王亮，楊強(qiáng)，宋崢嶸，陳欣，平洋

(1海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

(2 工業(yè)和信息化部產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)中心，北京 100846）

1 概述

所謂邊際油田是指儲(chǔ)量規(guī)模小、按照目前常規(guī)的方法開(kāi)發(fā)，其經(jīng)濟(jì)效益將有很大可能達(dá)不到公司預(yù)先規(guī)定的收益目標(biāo)底線的油田。國(guó)際上通常將通常被定義為，含油量低于3000萬(wàn)桶或油當(dāng)量，采收率為20%至30%的油田。

從油氣田全生命周期開(kāi)發(fā)角度來(lái)看，邊際油氣田一般可以分為原生邊際油氣田和次生邊際油氣田，本質(zhì)上均為現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下經(jīng)濟(jì)性差而無(wú)法開(kāi)發(fā)或者深度挖潛的油氣藏或者區(qū)塊。原生邊際油氣田，指在現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下，由于開(kāi)發(fā)成本高無(wú)法經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)的未開(kāi)發(fā)油氣田，主要包括低滲透、稠油、低豐度和遠(yuǎn)離現(xiàn)有設(shè)施的獨(dú)立斷塊等油氣藏，具有“三低一高”的特點(diǎn)，即低豐度、低滲透、低產(chǎn)能、高粘度。次生邊際油氣田，指隨著開(kāi)發(fā)生產(chǎn)程度的增加，在現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下，在生產(chǎn)油氣田內(nèi)部的低豐度、低滲透、低產(chǎn)能、高粘度等類(lèi)型油藏和儲(chǔ)層無(wú)法有效動(dòng)用，或者主力層和油藏仍存在較大的加密調(diào)整技術(shù)潛力，但由于經(jīng)濟(jì)性差而無(wú)法繼續(xù)實(shí)施加密調(diào)整挖潛。

2 海上邊際油田開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

據(jù)伍德麥肯茲統(tǒng)計(jì)，全球分布在“小型油氣藏”（技術(shù)可采資源量少于5000萬(wàn)桶油當(dāng)量）的可采油氣資源大約有270億桶油當(dāng)量，主要分布在挪威、英國(guó)、尼日利亞和中國(guó)等國(guó)家。馬來(lái)西亞國(guó)家石油公司馬石油（Petronas）報(bào)告稱，該公司擁有106個(gè)邊際油田，含5.8億桶石油[1]。目前渤海海域已探明的邊際油田儲(chǔ)量約9741萬(wàn)噸，占已探明的海洋石油地質(zhì)儲(chǔ)量57%。天津“十四五”規(guī)劃邊際油氣田12個(gè)，規(guī)劃產(chǎn)量2025年達(dá)到120萬(wàn)噸。

從渤海區(qū)域潛在邊際油田物性可以看出（見(jiàn)表1），我國(guó)邊際油田開(kāi)采難度大，采出程度低，生產(chǎn)周期短，新增和未動(dòng)用儲(chǔ)量小[2]，主要困難包括：

表1 渤海區(qū)域潛在目標(biāo)的邊際油田

錦州27-6 2147 32 18-23 13 46渤中3-3 1852 28 24 6 31.5曹妃甸2-1 741 21.7 16 6.2 37.4

●低豐度、低產(chǎn)能——儲(chǔ)量規(guī)模、品質(zhì)存在不確定性風(fēng)險(xiǎn)；

●低滲透、高稠度——現(xiàn)有工藝技術(shù)無(wú)法滿足高效開(kāi)發(fā)；

●無(wú)依托——附近缺乏可依托基礎(chǔ)設(shè)施；

●極端環(huán)境——較為極端的開(kāi)發(fā)環(huán)境，如深水、極淺水、海冰;

●峰值短——油田峰值產(chǎn)能時(shí)間短，生產(chǎn)周期短，處理設(shè)施長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行造成成本浪費(fèi)；

●成本壓力——油公司開(kāi)發(fā)油氣田的桶油成本壓力。

3 國(guó)外海上邊際油田開(kāi)發(fā)裝備技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國(guó)外邊際油田開(kāi)發(fā)技術(shù)，主要有模塊化開(kāi)發(fā)、無(wú)人化平臺(tái)、長(zhǎng)距離回接技術(shù)、以及自安裝技術(shù)等多種手段。（見(jiàn)圖1）

圖1 國(guó)外邊際油田開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀

Mini WHP(Mini Wellhead Platform，簡(jiǎn)易井口平臺(tái))+MOPU(Mobile Offshore Production Unit，海上移動(dòng)生產(chǎn)平臺(tái))開(kāi)發(fā)模式：該種模式充分利用舊鉆井船資源[3]，改造為適用于邊際油田的生產(chǎn)平臺(tái)，同時(shí)新建一個(gè)簡(jiǎn)易井口平臺(tái)。該模式的特點(diǎn)是充分利用舊資源改造，造價(jià)相對(duì)便宜，適用于淺水區(qū)無(wú)依托邊際油田開(kāi)發(fā)。缺點(diǎn)是配合作業(yè)的穿梭郵輪?？肯鄬?duì)困難。

新建WHP+依托周邊MOPU/FPSO開(kāi)發(fā)模式：該模式的特點(diǎn)是只新建一個(gè)井口平臺(tái)以及海纜回接，且新建平臺(tái)一般都簡(jiǎn)易化設(shè)計(jì),造價(jià)便宜，主要適用于淺水區(qū)可依托邊際油田開(kāi)發(fā)[4]。缺點(diǎn)是需要改造老平臺(tái)以滿足注水和供電等生產(chǎn)需求，同時(shí)回接距離有所限制，回接距離一般不超過(guò)10公里。

水下采油樹(shù)+新建/周邊MOPU/FPSO模式：該模式的生產(chǎn)系統(tǒng)主要依靠水下采油樹(shù)完成，油處理系統(tǒng)則需要新建或依托周邊MOPU/FPSO，主要適用于水深超過(guò)1000m，回接距離50km以內(nèi)的深水邊際油田開(kāi)發(fā)。缺點(diǎn)是水下采油樹(shù)費(fèi)用昂貴，且仍需要額外的油處理系統(tǒng)裝置，適用范圍較為少。

圖2 BP公司開(kāi)發(fā)的工藝模塊化

模塊化開(kāi)發(fā)技術(shù)：BP公司開(kāi)發(fā)了工藝模塊化的概念(見(jiàn)圖)，作為Andrew平臺(tái)的升級(jí)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)次生邊際油田。該模塊是通過(guò)螺栓連接工藝安裝到現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施上的，Andrew平臺(tái)有兩個(gè)大型對(duì)接鉤，焊接在現(xiàn)有平臺(tái)區(qū)域外側(cè)的現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)上，以容納新的工藝模塊。兩個(gè)巨大的鉸鏈銷(xiāo)將工藝模塊與對(duì)接鉤接合，使模塊能夠與現(xiàn)有平臺(tái)并排放置。然后用40到60噸額外的鋼結(jié)構(gòu)將模塊綁回并固定到位，形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)。該技術(shù)為開(kāi)發(fā)次生邊際油田提供了解決方案。自安裝儲(chǔ)卸一體化技術(shù)：惠生海洋工程公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出一種淺水浮塔采油平臺(tái)概念(見(jiàn)圖3)，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是適用于淺水至中水深，且無(wú)需重型起重駁船即可輕松制造和安裝。該浮力塔采用spar作為設(shè)計(jì)單元，主結(jié)構(gòu)包括四個(gè)加強(qiáng)環(huán)和連接的圓柱形管，并配有吸力錨（SCF），用于連接海床。每個(gè)圓柱單元的直徑為27.5英尺，長(zhǎng)度為197英尺，包括SCF在內(nèi)的總長(zhǎng)度為227英尺。目前，該浮力塔平臺(tái)已安裝在秘魯近海的科爾維納油田，水深175英尺，日產(chǎn)12200桶、日產(chǎn)1280萬(wàn)立方英尺的天然氣，重量約745噸，上部設(shè)施裝備包括處理石油和伴生氣、分離、處理、注氣和注水、發(fā)電和公用設(shè)施的設(shè)備，以及一條海底管道。

圖3 惠生海洋工程公司開(kāi)發(fā)的淺水浮塔

4 我國(guó)海上邊際油田開(kāi)發(fā)裝備技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)經(jīng)過(guò)十幾年的科研探索與工程實(shí)踐，邊際油田開(kāi)發(fā)技術(shù)以降低工程開(kāi)發(fā)成本和油田運(yùn)行成本為目標(biāo)，通過(guò)簡(jiǎn)化、優(yōu)化工程設(shè)施取得了顯著成果，已基本實(shí)現(xiàn)從淺水到深水、從有依托到無(wú)依托的各種類(lèi)型邊際油田開(kāi)發(fā)能力。目前的開(kāi)發(fā)模式（見(jiàn)圖4）包括：簡(jiǎn)易設(shè)施、三一模式、小蜜蜂、一體化開(kāi)發(fā)。結(jié)構(gòu)形式（見(jiàn)圖5）包括：吸力錨、簡(jiǎn)易導(dǎo)管架、自升式平臺(tái)、座底式平臺(tái)、圓筒型FPSO、CALM單點(diǎn)[5-8]。

圖4 我國(guó)邊際油田開(kāi)發(fā)模式分類(lèi)

圖5 我國(guó)邊際油田結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

4.1 簡(jiǎn)易設(shè)施開(kāi)發(fā)模式

我國(guó)渤海區(qū)域已建設(shè)的油田平臺(tái)規(guī)模較多，數(shù)量約在153座左右。簡(jiǎn)易設(shè)施模式主要針對(duì)可依托老油田的渤海邊際油田開(kāi)發(fā)，結(jié)合特定的目標(biāo)油田，提出簡(jiǎn)化的油田工程設(shè)施和簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)形式[9]。以渤中34-3/5邊際油田開(kāi)發(fā)為例，該項(xiàng)目中簡(jiǎn)易設(shè)施采用井口保護(hù)架結(jié)構(gòu)形式，三根垂直護(hù)管保護(hù)隔水套管的同時(shí)，也作為主結(jié)構(gòu)，并通過(guò)灌漿連接，不設(shè)置鉆/修井機(jī)，修井作業(yè)不頻繁，簡(jiǎn)易設(shè)施模式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、剛度小、冗余度低、受環(huán)境荷載面積小和甲板承載能力低等特征，當(dāng)前已有多座簡(jiǎn)易平臺(tái)應(yīng)用于渤海及潿洲海域。

4.2 三一模式

所謂三一模式，是指一條海纜、一座生產(chǎn)平臺(tái)和一條海底電纜的模式開(kāi)發(fā)，并將其生產(chǎn)的油氣回接到已開(kāi)發(fā)的較近油田[1]。在這種開(kāi)發(fā)模式中新建油田盡可能利用周邊已有設(shè)施與電力等資源。同時(shí)，該模式一般會(huì)結(jié)合無(wú)人駐守平臺(tái)技術(shù)，使邊際油田更具有開(kāi)發(fā)效益，這種模式已被我國(guó)渤海成功應(yīng)用，如遼東灣的錦州20-2油田 NW獨(dú)腿平臺(tái)、曹妃甸11-3／5油田 WHPC 四腿平臺(tái)、北部灣的潿洲 11-4N 油田 WHPA 兩腿三樁平臺(tái)、潿洲6-1油田 WHPA 獨(dú)腿平臺(tái)等[10-12]。該模式的特點(diǎn)是簡(jiǎn)易、無(wú)修井機(jī)、無(wú)注水，往往采用衰竭式開(kāi)采，因此也導(dǎo)致了修井成本非常高、不利于油藏管理、產(chǎn)能衰減快等缺陷。

4.3 小蜜蜂模式

該模式是指通過(guò)移動(dòng)式采油設(shè)施進(jìn)行海上小油田的開(kāi)發(fā)，移動(dòng)式采油設(shè)施可以在多個(gè)油田重復(fù)利用，從而有效降低油田開(kāi)發(fā)投資[13]。以渤海某油田為例，該油田的主要開(kāi)發(fā)設(shè)施為隔水套管支撐井口+移動(dòng)式采油平臺(tái)+5000t級(jí)穿梭油輪(見(jiàn)圖6)[14]，井口區(qū)通過(guò)棧橋與移動(dòng)式采油平臺(tái)相連，各種管線和電纜敷設(shè)在棧橋上，井底物流通過(guò)管線輸往移動(dòng)式采油平臺(tái)，進(jìn)行油氣水處理、原油儲(chǔ)存及外輸，原油通過(guò)軟管外輸至穿梭油輪，再由穿梭油輪運(yùn)至碼頭收油終端。該模式的缺點(diǎn)是生產(chǎn)和儲(chǔ)油在同一區(qū)域，安全性要求較高，同時(shí)外輸油輪?？坷щy，采用“蜜蜂式”開(kāi)發(fā)的油田一般通過(guò)穿梭油輪，成本較高，目前的系泊方案包括單點(diǎn)系泊、靠船墩系泊、兩點(diǎn)系泊等方式。

圖6 小蜜蜂模式開(kāi)發(fā)示意圖

4.4 一體化開(kāi)發(fā)模式

該模式為中海油某科研項(xiàng)目，主要采用了座底式一體化形式（見(jiàn)圖7），工程開(kāi)發(fā)模式為井口保護(hù)架+坐底式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)+外輸油輪兩點(diǎn)系泊。可適適用于渤海15～25米水深，年產(chǎn)20萬(wàn)噸規(guī)模邊際油田開(kāi)發(fā)。該設(shè)施共設(shè)四塊甲板，分別布置于四個(gè)下浮體立柱中心正上方；西北側(cè)甲板為主工藝處理模塊（雙層布置），西南側(cè)甲板為公用處理模塊（雙層布置），東北側(cè)甲板為主電站機(jī)電氣房間模塊，東南側(cè)甲板為生活樓模塊。該坐底式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)方案具有較好的抗冰性和基礎(chǔ)穩(wěn)性、平臺(tái)可遷移能力，以及儲(chǔ)油能力等優(yōu)勢(shì)，適合我國(guó)渤海無(wú)依托邊際油田開(kāi)發(fā)。

圖7 邊際油田儲(chǔ)輸一體化裝置

5 邊際油田的未來(lái)發(fā)展方向

邊際油田的核心目標(biāo)是降低工程開(kāi)發(fā)費(fèi)用，降低日常運(yùn)維費(fèi)用。圍繞該目標(biāo)，將邊際油田與標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、自動(dòng)化、綠色化的跨界融合，最終尋求最優(yōu)化的開(kāi)發(fā)模式（見(jiàn)圖8）[15-17]。

圖8 邊際油田技術(shù)發(fā)展思路

5.1 可遷移標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)施技術(shù)

該技術(shù)方向主要目標(biāo)是涵蓋水深3米-30米、可依托及不可依托，重點(diǎn)研究吸力錨、座底式、自升式等可重復(fù)利用、可自安裝及鉆采儲(chǔ)卸一體化的結(jié)構(gòu)形式[18-22]。主要的關(guān)鍵技術(shù)包括：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易化設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)開(kāi)展抗冰設(shè)計(jì)、平臺(tái)設(shè)計(jì)壽命、環(huán)境條件重現(xiàn)期研究等相關(guān)分析，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)冗余度；

結(jié)構(gòu)可遷移設(shè)計(jì)技術(shù)，根據(jù)目標(biāo)油田的產(chǎn)能對(duì)主尺度規(guī)劃和艙室劃分，通過(guò)重點(diǎn)研究吸力錨技術(shù)和座底式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的安裝/遷移方案，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易平臺(tái)和油氣處理平臺(tái)均可以自安裝和重復(fù)利用；

結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)目標(biāo)油田環(huán)境參數(shù)和物性參數(shù)進(jìn)行調(diào)研梳理和歸類(lèi)分析，開(kāi)展設(shè)計(jì)、建造和安裝的標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)鍵技術(shù)研究，縮減設(shè)計(jì)、建造費(fèi)用。

5.2 功能模塊化工藝技術(shù)

根據(jù)油藏儲(chǔ)量和物性特征進(jìn)行配產(chǎn)劃?rùn)n，將可分功能設(shè)置伴生氣壓縮模塊、電站模塊、加熱器模塊、增壓泵模塊和鉆井生活支持模塊等，結(jié)合可移動(dòng)式平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)能夠滿足油田峰值產(chǎn)能處理需求的可插拔功能模塊化技術(shù)，滿足邊際油田滾動(dòng)開(kāi)發(fā)的不同需求。主要的關(guān)鍵技術(shù)包括：

稠油油田環(huán)境數(shù)據(jù)及物性參數(shù)的回歸分析，對(duì)目標(biāo)油田環(huán)境參數(shù)和物性參數(shù)進(jìn)行調(diào)研梳理和歸類(lèi)分析；

平臺(tái)總體模塊化布置技術(shù)，可分功能設(shè)置，包括電站模塊，滿足油田峰值電力需求；加熱器模塊，滿足油田投產(chǎn)海管預(yù)熱需求；氣田投產(chǎn)部分井加熱需求；增壓泵模塊，滿足油田峰值電力需求；鉆井生活支持模塊，滿足鉆井期間人員住宿需求；鉆機(jī)柴油發(fā)電機(jī)模塊，滿足鉆井期間需求；

油氣處理工藝設(shè)備撬裝設(shè)計(jì)，開(kāi)展工藝流程優(yōu)化設(shè)計(jì)，新型高效油氣水處理設(shè)施的研究，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備設(shè)施對(duì)不同規(guī)模油田適用性研究，工藝生產(chǎn)工藝流程設(shè)備艙室布置研究等。

5.3 自動(dòng)化無(wú)人控制技術(shù)

研究具有分離、外輸、置換、注水、消防或火炬等系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井口平臺(tái)無(wú)人化、中心平臺(tái)少登陸的目標(biāo)[23-24]。主要的關(guān)鍵技術(shù)包括：

簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程和動(dòng)態(tài)安全設(shè)計(jì)研究；

動(dòng)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)、故障診斷研究以及預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)研究；

高可靠性設(shè)備與系統(tǒng)的選用；

通信方式的合理選擇；

防入侵及最少化直升機(jī)飛行。

5.4 綠色低碳綜合利用技術(shù)

通過(guò)低功耗和綠色能源技術(shù)，將平臺(tái)用電負(fù)荷有中控系統(tǒng)、霧笛導(dǎo)航系統(tǒng)、液壓泵、通訊系統(tǒng)等功耗降低至千瓦級(jí)以下，同時(shí)采用風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)供電。主要的關(guān)鍵技術(shù)包括：

集束海纜輸電技術(shù)，根據(jù)平臺(tái)井口數(shù)量，將多于井口數(shù)量的常規(guī)三芯回路海纜集成在一個(gè)海纜結(jié)構(gòu)中；

一體化電氣間（E-HOUSE）技術(shù)，電氣房間模塊化，集成電氣系統(tǒng)、中控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、潛油電泵配套設(shè)施、暖通空調(diào)系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等設(shè)備；

風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)，該技術(shù)擁有就地發(fā)電/供電、安全獨(dú)立、無(wú)需敷設(shè)海底電纜、一次性投資低，資源可再生、沒(méi)有后續(xù)能源費(fèi)用，清潔綠色能源、不造成環(huán)境污染；

海上移動(dòng)式天然氣回收裝置，針對(duì)油田沒(méi)有外輸氣管道，油田前期伴生氣有富裕，多余氣體通過(guò)火炬放空，造成浪費(fèi)和污染，可以考慮設(shè)置移動(dòng)式天然氣回收裝置，生產(chǎn)CNG或者LPG，降低溫室氣體排放，采用移動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)一套裝置重復(fù)使用[25]。

6 結(jié)論

邊際油氣田開(kāi)發(fā)最核心的問(wèn)題是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。因此，積極探索邊際儲(chǔ)量有效開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)營(yíng)機(jī)制，加強(qiáng)邊際油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)研究和創(chuàng)新，采取積極有效的對(duì)策,特別是標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、自動(dòng)化、綠色化的跨界融合技術(shù)是開(kāi)發(fā)動(dòng)用邊際儲(chǔ)量的必然途徑。