多功能海洋平台模块布置方案研究

于 超

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 天津 300452)

0 引 言

随着国内海洋石油资源的深入开发和油气增储上产的要求，油气生产、修井作业、酸化压裂、稠油热采和伴生气回收服务等方面的工程大幅度增加。海洋石油行业对多功能可移动生产作业装备有了新的需求，而可移动生产作业装备因其灵活、经济引起了广泛关注和应用，能够提供多功能、模块化的生产作业装备和提供各种作业支持的设施成为了热门研 究点。

渤海油田需要一种适应能力强、有一定甲板空间、日租金较低的可移动设施，可以支持一种作业场景工况，也可支持2～3种作业场景工况。传统的功能单一型平台已经无法满足此类生产需求，在此背景下，多功能平台应运而生。目前，多功能平台虽然能适应多个作业场景，但每个功能模块在平台上的位置为固定设计，无法灵活拆装，导致其在一些作业场景下功能模块通常没有得到充分的利用却又占据大量的空间，造成了平台空间资源的严重浪费[1]。

本文通过对功能模块的重量、布局进行合理配置，针对4种常见的功能模块提出了相应的布置方案，对修井模块的布置进行了模块化设计，使其能够通过多功能平台搭载的吊机在海上实现自我变装，不仅提高了多功能平台的空间利用率，还有效降低了功能模块变装时的成本，具有十分广阔的应用前景。

1 多功能平台模块布置发展现状

海洋石油平台上部模块的模块化布置设计和建造理念起源于20世纪50年代，自60年代以来在美国、日本等发达国家得到了迅速发展。近年来，随着我国海洋石油平台建设与大规模投用，国内涌现出了一批可移动式平台，例如“海洋石油161”和“海洋石油162”[2]。“海洋石油161”平台于2009年11月 6日建造完成，是一艘插销式液压升降的四桩腿自安装采油平台，钢质非自航，适用于在渤海湾4～30m水深范围内的海域进行原油的生产处理、储存和外输，其主要结构由平台主体、液压升降系统和桩腿等组成[3]；“海洋石油162”是一座四桩腿自升式平台，钢质非自航，平台具备试油、油气分离、储存和外输，以及井口回接、弃井、辅助热采等多种作业功能。该平台配备轮机系统、升降系统、舾装系统、液压系统和完善的生活设施，在国内居领先地位[4]。

随着国内设计和建造海洋石油平台的经验和技术不断提升，通过合理安排功能模块以满足多功能作业需求成为行业发展趋势[5]。一些具备试油、油气分离、原油储存、原油外输、井口回接、弃井、井口支持、修井作业、辅助热采、生活支持、伴生气回收、酸化压裂等功能的平台在油气生产作业中开始扮演重要角色，其适用于渤海地质构造复杂、开发风险较大的油田，能够满足渤海75%油田不同工况的工艺处理要求，具有良好的适应性。

2 不同作业场景下模块布置方案研究

随着海上油气田开发的需要，修井、酸化压裂、稠油热采、伴生气回收的作业需求大幅增加，本文针对这4类作业场景对4种功能模块提出了相应的布置方案，以确保多功能平台在转场作业时能够高效、迅速地完成模块切换，进而降低成本。

2.1 修井作业模块布置方案

修井作业对象为作业平台的井口区，为此，在非作业工况时支持平台要为液压举升修井机设备提供存储的空间[6]。液压举升修井机主体由下底座、上底座、操作平台、悬臂梁等组成，共设置了2套滑移装置，通过可锁紧的液压装置推动使液压举升修井机修井机整体可以在下滑轨上作横向移动，钻台可以在上滑轨上作纵向移动，保证修井机可以覆盖作业平台的任意一个井位[7]。

根据修井作业的需求，修井模块应布置于舷边，便于整体滑移至作业平台。为了增加液压举升装置安装的便利性，避免动用大型吊装资源，降低安装成本，单个结构模块重量不宜超过8t。修井模块的结构总成重量见表1。

表1 结构总成重量明细 Tab.1 Weight details of structural assembly

由表1可知，结构总成的重量均远超平台吊机的能力范围，无法采用平台吊机直接吊装。因此，每一部分的结构总成都需要采取多模块设计，将单个模块的重量控制在8t以下。模块之间的连接要具有便于安装和拆卸、强度和稳定性可靠等特点。

通过滑移底座的方式，将修井模块拆分为多个分块安装，每个分块重量控制在8t以下。

滑移下底座拆分方法如图1所示。图中滑移下底座2条东西向滑轨保持整体结构，所有梯子与下底座之间的连接均设计为可拆卸的结构形式。甲板结构采用分块设计，分块数量和形式参照图中的深色分块框，分块甲板之间的连接形式须满足强度、刚度的使用要求，拆分后的下底座分块重量见表2。

图1 滑移下底座拆分示意图 Fig.1 Disassembly diagram of sliding lower base

表2 滑移下底座分块重量 Tab.2 Block weight of sliding lower base

滑移上底座总成拆分方法如图2所示，图中滑移上底座的2条主梁保持整体结构设计，所有上下梯子与上底座之间的连接均设计为可拆卸的结构形式。甲板结构采用分块设计，分块数量和形式参照图中的红色分块框，分块甲板之间的连接形式须满足强度、刚度的使用要求，上底座分块重量见表3。

图2 滑移上底座拆分示意图 Fig.2 Disassembly diagram of sliding upper base

表3 滑移上底座分块重量 Tab.3 Block weight of sliding upper base

修井模块布置如图3所示。

图3 修井模块布置图 Fig.3 Layout of workover module

2.2 酸化压裂模块布置方案

酸化作业流程为淡水与来自酸液罐的液体进行配液，合格浓度酸液通过压裂泵增压后进入目标井进行挤酸操作；之后淡水经压裂泵对目标井进行顶替，待关井反应完成后进行排酸，返排液体通过船舶运回陆地处理[8]。

压裂作业流程为置液通过压裂泵增压，通过汇管汇总后持续进入目标井进行压裂造缝，支撑物通过混砂橇与压裂用的胶液均匀混合后通过压裂泵和汇管进入目标井[9]；加砂操作完毕后，使用顶替液对目标井中混砂液进行顶替，待关井扩散压力完成后用小喷嘴放喷，不含油返排液体排海，含油返排液通过船舶运回陆地处理。

酸化压裂模块设计应在保证人员和设施安全、防止环境污染的前提下满足油气田开发和生产的要求、方便油气田的操作和管理；控制方案还应遵循安全可靠、经济实用、控制管理灵活方便等原则。

根据工艺流程，酸化压裂模块主要布置方案如下：8台压裂泵撬组(单台尺寸10m×2.5m×3.2m)布置在南侧，左侧为高压软管滚筒，用于将压裂泵的介质注入作业平台井口；设置有300m2砂罐(15m×7m×3m)，布置在最北侧，用于储存压裂用砂液；砂罐旁布置有酸液罐(6m×3m×3m，2台)、混砂橇(8.2m×2.5m×3.25m)、混配橇(8.5m×2.55m×6m)；为了堆放压裂所有砂料，酸化压裂模块设置了1块面积为16m×15m的砂堆场。酸化压裂模块布置如图4所示。

图4 酸化压裂模块布置图(单位：m) Fig.4 Layout of acidizing and fracturing module

2.3 稠油热采模块布置方案

稠油热采技术是通过向油层提供热能，提高油层岩石和流体的温度，从而增大油藏驱油动力，降低油层流体的黏度，防止油层出现结蜡现象，减小油层渗流阻力，达到顺利开采稠油和高凝油的目的[10]。

稠油热采模块主要包括海水预处理系统、锅炉水处理系统、热采锅炉系统、燃料处理系统、氮气系统和公用系统6个部分。其主要流程为：海水提升泵输送过来的海水加热至25℃，经过沉降和超滤橇去除海水中的颗粒物，然后进入除盐橇处理，处理后的浓盐水排海，淡水再经过阳离子交换橇软化、热力除氧橇除氧，软化脱氧合格后通过锅炉水补给泵供给蒸汽锅炉，从蒸汽过滤产生的高温蒸汽经过分配管汇分别注入各口注热井。

结合热注工艺流程，支持平台的布置方案如下：海水供水系统及淡化系统布置在平台西北侧，包括有海水提升泵、海水加热器、脱氧塔、淡化橇、沉降罐、反渗透膜、阳离子交换橇等设备；超滤橇及除盐橇、输水扩容器橇布置在中部，用于将海水进行进一步净化处理，并将软化水输送给蒸汽锅炉；空气压缩机及储罐、氮气压缩机及储罐布置在南侧；蒸汽锅炉配套的给水系统、燃料处理系统、燃料注入系统布置在东侧，为作业平台提供高压蒸汽介质。 稠油热采模块布置如图5所示。

图5 稠油热采模块布置图(单位：m) Fig.5 Layout of heavy oil thermal recovery module

2.4 伴生气回收模块布置方案

伴生气回收是将油气集输工艺过程中的油气分离和原油稳定等环节所得到的油田伴生气，经过进一步加工，分离为以戊烷以上组分为主的轻质油、以 丁烷和丙烷为主的液化气及以甲烷和乙烷为主的 干气[11]。

伴生气回收液化装置工艺流程包括伴生气的增压、净化和液化。接近常压的伴生气首先经过增压，压力增加到5.0MPa以上，然后进入净化单元，脱除酸性气体、水分及微量汞等杂质，净化后的天然气进入液化单元被液化，并输入LNG罐箱存储，在此过程中产生的副产品NGL储存在重烃罐箱[12]。LNG罐箱/重烃罐箱充装到一定液位后，通过平台吊机吊装到LNG罐箱运输船上运回陆地。

根据伴生气回收工艺流程，伴生气回收模块应主要包括预处理模块(伴生气脱酸橇)、增压模块、净化模块(伴生气脱水橇)、胺液再生橇、分子筛再生橇、伴生气液化橇、混合制冷压缩机橇、冷却剂储存橇、LNG储罐橇等，伴生气回收装置的布置结果如图6所示。

增压模块主要包括2台压缩机橇(9m×7m)；压缩机出口管线进入伴生气脱酸橇(6m×3.6m×2.4m)，布置于增压模块右侧，主要包括胺塔顶分离器、胺塔顶冷却器、气体热交换器；随后进入胺液再生橇(13.2m×11.2m×3m)，布置于增压模块南侧，主要包括胺蒸馏器、胺三相分离器、胺液回流收集罐、胺缓冲罐；接着进入伴生气脱水橇(4.8m× 2.2m×4m)，主要包括MS干燥过滤器、进气分离器、原料气过滤分离器、MS干燥器；再进入伴生气液化橇(6.1m×2.8m×2.3m)，主要包括冷箱冷气体分离器、冷箱MR分离器、主冷藏箱；随后进入混合制冷压缩机橇(9.6m×9m×2.8m)，包括MR压缩机、MRC吸入洗涤器、MRC油分离器、MR分离器；最后进入冷却剂储存橇(8.9m×5.6m×2.8m)及LNG储罐橇(29m×14.6m×9m)，LNG储罐橇共41个储罐，分3层布置，如图6所示。

图6 伴生气回收模块布置图 Fig.6 Layout of associated gas recovery module

3 结 语

当今时代，海洋工程装备作为开采海洋油气资源的重要工具，展现出了广阔的市场前景和巨大的发展潜力。通过将修井模块进行分块安装设计，能够实现平台吊机自我变装；同时，在满足生产、安全的前提下对各功能模块进行合理布置，可以使多功能平台空间利用率进一步提高，最大化发挥模块化设计的价值。对海洋平台作业场景需求来说，模块布置技术在未来必然能够发挥更多的功效和作用，是多功能平台今后发展的重要趋势之一。■