在开发海上油、气田过程中,平台造价非常高,在工程投资中占有较大比例,特别是在20世纪90年代,油价大幅度下跌,使我国海洋石油工业受到了重大的经济损失,国外许多公司都在研制简易平台,以降低投资,提高效益,高效、快速地开发海上石油。我国海上油田有很多属于边际油田,特别是渤海海域边际油田有10多个,如不降低工程投资和成本,开发这些油田就没有经济效益。简化海上平台是降低开发成本的有效措施之一。即使开发大的海上油、气田,为了降低开发工程投资,提高经济效益,也需要走简化海上平台的路子,简易平台结构设计的研究及优化,对海上边际油田的开发具有重大战略意义。
发展趋势与设计特点
因为低建造和安装成本,简易平台在最近数十年受到石油工业界的青睐,尤其是用在“快速建造”开发边际油气田上。与传统的4腿导管架相比,这使边际油田的开发成本和时间都降低了一半。简易平台的开发,还具有用较小的制造厂地和较少的设备就能建造、可以有较多的厂家来竞争等优点,因此成本可以降低,品质可以提高。在实践中视实际情况,可以用自升式钻井平台,起重船或浮吊驳船等方式来安装,安装方式较有弹性;有些简易平台可以重复使用。
据不完全统计,世界范围内的简易平台类型已经超过了150种,简易平台的技术和未来的发展趋势主要表现在以下几个方面:
标准化:工程公司和运营商已经把重点放在标准化多年。对于非沉箱结构,Atlantia公司的Seahorse(海马)平台就是典型的例子。到目前为止,他们已经安装了70个海马平台和133个简易平台系列。
平台自动化技术:平台正变得越来越简化和自动化,从而能被很好地远程监控。这样的平台能达到无人操作状态,并且能相应减少平台的访问次数,因此操作成本和人员的安全风险会减小。
甲板最小化:因为简易设施能获得资本支出和运营成本效益,所以运营商和工程公司越来越把重点放在甲板最小化上。在资本支出方面,甲板最小化不仅能减少制造成本,而且通过使用自升式平台、起重平台或较小的浮吊来安装可以降低安装成本。
平台访问技术:传统的访问无人值守平台的方式是通过直升机,但是随着平台越来越简化,人员的运输风险已成为日益重要的因素。访问平台时要在低海平面的时候进行,并且访问次数要尽可能少。
电力技术:甲板最小化、无人操作和尽可能地减少登平台次数等,简易平台的这些特性使得它所需要的电力不高。现在有些运营商已经将用于北极地区远程位置管道仪表的鲁棒气体燃烧发电机应用于简易平台上了,比如Apache、TotalFinaElf和意大利的Agip公司。
绿色平台:运营商正在探讨“绿色”平台这个概念,这减少了排放量。运营商比如BP、TotalFinaElf、Shell和Apache正在研究可再生能源,通过蓄电池组来储备可再生能源,如风能、太阳能和波能,来避免废物排放和降低运营成本。在进一步发展中,BP公司率先开发将岸上电气化方案转到海上发电设施上,来减少维修和海上排放。
可重用技术:对环境影响的日益关注、丢弃造成的损失,以及只有不超过五年开采寿命的小型开发越来越多,所有这些因素的综合作用驱使运营商开发可重复使用的设施,用于一系列的开发上。
自安装技术:从美国海湾的历史来看,浮吊和起重平台是安装船中的首选。因为在海湾有充足的可应用的设备,没有必要去找到其他的安装技术或方法。然而在世界其他地区,需要开发出一些可选择的安装技术,以降低安装成本。
自升式平台安装:由于希望较低的安装成本和增加平台重复使用的可能性,世界范围内越来越多的使用自升式钻井平台来进行安装。随着一些运营商、工程公司、钻探承包商在使用自升式钻井平台安装简易平台时获得一些经验和信心,这种方法被更多的石油公司使用和接受。
简易平台的应用
世界上一些大的石油公司,不论在美国的墨西哥湾、欧洲的北海,还是在东南亚国家海域,为开发海上油、气田,都在研制简易平台,以降低投资,提高效益,高效、快速地发展海上石油。
SeaHorse系列简易平台:大西洋海洋有限公司于1982年开始开发第一代SeaHorse简易平台,最初设计是四裙桩两立柱,两立柱位于四裙桩中心,两立柱和四斜撑杆之间配有支杆,适用水深小于30米,建造周期6~10周,由自升式钻井船安装。为了提供更小的平台,将第一代SeaHorse平台简化为两裙桩一立柱,形成单边两斜撑塔式结构,塔柱和两斜撑杆之间配有支杆,该小平台称为SeaPony,适用水深小于10米。为了满足生产设施和起吊能力的要求,在SeaPony的基础上增加两根辅助立柱来支撑甲板,形成单边两斜撑三支撑柱结构,该平台称为SeaHawk,适用水深为91米。SeaKing平台为两柱两桩,外加两根辅助立柱,形成单边两斜撑四支撑柱结构,框架远离井口,井口数可达到6口。SeaHorseⅢ平台水下结构为三角形框架,有一根立柱和两根辅助立柱,形成三斜撑三支撑柱结构,目前这种平台使用最多。SeaHaarvester平台水下结构为矩形框架,有两根立柱和两根辅助立柱,形成四斜撑四支撑柱结构,井槽可达12口,适用水深90~198米,在墨西哥湾有这种平台60多座。目前,在墨西哥湾、北海和世界其他地方使用的SeaHorse系列平台有170多座。
ACE系列简易平台:ACE系列简易平台由Arup公司开发,可以在大多数施工码头进行建造,建造比较方便,不需要很多的建造设备。与传统的方案比较,能节约15%的建造成本。现已开发出了MicroACE平台、NewACE平台、DrillACE平台、MiniACE平台、GuyACE平台和DeepACE平台等类型。MicroACE平台最早于2000年建于北海,水深为32米,有2根隔水套管,有直升机甲板,属于无人操作井口平台,安装和拆除都比较方便。NewACE平台最早于2004年建在澳大利亚Thylacine油田。相对于MicroACE平台,NewACE平台提供了一个可选择的更经济的方案。适合水深为15~50米,设备重量范围50~150吨,桩内一般有7根隔水套管。DrillACE平台采用自升式钻井,适合水深范围45~110米,除去驳船甲板重量外,设施重量范围为50~1500吨。隔水套管数可以达到20根。MiniACE平台适合水深范围15~50米,除去甲板重量外,设施重量范围为300~1500吨,隔水套管数可以达到12根。GuyACE平台适合水深范围110~350米,设施重量范围为50~5000吨,隔水套管数可以达到30根,上部甲板使用的是传统甲板。这种结构建造成本较低,安装速度快,有较好的柔性。DeepACE平台适合水深范围45~100米,设施重量范围为1500~10000吨,隔水套管数可以达到30根。
简易平台的选取
世界范围内简易平台的类型有100多种,在选择是否要用简易平台或者哪一类型的简易平台时,应该先从下列几个方面进行考虑:油区产量、最大的容许井数、生产设施能力、平台场址的土地状况、水深和开发的经济性等因素。主要考虑下列五个主要特性:设计特点、结构性能、建造和安装、运行特性和经济性。并且这几个主要特性通过几个相关参数来进一步的描述,其中包括水深、风暴波高、甲板载荷、生产能力、设计和使用年限、冗余度、强度、船舶碰撞生存能力、刚度、耐疲劳性、耐震性、施工能力、安装方式、操作灵活性、多重提升管、多重隔水套管、可重用性、重量和成本。可以把每个参数评定为1(最低)到5(最高)共5个级别,并且结合方案来进行总体评定。每个参数的作用很容易确定,因此可以评估出哪些参数可以提高所选平台概念的等级。经过审查可行的概念和他们的等级之后,挑选最合适的平台概念。
和传统导管架相比,简易平台的特点是设计简单、低刚度和冗余度。这使这些平台在发生设计、建造和操作错误时更易于损坏和产生缺陷。这就需要了解平台与可靠性、寿命周期成本和风险性相关的特性。简易平台的开发还具有如下缺点:甲板的载荷有限;必须要用自升式钻井平台来钻井或修井;操作和保养较困难。
降低海洋石油开采成本是世界各国石油公司追求的共同目标,而简易平台技术是一条降低油田开发成本的有效途径,因此可以预见,在今后的一段时间,简易平台技术将得到进一步发展。(文/激扬)