利用海上核电站实现稠油规模热采方案研究

谭 越，周晓东，刘 聪，石 云，王国栋

中海油研究总院，北京100028

利用海上核电站实现稠油规模热采方案研究

谭 越，周晓东，刘 聪，石 云，王国栋

中海油研究总院，北京100028

应用核能开展海上稠油大规模热采开发的方式具有良好的前景。对不同型式的核电平台及热水外输方案进行了比选，提出了一种新的稠油大规模热采模式，该系统包括可移动核电平台、热水生产系统、热水外输装置、输水管道。热水外输装置为筒型基础的立管平台，通过栈桥连接核电平台上的热水生产系统，底部连接输水管道，通过多根海底管道将大量热水输往不同稠油油田。此开发模式可以提供大量热源，能够满足多个稠油油田同时热采以及后期其他热采油田接入的需求。

海上核电站；稠油；规模热采；热水外输；立管平台

渤海油田稠油储量丰富，但分布范围广、类型复杂，重质组分含量高、黏度大、流动性差，导致开采难度大，主要依靠热力采油方法进行开采。目前海上稠油大规模开发的配套技术还不成熟，导致稠油油田开发经济效益较差。现阶段只是针对某个油田，在一个平台上安装有热采设备，开采规模仅限于几口井。因此研发一套可以提供大量热源，能够满足多个稠油油田同时热采的大规模开发模式十分必要，可降低工程投资，提高经济效益。

1 海上核电平台用于稠油热采方案

对于海上油田，为了满足热采注入水的温度要求，不仅要对海水进行淡化，还需要通过蒸汽将淡化水加热。在陆上普遍采用的热采技术，在海上无法大面积实施，主要问题是缺乏热源供给。

如何为稠油油田提供经济的热源，成为渤海湾稠油油田开发的制约因素，采用核能无疑是一项值得期待的方式。利用核能装置的二回路抽气换热，可以解决稠油热采需要大量热能的问题，相对其他方案优势明显[1]。

建设海上核电站以开展大规模的稠油热采，既要确保热采的技术可行性和经济性，也要考虑核电设施与海洋工程各自特点，整个方案包括核设施、作为其载体的海上核电平台、高温热水的生产和外输。

2 热水外输方案与核电平台型式比选

2.1 热水外输方案比选

热水驱方案对比见表1，可以看出，采用热水驱时，所注热水温度最高可达200℃，且温度越高，对应的采收率提高幅度越大[2]；而采收率提高幅度越大，稠油油田开发越高效，也越经济。但目前有实际应用的柔性软管能够输送的介质最高温度仅130℃，输送介质温度达到150℃的软管还在研制过程中。钢制管道既可以保证高温度的热水外输，经济性上也具有优势，因此钢制管道是现阶段更优的选择。

表1 热水驱方案对比

2.2 核电平台型式比选

适用于渤海湾的海上核电平台型式有多种，如人工岛、导管架平台、重力式平台、浮式平台、可移动式平台等。对于不同的载体型式，受运营期间换料大修等工况的控制，有不同的热水外输方案。

2.2.1 单点系泊浮式平台

单点系泊浮式平台可用作海上核电站的载体，在渤海海域可参考海洋工程常用的FPSO形式[3]，定位方式通常采用塔架软刚臂单点系泊系统，该系统由系泊塔架、旋转接头、系泊机构、FPSO支撑机构四部分组成。

塔架软刚臂单点系泊装置适用于浅水海域，作业水深小于40 m；具有一定的抗冰能力，多年来的应用证明该装置可解决冰区海域的抗冰问题。因此被认为是技术成熟、安全可靠的可解脱系泊装置。

由于船体与系泊塔架存在相对运动，因此二者间的热水外输管道必须采用软管，而目前业界单点液通道设计最高温度为120℃，此两个限制条件决定了热水外输温度不能超过120℃。此外，单点系泊系统属于专利技术，被国际上几家公司垄断，应用受限较大。

2.2.2 多点系泊浮式平台

与单点系泊浮式平台相比，多点系泊浮式平台无法使船体具有风标效应（在各种风浪流作用下船体受力最小），且浅水海域应用悬链线式系泊系统，存在一个相当大的系泊缆辐射半径，定位效率较差，还要考虑对过往航行船的影响。多点系泊浮式平台专利技术较少，在国际上未被垄断，且可以悬挂更多的管缆系统[3]。但多点系泊浮式平台与单点浮式平台一样，所连接的热水外输立管也只能是柔性软管，也无法实行高温热水外输。

2.2.3 固定式平台

固定式平台如导管架平台在渤海应用很多，技术上也非常成熟，采用固定式核电平台应是合理的选择[4]，热水外输既可以采用钢管，也可以采用软管。但核设施在运营期间，要进行多次的换料和大修[5]，而在海上更换核燃料的难度较大，导致风险极大增加。

2.2.4 可移动式平台配置立管平台

可移动式核电平台在运营期间可以多次返回陆上基地进行维护，能够克服固定式平台在海上更换核燃料的难度和风险，但是每一次移位和就位都要进行与海底管道的解脱和连接的水下作业，需要动员施工船舶和潜水员，时间长、费用高。

配置立管平台可解决上述问题[6]。平台采用独腿结构、多筒基基础，通过平台上的摇臂式栈桥与产生高温热水的核电平台连接，如图1所示。在核电平台移位时，立管平台可原地不动，也可与核电平台一起迁移至其他场地作业。

2.3 方案比选

图1 可移动式核电平台和立管平台系统示意

根据各方案的情况，单点系泊浮式结构的热水外输方案存在软管段，且受单点液通道和国外技术垄断的限制，因而不被推荐。多点系泊浮式方案无技术垄断的问题，但只能采用软管进行热水外输，外输温度低导致热采效率较差。固定式平台虽然可以简单方便地实现钢管热水外输，却不满足核设施所要求的返回陆地大修和换料要求，可行性较低。可移动核电平台移位及复位简单，保证了核反应堆换料和大修的要求，通过立管平台可实现钢管热水外输。综上所述，推荐可移动平台核电载体配置立管平台的热水外输方案。

3 海上核电平台高温热水外输方案

本稠油热采的规模开发模式，其系统包括核电平台、热水生产系统、热水外输装置和输水管道，见图1。采用可移动核电平台作为热水生产系统装置的载体，热水外输装置的主体位于核电平台近旁的立管平台，通过栈桥连接核电平台上的热水生产系统。

外输立管平台就位后，上部栈桥可绕甲板上的回转支承旋转，与核电平台搭接。输水管道由三部分组成：立管段（管段1），膨胀弯段（管段2）及栈桥内部管段（管段3），见图2。立管段与膨胀弯、膨胀弯与栈桥内部管段，栈桥内部管段和热水生产平台的管道之间皆用法兰连接。

图2 输水管道立面

核电平台因维护需要移位时，只需抬起栈桥；再就位时，将栈桥下放。如核电平台在某地服役结束后，立管平台可以随之整体移走，也可原地弃置。

立管平台可容纳多根钢质立管，底部连接输水管道，并可预留接口以满足后期接入需求，如图3所示。因此可将大量热水输往不同稠油油田，满足多个稠油油田同时热采的需求。

4 结束语

利用核能技术作为渤海湾稠油热采廉价热量的供给来源，研发一套可移动、可重复利用、可方便与热水源平台连接的高温热水外输系统，可以解决稠油热采所需热能成本与提高采收率的矛盾，将有望提高渤海湾油田的产量规模。该系统具有以下功能：

图3 稠油规模热采总体方案示意

（1）提供海上稠油大规模热采所需的热源。

（2）满足多个稠油油田同时热采。

（3）产生的热水是核能的副产品，不消耗其他能源。

（4）热水外输装置具有独立性，可与多种热水产生平台连接。

（5）系统具有扩展性，可满足后期热采油田接入需求。

[1]刘辉.海上核电厂[J].中国电力教育，2014，29（4）：93.

[2]中海油研究总院.海上核能利用关键技术研究专题报告——热能利用技术研究报告[R].北京：中海油研究总院，2015．

[3]李华城，刘聪，劳业程，等.ACPR50S小型堆核电站海上平台形式论证[J].广东造船，2015（6）：33-36.

[4]何一平.浅谈核电站及其在未来海上设施上的应用[J].中国海上油气（工程），1999，11（4）：21-23.

[5]HAF 103/01-1994，核电厂换料、修改和事故停堆管理[S].

[6]张贺.海底管线立管登平台分析[J].中国造船，2013，54（S2）：83-87.

Scheme research on massive heavy oilthermalrecovery by utilizing offshore nuclear power plant

TAN Yue，ZHOU Xiaodong，LIU Cong，SHIYun，WANG Guodong

CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China

Offshore nuclear power plant is utilized for massive heavy oil thermal recovery with good application prospect. Comparisons and evaluations of schemes of different nuclear power platforms with high temperature water export are made，and then a recommendation is obtained.The structures include the mobile nuclear power platform，high temperature water production system，water export device and pipeline.The water export device is a riser platform with bucket foundation，a trestle bridge connects it and the water production system on the nuclear power platform.At the foot of the riser platform，the water is transported to several oilfields through pipelines.This offshore oil field development mode can provide large heat source，and meet the requirements of thermalrecovery for severalheavy oilfields and other field tie-in at later stage.

offshore nuclear power plant； heavy oil；massive thermal recovery；high temperature water export； riser platform

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.013

谭 越（1978-），男，辽宁建平人，高级工程师，2007年毕业于上海交通大学船舶与海洋结构物设计制造专业，博士，主要从事边际油田开发、船舶及海洋工程结构设计研发工作。

2016-09-07；

2016-11-28

中海石油有限公司综合科研项目“渤海海域油气开发核能应用技术预可行性研究”

Email：tanyue2@cnooc.com.cn