張新平,夏宏南 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院,湖北荊州434023)

王躍曾,唐海雄 (中海石油 (中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518067)

鄧文鋒 (中海石油能源發(fā)展公司深圳船舶代理公司,廣東深圳51 8067)

1 海上平臺發(fā)展簡況

在水深大于500m的深海油氣勘探開發(fā)中所應(yīng)用的海上浮式結(jié)構(gòu),經(jīng)歷了從沉箱型 (Pontoon)半潛式平臺 (Semi-submersible Platform)、鉆井船 (Drill Ship)、張力腿平臺 (TLP:Tension Leg Platform)到桿狀圓柱平臺 (Spar Platform)等發(fā)展歷程。在這些形狀各異的浮式結(jié)構(gòu)平臺應(yīng)用中,普遍存在著基礎(chǔ)浮體互換性、穩(wěn)定性、抗風(fēng)與抗流能力的局限;如果作為FPSO(Floating production storage offloading,浮式生產(chǎn)、儲存、外輸船),則存在需要復(fù)雜的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)等問題。2005年8月墨西哥灣遭受 “卡特里娜”(Hurricane Katrina)五級颶風(fēng) (最高風(fēng)速280km/h(150kts))襲擊后,美國政府對石油開采的安全和環(huán)境保護(hù)提出了更加嚴(yán)格的要求。同時(shí),高溫、高壓、深井、極地等深海惡劣的自然環(huán)境 (如美國阿拉斯加和俄羅斯薩哈林島)要求新興平臺的設(shè)計(jì)更加注重作業(yè)安全、“環(huán)境友好”、零排放和裝置 “瘦身” 方案。

2 海上 “飛蝶” ——單體圓柱平臺的出現(xiàn)

為了適應(yīng)市場需求,就必須克服以上各種基礎(chǔ)浮體結(jié)構(gòu)上存在的不足。目前在世界上出現(xiàn)了一種新型漂浮式單體圓柱主體結(jié)構(gòu) (圖1),由于其形狀在海上酷似飛蝶 (UFO:unidentified flying object),故稱其為 “海上飛蝶”。

圖1 新型單體圓柱平臺

該平臺被設(shè)計(jì)為一個(gè)半潛式單體圓柱,平臺主體為全封閉式結(jié)構(gòu),除了頂部和底部,其余部分的橫截面都具有相同的直徑 (圖2)。平臺下體 (圓筒的入水部份)壓載后提供主要浮力,并保證平臺作業(yè)安全,可以安裝動力定位裝置。高出水面的筒體部份可以安裝錨機(jī),從而實(shí)現(xiàn)混合定位。根據(jù)不同的用途,筒體內(nèi)部可以設(shè)計(jì)為分隔的艙室形成儲存艙 (原油、鉆井散裝料、燃油、水)、壓載艙和管匯艙。圓筒上部可以安裝不同的模塊,從而形成生產(chǎn)油輪FPSO、自航式鉆井平臺MODU(Mobile offshore drilling unit)、多用途支持平臺MSV(Multipurpose support vessel)、液化天然氣平臺FLNG(Floating liquefied natural gas production)、天然氣集輸站GTW(Gas to wire offshore plant)、鉆井生產(chǎn)平臺FDPSO(Floating drilling production storage offloading)以及海上生活基地FAU(Floating accommodation unit),也可以成為深海動力電站 (deep-sea power plant)、深海補(bǔ)給站 (deep-sea refueling stations)等裝置,用以進(jìn)行石油天然氣的鉆探、處理和儲存。

3 單體圓柱平臺發(fā)展現(xiàn)狀

目前,“塞萬鉆工”(Sevan Driller)平臺 (圖3)在我國中遠(yuǎn)控股的啟東船廠建造并通過了試運(yùn)行。該平臺配置了目前石油界最先進(jìn)的鉆探能力:雙鉆井井架,甲板面積 5800m2,甲板可變載荷超過15000t,配備了12500ft(1ft=0.3048m)的隔水管,自航速度7～9kn(1kn=0.514444m/s)。具備高達(dá)150000bbl(1bbl=158.9873dm3)桶的原油存儲容量,配備了柔性補(bǔ)償壓載系統(tǒng)、動力定位和錨泊定位系統(tǒng)。該平臺將被巴西石油公司 (Petrobras S.A)首次應(yīng)用于巴西的桑托斯盆地的石油鉆探。

圖2 單體圓柱平臺剖視圖

圖3 的我國建造的 “塞萬鉆工”

在世界范圍內(nèi),單體圓柱平臺的分布情況:英國北海 (North sea):2艘,墨西哥灣 (U.S gulf of Mexico):1艘,巴西 (Brazil):1艘,中國在建 (New builds-China):2艘。

“海上飛蝶”將被廣泛應(yīng)用于深海的油氣勘探和開發(fā),擔(dān)負(fù)海上鉆探、生產(chǎn)、原油處理、存儲和外輸?shù)雀鞣N工作,成為未來深海石油開采的有效方式。在石油鉆探領(lǐng)域,該結(jié)構(gòu)配置的鉆井平臺在適應(yīng)極地氣候以及惡劣海況 (臺風(fēng))條件的同時(shí),使得作業(yè)水深、鉆探地層深度均有較大提高。由于該結(jié)構(gòu)具有安全性高、運(yùn)動性能好、建造規(guī)范、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化容易、互換性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),將在深海領(lǐng)域的能源開發(fā)和利用方面發(fā)揮積極作用。