曹妃甸2-1自升式平臺電站選型方案

谷 偉，李 勇，韓 旭，譚靜軒，李桂忠，候志恒

(中海油能源發展股份有限公司邊際油田開發項目組，天津 300457)

曹妃甸2-1自升式平臺電站選型方案

谷 偉，李 勇，韓 旭，譚靜軒，李桂忠，候志恒

(中海油能源發展股份有限公司邊際油田開發項目組，天津 300457)

為最大程度保證自升式平臺選用的發電機組可靠、安全和經濟，對曹妃甸2-1油田原油產量、品質和伴生天然氣產量、品質等進行分析，結合用電總量、各種電站性能分析，確定適宜曹妃甸2-1自升式平臺電站的最佳方案，實現了電站方案經濟合理、技術可行、操作管理方便。

曹妃甸2-1自升式平臺；主電站；電站選型

曹妃甸2-1自升式平臺是一座插銷式液壓升降的四樁腿可移動式采油平臺，鋼質非自航，適用于渤海灣最大水深30 m范圍內的海域進行原油的生產、處理、儲存和外輸。主要應用于海洋邊際油田，是一種“蜜蜂式”采油平臺，即一個油田開采完畢后可拖移至另一個油田繼續使用。主電站作為自升式平臺的核心部分，動力方案是優先解決的問題。主電站的選擇首先是要求安全可靠，保證油田的正常生產，其次是主電站的技術性能要滿足海洋平臺使用要求，然后要考慮投資費用和操作費用[1]。從安全和經濟角度對曹妃甸2-1自升式平臺的主電站進行探討。

1 海洋采油平臺主發電機組的形式和特點

目前，國內外海上油(氣)田工程中，主電站機組常用機型有三種：燃氣透平發電機組(天然氣/柴油)、往復式雙燃料發電機組(天然氣/重油/原油)、原油發電機組(原油/重油/柴油)。

燃氣透平發電機組與往復式雙燃料發電機組均可以天然氣(油田伴生氣)為機組主要燃料，當油田伴生氣量充足時，應優先考慮選用這兩類機組。燃氣透平發電機組尺寸小、重量輕、操作方便，作為平臺主電站機組是較為成熟的技術，但大修費用較高。

往復式雙燃料機組的尺寸及重量均較大，日常維護量大，但總的維修費用比透平低。

低壓純天然氣發電機組也屬于往復式機組，與雙燃料機組不同的是以天然氣為唯一燃料。這種機組在國外海上平臺有應用業績，且運行狀況良好，其特點是：機組價格相對較低，維護工作量小，大修周期長，易于操作管理，操作費用低。

蒸汽輪機用作主電站機組。蒸汽輪機發電機組技術成熟，設備可國產，初始投資較低。但嚴重不足是：機組熱效率很低，導致燃料費用很高；海水耗量很大；電站裝置很復雜，設備重、尺寸大，輔助設備多，占用面積大。

燃氣透平、原油發電機及雙燃料發電機實際上都是雙燃料發電機，但一般廠家所謂的雙燃料發電機特指以氣液兩種不同物理形態的物質為燃料的機組。

2 基礎數據

曹妃甸2-1油田位于渤西海域， 1996年5月～1997年11月先后在曹妃甸2-1構造東、西高點完鉆1口探井和3口評價井，經DST測試在沙河街組生物碎屑白云巖和奧陶系碳酸鹽巖兩套儲層中獲高產工業油流，從而發現了曹妃甸2-1油田。針對曹妃甸2-1油田的基礎數據進行總結和分析,其對主電站的選型起到至關重要的作用。

2.1 曹妃甸2-1原油配產數據

圖1為曹妃甸2-1油田的原油逐年配產預計，經濟開發年限在15年左右。

圖1 曹妃甸2-1油田逐年原油配產預計

2.2 曹妃甸2-1油田天然氣配產數據

圖2為曹妃甸2-1油田的逐年天然氣配產預計，具有先高后低，降低幅度比較快的特點。

2.3 曹妃甸2-1油田原油物性分析報告

曹妃甸2-1油田原油的物性分析見表1。由表1可見，原油物性較性較好，粘度較低。

圖2 曹妃甸2-1油田逐年天然氣配產預計

2.4 天然氣物性分析

曹妃甸2-1油田天然氣的物性分析見表2。由表2可見，天然氣中甲烷含量較高。

表1 曹妃甸2-1油田原油物性

表2 曹妃甸2-1油田天然氣物性分析

2.5 物性分析

1)根據表1、2，曹妃甸2-1伴生氣經燃料氣工藝處理后方能作為透平發電機組燃料；經過對CFD2-1油田伴生氣甲烷值(MN)的計算，甲烷值均比天然氣發電機組和往復式雙燃料發電機組的要求(80)高，故可以用作天然氣或雙燃料(天然氣/柴油)發電機組的燃料，無需任何處理。

當天然氣甲烷值低于80以下時，會對發電機組產生爆震影響，需增加特殊處理設備將甲烷值處理到80以上。

2)根據原油物性分析，原油的粘度滿足原油發電機組使用要求，經處理合格的原油可作為原油發電機組燃料直接使用。

3 燃料特點決定電站方案

主電站機組的燃料有天然氣(油田伴生氣)、原油、柴油、重油四種類型。燃料的主要用戶是主電站和鍋爐。由于柴油價格較高，全部需要購買，切需要運輸到平臺儲存，因此柴油綜合費用最高，一般不用作生產平臺主電站機組的主要燃料，只用作電站機組的輔助燃料和發電機組/鍋爐燃燒器的引燃燃料。油田伴生氣和原油是主電站的兩種主要燃料供給源，一般情況下，首選天然氣作為主發電機組燃料。其次選用原油作為主發電機組燃料，但需要增設一定規模的原油處理裝置和原油存儲設施。

對比得出主電站燃料的優先選用順序是：天然氣、原油、柴油。

4 自升式平臺電站選擇的特點

曹妃甸2-1自升式平臺是一座可移動式采油平臺，考慮到自升式生產平臺在海上安裝期間平臺的升降工況下，電站在滿足自升工況負荷的情況下，須有1臺發電機組作為備用，以保持平臺的自升安全。在海上安裝且未投產期間，除了柴油沒有其他任何燃料供給，這就要求自升式生產平臺必須有2臺是以柴油作為輔助燃料的原油發電機組或雙燃料發電機組。

4.1 曹妃甸2-1自升式平臺電站負荷

自升式平臺電站負荷見表3。

表3 自升式平臺電站負荷

4.2 曹妃甸2-1平臺電站選型

1)平臺的電站負荷在正常工況下需維持功率的85%以下才能保證機組的長期健康運行。升降工況的功率不低于1 118 kW，生產工況的功率不得低于2 141.5 kW。

2)如采用天然氣做為主要燃料，日耗氣量大約在1.75萬m3/d，根據天然氣的產量配比，到2025年就不能滿足平臺的使用要求。

3)為了最大滿足電站的適用性，并能夠最大程度利用天然氣資源，本自升式平臺的電站采用2臺1 350 kW的原油發電機組和1臺1 100 kW的天然氣發電機組。在升降工況下2臺原油發電機組一用一備，以柴油為主要原料；在生產工況下，一臺原油發電機組與天然氣發電機組做為主要發電組，一臺原油發電機組作為備用機組。

4)多余氣源供平臺上熱油鍋爐燃燒器使用。

5 主電站選型關鍵因素

通過曹妃甸2-1自升式平臺主電站選型分析可看出，主發電機組選型主要考慮主發電機組的適應性、機組的可靠性、大修周期、操作費用等，同時發電機組要滿足平臺電負荷的要求[2]。主電站的選型主要考慮以下幾個方面的關鍵因素。

5.1 海洋油田用電總量

根據海洋稠油油田生產、生活、安全消防等用電負荷統計，按照不同負荷分類，考慮相應的安全系數，計算出稠油油田在整個開采期內分年的負荷要求[3]，還應考慮某些時段特殊工藝過程或操作情況下的負荷要求。結合以上各種要求，確定電站總容量。

發電機組的功率選擇原則為：發電機組的額定功率應大于或者等于1.1倍的計算功率。

5.2 燃料供應情況

主電站的燃料費占油氣田操作費很大比例，在燃料優選時，對主電站總燃料費作定量估算。

總燃料費用G為[4]

G = Np×t×b×F×103

式中：G——油田開采期內主電站裝置的總燃料費，元；

Np——油田開采期內的總平均電負荷量，kW；

t——油田開采期內的主電站裝置總運行時間，h；

b——主電站裝置的耗油率，kg/(kW·h)；

F——燃料的綜合比價，元/h。

油氣田工程燃料氣的供應情況是決定主電站機組選型的決定性因素之一。就目前情況而言，燃料氣供應充足一般都選用燃氣輪機電站機組；燃料氣供應嚴重不足一般考慮選用原油往復機電站機組。燃料氣供應介于充足和嚴重不足的中間情況。要通過不同方案的燃料費用分析等作出優化選擇。

燃料的品質決定主電站的性能，故需對邊際油田的伴生氣、原油進行物性分析，根據伴生氣、原油的物性情況選擇合適的發電機組。如某品牌燃氣發電機組對天然氣的要求為

甲烷值>65%；相對濕度<80%；溫度40～60℃；H2S含量<0.2 mg/m3。

5.3 技術先進性考慮因素

對機組功率大小、機組負荷特性、備用量或者備用系數、質量和尺寸、振動、效率/維修費、噪音限制、尾氣排放標準等因素，經過技術參數對比，選擇最優[5]。

對于發動機，主要考慮動力性和結構緊湊性、經濟性、可靠性和耐久性、振動、噪聲和排放等環保指標；對于發電機主要考慮其經濟性、結構緊湊性、保障性等[6]。

5.4 操作維修

由于海上操作環境和維修空間相對較狹窄，主電站應選用可靠性高、操作性好、易于維修的主發電機組。此外，還用考慮主發電機組的實際維護及大修情況，往復式發電機組大修時可以在現場進行，而透平發電機組大修時主要送往國外廠家，現場只進行透平發電機組交換，與復式發電機組相比，維修周期更長，維修費用更高。

6 結論

主電站的設計和原動機選型滿足CFD2-1自升式平臺的安全、經濟、技術先進可靠、易于操作維修、通用性等要求，該平臺設置原油發電機組和天然氣發電機組，兩種型式發電機組完全滿足自升式平臺停泊、升降、生產、應急等工況。

從現階段來看，平臺暫無類似電站配置，對于以后近似油田的電站選型具有一定的參考意義。通過對CFD2-1自升式平臺電站選型探討中可以看出，油田原油、天然氣物性情況是決定電站型式的關鍵性因素。如，當油田燃料氣供應嚴重不足，就目前情況而言，從電站機組的運行經濟性(燃料費用)考慮，一般電站只選用原油往復機型式；而燃料氣供應充足，一般只選用燃氣輪機電站。只要嚴格按照這些原則，采用規范、科學、合理的方法，就可以找到最適合自升式平臺的主發電機組。在平臺運維階段，還應對本課題的選型結果進行論證，并進行深入研究。

[1] 陳 希,姬曉東,周 斌,等.海上油田主電站選型淺析[J].中國造船,2010,12(6):597-601.

[2] 邱 波,韓 冬,張慧芳.錦州25-1南油氣田主電站的選型設計[J].海洋石油,2009，29(3):103-105.

[3] 劉仁臣.近海油田平臺電站主發電機組設計選型[J].石油工程建設,2006，32(5):21-23.

[4] 孔令海.海洋平臺燃氣透平電站的選型設計[J].中國海上油氣(工程),2001，13(4):47-51.

[5] 陳 海,王文祥,單彤文.原油發電機在海洋工程設計中的應用[J].中國海上油氣(工程),2002,14(5):41-47.

[6] 杜 良.船舶柴油發電機組選型研究[N].華東船舶工業學院學報：自然科學版,2005，19(5):10-14.

[7] 李 明,姜春明,王術新.船用柴油發電機組的選型探討[J].艦船科學技術,2004,26(3):31-33.

[8] 王建文.無人駐守平臺在“三一模式”開發邊際油田中的應用[J].中國海洋平臺,2010,25(1):13-15.

The Power Station Selection Scheme for CFD 2-1 Jack-up Platform

GU Wei, LI Yong, HAN Xu, TAN Jing-xuan, LI Gui-zhong, HOU Zhi-heng

(Marginal Oil Fields Development Project Group, CNOOC Energy Technology and Services Ltd., Tianjin 300457, China)

In order to assure extremely the chosen generator for the jack-up platform to be reliable, safe and economical, the production and quality of the crude oil and associated natural gas of the Caofeidian 2-1 oilfield are analyzed. Combining with analysis of the total electricity, various power plant performance, etc., the best power station selection scheme is determined for Caofeidian 2-1 jack-up platform, which is proved to be economic and reasonable, with feasible technology, convenient operation and management.

CFD2-1 self elevating platform; main station; station selection

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.025

2015-05-06

谷 偉(1983-)，男，學士，工程師

U674.38

A

1671-7953(2015)06-0107-04

修回日期：2014-06-30

研究方向:從事海洋采油平臺設備運維與管理

E-mail: guwei4@cnooc.com.cn