半潛生產平臺在南海海域的應用

半潛生產平臺在南海海域的應用

劉昊,何國雄,李鵬,張寶雷

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300452)

摘要：介紹半潛式平臺的發展歷史，分析半潛式生產平臺的技術優勢，結合流花11-1油田“南海挑戰”號的成功應用，認為半潛式生產平臺在南海具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：半潛式平臺 南海海域 應用前景

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2015.05.038

中圖分類號：U674.38;P751

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2015)05-0141-04

收稿日期：2015-07-30

作者簡介：第一劉昊(1988-)，男，碩士，助理工程師

Abstract:The development history of the semi-submersible platform is introduced, and its technical advantages are analyzed. The successful application of the Nanhai Tiaozhan platform in the Liuhua 11-1 oilfield indicates that the semi-submersible production platform has wide application prospects in South sea.

修回日期：2015-09-01

資助項目：工信部項目(2069F1130022)

研究方向:船舶與海洋結構物設計制造

E-mail:liuhao22@cnooc.com.cn

半潛平臺是從坐底式鉆井平臺演變而來的。坐底式平臺只能在很淺的水中進行作業，其支持力是依靠海底提供。為了能在較深的水中進行作業，研發出鉆井立管，結合日益完善的多點系泊系統，坐底式平臺逐漸可以漂浮在水中進行作業。半潛平臺在不斷的技術革新中完成了逐步的演變，幾乎每10年左右就會產生一次飛躍，平臺的結構形式、材料、平臺性能，以及作業能力都產生了巨大的變化[1]。

第1代半潛平臺1960-1970年建造，作業水深150 m，甲板可變載荷約2 000 t，平臺均依靠多個浮箱提供浮力，從而實現漂浮，以此來替代坐底式平臺依靠海底支持力的方式。第1代半潛平臺多作為海上鉆井裝置進行使用，之后逐漸多見于海上浮式生產系統進行使用。此時的半潛平臺結構形式不很合理，并且設備的自動化程度較低。

第2代半潛平臺1971-1980年建造，作業水深300 m，甲板可變載荷約2 000 t，與第1代相比，第2代半潛平臺取消了橫向浮箱，從而獲得了更好的移動性能，但此時設備操作的自動化程度仍然不高。

第3代半潛平臺1981-1984年建造，作業水深500 m，甲板可變載荷約3 000 t，第3代半潛平臺在設計上加大了構件的尺度和可承受有效載荷，在結構上則采用了雙浮箱構型，結構型式較為合理，是20世紀80、90年代的主力平臺類型。

第4代半潛平臺1984-1998年建造，作業水深1 500 m，甲板可變載荷約4 500 t，第4代半潛平臺在箱型上甲板結構設計上取消了斜撐，只保留了縱向立柱之間的水平支撐，可承受載荷也進一步增大。此時的半潛平臺已可以采用推進器輔助定位，配有部分自動化鉆臺甲板機械，設備能力和甲板可變載荷都有提高。

第5代半潛平臺1990-2000年建造，作業水深2 300 m，甲板可變載荷約5 000 t，在結構上基本與第4代相同。在系泊上以動力定位為主，錨泊定位為輔。

第6代半潛平臺2 000年以后建造，作業水深3 000 m，甲板可變載荷約8 000 t，第6代的上部甲板變為箱型結構，幾乎完全取消了斜支撐，船體結構更為優化，重量減輕，平臺的可變載荷更大，可以適應更惡劣的海況和更深的水深[2]。

第7代超深水半潛式鉆井平臺“福瑞斯泰阿爾法號”2015年6月建成，最大作業水深3 658 m，最大鉆井深度15 240 m，可變載荷達到1萬t，均為目前國內之最、世界前列，可適應除挪威海外的所有作業環境，是目前全球作業水深和鉆井深度最深的半潛式鉆井平臺。

圖1　半潛平臺

1南海油氣資源及海域環境

1.1南海油氣資源

南海是北太平洋西部最大的邊緣海，面積廣闊，平均水深約1 212 m，中部深海平原中最深處達5 567 m[2]。我國南海油氣資源極為豐富，石油蘊藏量約為230億～300億t，其中70%蘊藏于深水海域，開發南海深水油氣是必然趨勢。南海是世界海況條件最惡劣的三大海域之一。深海、惡劣的海況條件以及遠離大陸，都是海上浮式油氣生產裝置設計、建造和運營必須面對的難題。

1.2海域環境

1.2.1季風及熱帶氣旋

南海位于亞熱帶和熱帶區域內，熱帶海洋性季風氣候非常明顯，呈現夏半年、冬半年特征，海面平均風速也因此呈現出季節特點。南海與南海諸島每年11月至次年3月盛行東北季風，5月至9月盛行西南季風，4月和10月是季風轉換時期。熱帶氣旋也對南海及其諸島產生重要影響，這些氣旋七成來自菲律賓以東的西太平洋面和加羅林群島附近洋面，三成來自南海的西沙群島和中沙群島附近海面。1976-2005年平均每年有12.4個熱帶氣旋對南海產生影響，其中大部分是由西太平洋產生后進入南海。

1.2.2海浪

南海海浪主要取決于季風，受其影響，南海的海浪也有明顯的季風特點，夏天流向東北，冬天流向西南。在季風交替的時候，浪向則不明顯。由于冬季季風風速相對夏季較大，故冬季時氣候態波高也較大。

1.2.3環流

南海環流系統受到多種因素的影響，其中最主要的因素則是季風，海流也隨季風而變化。夏季總環流為反氣旋型，盛行東北向漂流，主流在臺灣以南匯入黑潮，支流經臺灣海峽入東海；冬季結構則為一個氣旋型，盛行西南向漂流。南海海流流速整體上比東部海區大，從而造成南海海面夏半年北高南低，冬半年南高北低。南海的上升流分布廣泛，夏季時最強，尤以越南東部海面、海面島東部沿海及粵東沿海和臺灣淺灘一帶最為顯著[3]。

1.2.4氣候環境

南海位置距離赤道較近，受到較多的日照，因而溫度較高。年平均氣溫在25～28 ℃。氣溫最低時平均在20 ℃以上，最高時則可達到33 ℃左右。受到南海和西太平洋水汽的影響，南海諸島常年降水豐富，且雨量具有較強的季節性，主要集中于夏季半年中。

2半潛式生產平臺的適用性及特點

2.1半潛式生產平臺的適用性

海洋環境對平臺的作業性能、安全性以及經濟性具有重要的影響，我國南海海況惡劣，在工程中需要針對我國的海洋環境以及技術經驗特點進行深入研究，采用合理的模式進行開發。

制度建設是生態文明建設的核心。黨的十八大以來，江西在生態文明建設中，強化制度改革創新，初步形成了“源頭嚴防、過程嚴管、后果嚴懲”的生態文明“四梁八柱”制度框架。

深水油氣開發是世界各國海洋油氣開采的重要研究方向，其開采模式也逐步成熟。美國由于其在墨西哥灣具有發達的海底管網的優勢，采用了“浮式鉆采平臺-水下井口/水下生產系統-海底管網”的油氣開發模式；巴西則依據其海域大陸架特點，采用了“半潛式平臺-水下井口/水下生產系統-浮式生產儲油卸油裝置”的開發模式。

南海深海油氣開發目前已經成為我國油氣開發的重要方向，我國借鑒了國外的開發模式，結合自身經驗，經過多年的發展，形成了“浮式鉆采平臺-FPSO-水下井口/水下生產系統”的開采方式[4]。

2.2半潛式生產平臺的特點

除FPSO外，半潛式生產平臺是重要的海上石油勘探開發裝備之一，特別適合我國南海海域的油氣開發。

隨著一代代的設計不斷的完善，半潛平臺構件的尺寸逐漸加大，數量逐漸減少，并且將上部甲板變為了箱型結構，性能日益優化，逐漸形成了現在的半潛平臺。半潛式平臺一般由上部甲板結構、立柱、浮筒、系泊系統、立管系統和樁基等組成。浮筒用來提供足夠的浮力，系泊則是把平臺系泊在海底的樁基上，使平臺保持允許范圍內的相對靜止。半潛平臺屬于中性浮力裝置，浮力與重力相等且其重心高于浮心，依靠立柱水線面形成的穩性高提供穩性。半潛平臺與FPSO的吃水相當，但由于其水線面面積遠遠小于FPSO，故半潛平臺對風浪不敏感，從而具有惡劣海況下良好的運動性能，延長了有效作業時間。半潛式鉆井平臺可以比較容易地改造為生產平臺，半潛式生產平臺兼顧了鉆井、修井功能以及多海底井采油，工作范圍大，工作水深范圍廣，是海上石油勘探開發最有前途的設備之一，在我國深海油氣開發中具有廣闊的應用前景。

半潛式生產平臺組合海底油、氣輸送管線或浮式儲卸裝置(FSO)，可以組成海上油氣開采、生產系統，尤其適用于深海油氣田和邊際油田的開發。我國流花11-1深水油田即采用了半潛式生產平臺。

3半潛式生產平臺在中國南海的應用及前景

3.1流花11-1油田開發方式

1)“南海挑戰”號半潛式生產平臺，此生產平臺是由半潛式鉆井平臺改裝而來。

2)一套包括20～24口井的組塊式水下生產系統和三條與FPSO連接的海底管線。

3)14萬t級的FPSO一艘，由油船改裝而成[5]。

流花11-1油田工程設施圖見圖1。

圖2　流花11-1油田工程設施

3.2“南海挑戰”號見圖半潛生產平臺

我國第一座半潛式生產平臺“南海挑戰”號于1996年3月于南海流花11-1油田投產，其作業水深為310 m，設計排水量為28 379 t，設計高峰年產原油為286萬t，是由一艘1975年建造的半潛式鉆井平臺改造而來[5]。“南海挑戰”號主要功能是[6]：

1)具有完整的鉆井、完井和修井能力，設計壽命為20年。

2)安裝了4臺3 400 kW的發電機及鉆井和20口井的電潛泵的供配電設備。

3)承擔全部水下設備的安裝、操作、維護和回收作業。

“南海挑戰”號在改造時平臺結構增加了2個水下橫向浮體和4個角柱上的4個浮柱，經過擴建平臺生活模塊可住130人。平臺上增設了2臺74 kWC 100 HP的ROV，其中一臺是可以離開平臺到其他地方服務的。平臺將一臺50 t平臺吊機更換為75 t以滿足水下中心管匯的安裝要求，采用11根系泊纜實現海上定位，為臺風期間不解脫設計，共有25根生產立管。

3.3應用前景

半潛式生產平臺具有惡劣海況下運動性能良好、甲板面積大、可較容易由半潛式鉆井平臺改造而來、可兼顧鉆井、修井功能以及多海底井采油、工作范圍大、工作水深范圍廣等諸多優點，具有廣闊的應用前景，可以滿足我國在南海海域的油氣開發需求。我國流花11-1深水油田開采即為半潛式生產平臺運用的成功案例。

在半潛式生產平臺的設計上，“深海半潛式生產平臺總體設計關鍵技術研究”項目，緊密結合我國南海海域自然環境條件，研究開發出一型深海半潛式生產平臺設計方案，其功能滿足我國南海海域油氣資源開發的需求，為我國發展半潛式生產平臺奠定工程技術基礎。

4結束語

半潛式生產平臺經過多年的發展，目前已發展至第7代，功能日益完善優化，加之其具備的運動性能好等多方面優點，可適應我國南海的油氣開發需求。“南海挑戰”號半潛式生產平臺的成功成為了一個良好的先例，為我國今后進一步發展半潛式生產平臺提供了經驗。隨著我國深水油氣開發的日益發展，半潛式生產平臺必將獲得更多的運用。

參考文獻

[1] 譚家翔.海上油氣浮式生產裝置[M].北京：石油工業出版社，2014.

[2] 王夢穎.深水半潛式鉆井平臺總體與壓載系統初步研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011.

[3] 童波，金強.基于南海環境條件的半潛式鉆井平臺設計環境參數分析[J].船舶,2011,02:8-14.

[4] 謝彬,張愛霞,段夢蘭.中國南海深水油氣田開發工程模式及平臺選型[J].石油學報,2007,01:115-118.

[5] 范模.深水半潛式生產平臺總體設計思路與應用前景[J].中國海上油氣,2012(6):54-57.

[6] 陳景輝.南海流花11-1深水油田開發工程[J].中國海洋平臺,1996(1):44-46+4.

Application Prospect of the Semi-submersible Platform in the South Sea

LIU Hao, HE Guo-xiong, LI Peng, ZHANG Bao-lei

(CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Co., Tianjin 300452, China)

Key words: semi-submersible platform; South sea area; application prospect