渤海灣邊際油田變裝開發模式研究

江 城，李 勇

（中海油能源發展股份有限公司天津分公司 天津300452）

渤海灣存在著數量眾多的邊際小油田，這些油田具備以下特點：單個油田儲量小，經濟開發年限短，油品物性差異較大。隨著我國在近海油田開發技術能力上的不斷突破，海上邊際油田開發已初步形成了區域/聯合開發、三一模式、蜜蜂模式等開發模式。本文在蜜蜂開發模式的基礎上進行優化，提出變裝開發模式的思路。

1 變裝開發模式思路

蜜蜂式開發模式在渤海灣成功應用，使得諸多類似油田找到可復制的開發方案，該模式的主要思路是：建造 1座可移動采油設施（如具備生產及儲油能力的自升式平臺），設施可以重復應用在無依托的孤立小油田，用 3～5年的時間把地下資源開采出來，然后再到另一個油田繼續生產，如此往復，類似于蜜蜂采蜜。該模式具有下列優點：

①適合周邊無依托、離岸距離較遠的邊際油田。

②靈活可移動，成本由多個油田分攤，適合壽命期較短油田的開發。

③油田棄置成本低。

同時，該模式在運行過程中發現一些需要改進之處，主要包括：

①傳統工藝系統占地面積、質量大，工藝系統及平臺基礎投資較高。

②自升式生產儲油平臺用于多油田的適應性較差，1套工藝系統難以覆蓋多個油田。

③若應用其他油田，改造周期長、成本高。

鑒于上述情況，對蜜蜂式開發模式進行優化，創立邊際油田變裝開發模式：下部基礎采用“平臺通用化、功能模塊化、接口標準化”的設計理念，上部工藝采用“高效化、小型化、模塊化”的設計理念，確保自升式生產儲油平臺可經濟、快速地變換上部工藝處理設施，降低平臺建造成本、操作成本、改造成本，提高平臺適應性，最終達到以“一個基礎+多套高效小型化工藝處理系統”實現渤海灣邊際小油田的滾動開發的目的。

2 下部基礎通用化

下部基礎選用自升式平臺，相對固定式的鋼結構導管架平臺。自升式平臺因其可移動性，可以在多個油田重復利用，有效降低邊際油田開發成本。為了適應多油田的開發需求，自升式平臺應盡可能地進行通用化設計。

2.1 設計理念

自升式生產儲油平臺下部基礎采用通用化設計：對多個待開發的邊際小油田進行梳理，統籌規劃開發方案，以效益最大化為目標確定平臺的整體應用方案，確定合理的開發順序；綜合考慮各油田的環境條件、地質條件、上部工藝處理需求，確定典型的設計基礎數據，對平臺基礎進行設計，實現平臺基礎的多油田、多上部模塊的通用性；在平臺設計之初同時考慮平臺改造、上部模塊變換方案，利于實現上部模塊的經濟、快速變換。

2.2 平臺型式

為了最大程度滿足渤海灣邊際油田開發需求，平臺設計最大作業水深 60m（含天文潮與風暴潮），具備生產、儲油、外輸、生活等功能。為了方便平臺的快速撤離及就位，可以考慮增加自航定位功能。

平臺主體為四樁腿、箱形鋼質結構，形狀接近矩形；主體艙室包括原油艙、油污水艙、壓載水艙、海水艙、柴油艙、淡水艙、注水艙、生活污水艙、熱油泄放艙等液體艙室和機泵艙、空壓機艙、原油/油污水外輸泵艙、注水泵艙、艏推艙、艉推艙等機械艙室，為保護原油艙和油污水艙，所有原油艙、油污水艙均設有雙層底。

平臺樁腿采用圓柱形樁腿，艉二艏二，樁腿下端設有樁靴（拖航時樁靴完全收回平臺體內）。每個樁腿設有1套液壓升降系統，樁腿通過升降系統與船體連接和固定，并可將船體支撐于一定高度。生活樓布置在平臺艏部，直升機甲板設置在生活樓上層的前方，為平臺人員提供交通條件。平臺艉部和艏部設有錨泊系統，供平臺就位使用；平臺艏部設拖曳系統，供平臺拖航使用。

2.3 平臺布置

平臺布置需綜合考慮生產需要及安全環保要求。平臺基礎設備基本布置在艙室內和二層甲板工程房，主甲板、二層甲板保持較大的預留空間。平臺主甲板依據功能可分為油氣設備區和工程房區；平臺二層甲板依據功能可分為油氣設備區、工程設備區和生活區。

3 上部工藝高效小型化

海上采油生產平臺上部工藝設施通常包括油氣水處理系統及公用系統、輔助工藝系統，其中油氣水處理系統為主工藝系統，來自井口的生產井液進入原油處理系統逐級進行油氣水三相分離，脫氣、脫水后獲得合格原油進行外輸，該過程中分離出的伴生氣去往氣處理系統，生產水去往水處理系統。原油處理系統是平臺上部工藝系統的核心，本文僅以原油處理系統為例探討上部工藝設施的高效小型化研究。經過幾十年的研究探索與生產實踐，國內已開發出了一系列行之有效的原油處理方法，原油脫水工藝從最初簡單的熱沉降、化學破乳到應用廣泛、技術成熟的電脫水破乳，逐漸形成了現今海上平臺應用廣泛的原油處理系統。

3.1 設計理念

針對采用可移動平臺開發的海上邊際油田，為了降低開發成本，減少設備占地面積，上部工藝設施的高效小型化設計顯得尤為重要。

①篩選不同目標油田，分析各自的油品物性，研究確定系列化型譜，按原油性質分輕質、中質、重質原油，再按不同的處理規模形成多套原油處理方案。

②采用新型工藝處理技術，形成高效小型化的新型工藝系統，節省空間、降低平臺可變載荷、降低能耗、便于維護。

③針對高效小型化工藝系統進行模塊化、系列化研究，模塊化便于各套模塊間經濟快速變換，系列化可滿足邊際油田開發不同油品及不同處理量需求，提高設備適用范圍。

3.2 設備選型

通過與新型制造設備廠家進行交流、比較，選擇以下設備作為高效小型化原油處理設備。

GLCC氣液分離器：如圖 1所示，多相流向上進入鉛垂管道形成攪拌流，再進入傾角向下且與主分離器成切線方向相連的傾斜管道內形成分層流，完成預分離后進入主分離器，密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度小的氣相沿渦旋的中央形成中心氣柱上升至分離器頂部，最終實現氣相從分離器頂部排出，液相從分離器底部流出。GLCC氣液分離器適用于輕質、中質、重質原油。

圖1 GLCC氣液分離器原理示意圖Fig.1 GLCC gas-liquid separator

管式油水分離器：如圖 2所示，利用錐形管形成旋流，達到油水分離的目的。管式油水分離器適用于輕質原油。

圖2 管式油水分離器原理示意圖Fig.2 Tubular oil-water separator

高效三相分離器：如圖 3所示，高效三相分離器相比普通三相分離器，內部結構進行了優化設計，有優良的分離元件，為油氣水分離提供良好的內部環境，避免存在明顯的短路流和返混現象，保證介質流動特性接近塞狀流。高效三相分離器適用于輕質、中質、重質原油。

圖3 高效三相分離器原理示意圖Fig.3 High efficiency three-phase separator

靜電聚結脫水器：如圖 4所示，容器內置絕緣電極，利用電場作用加速油水分離，同時可避免常規裸電極容易產生電流，導致變壓器電流超高、甚至過負荷跳閘的現象。靜電聚結脫水器適用于輕質、中質、重質原油。

圖4 靜電聚結脫水器原理示意圖Fig.4 Electrostatic coalescence dehydrator

3.3 工藝設計

選用新型高效小型化原油處理設備，結合常規設備，針對輕質、中質及重質三種原油性質，每種原油性質設計兩種處理方案，再分別針對三種處理規模，組合形成系列化原油處理工藝設計方案（表 1），可在今后工程實踐中針對目標油田的實際情況，進行參考、選擇及應用。

表1 系列化原油處理工藝設計方案Tab.1 Series of process design for crude oil treatment