譚紅瑩，劉 健，司紅濤，陳 亮，高建梅

(海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451)

1 前言

邊際油田是指采用常規(guī)開發(fā)技術(shù)但無法滿足經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而通過優(yōu)化開發(fā)方案以達(dá)到預(yù)訂最低經(jīng)濟(jì)收益的油田。采用無人平臺設(shè)計(jì)方案，能夠大幅降低邊際油田開發(fā)成本，提高投資效益比。我國海上已有多個無人平臺投入生產(chǎn)，文章以渤海某無人井口平臺開發(fā)方案為例，探討無人井口平臺的設(shè)計(jì)新理念。

2 平臺總體設(shè)計(jì)方案

2.1 工藝流程方案

該邊際油田開發(fā)依托周邊已建老平臺，簡化無人平臺工藝流程，精簡平臺設(shè)備，減小平臺甲板面積和組塊重量，從而降低工程開發(fā)投資成本。無人井口平臺上不設(shè)處理設(shè)施，平臺所產(chǎn)物流利用電潛泵壓力，通過混輸海管輸送至周邊平臺進(jìn)行處理。平臺僅設(shè)有化學(xué)注入橇、多相流量計(jì)和多路閥，實(shí)現(xiàn)單井計(jì)量，通過多路閥匯總各井口物流后進(jìn)入海管外輸。無人平臺注水井水源全部來自于周邊已建平臺上處理合格的生產(chǎn)水，通過注水海管輸送至本平臺，經(jīng)由注水管匯分配進(jìn)入各個注水井中。同時在停產(chǎn)期間，利用注水海管水源實(shí)現(xiàn)混輸海管置換。如圖1、圖2。

圖1 生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Production process flow

圖2 注水工藝流程Fig.2 Water injection process flow

2.2 總體布置方案

采用4腿導(dǎo)管架無人井口平臺設(shè)計(jì)方案，平臺不設(shè)置任何鉆修井設(shè)備，后期可采用鋼絲投撈檢泵+修井船動管柱進(jìn)行修井作業(yè)。平臺井槽排列為3×3，為減少開發(fā)費(fèi)用，其中2口油井采用單筒雙井開采模式。

平臺只有兩層甲板，上層甲板西側(cè)為井口區(qū)，東側(cè)為修井設(shè)備預(yù)留區(qū)。化學(xué)藥劑注入橇布置在甲板北側(cè)，南側(cè)為電儀訊設(shè)備區(qū)域，平臺不設(shè)置任何房間。下層甲板東側(cè)集中布置井口控制盤、多相流量計(jì)、多路閥以及發(fā)球筒，南側(cè)為閉排設(shè)備。

通過對總圖的緊湊優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少甲板面積，降低平臺整體重量，提高邊際油田開發(fā)效益。

2.3 電氣供電方案

無人井口平臺電源引自周邊平臺，通過海底電纜為平臺上的設(shè)備供電。

(1)傳統(tǒng)常規(guī)供電。傳統(tǒng)常規(guī)供電需在平臺上設(shè)置一臺10.5/0.4 kV，2 000 kVA變壓器為400 V低壓設(shè)備與電潛泵供電，井口開采所需的電潛泵變壓器、電潛泵變頻器等都需要放置在本平臺上。平臺設(shè)置多個房間，包括主開關(guān)間/電潛泵控制間、主變壓器間/電潛泵變壓器間、中控間、FM200間、電池間等，房間配套有暖通設(shè)備。如圖3。

圖3 常規(guī)海纜輸電方案Fig.3 Conventional submarine cable transmission scheme

(2)集束海纜供電。與常規(guī)海纜供電形式不同，集束海纜為含有多根三芯的電纜，每一根電纜分別給每口井的電潛泵、生產(chǎn)設(shè)備等供電。采用集束海纜輸電技術(shù)，平臺無需設(shè)置房間，電潛泵變頻器和變壓器設(shè)備放置在為之供電的周邊平臺上，取消無人平臺上大量用電設(shè)備，平臺上僅剩照明與伴熱等少量設(shè)備，極大減少無人井口平臺的甲板面積與組塊重量。如圖4。

圖4 集束海纜輸電方案Fig.4 Cluster submarine cable transmission scheme

通過比選傳統(tǒng)常規(guī)與集束海纜兩種供電方案，如表1，集束海纜供電方案經(jīng)濟(jì)性顯著，最終采用該供電方案，既實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)降本增效，又減少后期作業(yè)維護(hù)費(fèi)用。

表1 不同供電方案對比Tab.1 Comparison of different power supply schemes

2.4 平臺結(jié)構(gòu)方案

4腿無人井口平臺甲板組塊結(jié)構(gòu)采用由梁柱板和斜支撐構(gòu)成的空間桁架，由兩層主甲板構(gòu)成，下層甲板與鉆井小平臺標(biāo)高取齊，取消額外設(shè)計(jì)鉆井平臺結(jié)構(gòu)。平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時對強(qiáng)度和剛度有較大影響的各構(gòu)件都進(jìn)行了模擬，節(jié)點(diǎn)為剛性連接。基本荷載包括結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備荷載、活荷載和環(huán)境荷載。風(fēng)、波浪和海流荷載按API RP 2A規(guī)定的方法計(jì)算，冰荷載按《中國海海冰條件及應(yīng)用規(guī)定》規(guī)定的方法計(jì)算。與環(huán)境荷載有關(guān)的系數(shù)均按API RP 2A和《中國海海冰條件及應(yīng)用規(guī)定》的規(guī)定取值。

荷載組合按操作環(huán)境條件、極端風(fēng)暴條件、操作冰條件和極端冰條件。靜力分析包括：操作環(huán)境條件、極端風(fēng)暴條件、操作冰條件和極端冰條件進(jìn)行荷載組合；地震分析與地震加速度組合；裝船分析按照上船步驟組合；拖航分析與船運(yùn)動組合。

2.5 海底管道方案

無人井口平臺外輸與注水海底管道采用撓性管設(shè)計(jì)方案，相較于傳統(tǒng)鋼制管道，具有以下優(yōu)勢：

(1)撓性管可在陸地預(yù)制成型并纏繞到立盤上。海上安裝可連續(xù)鋪設(shè)，無須焊接與檢驗(yàn)等工作，節(jié)省工期與船舶資源成本。

(2)撓性管剛度小、更靈活，與水下管線連接時，無須提前水下測量和定位，無需單獨(dú)安裝膨脹彎，安裝連接要求精度低，安裝方便快捷。

(3)撓性管抗腐蝕性強(qiáng)，長期輸送介質(zhì)時腐蝕小、結(jié)垢少，因此其維護(hù)次數(shù)少，使用壽命更長。

(4)對于低壽命或邊際油田開發(fā)，鋼制海管在油田壽命結(jié)束時將被棄置處理，無法重復(fù)利用。但撓性管海管可在平臺停產(chǎn)后將其回收至陸地，清理和維護(hù)后可重新用于其他相似油田，極大節(jié)省后期項(xiàng)目工期成本。

(5)混輸撓性海管在國內(nèi)有大量應(yīng)用案例，實(shí)測總傳熱系數(shù)小于理論計(jì)算值，保溫效果更好。

3 結(jié)論

文章主要介紹了邊際油田開發(fā)無人井口平臺設(shè)計(jì)方案，通過對工藝流程、總圖布置，電氣供電、平臺結(jié)構(gòu)、海底管道等設(shè)計(jì)分析，總結(jié)出無人平臺設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為后續(xù)海上無人平臺設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。

1)工藝流程應(yīng)簡化，減少機(jī)械設(shè)備。

2)設(shè)備緊湊布置，減小甲板面積，降低船舶資源費(fèi)用。

3)優(yōu)化供電方案，盡量取消房間及配套通風(fēng)設(shè)備，以降低平臺重量。

4)平臺甲板應(yīng)與鉆井小平臺標(biāo)高取齊，減少額外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

5)設(shè)計(jì)在滿足安全前提下，相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)系數(shù)可按規(guī)范要求臨界選取。

6)盡可能采用撓性管海底管道設(shè)計(jì)方案。