深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)立管系統(tǒng)配置研究

左亞?wèn)| 李福建

（中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

隨著近岸淺水水域油氣產(chǎn)量的降低，眾多石油公司已將注意力轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)離海岸的深水區(qū)域。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，海洋油氣總儲(chǔ)量的約44%蘊(yùn)藏在大于2000 m的深水區(qū)［1］。傳統(tǒng)的固定式平臺(tái)已經(jīng)不能適應(yīng)這種深海海洋工程的需求，取而代之的是浮式結(jié)構(gòu)物，包括以油輪為基礎(chǔ)的FPSO、半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)和 SPAR 平臺(tái)等。

深水立管是連接海底油氣田和海上浮體之間的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，是深水油氣田開(kāi)發(fā)最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，也是深水油氣開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。

立管是一套具有許多附加部件的復(fù)雜管系。立管表面一般裝有保溫層、浮力塊、減振裝置、傳感器等附屬物。對(duì)于浮式深海平臺(tái)系統(tǒng)，一方面立管的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，可以從幾百米到幾千米；另一方面，除海底井口和平臺(tái)底部外，立管的其他地方?jīng)]有固定支撐。因此對(duì)立管的強(qiáng)度和疲勞要求很高。

立管按具體結(jié)構(gòu)形式可以分為以下5種：

（1）頂部張緊式立管（Top Tension Riser）;

（2）鋼懸鏈立管 （Steel Catenary Riser）;

（3）柔性立管 （Flexible Riser）;

（4）塔式混合立管 （Hybrid Tower Riser）。

本文研究半潛式生產(chǎn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)工程模式、立管系統(tǒng)選型研究、立管系統(tǒng)的基本配置，掌握半潛式生產(chǎn)平臺(tái)立管系統(tǒng)配置的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)立管系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)水動(dòng)力性能的影響、立管系統(tǒng)強(qiáng)度及疲勞分析等研究打下基礎(chǔ)。

1 半潛式生產(chǎn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)工程模式

由于深水油氣田工程開(kāi)發(fā)模式的多樣性，平臺(tái)的立管系統(tǒng)配置方案有多種選擇，確定一種適合半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的典型工程開(kāi)發(fā)模式是立管系統(tǒng)配置研究的基礎(chǔ)。

1.1 半潛式生產(chǎn)平臺(tái)特點(diǎn)

半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（SIMI-FPS）由上部組塊、浮體、系泊系統(tǒng)、立管和樁基礎(chǔ)組成。浮體的作用是保持足夠的浮力以支撐上部組塊、系泊系統(tǒng)和立管的質(zhì)量。系泊系統(tǒng)是把浮式平臺(tái)錨泊在海底的樁基礎(chǔ)或錨上，使平臺(tái)在環(huán)境力作用下的運(yùn)動(dòng)處于允許的范圍內(nèi)。半潛式平臺(tái)長(zhǎng)期以來(lái)被用在鉆井和采油作業(yè)中，是一種比較成熟的裝備。半潛平臺(tái)上部甲板提供鉆修井、生產(chǎn)和生活等多種功能，平臺(tái)工作時(shí)為半潛狀態(tài)；浮體沉沒(méi)于水面以下部分，提供主要浮力，而且受波浪的擾動(dòng)力較小。由于它具有較小的水線(xiàn)面面積，整個(gè)平臺(tái)在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)較小，因而具有較好的運(yùn)動(dòng)性能。

半潛式平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）輻射狀系泊，不需要特殊轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)；

（2）相對(duì)FPSO而言，運(yùn)動(dòng)較小、比較穩(wěn)定；

（3）初始投資小；

（4）易于連接鋼質(zhì)懸鏈?zhǔn)搅⒐芎腿嵝粤⒐堋０霛撌缴a(chǎn)平臺(tái)的主要缺點(diǎn)在于：

（1）需采用水下濕式井口（Subsea Trees），不易于井口操作和維修；

（2）當(dāng)需要對(duì)油井直接操作時(shí)，費(fèi)用高；

（3）大部分沒(méi)有儲(chǔ)油能力，需用管線(xiàn)外輸；

（4） 垂蕩運(yùn)動(dòng)性能較TLP和Spar平臺(tái)的差。

1.2 典型工程開(kāi)發(fā)模式

1.2.1 SEMI-FPS+水下井口+FSO聯(lián)合開(kāi)發(fā)或外輸管線(xiàn)至岸上

如圖1所示，該模式具有以下特點(diǎn)：

（1）采用濕式采油樹(shù)；

（2）采用柔性立管，也可采用SCR；

（3）可支持較多的水下井口回接，立管數(shù)多，要求平臺(tái)的可變載荷足夠大；

（4）鉆/修井需通過(guò)鉆井船來(lái)完成；

（5）原油通過(guò)管線(xiàn)外輸；原油可直接外輸至岸上處理終端，若平臺(tái)離岸較遠(yuǎn)，則原油先外輸至FSO中轉(zhuǎn)；

（6）建設(shè)周期居中。

圖1 S E M I-F P S+水下井口開(kāi)發(fā)工程模式

該模式下，每口水下井口不經(jīng)水下管匯匯集，通過(guò)數(shù)根立管直接回接至平臺(tái)上。在井口布置方面，對(duì)井口位置要求不嚴(yán)格，新投產(chǎn)井口回接靈活性好。在設(shè)備方面，僅需要水下井口，不需要配置成本高昂且安裝復(fù)雜的水下管匯。在可靠性方面，各井口是完全相互獨(dú)立的，因此井口之間不會(huì)相互影響。在擴(kuò)展性方面，每投產(chǎn)一口井，都需要將立管回接安裝至平臺(tái)上，可擴(kuò)展的井口數(shù)量受平臺(tái)可變載荷和平臺(tái)上立管接口布置空間等因素制約。

由于該模式下，回接至平臺(tái)的立管數(shù)量較多，一般適用于可變載荷較大的大型半潛式生產(chǎn)平臺(tái)。

1.2.2 S E MI-F P S+水下管匯+水下井口+F S O聯(lián)合開(kāi)發(fā)或外輸管線(xiàn)至岸上

如圖2所示，該模式具有以下特點(diǎn)：

（1）采用濕式采油樹(shù)；

（2）采用柔性立管，也可采用SCR；

（3）水下匯集程度高，回接至平臺(tái)的立管數(shù)少，適用于可變載荷偏小的中小型平臺(tái)；

（4）鉆/修井需通過(guò)鉆井船來(lái)完成；水下井口和管匯相對(duì)集中，維修較為方便；

（5）原油通過(guò)管線(xiàn)外輸；原油可直接外輸至岸上處理終端，若平臺(tái)離岸較遠(yuǎn)，則原油先外輸至FSO中轉(zhuǎn)；

（6）可擴(kuò)展性好，增加新井靈活且方便；

（7）建設(shè)周期居中，水下設(shè)施安裝較復(fù)雜；

（8）計(jì)量、清管、初級(jí)油水分離、過(guò)濾和增壓等工作可從平臺(tái)移至水下管匯上進(jìn)行，從而減少平臺(tái)負(fù)載，但同時(shí)也對(duì)維護(hù)帶來(lái)不便；

（9）該模式下，水下設(shè)施較多，設(shè)備成本高昂，且后期安裝和維護(hù)成本也較高。

圖2 S E M I-F P S+水下管匯+水下井口開(kāi)發(fā)模式

水下管匯是一種大型的、由管道和閥門(mén)組成的水下集輸、分配系統(tǒng)，它用來(lái)將不同井口產(chǎn)出的油氣匯集，經(jīng)一根或多根管線(xiàn)分配到生產(chǎn)平臺(tái)上并對(duì)不同井口進(jìn)行注水、注氣、注入化學(xué)藥劑分配。水下管匯的主要形式有叢式管匯（Cluster Manifold）和基盤(pán)式（Template Manifold）管匯兩種。本文的半潛式生產(chǎn)平臺(tái)只考慮選用叢式管匯。

叢式井口布置方式指依托中心管匯，連接所有井口，再通過(guò)海底管道回接至依托平臺(tái)的開(kāi)發(fā)方式， 井口與中心管匯一般以跨接管連接，參見(jiàn)圖3。

圖3 叢式管匯

因?yàn)橹行墓軈R的存在，叢式井口布置一般要求井位布置在一起，以便于回接，但是對(duì)井距的要求并不嚴(yán)格，通常要求在跨接管的回接范圍內(nèi)（10～30m），但也有個(gè)別回接到幾公里以外的。該布置方式對(duì)井口投產(chǎn)的順序也沒(méi)有限制，在中心管匯和海底管道完成后，可以依次將各井口回接到中心管匯，回接一口、投產(chǎn)一口，在所有的井口布置中靈活性?xún)H次于衛(wèi)星井。若在中心管匯設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留幾個(gè)回接端口，就可以根據(jù)已投產(chǎn)井口的生產(chǎn)情況和所獲收益靈活掌握是否需要新增井口以及增加數(shù)量，從而以較低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)快速投產(chǎn)，滾動(dòng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。

在設(shè)備方面，叢式布置增加了中心管匯，可以將計(jì)量、清管等工作集中在中心管匯上進(jìn)行，在個(gè)別項(xiàng)目中甚至增加了分離，過(guò)濾和增壓等工藝處理設(shè)施，增強(qiáng)了水下處理的能力，而且水下設(shè)施的集中也為維護(hù)和檢修提供方便。但是，數(shù)目眾多的跨接管則為系統(tǒng)安裝帶來(lái)不少麻煩。

在可靠性方面，由于各井口相互獨(dú)立，因此井口之間不會(huì)相互影響，而中心管匯是系統(tǒng)最大的弱點(diǎn)。實(shí)際上，水下管匯的故障率遠(yuǎn)低于水下井口，若采用雙海管保證管道系統(tǒng)的可靠性，則叢式井口布置的可靠性也很高。

在可擴(kuò)展性方面，叢式布置是所有系統(tǒng)中可擴(kuò)展性最好的，新建井口只要用跨接管回接到中心管匯就可以投產(chǎn)，擴(kuò)展所需的時(shí)間和費(fèi)用都很低。該擴(kuò)展的先決條件是中心管匯預(yù)留回接端口，海底管道和控制系統(tǒng)有冗余的能力。

該模式下，回接至平臺(tái)的立管數(shù)量較少，一般適用于可變載荷偏小的中小型半潛式生產(chǎn)平臺(tái)。

2 半潛式生產(chǎn)平臺(tái)立管系統(tǒng)選型

深水立管是連接海底油氣田和海上生產(chǎn)設(shè)施之間的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。目前在世界各地的深水油氣開(kāi)發(fā)中，已經(jīng)廣泛采用并經(jīng)過(guò)油田現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的深水立管主要包括鋼懸鏈立管、頂部張緊式立管、柔性立管及自由站立式立管。

為合理選型，本文首先對(duì)頂部張緊式立管、鋼懸鏈立管、自由站立式立管和柔性立管進(jìn)行研究（包括立管適用平臺(tái)與環(huán)境、布局形式、主要結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)），然后針對(duì)目標(biāo)平臺(tái)與海域確定使用何種形式的立管。

2.1 T T R頂部張緊式立管

頂部張緊立管：通過(guò)頂部施加張力，保持各部分豎直和張緊的立管形式。由于其幾何特點(diǎn)能夠避免屈曲；避免大的彎曲應(yīng)力；還可以降低鉆井、完井成本；適合復(fù)雜完井要求的工作。

TTR立管常用于SPAR和TLP平臺(tái)，SPAR和TLP常使用干式采油樹(shù)。頂部張緊立管可用于鉆井、完井、修井及生產(chǎn)。

圖4所示是典型的TLP平臺(tái)TTR立管結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要取決于自身的功能［3］。一般TTR結(jié)構(gòu)包括以下部分：

（1）主體部分由剛性圓管接合而成，一般選取鋼、鈦、鋁或者復(fù)合材料，其中鋼材是大多數(shù)立管的首選材料；

（2）接頭部分由連接器連接，例如螺紋機(jī)械連接、法蘭連接、焊接；

（3）立管張力系統(tǒng)有傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)、氣罐、RAM張力器、張力甲板等。

圖4 T L P 頂張緊式立管結(jié)構(gòu)

TTR作為深海油氣田開(kāi)發(fā)的立管類(lèi)型之一，其主要優(yōu)點(diǎn)是：

（1）可以使用水上采油樹(shù)與BOP系統(tǒng)；

（2）疲勞性能好；

（3）頂部張緊式立管可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、鉆井一體化；

（4）檢修方便。水上采油樹(shù)對(duì)于鉆井、完井、修井等過(guò)程更具靈活性。

TTR主要缺點(diǎn)是：

（1）對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求較高；

（2）造價(jià)比較昂貴；

（3）需要很多配套的連接裝置；

（4）需要很多監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

（5）在超深水的應(yīng)用中存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。

2.2 S C R鋼懸鏈線(xiàn)立管

鋼懸鏈線(xiàn)立管（SCR）這一概念始于20世紀(jì)90年代，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，現(xiàn)已被成功應(yīng)用于張力腿、SPAR、半潛、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)和浮式生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，水深已超過(guò)3000 m［2］，成為深水開(kāi)發(fā)的首選立管形式。鋼懸鏈線(xiàn)立管由很多段標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼管焊接形成，它集海底管線(xiàn)與立管于一身。上端通過(guò)柔性接頭自由懸掛在外側(cè)，立管在重力作用下自由垂放在海底呈懸鏈線(xiàn)狀，下端與海底生產(chǎn)系統(tǒng)相連，無(wú)需海底應(yīng)力接頭或柔性接頭的連接，大大降低了水下施工難度和施工量。與柔性立管、頂部張力立管相比，鋼懸鏈線(xiàn)立管的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、成本低，無(wú)需頂張力補(bǔ)償，對(duì)浮體的漂移運(yùn)動(dòng)和升沉運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于高溫高壓的介質(zhì)環(huán)境。其主要缺點(diǎn)是觸地點(diǎn)易疲勞破壞，需要采用水下濕式采油樹(shù)，安裝和維護(hù)較干樹(shù)復(fù)雜。

SCR（見(jiàn)下頁(yè)圖5）是深水濕采油生產(chǎn)系統(tǒng)首選的立管形式，分為注水/氣管和出油/氣管。SCR立管具有升降運(yùn)動(dòng)自我補(bǔ)償功能。例如在不同的舉力下，可以通過(guò)升起或是觸到海底來(lái)控制升沉方向的運(yùn)動(dòng)。SCR設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是觸地點(diǎn)處的疲勞壽命［4］。SCR立管的懸鏈線(xiàn)線(xiàn)形由自身的重力和分離角來(lái)決定。

圖5 鋼懸鏈線(xiàn)立管結(jié)構(gòu)

2.3 F S H R自由站立式立管

自由站立式立管（FSHR）是一種以鋼性立管作為主體部分，通過(guò)頂部浮力筒的張力作用，垂直站立在海底，以跨接軟管作為外輸裝置與海上浮體相連接的立管結(jié)構(gòu)形式，這一形式能夠大大減弱惡劣的海面條件對(duì)立管系統(tǒng)的影響。由于具有良好的運(yùn)動(dòng)性能，自由站立式立管可應(yīng)用于FPSO等運(yùn)動(dòng)較為劇烈的平臺(tái)。圖6給出了一個(gè)自由站立式立管的典型結(jié)構(gòu)圖，主要由立管主體、柔性跨接軟管、頂部浮力筒、海底樁基和連接系統(tǒng)組成。

圖6 自由站立式立管結(jié)構(gòu)示意圖

FSHR作為深海油氣田開(kāi)發(fā)的立管類(lèi)型之一，主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）在海上浮體沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)油田之前，可以預(yù)先對(duì)自由站立式立管進(jìn)行安裝；

（2）立管頂部浮力筒位于海平面以下，因此FSHR系統(tǒng)受海上風(fēng)浪的影響較小；

（3）通過(guò)跨接軟管與海上浮體相連，所以浮體運(yùn)動(dòng)對(duì)立管主體的影響較小；

（4）立管的自重全由頂部浮力筒提供的張力來(lái)承擔(dān)，減小了對(duì)生產(chǎn)平臺(tái)的浮力要求；

（5）在風(fēng)浪條件下，可以實(shí)現(xiàn)快速解脫；

（6）自由站立式立管的疲勞壽命較高；

（7）對(duì)于油氣田的外擴(kuò)適應(yīng)能力較高。

當(dāng)然，F(xiàn)SHR同樣具有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)缺乏；

（2）造價(jià)比較昂貴；

（3）需要很多配套的連接裝置；

（4）需要很多監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.4 F R柔性立管

根據(jù)制作工藝，柔性立管可分為粘合（Bonded）型柔性管和非粘合（Unbounded）型柔性管。粘合型管道常用于長(zhǎng)度較短的工程應(yīng)用，例如漂浮管、跨接管等。非粘合型柔性立管由幾個(gè)獨(dú)立的層組成，層與層間相互分離，允許層間相對(duì)滑動(dòng)，可以更好適應(yīng)深海的復(fù)雜環(huán)境條件。

非粘合柔性立管是應(yīng)用針對(duì)性很強(qiáng)的管道，即在不同作業(yè)環(huán)境下立管的截面組成形式不同。非粘合柔性立管是復(fù)雜的多層組合結(jié)構(gòu)（圖7），層間相互分離，各層具有不同的功能作用。

圖7 典型的非粘合柔性立管

其主要由數(shù)層鋼制鎧裝層和數(shù)層起耐磨、水密作用的聚合物層組成。其中，鋼制鎧裝層可分為三類(lèi)：

（1）內(nèi)部骨架層：將一條具S型剖面的鋼帶以接近90°互鎖纏繞而成，主要抵抗外壓，防止管道結(jié)構(gòu)發(fā)生壓潰屈曲而失效。

（2）抗壓鎧裝層：將1條Z型剖面或2條T型剖面（見(jiàn)圖5）的鋼帶以接近90°互鎖纏繞而成，該層可抵抗管道內(nèi)壓和外壓。

（3）抗拉鎧裝層：將幾十條矩形剖面的鋼帶以30°至55°之間的某個(gè)角度纏繞而成。主要是抵抗拉伸和扭轉(zhuǎn)載荷的作用。

非粘合柔性立管相對(duì)傳統(tǒng)鋼制立管的主要優(yōu)勢(shì)［5］在于：復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使其具有更小的抗彎剛度，即在相同的容許彎曲載荷作用下曲率半徑更小，因此能更好適應(yīng)海流、渦激振動(dòng)、頂部浮體運(yùn)動(dòng)以及安裝過(guò)程引起的大位移運(yùn)動(dòng)。其主要缺點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)復(fù)雜、造價(jià)極高，目前只有Technip、Wellstream和NKT Flexible這三家公司能夠制造。

2.5 立管選型

TTR立管對(duì)平臺(tái)的垂向升沉運(yùn)動(dòng)要求非常高，一般使用在TLP平臺(tái)和SPAR平臺(tái)。FSHR立管是垂直段鋼質(zhì)立管和跨接軟管兩部分組成，由于南海內(nèi)波流的影響，浮筒處在水下300 m左右，內(nèi)波對(duì)其強(qiáng)度和振動(dòng)不利，再加上其安裝復(fù)雜、成本高，因此不推薦此種立管類(lèi)型。柔性立管目前由于加工工藝復(fù)雜，受其水深和管徑的制約，再加上其經(jīng)濟(jì)成本高，也不推薦。鋼懸鏈線(xiàn)立管目前是深水開(kāi)發(fā)的主流立管，由于其適應(yīng)性強(qiáng)，適合各類(lèi)深水平臺(tái)，且經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。與柔性立管和頂張力立管相比，鋼懸鏈線(xiàn)立管的成本低，無(wú)需頂張力補(bǔ)償，對(duì)浮體漂移和升沉運(yùn)動(dòng)的溶度大。這些特點(diǎn)使鋼懸鏈線(xiàn)立管取代了柔性立管和頂張力立管而成為深水油氣資源開(kāi)發(fā)的首選立管系統(tǒng)。

本文的目標(biāo)平臺(tái)是半潛式浮式平臺(tái)，考慮到半潛式平臺(tái)的垂蕩運(yùn)動(dòng)性能較TLP和SPAR平臺(tái)差，和項(xiàng)目的可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性，F(xiàn)SHR立管和柔性立管沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，因此本文目標(biāo)平臺(tái)選用鋼懸鏈線(xiàn)立管。

3 半潛式生產(chǎn)平臺(tái)立管系統(tǒng)配置

本文以工信部課題（高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目——深海半潛式生產(chǎn)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究）為例，來(lái)說(shuō)明半潛式生平平臺(tái)的立管系統(tǒng)配置過(guò)程。

目標(biāo)平臺(tái)開(kāi)發(fā)瞄準(zhǔn)我國(guó)南海深水油氣資源開(kāi)發(fā)裝備需求，適用于我國(guó)南海及世界其他中等海況深水海域作業(yè)。目標(biāo)平臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)為：最大工作水深約2300 m，排水量80000～90000 t，有效載荷約25000 t，生產(chǎn)處理能力（原油：150～200 Mbopd；氣 ：100～150 MMscfd）。

依據(jù)目標(biāo)平臺(tái)擬定產(chǎn)量的計(jì)算分析，擬定了目標(biāo)油田井口數(shù)為：22口（其中生產(chǎn)井16口，注水井6口）。根據(jù)目標(biāo)平臺(tái)的排水量，擬定目標(biāo)平臺(tái)開(kāi)發(fā)模式為：半潛式生產(chǎn)平臺(tái)+水下井口+FSO+穿梭油輪，不設(shè)水下管匯，所有井口采用濕式采油樹(shù)的形式。

平臺(tái)立管系統(tǒng)由不同功能的立管以及端部連接設(shè)備組成，主要包括生產(chǎn)立管、注水立管、環(huán)空立管（或氣舉立管）、外輸立管、控制臍帶纜、連接接頭等。立管底端與水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接，頂端通過(guò)連接接頭與平臺(tái)下浮體連接。目標(biāo)平臺(tái)的生產(chǎn)立管、注水立管、氣舉立管、外輸立管均采用SCR鋼懸鏈線(xiàn)式立管。

目標(biāo)平臺(tái)沒(méi)有配置水下生產(chǎn)管匯，所有生產(chǎn)井和注水井直接回接至平臺(tái)。典型的水下采油樹(shù)結(jié)構(gòu)形式如下頁(yè)圖8所示。對(duì)于每一口生產(chǎn)井，有1根氣舉立管與圖8中環(huán)空出口連接，有1根生產(chǎn)立管與產(chǎn)出液出口連接，并配置1根控制臍帶纜。對(duì)于每一口注水井，有1根注水立管與產(chǎn)出液出口連接，并配置1根控制臍帶纜。

目標(biāo)平臺(tái)不設(shè)水下管匯，每口生產(chǎn)井和注水井獨(dú)立與平臺(tái)連接，按照獨(dú)立井口設(shè)置立管數(shù)。目標(biāo)平臺(tái)共配置63根立管，含生產(chǎn)立管、注水立管、氣舉立管、外輸油氣立管和控制臍帶纜。詳細(xì)的立管配置及尺寸參數(shù)見(jiàn)下頁(yè)表1和表2。

圖8 典型水下采油樹(shù)剖面圖

表1 目標(biāo)平臺(tái)立管配置情況

表2 目標(biāo)平臺(tái)立管尺寸參數(shù)

生產(chǎn)立管是連接生產(chǎn)平臺(tái)與水下井口的油氣生產(chǎn)通道，目標(biāo)油田共16口生產(chǎn)井，共配置16根生產(chǎn)立管。作為連接目標(biāo)生產(chǎn)平臺(tái)注水系統(tǒng)和水下注水井之間的注入通道，共有6口注水井，共配置6根注水立管。海洋石油開(kāi)采中采用的人工舉升方式主要有氣舉和電潛泵，無(wú)論采用哪種方式，每口生產(chǎn)井都需要1根管道連接至水下井口的油套環(huán)形空間。采用氣舉采油時(shí)，需要通過(guò)氣舉管線(xiàn)向油套環(huán)空中注入氣體，目標(biāo)平臺(tái)采用的是氣舉采油方式，16口生產(chǎn)井共配置16根氣舉立管。另外，目標(biāo)平臺(tái)共配置2根外輸油管（1備1用）和1根外輸氣管。

控制臍帶纜是將水面電力、液壓液和信號(hào)等傳輸給水下生產(chǎn)系統(tǒng)（如水下井口、采油樹(shù)、管匯）以及各種維修、監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集等的載體，是上部設(shè)施遙控水下生產(chǎn)系統(tǒng)的必要通道。目標(biāo)油田共有16口生產(chǎn)井和6口注水井，每口井都需要配置1根電液控制臍帶纜，共配置22根，臍帶纜采用柔性立管。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)立管系統(tǒng)配置作了以下幾點(diǎn)研究工作：

（1）研究適用于半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的工程開(kāi)發(fā)模式并作對(duì)比適用性分析。

（2）對(duì)目前生產(chǎn)平臺(tái)常用的不同立管系統(tǒng)形式進(jìn)行對(duì)比研究。分析不同立管系統(tǒng)的適用性及優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適合深水區(qū)作業(yè)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的最佳立管系統(tǒng)形式。

（3）對(duì)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的油氣生產(chǎn)處理系統(tǒng)進(jìn)行研究，包括水下設(shè)備、清管系統(tǒng)、水上生產(chǎn)設(shè)施和油氣外輸?shù)扔吞镩_(kāi)發(fā)的主要系統(tǒng)及設(shè)備，在此基礎(chǔ)上結(jié)合目標(biāo)平臺(tái)的主要技術(shù)指標(biāo)來(lái)配置平臺(tái)的立管系統(tǒng)，并確定立管的詳細(xì)尺寸參數(shù)。

以上所有研究工作均為后續(xù)分析平臺(tái)立管載荷、立管系統(tǒng)與平臺(tái)水動(dòng)力耦合分析、立管系統(tǒng)強(qiáng)度及疲勞分析等工作打下基礎(chǔ)。

在研究過(guò)程中得到以下幾個(gè)重要結(jié)論：

（1）對(duì)于8萬(wàn)噸級(jí)這類(lèi)的大型半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，有效載荷足夠大，采用SEMI-FPS+水下井口開(kāi)發(fā)模式，所有井口立管直接回接至平臺(tái)，不設(shè)水下管匯，項(xiàng)目整體成本較為經(jīng)濟(jì)。

（2）對(duì)于4～5萬(wàn)噸級(jí)這類(lèi)的中小型半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，有效載荷較小，回接的立管數(shù)目有限，采用SEMI-FPS+水下井口+水下管匯開(kāi)發(fā)模式，雖然水下設(shè)備成本稍高，但大幅減少了立管載荷。

（3）對(duì)比各類(lèi)立管形式，鋼懸鏈線(xiàn)立管（SCR）由于其經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性是半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的首選立管形式。