淺析國內多功能增產船的配套

宋國強 陳肖帆 康麗智 劉光偉 穆承誠

中國石油集團海洋工程有限公司天津分公司 天津 300451

為了維持產能并獲得新的油氣儲量發現，國內各大海上油田對酸化、防砂和壓裂等增產作業需求日益增加。為了安全高效的開展海上增產作業，國內簡易的多功能增產船應運而生，即根據增產作業內容臨時配套船舶和增產設備，但存在單航次作業能力有限、單井作業周期長、作業現場不規范等問題。

1 多功能增產船分類

以市場需求和作業環境為基礎，按照專業化成度的不同可大致劃分為三類模式。

1.1 輕度集成

不對船舶進行任何改造，直接將增產設備布置在船舶甲板上。優點是根據施工規模和作業海域情況選擇合適船舶后即可投入生產，設備復員后船舶即可進行其他作業，船舶占用周期短、費用低。缺點是動用的增產設備數量多，要求船舶甲板空間大，施工規模受限。

1.2 中度集成

關鍵增產設備布置在船舶甲板上，利用船舶電力和部分船底艙室進行液體存儲和供應。優點是在具有輕度集成模式不影響船舶其他用途的前提下，能夠較好的利用船舶自身設備設施，減少壓裂設備的數量，相比輕度集成可顯著提高增產作業能力。缺點是在船舶建造初期需要投入一定的成本對船舶壓裂功能進行專業化擴展。

1.3 高度集成

直接打造用于海上增產技術服務的專用船舶，完全的專船專用，可以更好的按照增產技術需求進行配套。但缺點是一次性投入成本高，船舶功能單一，后期維護和運營成本高昂。

2 國內外多功能增產船現狀

國內多功能增產船以輕度集成為主，以各種型號的PSV（平臺供應船）作為載體，處于沒有統一標準的一井一策狀態，存在專業化程度低、施工規模受限、安全性和時效性保障困難等問題。

國外則以中度集成和高度集成為主，具有代表性的分別有貝克休斯公司的StimFORCE I、StimFORCE II和StimFORCE III等，以及斯倫貝謝公司的Big Orange 18和Deep STIM II等[1]。

3 中度集成多功能增產船配套方案

從當前國內市場環境看，因中度集成的增產船具有多功能性，能夠兼顧增產作業、貨物運輸、散料補給和平臺支持等多種作業功能[2]，所以經過科學的選型和配套，該類船舶依然是國內從事海上增產作業的主要形式，具有較好的研究價值。

3.1 船型的確定

以PSV（平臺供應船）設計為基礎擴展增產作業功能，同時根據船型和增產作業需要專門配置部分增產設備，以多功能為目的，同時取得近海供應船、特種用途船和油田增產船等船級附加標志，控制制造和后期運維成本。根據國內外現有同類成熟船只相關參數和國內海上增產技術服務需求現狀和趨勢，推薦的船舶基本參數見表2。

表2 中度集成模式多功能增產船推薦參數表

3.2 增產設備配置方案

對于中度集成的多功能增產船，應在不影響船舶多用途的前提下，以實現增產作業能力最大化為目的進行配套，兼顧功能性和經濟性。以推薦的PSV（平臺供應船）和主要海洋橇裝增產設備既有參數為依據，編制了增產設備配置方案（見表3），并繪制了增產設備甲板面布置示意圖（見圖1）供研究人員參考。

圖1 增產設備甲板面布置示意圖

表3 增產設備配置清單

3.3 作業能力分析

1）泵注能力

以8臺2500hhp型壓裂泵橇為基礎完成配套后，按照行業標準的140MPa、105MPa和70MPa三個最高工作壓力等級劃分，可達到3.8～5.5m3/min@126MPa、5.1～7.6m3/min@94.5MPa或7.7～10m3/min@70MPa的泵注能力。

2）液體供應能力

通過連續在線混配供液的方式，可實現單次出航存儲和供應淡水基壓裂液1500m3，滿足海上1層次大規模或2～3層次常規壓裂施工需要。通過調整功能擴展甲板區域的設備配置，增加耐酸罐的數量等方式，可快速實現單次出航供應酸液300～500m3，滿足海上1層次大型酸壓施工或3～5層次的酸化施工需要。而在水質較好的海域，可實現海水基壓裂液邊過濾邊配置邊使用的“無限量”供應。

3）支撐劑供應能力

增產設備配置方案完成配套，通過一次性加料存儲的方式，可實現單次出航存儲支撐劑180m3，滿足當前海上1～2層次大規模或3～4層次常規壓裂施工需要。針對在特定海域海水基壓裂液可“無限量”供應的情況，一次性加料存儲的方式供應支撐劑的數量顯然是不能夠與液體數量匹配的，因此提出柔性絞龍螺旋供砂理念，目的在于實現支撐劑的持續供應。其工作原理為：電機軸和螺旋彈簧絞龍用螺桿鏈接，當電機啟動后，電機帶動絞龍旋轉，輸入端口的支撐劑就會在絞龍的旋轉帶動下，沿著螺旋升角方向運移至出口端，在重力作用下排出支撐劑。與其它供砂設備相比，該設備采用一根軟軸來實現遠距離、多方位的支撐劑運移，有結構簡單、安裝拆卸方便、使用場景多樣等優點。可充分利用作業現場不規則、不連續的設備擺放空間增加支撐劑供應量，或實現運輸船舶與增產船舶之間支撐劑的可持續轉運，從而達到支撐劑持續供應的目的。

4 高度集成增產船配套方向

當前國內海上已經提出“萬方液、千方砂”的壓裂施工目標，但是到目前為止，國內還沒有一艘增產船能夠將這一目標轉化為現實，高度集成增產船的需求呼之欲出。從國外該類船舶服役情況看，裝備性能和作業能力都經歷了時間的考驗，通過長期實踐和作業證明，基本滿足國內外各大海域的油氣田增產作業需要，代表著本專業發展方向，其配套方案依然值得學習借鑒。

4.1 作業能力配套

兼具施工數據采集、分析、處理和遠程控制、遠程協調功能的職能指揮中心；

專業實驗室和儀器儀表，可對現場入井材料進行實時測定和分析，以保障施工質量；

淡水供應量不低于1500m3，以適應淡水基壓裂液配置和使用的需要；

配備大排量海水過濾裝置，依托海水基壓裂液和連續在線混配技術，以實現壓裂液邊取水邊過濾邊配置的“無限量”供應，綜合配液速度不低于15m3/min；

適用于海上使用的耐酸儲罐和連續在線配酸設備，實現總酸供應量不低于1000m3；

兩套大排量混砂設備，實現攜砂液輸送能力不低于15m3/min；

以船舶自身的驅動發電機組為電源，配套大馬力、小體積電驅動壓裂泵橇，并輔以柴驅壓裂泵橇，實現不低于15m3/min的泵送排量和不低于126MPa的實際泵注壓力；

配置下層甲板儲砂罐和上、中層甲板卸砂罐，通過氣力輸送裝置由下向上輸送干料，總砂供應量不低于1000m3；

不低于6種規格的液體添和不低于2種規格的固體添加劑存儲空間，并可實現加量的自動精準控制；

預留用于連續油管氣舉作業、氣密封壓力測試的膜制氮設備或液氮設備布置空間；

可供船員和施工人員食宿的生活空間，除船員外應能提供不少于30人的食宿能力，自持力不低于30天。

4.2 設備功能布局

為實現增產船作業能力和保障施工的便利性、安全性及高效性，需要將增產設備做合理的分配布局，高度集成的專業增產船一般設置上層、中層和下層甲板。

1）上層甲板

主要承擔指揮中心、化驗室、液體添加劑罐、卸砂罐、散貨甲板和吊機等功能。

2）中層甲板

該層甲板是壓裂作業功能區域，承擔布置電/柴驅泵送系統、配酸系統、緩沖批混系統、混砂系統、液體藥劑系統、氮氣泵送系統、高壓軟管系統和高低壓管系等功能。

3）下層甲板

該層主要為存儲區域，設有海水過濾系統、儲砂罐、污水罐、完井液罐和膠液罐等。

5 結束語

過去十余年間，輕度集成的增產船為國內海上增產作業的發展奠定了基礎，發揮了重要作用，但已逐漸暴露出無法滿足海上增產作業發展需求的弊端，限制了海上增產技術的應用。

中度集成的增產船具有多功能性，較好的平衡了經濟性與專業性之間的矛盾，在安全性和時效性上也有所保障，是未來國內增產船的主流配套模式。

高度集成的增產船是提升海上增產作業規模和標準的重要手段，隨著海上增產作業規模越來越大，安全要求越來越高，該種配套是未來不可缺少的模式。