构相结合，基盘从结构上来看相当于半个直导管架，其水下部分与直导管架基本相同，只是在灌浆等装置的设置上不同，水上部分只有一个引导管，在基盘就位时起到定位作用。在水下将基盘与隔水管连接成为一个整体，使基盘在具备导向和定位作用的同时还具备导管架的支撑连接作用。该新型水下基盘结构减少了冰作用区杆件尺寸，优化结构受力，具备直导管架井口平台的刚度及强度，能对井口进行有效保护，而且施工方便，降低了海上就位及倾斜控制的难度。与以往的井口导管架结构型式相比，基盘式井口导管架主要有以下几个优点：①省去了钻井开隔水，下隔水套管以及导管架就位的工序，缩短了钻井平台占用时间；②基盘隔水管采取打桩方式，避免了钻井平台开隔水造成的浅层地质破坏，提高了基础稳定性；③提高了井口平台的就位精度，避免了因钻井平台就位偏差而影响平台就位方位等一系列问题。

2.4 海上轻型平台技术

针对胜利浅海环境条件及地质条件，及边缘区块开发的要求，通过科技攻关，创新研发了轻型平台技术，提高了油田开发效益。

1)水下三桩塔式支撑单立柱平台。该种形式的单立柱平台由单立柱、塔式支撑框架、水下桩、上部平台组成。塔式支撑框架三个面均为直立，水平面为等边三角形。塔式支撑框架导向管位于三角形的顶点，用钢管与单立柱连为一体。单立柱偏心布置，位于三角形底边的中点，单立柱上设靠船构件、登船平台及海底管线立管固定管卡等附属构件。水下桩与单立柱采用“机械啮合”结合水下灌浆的连接方式固定，井口隔水管位于单立柱中间，由单立柱对井口结构进行保护，井口隔水管不再承受海洋环境荷载。井口结构与单立柱在平台甲板处采用柔性连接，对井口位移进行一定的限制。

该单立柱平台结构布局合理，平台主体依靠单立柱支撑，其水面附近结构简单，可以最大限度的减少平台所受的环境荷载[2]。当作为井口平台使用时，井口布置在单立柱内部，不直接承受外部荷载，从而对井口实现有效的保护。与其他型式的单立柱平台相比，基底抗倾力矩明显增大、平台位移明显减小。

2)内加肋变径独桩平台技术。独桩平台代替轻型简易导管架平台，作为栈桥支撑平台、海底管道立管支撑桩，在胜利海上油田的分期开发中得到广泛应用。但由于埕岛油田海底地质条件的特殊性，独桩平台的振动问题突出，桩顶位移大，限制了常规独桩平台的使用范围，威胁到管线栈桥的安全。设计开发的3级变径内加肋独桩平台，海上现场实测显示与常规普通桩基相比同等条件下，位移降低幅度非常明显[3]。目前该技术已经在胜利海上推广应用，该技术也获得实用新型专利技术。

3)正压冲固基础平台。正压冲固平台技术的主要特点是先利用正压喷冲导流下沉等工艺将短桩平台沉贯到预定深度，然后用灌注水泥砂浆加固短桩周围地基，将桩与其周围地基土固结在一起，确保平台具有足够的稳定性，其作为固定式导管架平台具有结构简单、海上施工效率高、节省投资的特点。

4)负压桩基式固定平台。负压桩基式固定平台采用大直径的桶型基础代替传统固定式平台的深桩基础，利用负压原理使桶型基础下沉到海底泥面以下一定深度。

3 结束语

胜利海上油田自1993年投入正式开发以来，经过不断探索、不断攻关、不断实践形成的胜利滩浅海油田海工工程技术，成功应用于埕岛油田主体区域、埕北30区块、庄海10区块、垦东区块、埕北35区块等胜利海上油田的开发建设。2002年以来胜利海上生产原油一直稳定在220万吨，2010年达到246万t，经济和社会效益显著。

随着海上油田勘探开发的不断深入，胜利海工工程技术发展方向主要体现如下。

1)埕岛油田开发海工建设优化技术。地面工程与油藏钻采相结合平台总体布局优化技术，海洋工程多专业三维设计优化技术等。

2)滩浅海油田开发安全生产与安全保障技术。确保海上油田开发使用的各类工程设施的安全，是海上油田开发的重中之重。对于进入服役的中后期海工构筑物(平台、海管)，如何系统的解决平台管线寿命评价、延寿和维修、完整性管理等问题，需要进一步发展的方向。

3)海上边远区块油田开发技术。随着滩浅海油田的不断开发，主力区块以外的油井如何实现连续生产，是一个亟待解决的问题。优化创新适应不同海区不同海洋环境条件的各类新型、轻型平台技术、浮式平台技术，从而减少工程设施投入，有效降低油田开发成本，提高经济效益，是海上油田地面工程建设永恒的发展方向。

[1] 张衍涛,赵 帅,冯春健,等.胜利滩海油田工程建设中的新技术[J].中国海洋平台，2004(1):37-41.

[2] 蒋习民.浅海新型单立柱平台在埕岛海域中的应用[J].中国海洋平台,2003(4):41-43.

[3] 陈同彦.埕岛油田浅滩海独立桩结构优化探讨[J].石油工程建设, 2009(4): 9-11.