海上油田規(guī)模化多元熱流體吞吐關(guān)鍵裝備與技術(shù)

孟祥海，孫永濤，鄒 劍，孫玉豹，王秋霞，梅 偉，韓曉東，張衛(wèi)行

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459）

1 技術(shù)背景

基于平臺(tái)的多元熱流體熱采工藝[1]能夠滿足海上生產(chǎn)平臺(tái)單井注熱作業(yè)的需求，隨著在同一生產(chǎn)平臺(tái)稠油熱采井的規(guī)模發(fā)展，其必然與生產(chǎn)平臺(tái)的增產(chǎn)增注措施以及常規(guī)修井作業(yè)交叉，海上生產(chǎn)平臺(tái)的高速高效開發(fā)需求與平臺(tái)的場(chǎng)地作業(yè)有限、外輸能力有限、生活支持有限等相沖突，迫切需要一種新的熱采開發(fā)模式[2]。

LIFTBOAT多功能支持平臺(tái)是一種為渤海灣的石油生產(chǎn)平臺(tái)提供完井增產(chǎn)支持、修井支持、生活支持、電力供應(yīng)等支持作業(yè)的平臺(tái)，主要由底層甲板模板、中層甲板模塊、上層甲板模塊組成。通過(guò)現(xiàn)有的LIFTBOAT進(jìn)行適應(yīng)性改造，在充分利用生產(chǎn)平臺(tái)已有的熱采資源的基礎(chǔ)上，優(yōu)化基于LIFTBOAT的熱采工藝流程[3]。

2 關(guān)鍵裝備

2.1 支撐平臺(tái)

LIFTBOAT（見圖1）可提供的作業(yè)面積大，主甲板面積為950 m2；承載能力強(qiáng)，可變載荷（漂浮/升降/作業(yè)）為 700 t/800 t/800 t；吊機(jī)能力強(qiáng)，主吊 180 t，輔吊 30 t，作業(yè)半徑9 m～42 m，滿足各項(xiàng)大型作業(yè)的需求。

為提高熱采作業(yè)時(shí)效，在使用LIFTBOAT時(shí)應(yīng)充分考慮以下幾點(diǎn)：

（1）解決LIFTBOAT與生產(chǎn)平臺(tái)相對(duì)晃動(dòng)的問(wèn)題，滿足海上熱采作業(yè)的生產(chǎn)和工藝安全要求；

（2）既可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)平臺(tái)鉆井（修井、增產(chǎn)增注措施等）作業(yè)與注熱作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，也可實(shí)現(xiàn)兩口井同時(shí)進(jìn)行熱采作業(yè)[4]；

圖1 LIFTBOAT多功能支持平臺(tái)實(shí)物圖Fig.1 Physical chart of LIFTBOAT multifunctional support platform

圖2 外擴(kuò)甲板位置Fig.2 Extended deck position

（3）解決多項(xiàng)作業(yè)的生活支持問(wèn)題，提高作業(yè)時(shí)效。

2.2 多元熱流體發(fā)生器

多元熱流體注熱裝備擺放在LIFTBOAT，主機(jī)艙中的控制室是整套裝備的核心控制室，綜合考慮設(shè)備集中管理和WHPB平臺(tái)的可利用場(chǎng)地及承載因素，將兩套裝備主機(jī)艙機(jī)械室內(nèi)的燃燒器及多元熱流體的輸出部分拆解，安裝在兩個(gè)獨(dú)立支架上，單獨(dú)成撬為燃燒器艙，設(shè)計(jì)尺寸為5.5 m×2.5 m×2.6 m，質(zhì)量為5 t。

多元熱流體燃燒器艙擺放在WHPB平臺(tái)，選定在中層甲板的吊貨小平臺(tái)，根據(jù)燃燒器撬塊的尺寸要求，需在此小平臺(tái)的基礎(chǔ)上做一個(gè)約2.7 m×3.35 m的甲板延伸（見圖2）。

新增甲板結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為2 t，WHPB平臺(tái)增加了7 t左右的載荷（燃燒器艙重約5 t）。根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法—工作應(yīng)力法（API RP 2A-WSD）中的規(guī)定對(duì)外擴(kuò)平臺(tái)關(guān)鍵的名義應(yīng)力進(jìn)行校核，校核結(jié)果滿足規(guī)范要求。

根據(jù)設(shè)計(jì)，拖二型和拖三型多元熱流體發(fā)生器主機(jī)艙內(nèi)的燃燒器及輸出部分拆解后單獨(dú)成撬，成功擺放于WHPB平臺(tái)中層甲板的外擴(kuò)甲板上（見圖3）。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 區(qū)別于生產(chǎn)平臺(tái)的熱采工藝流程設(shè)計(jì)

LIFTBOAT與南堡油田WHPB平臺(tái)是獨(dú)立的兩個(gè)平臺(tái)，地面注熱管線需橫跨兩平臺(tái)。南堡35-2油田WHPB平臺(tái)為6腿導(dǎo)管架平臺(tái)，而LIFTBOAT支持平臺(tái)為3樁腿設(shè)計(jì)，兩平臺(tái)在渤海海域氣候惡劣的情況下平臺(tái)晃動(dòng)的擺幅不同，產(chǎn)生一定程度的相對(duì)位移，其中LIFTBOAT平臺(tái)的最大搖晃幅度接近0.4°，擺放注熱裝備的遮蔽甲板的擺動(dòng)幅度達(dá)260 mm。兩平臺(tái)的晃動(dòng)錯(cuò)位給輸送高溫、高壓多元熱流體的地面注熱管線帶來(lái)了安全隱患。

圖3 燃燒器艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)及擺放位置Fig.3 Internal structure and placement of burner compartment

3.1.1 設(shè)計(jì)思路 將平臺(tái)晃動(dòng)錯(cuò)位造成的風(fēng)險(xiǎn)由輸送高溫流體的地面注熱管線轉(zhuǎn)移到輸送水、氣、油的低溫供給管線上，即：

（1）多元熱流體發(fā)生器改造：多元熱流體發(fā)生器主機(jī)艙的燃燒器及輸出部分單獨(dú)成撬置于南堡35-2油田WHPB平臺(tái)的中層甲板，使地面注熱管線集中于南堡35-2油田WHPB平臺(tái)；

（2）平臺(tái)連接棧橋處的水[5]、氣、油供給管線采取硬管+高壓軟管+硬管的方式連接。

依此設(shè)計(jì)，從燃燒器出口到注熱井采油樹的地面注熱管線全部集中于WHPB平臺(tái)，依據(jù)第三節(jié)中對(duì)地面注熱管線流程的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝及檢驗(yàn)，此節(jié)不再贅述。下面著重介紹多元熱流體發(fā)生器主機(jī)艙的拆解、擺放設(shè)計(jì)和水、氣、油的供給管線設(shè)計(jì)。

3.1.2 水、氣、油供給管線設(shè)計(jì) 主機(jī)艙拆解后，油、氣、水[6]三路供給的系統(tǒng)管線要橫跨棧橋連接至燃燒器艙。由于三路供給管線都是低溫介質(zhì)，在設(shè)計(jì)上采用部分高強(qiáng)度的高壓軟管配合硬管連接方式，用以消除兩平臺(tái)晃動(dòng)錯(cuò)位給供給管線帶來(lái)的安全隱患。

圖4 高壓管連接接頭示意圖Fig.4 Diagram of high pressure pipe connection joints

高壓油管、高壓水管、高壓空氣管等采用航空航天工業(yè)部第一研究院標(biāo)準(zhǔn)的37°球面型管路連接件，公稱壓力PN≤35 MPa，管路試壓40 MPa，管道用管夾固定，在兩平臺(tái)連接的棧橋處用2 m高壓軟管過(guò)渡，高壓軟管外表面包裹金屬編織，軟管與硬管連接接頭設(shè)計(jì)（見圖4），實(shí)物連接（見圖 5）。

圖5 高壓金屬編織軟管與硬管連接及固定Fig.5 Connection and fixation of high pressure metal braided hose and hard tube

4 熱采工藝流程設(shè)計(jì)

圖6 基于LIFTBOAT的熱采工藝流程示意圖Fig.6 Schematic diagram of thermal recovery process based on LIFTBOAT

遵循布置原則，結(jié)合熱采工藝方案的需求，對(duì)多元熱流體注熱裝備所需的場(chǎng)地、水、電、油等進(jìn)行了合理的配置和優(yōu)化[7]，基于LIFTBOAT為作業(yè)主體設(shè)計(jì)了一套較為完善的工藝流程（見圖6）。

基于LIFTBOAT的熱采工藝流程[8]應(yīng)用于B33h井和B36h井注熱作業(yè)，消除了兩平臺(tái)晃動(dòng)帶來(lái)的安全隱患，有效支持了注熱作業(yè)的順利開展，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備擺放（見圖7）。

圖7 基于LIFTBOAT的熱采設(shè)備布置圖Fig.7 Layout of thermal equipment based on LIFTBOAT

5 結(jié)論

（1）以LIFTBOAT為熱采作業(yè)主體的模式，實(shí)現(xiàn)了鉆井和熱采作業(yè)共同開展的目標(biāo)，同時(shí)拖二型和拖三型多元熱流體注熱裝備同時(shí)作業(yè)兩口井，提高了作業(yè)時(shí)效，推動(dòng)了規(guī)模化熱采的進(jìn)程。

（2）通過(guò)優(yōu)化注熱設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，合理布局設(shè)備擺放格局，改進(jìn)注熱管線連接方式，實(shí)現(xiàn)了南堡35-2油田B平臺(tái)+LIFTBOAT多元熱流體熱采的開發(fā)模式，有效解決了B平臺(tái)鉆/修井期間無(wú)法進(jìn)行熱采作業(yè)以及多口井不能同時(shí)熱采作業(yè)的問(wèn)題，進(jìn)一步縮短了熱采作業(yè)周期，加快了規(guī)模化熱采進(jìn)度。

（3）南堡35-2油田B平臺(tái)+LIFTBOAT多元熱流體熱采試驗(yàn)的成功實(shí)施，為南堡35-2油田南區(qū)高效、經(jīng)濟(jì)開發(fā)開辟了一個(gè)新的模式，同時(shí)也為渤海灣的中小平臺(tái)稠油油田開發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。