淺談十種深水和超深水油田開發生產解決方案

張寧，王躍曾

（中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067）

與陸地和淺水相比，高昂的勘探和開發成本要求深水超深水油氣田的儲量規模更大，日產油氣量也要高得多，國際油公司正在競相尋找和開發深水和超深水海域里的油氣田。同樣，工程公司、承包商和制造商都在競相為深水和超深水油田開發提供特定的解決方案。最近在深海領域的大量發現，鼓勵和加速了工程公司、承包商和制造商致力于開發或改進其深水生產解決方案。這一開發概念的競賽產生了許多可行的解決方案，可以支持在世界各地深水和惡劣環境中的油氣開采。各公司都在競相開發、銷售和讓作業者安裝他們的設計，以免競爭對手在市場上占據主導地位和關閉任何新的概念。解決方案提供商都知道，并非所有當前銷售的設計都將被選中。在接下來的數年時間里，長長的解決方案列表將很快縮小到每個設計類別中的少數幾個，少數公司最終將主導每個類別。

1 解決方案類型

目前，全球市場為全球深水生產解決方案提供了至少10個主要的深水生產解決方案類別。通過篩選130多種生產解決方案，并逐個將其歸入一個個類別。

對于每組解決方案，必須了解它們一般的優點和缺點，以便縮小與海上油田開發相關的選項列表。每個解決方案的優點將集中在額定水深值、干式采油樹和/或濕式采油樹能力、鉆井能力、有效載荷、運動特性、CAPEX（資本支出）、OPEX（運營成本）、ABEX（棄置成本）、安裝方法、可施工性、制造時間等方面。每種生產解決方案如下所述：

方案一：順應塔（CT：Compliant Towers）或順應樁塔（CPT：Compliant Piled Towers）。

迄今為止，共有三個裝置——埃克森的Lena拉線順應塔位于1018英尺（310m）的水中，Amerada Hess的Baldpate CP位于1650英尺（503m）的水中，Texaco的Petronius位于1754（310m）英尺的水中。J.Ray McDermott和Mustang Engineering都有信心將這項技術應用到3000英（915m）尺的水深。埃克森美孚擁有CPT的技術專利，這些專利與CT技術的一般專利不同，見圖1順應式樁塔。

圖1 順應式樁塔CT

方案二：深吃水潛式平臺或深吃水半潛式平臺。

尚未安裝任何設計，但已進行了大量研究，見圖2深吃水半潛式平臺。

圖2 深吃水半潛式平臺DDSS

方案三：浮式生產系統和浮式生產船。

浮式生產船（FPV: floating production vessels）用于惡劣環境和需要高生產率的地方。FPS主要用于挪威和巴西近海，浮式生產船見圖3和圖4。方案四：深水半潛式生產系統、浮式生產/鉆井船。

圖3 浮式生產船FPS

圖4 浮式生產船FPV

浮式生產儲油卸油船（FPSO: Floating production storage offtake vessels）：有75艘FPSO正在作業運行或可供使用。巴西國家石油公司已將浮式生產儲油船的水深能力擴展至巴西近海6083英尺（1854m）水深的Roncador油田，見圖5浮式生產儲油卸油船。

圖5 浮式生產儲油卸油船FPSO

方案五：浮式生產/鉆井/儲存和卸載系統或新型浮式、生產、儲存和卸載系統。

有許多新的單個船體FPSO概念，主要由歐洲承包商提供附加在FPSO之上的鉆井能力。見圖6浮式生產鉆井儲油卸油船和圖7Sevan圓筒型浮式生產鉆井儲油卸油裝置FPDSO。

圖6 浮式生產鉆井儲油卸油船FPDSO

圖7 Sevan圓筒型浮式生產鉆井儲油卸油裝置FPDSO

方案六：Mini-TLP張力腿平臺、Mini-TLWP井口平臺。

迄今為止，已經安裝了至少四個Mini-TLP。Mini-TLP的當前水深記錄為3300英尺（1006m）。所有已安裝或計劃安裝的Mini-TLP均為濕式采油樹設計，沒有月池。當作業者為干式采油樹解決方案選擇Mini-TLP時，此解決方案的另一個里程碑將出現。Atlantia Offshore的專家認為，他們可以使用傳統的鋼筋束硬件和不同直徑的鋼筋束，將mini-TLP概念從業界公認的限制深度6000英尺（1829m）加深至9000英尺（2743m）的水深。西非和美國墨西哥灣都是Mini-TLP最熱門的超深水區域。目前，有7家公司正在銷售Mini-TLP設計，見圖8小型張力腿平臺Mini-TLP。

圖8 小型張力腿平臺Mini-TLP

方案七：SPARs平臺、深吃水沉箱船舶、單柱浮式平臺、深吃水浮式平臺、沉箱生產裝置等。

當需要大量有效載荷時，SPARs平臺似乎是首選的深水解決方案，因為它們是一個經過驗證的概念。12家公司在銷售自己的SPARs設計，然而，專利問題和誰擁有這項技術讓業界感到困惑。迄今為止，已經安裝了至少三個SPARs或DDCVs。所有設備都安裝在美國的墨西哥灣，水深從1930英尺（588m）到4800英尺（1463m）不等，見圖9 SPARs平臺。

圖9 SPARs平臺

方案八：張力腿平臺、張力腿井口平臺。

這項技術隨著殼牌在美國墨西哥灣安裝Ursa TLP，已經發展到3950英尺（1204m）的水深。在北海和美國墨西哥灣已經安裝了11個全尺寸TLP。七家公司在銷售TLP設計，見圖10張力腿平臺TLP。

圖10 張力腿平臺TLP

方案九：井口控制浮標、生產浮標概念。

這是一項成熟的技術，在南非和澳大利亞有兩個裝置。這項技術正在不斷發展，最適合用于水下回接。目前有8家公司正在推廣這項技術，用于3000米以下的水深，見圖11 井口生產浮標WHCB。

圖11 井口生產浮標WHCB

方案十：ABS (artificial buoyant seabed)系統。

ABS系統的基本原理是在泥面以上200～400m處建立一個“人工海底”。ABS裝置是一個水下的鋼質罐體，可以部分充氣，借助井中套管的海底模式，運用這種技術，可以將所有裝備都安裝在“淺水”深度。顯然，這種方法降低了對鉆井設備的要求，可以用較為經濟的平臺租金和工作船費用進行深海作業。ABS裝置總重為379t，鋼體結構重量245t，浮力塊的重量為134t。僅從鋼結構上看，浮筒是由上下2個圓柱體組成的浮體，在上下2個浮體之間，有一個錐形過渡帶。ABS裝置的基本力學模型為一個巨型浮筒，浮筒為10個艙室，其中2個艙室處于浮筒中間部分，直徑6.5m；其中8個艙室均勻布于浮筒周邊，內直徑6.5m，外直徑16m；浮筒的周圍安裝32個浮力塊，浮力塊為合成泡沫構成，見圖12 ABS(artificial buoyant seabed)系統。

圖12 ABS (artificial buoyant seabed)系統

2 選擇過程

現在有大量的深水生產解決方案可供作業者挑選。在過去的數年里，這個名單有了巨大的增長。為了選擇最佳的油田開發方案，了解每個概念的優缺點的過程可能會令人費解和困惑。

一些作業者簡化了選擇過程，只選擇經過驗證的概念，以最小化項目風險。其他作業者通過確定可能的解決方案，對其進行審查、分析，并根據一系列項目和公司標準對其進行排名，再進行嚴格的評審和選擇。

在油田開發規劃的初始階段，大多數作業者沒有時間 和/或工作人員對行業進行充分的調查，也沒有時間對所有未在現場建立和驗證的設計方案進行調查。這些限制迫使公司提供未經驗證的解決方案，通過出版、制作演示文稿和拜訪作業者大力推銷其技術和設計。

最初，作業者可以根據水深能力將一長串解決方案縮小到幾個選項。另一個進一步減少選項列表的標準是油藏規模的大小。可采儲量的大小直接影響哪種方案能夠實現基于期望內部收益率（IRR）或財務績效指標的以美元/桶為單位的經濟目標。

大多數深水解決方案都是面向大型油藏的。直到最近，一些新的概念，如mini-TLP控制浮標和小型SPARs平臺等，才集中在深水領域的邊際油藏。

并非所有的解決方案都能夠得到平等的對待。他們在設計的成熟度上都有所不同。那么，作業者應該如何選擇一個概念呢？Atlantia Offshore的專家有一個有趣的程序：“作業者必須考慮設計的技術優點、設計的歷史性能，最重要的是考慮相關人員的經驗。”專家強調作業者應該考慮團隊，團隊將進行設計和模型測試，并最終執行各合同階段的施工和安裝。“深水領域有許多潛在的挑戰，在市場上，很少有公司真正擁有經驗和歷史數據來支持其在安全性和可操作性兩個方面同時具有競爭力。”

用于確定特定設計成熟度的報告卡或基準，是為了驗證解決方案開發人員是否在不同水深和現場位置執行了以下任何操作：渦激振動（VIV：vortex induced vibrations）分析；整體性能分析；水箱試驗；風模型試驗；疲勞試驗；隔水管分析等。

3 創新周期

就SPARs而言，生產/鉆井SPARs的發明人Ed Horton從構思到首次安裝花費了10年時間。對于Atlantia和他們的Sea Star（r）mini-TLP設計，該過程始于1990年；他們的第一個mini-TLP安裝于1998年，從構思到安裝經歷了8年時間。一些未經驗證的生產解決方案將繼續存在，另一些將悄然消失，但新的和經過驗證的解決方案的價值就在于其正在為作業者提供技術上安全可靠和經濟上可行的深水超深水生產解決方案。更多成熟的生產解決方案已經在世界上的幾個作業區域驗證了它們的設計。

專家指出，“一個新的概念必須在作業者組織內部有一個相信該概念的倡導者。”倡導者還必須在整個公司內表達清楚并受到尊重，以便向管理層推銷特定生產解決方案的好處。每個未經驗證的概念，考慮了一個領域的發展是證明設計和其他新的生產解決方案的競爭。新概念是由一個公司中一兩個人的執著和遠見驅動的。沒有這些人，深水開采方案永遠不會被接受。

4 約束條件

將深水生產解決方案推向市場是一個昂貴而漫長的過程。工程公司、承包商、制造船廠和作業者已經花費了數百萬美元來開發或改進他們的看家（關鍵）的深水技術。并不是所有提供深水解決方案的非作業者公司都有財力完成設計。很多依賴作業者來選擇他們的設計，支付詳細設計費用，然后采用和實施方案。擁有少量員工的獨立公司可能需要依靠顧問來評估各種解決方案，以確定競爭設計的可行性和對特定領域發展計劃的適用性。

5 市場趨勢

未經證實的概念被認為是危險的。專家指出，“石油和天然氣公司試圖將他們的項目風險降到最低。當一個新的解決方案必須與一個經過驗證的設計相競爭時，它必須在資本支出和/或運營成本上節省10%～20%，才能在經濟上證明這種風險的合理性。他補充道：“在競標中，你不會以1%～2%的節省贏得競爭；你必須擊敗經過驗證的設計，才能成就新的設計。”

由于合并和縮小規模，作業者的組織變得更加扁平化，而深水和超深水技術也在發展。作業者正在努力趕上并跟上這一行業所能獲得的所有新技術。一些作業者選擇使用付費設計的競爭方法來確定哪種解決方案在技術和經濟上最適合他們的油田開發。

6 認知

（1）為了在深水和超深水中實現最低的桶油成本，尋找新技術的必要性正迫使保守的行業更加開放和接受新的想法，基本上遵從“需求是發明之母”。

（2）作業者對深水設計師和深水生產解決方案的爭奪正在以驚人的速度進行。只有那些靈活、強大、有耐力完成任務的公司，才會成為深水超深水開發方案競賽的贏家。