海上油氣田開(kāi)發(fā)鉆井平臺(tái)經(jīng)濟(jì)性選型研究

黃彥

摘 ? ? ?要：隨著海洋油田開(kāi)發(fā)從淺海走向了深海，鉆機(jī)制造商生產(chǎn)了各式各樣的海洋鉆井平臺(tái)，那么在同一水深不同平臺(tái)都能鉆井的情況下如何選擇最經(jīng)濟(jì)的鉆井平臺(tái)就成了一個(gè)問(wèn)題。本文從海洋鉆采設(shè)備介紹開(kāi)始著重介紹了固定式鉆井平臺(tái)中的樁基式導(dǎo)管架平臺(tái)、順應(yīng)塔式平臺(tái)，移動(dòng)式平臺(tái)的自升式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、鉆井船等各類海洋鉆井平臺(tái)及其優(yōu)缺點(diǎn)和工作水深范圍，并對(duì)主流鉆井平臺(tái)進(jìn)行了歸類;之后利用Questor軟件建模，通過(guò)不同平臺(tái)單井投資的對(duì)比達(dá)到鉆井平臺(tái)優(yōu)選的目的，從而從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)闡述了海上鉆井平臺(tái)如何選型并得出鉆井平臺(tái)優(yōu)選模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)海洋鉆井平臺(tái)選型有一定指導(dǎo)意義，避免了投資浪費(fèi)現(xiàn)象。

關(guān) ?鍵 ?詞：海上鉆井平臺(tái);平臺(tái)選型;投資估算;questor軟件

中圖分類號(hào)：TE52 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）05-0946-04

Abstract： As offshore drilling have moved from shallow area to deep area， drilling rig manufacturers have produced various offshore rigs， so here comes a question of how to drill economically when different rigs can drill at the same depth. In this paper， various ocean drilling rig platforms， their advantages and disadvantages and the working water depth were introduced， such as the tower platform，the jack-up semi-submersible platform， drilling ship and other kinds of marine drilling platform. Questor software was used to achieve the purpose of drilling platform choosing through the comparison of single well investment of different rig. This paper has certain significance for the selection of the offshore drilling platform and avoiding the phenomenon of investment waste.

Key words： Offshore drilling platform; Platform selection; Drilling investment estimation; Questor software

隨著海洋石油開(kāi)發(fā)從淺水海域向深海的發(fā)展，海上鉆井也經(jīng)歷了從淺海向深水（3 000 m）的發(fā)展歷程（如圖1所示）。海洋鉆井存在各式各樣的平臺(tái)，經(jīng)常遇見(jiàn)同一水深各種鉆井平臺(tái)都可以工作的情況，那么如何選擇適合的鉆井平臺(tái)就是一個(gè)需要研究的問(wèn)題。

1 ?海上鉆井主要平臺(tái)介紹

海上鉆井平臺(tái)是專門(mén)為海上油氣開(kāi)采設(shè)計(jì)的鉆井平臺(tái)，大體上可分為固定式鉆井平臺(tái)和移動(dòng)式鉆井平臺(tái)（船）。

1.1 ?固定式鉆井平臺(tái)

固定式平臺(tái)是指在海上安裝定位后，不能移動(dòng)的平臺(tái)，是通過(guò)永久性的海底基礎(chǔ)安裝在海上的剛性結(jié)構(gòu)，以建立與陸地相似的鉆井、完井作業(yè)條件。這種平臺(tái)不能移動(dòng)，再利用率低。固定式平臺(tái)由于造價(jià)原因其允許經(jīng)濟(jì)極限工作水深通常小于500 m，只能用于淺海油氣田開(kāi)發(fā)。典型的固定式平臺(tái)包括適用于100～400 m左右的樁基式導(dǎo)管架平臺(tái)，適用于300～500 m的順應(yīng)塔式固定平臺(tái)。

1.1.1 ?樁基式導(dǎo)管架平臺(tái)

最早出現(xiàn)的樁基式固定式平臺(tái)作用類似于重力式平臺(tái)，它也是靠自身重力座于海底，是由插入海底的樁基作為主要支撐的鋼腿，在樁基上部有一個(gè)連接的鋼制平臺(tái)，通常在上部平臺(tái)部分具有生產(chǎn)、鉆井等功能，是一個(gè)綜合性平臺(tái)。典型樁基導(dǎo)管架平臺(tái)如圖2所示。

1.1.2 ?順應(yīng)塔式平臺(tái)

順應(yīng)塔式平臺(tái)又叫柔性平臺(tái)，它也是導(dǎo)管架平臺(tái)的一種，是指在海油環(huán)境荷載作用下平臺(tái)可以圍繞支點(diǎn)在允許的范圍內(nèi)做一定角度的順應(yīng)擺動(dòng)。順應(yīng)塔平臺(tái)的樁腿不像樁基式導(dǎo)管架那么多，該平臺(tái)樁基主要有一個(gè)。這種平臺(tái)上部類似于樁基式固定平臺(tái)，具有集油、鉆井功能。順應(yīng)塔的制造技術(shù)較導(dǎo)管架復(fù)雜許多，造價(jià)也高很多，目前世界上建成超過(guò)500 m的順應(yīng)塔式平臺(tái)僅四座。典型順應(yīng)塔式平臺(tái)見(jiàn)圖3所示。

1.2 ?移動(dòng)式鉆井平臺(tái)

移動(dòng)式鉆井平臺(tái)是指在完成鉆井工作以后可以通過(guò)拖船或者自身動(dòng)力移動(dòng)的平臺(tái)。主要包括自升式、半潛式、鉆井船（或浮式鉆井平臺(tái)）。

1.2.1 ?自升式鉆井平臺(tái)

自升式鉆井平臺(tái)是典型的移動(dòng)式平臺(tái)，目前應(yīng)用廣泛，多適應(yīng)于100 m左右的淺海油田鉆井作業(yè)。該類平臺(tái)由一個(gè)甲板式平臺(tái)和三到四個(gè)升降樁腿組成。鉆完井以后可以移走，且其樁腿如設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)，從應(yīng)力角度而言易于失穩(wěn)，故其工作水深一般不超過(guò)150 m。

1.2.2 ?半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式平臺(tái)大類上分類為移動(dòng)式平臺(tái)，該類型平臺(tái)下部為沉墊浮箱，中部是支撐立柱，上部為鉆井平臺(tái)，根據(jù)浮箱內(nèi)水量的多少?zèng)Q定平臺(tái)吃水的深淺。該平臺(tái)特點(diǎn)是在可以在深水鉆井且移動(dòng)方便。目前最新一代該類型平臺(tái)鉆井深度已達(dá)3 000 m，中國(guó)也生產(chǎn)了工作水深3 000 m的半潛式平臺(tái)海洋石油981號(hào)、 982號(hào)深水鉆井平臺(tái)。大部分半潛式平臺(tái)也具有集油、處理、鉆井功能。因此，甲板面積較大。

1.2.3 ?鉆井船

鉆井船克服了自升式平臺(tái)工作水深的限制，運(yùn)移性好，自航速度快，工作水深大，適用海域較廣;其缺陷是工作穩(wěn)定性較差，必須采取多種措施減少船體升沉、搖擺和橫向運(yùn)動(dòng)。多用做深水探井或者圈閉打井?dāng)?shù)較少的油氣田開(kāi)發(fā)，鉆井船不像別的平臺(tái)一樣既有集輸功能又有鉆井功能，鉆井船只能用做鉆井。

根據(jù)對(duì)上述平臺(tái)介紹進(jìn)行總結(jié)得出，海洋鉆井平臺(tái)中的主流平臺(tái)依次是一體化導(dǎo)管架平臺(tái)、自升式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、鉆井船，頭一個(gè)為固定平臺(tái)，后三種為移動(dòng)鉆井平臺(tái)，如圖7所示。典型固定式鉆井平臺(tái)模型圖見(jiàn)圖8，典型移動(dòng)式鉆井平臺(tái)模型圖見(jiàn)圖9。

2 ?海上油田鉆井平臺(tái)優(yōu)選

在海上油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中多種鉆井平臺(tái)都能滿足鉆井能力的條件下，影響鉆井平臺(tái)選擇的最主要因素是經(jīng)濟(jì)性。因此假設(shè)多種平臺(tái)都能滿足鉆同一水深鉆井的時(shí)候，通過(guò)對(duì)比不同平臺(tái)的單井鉆井投資就可以優(yōu)選出最經(jīng)濟(jì)的鉆井平臺(tái)。

2.1 ?鉆井平臺(tái)優(yōu)選方法

本文是以QUE$TOR軟件為基礎(chǔ)來(lái)達(dá)到比選平臺(tái)的目的。QUE$TOR軟件是目前全球大石油公司在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中計(jì)算工程投資估算的主要軟件，該軟件數(shù)據(jù)庫(kù)具有全球在產(chǎn)盆地油氣田地下和地表特征數(shù)據(jù)庫(kù)，并不定期更新，用戶通過(guò)修改項(xiàng)目輸入值對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行建模，該軟件具有鉆井模擬模塊，地面工程投資模擬模塊，按照水深條件不同，對(duì)不同海上油田鉆井平臺(tái)單井投資進(jìn)行模擬得出不同平臺(tái)的單井投資。得出單井投資模擬結(jié)果后在同一水深條件下通過(guò)分析和對(duì)比單井投資，對(duì)鉆井平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)選，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，同一水深下單井投資最小的平臺(tái)既為最合適的鉆井平臺(tái)。

2.2 ?鉆井平臺(tái)優(yōu)選計(jì)算分析輸入?yún)?shù)

初始建模參數(shù)，以作業(yè)水深作為可變值、通過(guò)選擇典型固定式鉆井平臺(tái)（導(dǎo)管架）、自升式、移動(dòng)式鉆井平臺(tái)（半潛式）計(jì)算出單井投資后進(jìn)行分析，典型模型地質(zhì)開(kāi)發(fā)類參數(shù)輸入?yún)?shù)見(jiàn)表1。

輸入地質(zhì)開(kāi)發(fā)類參數(shù)后鉆井輸入?yún)?shù)，主要有鉆機(jī)類型、水深、井深、井眼軌跡、油藏是否含酸性氣體等參數(shù)模擬不同鉆機(jī)鉆井投資，見(jiàn)圖10。

2.3 ?鉆井平臺(tái)優(yōu)選模擬計(jì)算結(jié)果

通過(guò)以上輸入?yún)?shù)對(duì)不同鉆井平臺(tái)在不同水深的單井投資指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)同一水深情況下進(jìn)行鉆井平臺(tái)優(yōu)選，優(yōu)選結(jié)果見(jiàn)圖11。

2.4 ?海上鉆井平臺(tái)優(yōu)選結(jié)果

通過(guò)以水深為橫坐標(biāo)，單井投資為縱坐標(biāo)，繪制出了典型鉆井平臺(tái)優(yōu)選圖，對(duì)圖10分析得出結(jié)論：

（1）水深在10～200 m，自升式平臺(tái)經(jīng)濟(jì)性更好，導(dǎo)管架平臺(tái)次之。如該類水深選用半潛式平臺(tái)鉆井，投資遠(yuǎn)大于自升式平臺(tái)。

（2）水深在200～400 m，選擇固定導(dǎo)管架平臺(tái)鉆井，相對(duì)半潛式或者鉆井船而言，固定平臺(tái)鉆井更加及經(jīng)濟(jì)，由于沒(méi)有大水深的自升式鉆井平臺(tái)出現(xiàn)，所以大規(guī)模開(kāi)發(fā)宜選用固定式鉆井平臺(tái)。

（3） 對(duì)于深水水域鉆井，選用工作水深400～3 000 m之間的半潛式鉆井平臺(tái)或鉆井浮船。如水深超過(guò)500 m，使用導(dǎo)管架式平臺(tái)單井投資超過(guò)半潛式平臺(tái)投資。

另外通過(guò)已經(jīng)實(shí)際發(fā)生的海上典型項(xiàng)目單井投資與典型鉆井平臺(tái)優(yōu)選曲線模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該曲線的正確性。

3 ?結(jié) 語(yǔ)

（1）本文介紹了各類海洋鉆井平臺(tái)的適用范圍，并對(duì)各類平臺(tái)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，歸納了現(xiàn)有主流鉆井平臺(tái)的類型。

（2）從經(jīng)濟(jì)性方面出發(fā)，利用Questor$軟件進(jìn)行了建模，并分析得出了適應(yīng)不同水深相適應(yīng)的平臺(tái)優(yōu)選結(jié)果，為鉆井平臺(tái)經(jīng)濟(jì)性選型提供了一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]孫琦，紀(jì)國(guó)棟，汪海閣，等. 極地鉆井裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)淺析[J].石油鉆探技術(shù)，2012，40（6）：43-46.

[2]黃悅?cè)A，任克忍.我國(guó)海洋石油鉆井平臺(tái)現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展分析[J].石油機(jī)械，2007（9）：35-36.

[3]劉大輝，Ove T.Gudmestad.極地冰區(qū)海上鉆井平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)研究[J]. 水利科學(xué)與寒區(qū)工程，2019（1）：66-73.

[4]黃書(shū)愷，黃晶，柳洋杰.適合于海上某油田低傷害環(huán)保型水基完井液研究[J]. 當(dāng)代化工，2016（11）：2599-2601.

[5]馬超，劉峰.自升式鉆井平臺(tái)高效就位與安全控制技術(shù)應(yīng)用[J].內(nèi)江科技，2019（4）：29-30.

[6]趙晶瑞，謝彬.半潛式鉆井平臺(tái)船體與隔水管耦合動(dòng)力特性研究[J].中國(guó)造船，2019（A01）：146-153.

[7]羅小芳，孫宇.基于動(dòng)態(tài)故障樹(shù)的半潛式鉆井平臺(tái)鉆井系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 船舶工程，2019（3）：107-114.

[8]高博，姜磊.半潛式鉆井平臺(tái)修理質(zhì)量策劃的分析[J]. 中國(guó)修船， 2018（1）：52-54.

[9]李科文，冷阿偉.半潛式鉆井平臺(tái)開(kāi)發(fā)方案綜合評(píng)價(jià)研究[J]. 船海工程，2018（A01）：97-100.

[10]徐陽(yáng).半潛式鉆井平臺(tái)錨泊系統(tǒng)作業(yè)條件實(shí)例分析[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2018（3）：44-48.