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2016-06

深水水下生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現狀與展望

發(fā)布時(shí)間 : 2016-06--06 點(diǎn)擊量 : 0
摘要：水下生產(chǎn)系統經(jīng)歷了由潛沒(méi)式水下井口、半干半濕式水下井口到濕式水下井口的發(fā)展歷程，形成水下井口、水下采油樹(shù)、水下管匯、水下遠程控制系統等在內的功能配套的水下生產(chǎn)系統。截至2014年年底，已有約6400口井采用水下完井、320多個(gè)水下油氣田運行在世界各大海域，水下生產(chǎn)技術(shù)已成為深水油氣田開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)。自1996年我國南海流花11–1油田國內第一次應用水下生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行油氣田開(kāi)發(fā)以來(lái)，相繼建成了陸豐22–1、惠州32–5/26–1N、崖城13–4、荔灣3–1等10個(gè)水下油氣田，并實(shí)現水下管端件等設施國產(chǎn)化。本文簡(jiǎn)要回顧了國內外水下生產(chǎn)技術(shù)的研究進(jìn)展，提出了我國深水水下生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展思路?！　∫?、前言　　水下生產(chǎn)技術(shù)是經(jīng)濟高效開(kāi)發(fā)邊際油田、深海油田的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著(zhù)海上油氣田開(kāi)發(fā)深度的不斷增加，該項技術(shù)以其顯著(zhù)的技術(shù)優(yōu)勢、可觀(guān)的經(jīng)濟效益得到各石油公司的廣泛關(guān)注。自1947年美國第一次提出水下井口的概念以來(lái)，隨著(zhù)各種新技術(shù)的應用，水下生產(chǎn)系統經(jīng)歷了由淺?！猩钏?100~500m)→深水(500~1500m)→超深水(1500~3000m)、由有潛水作業(yè)→無(wú)潛水作業(yè)的不斷發(fā)展和完善的過(guò)程。20世紀50年代以“水下干式艙”技術(shù)為核心，60年代早期濕式無(wú)潛水員多井口系統得到發(fā)展，1975年位于英國北海、水深75m的阿格油田采用一艘半潛式生產(chǎn)平臺(SEMI–FPS)和水下生產(chǎn)系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)，意味著(zhù)水下生產(chǎn)技術(shù)由單純的水下完井系統向水下油氣生產(chǎn)系統的轉變?！　∵M(jìn)入20世紀80年代后，水下關(guān)鍵設備如海底叢式井口，干式、濕式采油樹(shù)，多井管匯，海底計量裝置等得到開(kāi)發(fā)，水下增壓、水下油氣處理等創(chuàng )新技術(shù)逐步進(jìn)入現場(chǎng)試驗和工業(yè)化應用階段，水下遙控作業(yè)機器人作業(yè)水深達4000m，水下油氣田開(kāi)發(fā)模式日益豐富，應用水深、水下油氣田回接距離的記錄快速刷新。截至2014年年底，全世界已有500多個(gè)油氣田應用水下技術(shù)，水下完井數達6400多口，從水深幾米到數千米、從海上大型油氣田到邊際油氣田，從北海、墨西哥灣到巴西乃至我國南海東部海域都有許多成功的案例。當前應用水下生產(chǎn)系統開(kāi)發(fā)的油氣田水深記錄為墨西哥灣Peidido項目，最大水深2943m;同時(shí)應用全水下生產(chǎn)系統開(kāi)發(fā)油氣田并通過(guò)143km的海底多相輸送管道直接回接到陸上終端已在挪威斯諾黑氣田成為現實(shí)。水下生產(chǎn)系統正在成為經(jīng)濟高效地開(kāi)發(fā)深水油氣田和海上邊際油氣田的重要技術(shù)手段之一?！　∥覈Ｑ笫涂偣咀猿闪⒅?，就十分重視及時(shí)掌握國外海洋石油開(kāi)發(fā)的各項新技術(shù)的應用成果。隨著(zhù)海洋石油開(kāi)發(fā)的目標由渤海等淺水海域轉向東海、特別是南海的中深水域，水下生產(chǎn)技術(shù)應用的重要性日益顯現。1996年我國通過(guò)對外合作采用水下生產(chǎn)系統實(shí)現了我國南海第一個(gè)深水油田流花11–1油田的開(kāi)發(fā)。從1997年開(kāi)始，我國相繼應用水下生產(chǎn)系統成功實(shí)現了陸豐22–1、惠州32–5、崖城13–4、番禺35–2、番禺35–3等海上油氣田的開(kāi)發(fā);2014年，我國第一個(gè)水深超過(guò)1000m的深水氣田荔灣3–1建成投產(chǎn)。目前我國已有10個(gè)水下油氣田建成投產(chǎn)，并正在開(kāi)展水下井口設備、水下控制系統、水下管匯等關(guān)鍵設備的國產(chǎn)化，水下管端件等設備已在海上油氣田得到成功應用?！　《?、水下生產(chǎn)系統的基本組成及發(fā)展動(dòng)態(tài)　　(一)水下油氣田開(kāi)發(fā)工程設施的組成　　水下生產(chǎn)技術(shù)是相對于水面開(kāi)采技術(shù)(如井口平臺、浮式生產(chǎn)設施)的一種海上油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)。它主要通過(guò)水下完井系統、部分或全部安裝在海底的水下生產(chǎn)設施、海底管道等將采出的油、氣、水多相或單相流體回接到海上、水下依托設施或陸上終端進(jìn)行處理。水下井口技術(shù)及系統發(fā)展歷程見(jiàn)圖1?！　?　　應用水下生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)油氣田工程系統包括水下生產(chǎn)設施、水面依托支持設施、海底管道和立管、安裝維護設施以及水下油氣處理系統等，水下生產(chǎn)系統開(kāi)發(fā)油氣田的工程設施見(jiàn)圖2。具體如下?！　?　　(1)水面依托支持設施主要包括水面控制單元，所依托油氣水處理設施，電力供應單元，所需化學(xué)藥劑注入單元等?！　?2)水下生產(chǎn)設施指在水下完井設備、海上控制技術(shù)基礎上逐步開(kāi)展完善的水下生產(chǎn)系統的基本組成設備。包括水下井口、水下基盤(pán)，水下采油樹(shù)，水下管匯，水下控制系統等?！　?3)海底管道和立管主要包括生產(chǎn)管道，臍帶纜，海底電纜，注水、注氣管道?！　?4)安裝維護設施主要包括安裝水下井口采油樹(shù)等的鉆井平臺，遙控作業(yè)機器人，遙控作業(yè)工具(ROT)，修井控制系統以及相應的安裝工具、測試系統等?！　?5)水下油氣集輸處理系統指在水面油氣集輸處理技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的水下油氣水分離技術(shù)，水下多相增壓技術(shù)和正在探索中的水下電力分配系統等?！　?二)水下生產(chǎn)技術(shù)的應用范圍　　水下生產(chǎn)系統可用于海上油氣田生產(chǎn)，注水、注氣系統，也可用于將探井轉變?yōu)樯a(chǎn)井，其主要應用領(lǐng)域如下?！　?.中深水域衛星油氣田、邊際油氣田　　隨著(zhù)淺水、中深水海域油氣田的大規模開(kāi)發(fā)，相應的海上平臺、海底管道/管網(wǎng)等基礎設施已初具規模，依托已有設施、采用水下生產(chǎn)系統還是簡(jiǎn)易井口平臺等進(jìn)行這類(lèi)海上油氣田的開(kāi)發(fā)是工程方案比選的重點(diǎn)。通常在150m水深范圍內，采用水下生產(chǎn)系統還是簡(jiǎn)易井口平臺需要綜合進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟比較，一般取決于油氣田類(lèi)型、人工舉升模式，如油田需要采用井下電潛泵時(shí)，比較的重點(diǎn)是修井方式費用等，最終決定因素為在技術(shù)可靠的前提下的經(jīng)濟性?！　∮凸?BP)等專(zhuān)門(mén)針對北海海上油氣田開(kāi)發(fā)工程做過(guò)比較，給出當地采用簡(jiǎn)易平臺開(kāi)發(fā)海上邊際油氣田的經(jīng)濟門(mén)限如下：水深70m處至少設8口井;水深100m處至少設16口井;水深200m處至少設32口井[6]。水下生產(chǎn)系統已經(jīng)成為邊際油氣田、衛星油氣田高效經(jīng)濟開(kāi)發(fā)的主要模式，目前在我國南海水深115m處的惠州26–1N油田、惠州32–5油田均采用該模式進(jìn)行衛星區塊開(kāi)發(fā)?！　?.深水、超深水油氣田開(kāi)發(fā)　　走向深水是水下生產(chǎn)系統應用的主要趨勢，一般固定平臺、深水浮式平臺費用隨水深呈指數增長(cháng)，而水下生產(chǎn)系統費用隨水深呈直線(xiàn)增長(cháng)。2000年66%的水下井口位于200m以?xún)人睿?005年44%的水下井口位于460m以?xún)?。當水深超過(guò)1000m后，借助遙控作業(yè)機器人技術(shù)的迅速發(fā)展，水下生產(chǎn)系統在深水、超深水海域的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢將更為明顯，據有關(guān)專(zhuān)家保守估計，此時(shí)水下完井數將占到總的完井數的55%~70%?！　∧壳八律a(chǎn)系統主要應用在世界深水油氣田開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)區域，墨西哥灣、巴西、西非，各個(gè)海域應用情況見(jiàn)圖3。采用水下生產(chǎn)系統+浮式生產(chǎn)系統、水下生產(chǎn)系統回接到中深水固定平臺實(shí)現部分或全部深水油氣藏的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為深水油氣田開(kāi)發(fā)的主要形式之一?！　?　　(三)水下生產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)及應用　　應用水下生產(chǎn)系統進(jìn)行海上油氣田開(kāi)發(fā)具有以下特點(diǎn)?！　?1)采用水下生產(chǎn)技術(shù)可充分利用周邊已有或在建水面設施;　　(2)深水、井數少或油藏較分散時(shí)，與深水平臺相比，采用水下生產(chǎn)系統具有建設周期短、初始投資低等優(yōu)勢;　　(3)采用水下井口油氣井布置較靈活：如叢式井不能鉆及的邊緣地區可采用水下衛星井完井形式;　　(4)水下生產(chǎn)系統適用水深范圍從幾米到數千米，且可用于各種復雜海況，如海上冰區等;　　(5)通過(guò)水下完井方式可將探井、評價(jià)井轉變?yōu)樯a(chǎn)井，從而不致使探井報廢;　　(6)水下生產(chǎn)設備可回收利用，在降低油氣田開(kāi)發(fā)成本的同時(shí)還有利于海洋環(huán)境的保護和海上交通航行的安全;　　(7)水下生產(chǎn)系統可用于不允許建立水面設施如固定平臺、深水浮式平臺的軍事禁區和航線(xiàn)?！　∧壳叭澜缫呀?jīng)發(fā)現33個(gè)超過(guò)億噸級的大型油氣田，墨西哥灣、巴西、西非正在成為世界深水勘探的主要區域，與此同時(shí)深水技術(shù)研究已經(jīng)取得了顯著(zhù)成果，深水平臺的設計建造技術(shù)逐步完善、水下生產(chǎn)新技術(shù)不斷涌現，一大批深水油氣田建成投產(chǎn)，深水開(kāi)發(fā)的記錄被快速刷新，其中水深最深的是位于墨西哥灣的MC990氣田，水深為2943m，鉆探水深記錄為3095m，見(jiàn)圖3。世界上已投產(chǎn)的凝析氣田回接距離最長(cháng)的是由挪威國家石油公司(Statoil)作業(yè)的Snohvit氣田，回接距離為143km?！　?四)研究動(dòng)態(tài)　　水下生產(chǎn)系統是一個(gè)技術(shù)密集、綜合性很強的海洋工程高技術(shù)領(lǐng)域,設施從材料、加工、制造工藝、海上測試到完井、采油、生產(chǎn)設施和海底管道、遠程控制和維修作業(yè)等在內的多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域和專(zhuān)業(yè)部門(mén)。世界上已投入運行的6400多套水下井口系統主要由5家公司壟斷(FMCTechnologies、AkerSolutions、Cameron、Dril-Quip、GEVetcoGrey)。目前從海上油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)際需求和技術(shù)發(fā)展總結其主流發(fā)展趨勢如下?！　?1)深水高溫高壓油藏水下井口設備。水下井口及管匯：水下井口和水下基盤(pán)優(yōu)化、水下通鉆采油樹(shù)、海底電潛泵、多通閥連接、水下快速連接技術(shù);高溫高壓材料：針對深水高溫高壓氣田，開(kāi)發(fā)耐腐蝕、耐磨蝕、耐高溫高壓、絕緣性好的材料，最大限度地減少水下更換作業(yè)和停產(chǎn)損失;水下作業(yè)系統：深水隔水管、高溫高壓防噴器、水下快速連接器以及配套安裝工具?！　?2)水下控制和通信技術(shù)。全電氣控制系統技術(shù)：水下高壓濕式接頭、水密接插件、水下電氣控制的閥門(mén)、執行機構，增加水下遠距離控制半徑、減小控制臍帶纜直徑和液壓液泄漏風(fēng)險;光纖通信技術(shù)和電力載波技術(shù)互補：新型水聲通信技術(shù)、光纖通信、復合電力載波通信和數值傳輸技術(shù)?！　?3)水下遠距離供電技術(shù)。水下輸配電技術(shù)：水下變壓器、水下變頻器、水下高壓濕式電接頭等;水下直流輸電技術(shù)：水下生產(chǎn)系統供電向水下高壓交直流供電方向發(fā)展?！　?4)水下油氣集輸處理技術(shù)。水下油氣水多相混輸增壓技術(shù)：多相泵轉子優(yōu)化、水下壓縮技術(shù)、水下增壓工藝控制;水下油氣水分離技術(shù)：管道式在線(xiàn)分離技術(shù)、旋流分離技術(shù)以及油氣水砂分離及回注技術(shù);水下多相計量技術(shù)：水下在線(xiàn)計量、數值傳輸等?！　〗?jīng)歷了60多年的發(fā)展，水下生產(chǎn)技術(shù)和裝備逐漸成熟，同時(shí)為了適應海洋石油向更深更遠的目標發(fā)展，水下生產(chǎn)技術(shù)正在發(fā)展與更深、更遠相適應的技術(shù)和裝備?！　∪?、國內水下生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展狀況　　(一)我國水下生產(chǎn)系統的發(fā)展階段　　從1987年開(kāi)始跟蹤國外水下生產(chǎn)技術(shù)方面的應用成果至今，我國海洋石油工業(yè)在水下生產(chǎn)技術(shù)方面已實(shí)現從無(wú)到有質(zhì)的飛躍(見(jiàn)表1)，主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段?！　〉谝浑A段(1985―2002年)：合作開(kāi)發(fā)階段，這一時(shí)期最具標志性成果為1996年中國海洋石油總公司與阿莫科東方石油公司(AmocoOrientPetroleumCompany)采用水下生產(chǎn)技術(shù)聯(lián)合開(kāi)發(fā)流花11–1水下油田;1996年，中國海洋石油總公司聯(lián)合挪威國家石油公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)我國南海東部陸豐22–1;2000年，與阿吉普聯(lián)合作業(yè)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)惠州32–5、惠州26–1N水下油田?！　〉诙A段(2002―2010年):合作研究和自主設計并重，這一階段的主要成果為中國海洋石油總公司逐步具備了水下油氣田開(kāi)發(fā)方案的自主研究能力、探索了海上自主搶修技術(shù);標志性成果有：自主完成了陸豐22–1、崖城13–4、流花4–1、番禺35–1/35–2、流花19–5、文昌9–2/9–3等水下油氣田開(kāi)發(fā)方案設計，形成自主的設計技術(shù)，制定了相應的設計規范和標準?！　〉谌A段:水下設備國產(chǎn)研制，這一階段的主要成果為國家科技重大專(zhuān)項、國家科技部“863”計劃、工業(yè)和信息化部、發(fā)展與改革委員會(huì )等在“十一五”“十二五”期間大力支持水下生產(chǎn)設備的國產(chǎn)化進(jìn)程，開(kāi)展水下鉆井設備、水下管匯、水下控制系統、水下多相計量、水下分離器、水下閥門(mén)等裝置的國產(chǎn)化研制計劃。2012年，中國海洋石油總公司聯(lián)合上海美鉆有限公司啟動(dòng)了水下采油樹(shù)維修本地化，2015年年底，已經(jīng)成功完成6棵水下采油樹(shù)的維修作業(yè)和海上安裝;同時(shí)，我國已經(jīng)在崖城13–4、流花19–5等實(shí)現水下管匯和連接器的國產(chǎn)化?！　?二)我國水下油氣田開(kāi)發(fā)現狀　　我國水下油氣田開(kāi)發(fā)進(jìn)程如下：1996年與阿莫科東方石油公司開(kāi)發(fā)了流花11–1;1996年與挪威石油公司合作開(kāi)發(fā)了陸豐22–1;1998年、2000年采用水下生產(chǎn)系統開(kāi)發(fā)了惠州32–5、惠州26–1N;2006―2007年自主修復310m深水流花11–1油
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