油气储运概论 第八章 1 海上油气集输

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海上油气集输系统海上生产集输特点海底石油管道第八章 在陆地上采石油，离不开一个个钻井架，在海上钻井，也要有一个立脚点，这就是海上平台。一个海上平台的造价非常高，最便宜也要几亿元，所以，从经济效益考虑，一个大型油田最多只能建立几个平台。在一个平台上向不同方向，同时打出多口井。 第一节海上油气生产和集输系统 集输系统要适应复杂的海洋条件，设备要做到百年一遇。远离陆地，维修、更换困难，设计时要增大安全系数。平台生产，设备要高效、小型化。水下设备和管线对设计、施工和维护要求高对自动化程度要求高投资高、风险大、操作费用高，开发原则是高速开采、高速回收。一、海上油气生产和集输的特点 （一）半海半陆式气田、油气产量大的大型油田和离岸近的中型油田采用该类集输模式。二、海上油气生产和集输系统模式 1、固定式导管架型平台导管架钢桩上部甲板平台功能：钻井、采油、储存和生活上述功能可以布置在不同平台上。3－8根腿的导管架平台广泛用于中浅水深海区。海上平台的结构形式： 2、混凝土重力式平台下部底座和支撑腿由钢筋混凝土建造。重量大，稳定坐落在海底，不需桩基固定。底座可以储油，储油容量可达15万立方米。可以移动 3、张力腿平台深海石油开采，最大水深2000米是数组张力管型杆（张力腿）或缆绳系泊于海底桩基上的半潜式船。只允许平台上部有限度横向运动，不允许上下运动。 比导管架平台造价低。 4、顺应型平台300米以上水深有一个很大柔性的底座式结构，其柔性可以使作用其上的外力被平台运动的惯性力抵消。支撑方式上有：牵索塔型和顺应塔型。 二、国外采油平台主要形式目前，国外采油平台主要有以下几种形式: 一座顶部安装有甲板的导管架（由位于海底的桩基支持的由钢管组成的垂直结构），提供工作人员、钻探设备和采油设备所需的空间。在水深小于1650ft.（503m）时是经济可行的。导管架平台（FP） 包括一座狭窄的弹性金属塔和桩基，它们可以支撑用于钻孔和生产操作的传统甲板。顺应式平台通过支持一定的侧向变位可以承受较大的侧向力，通常使用深度为1500～3000ft.（457～914m）。顺应式平台（CT） 包括上部的大型浮式结构，细长的张力腿和基础结构。它通过充分利用浮力让张力腿受到预张力，使平台主要处于受拉状态，从而有效地控制了平台的垂直位移，并能使水平位移大大小于浮式生产系统，从而保证平台在海洋环境中的安全，应用水深可达7000ft.（2134m）。张力腿平台（TLP） 是为了以低成本开发小型深水油藏而研制的浮动小型张力腿平台，采用传统的深水生产系统开采这种油藏会很不经济。Mini-TLP也可作为多用途平台、卫星井平台、或前期采油平台为大型深水勘探服务，使用水深为1600～3500ft.（488～1067m）。世界上第一座Mini-TLP在1998年安装在墨西哥湾。简易张力腿平台（Mini-TLP） 其结构是一个顶部具有甲板的大直径、单个垂直的圆筒。它有一个典型的导管架平台顶部（表面甲板上装备有钻探和采油设备），三种类型的连接管（采油、钻探和输出），还有由6～20根连接到海底的用锚链拉紧的固定的外壳，应用深度可达10000ft.（3048m）。SPAR平台（SPAR） 包括一座装备有钻探和采油设备的半潜式平台（semi-submersibles），它由钢缆和链条锚固，或者使用旋转推进器动态固定。通过可以承受平台运动的采油提升管将石油从海底油井输送到水面甲板。FPS可用于水深600～7500ft.（183～2286m）。浮式采油系统（FPS） 三、国外深海采油平台发展现状目前，深海采油平台大部分位于北美的墨西哥湾地区，下面简要介绍一些已经建成的深海采油平台：1．导管架平台导管架平台是大陆架海域使用最广泛的平台结构形式之一，但该类平台的建造成本随水深增加而急剧增长，因此一般不用于较大水深海域。典型的导管架平台如： 位于墨西哥湾MississippiCanyonBlock194，水深312m。平台高386m，初期开发成本约8亿美元。拥有61口油井，1979年开始油气开采，平均日生产能力为72000桶原油和1亿立方英尺天然气，输油管线直径12in，输气管线直径16in。在1989-1991的扩展工程中，又增加了20口油井。Cognac导管架平台 1988年建成，位于墨西哥湾GreenCanyonBlock65，水深412m。初期开发成本约5亿美元，平台高529m（从海底到火焰燃烧臂），总重超过77000t。平台拥有60口油井，1989年开始油气生产，初期生产能力为日产59000桶原油和1亿立方英尺天然气，管线直径12in，1996年实施扩展工程后，处理能力增加到日产20万桶原油和3.06亿立方英尺天然气。Bullwinkle导管架平台 2．顺应式平台与导管架平台相比，顺应式平台可适用于更深的海域，国外20世纪60～80年代曾出现顺应式平台的研究高潮，但由于TLP，SPAR等其它优秀平台形式的迅速发展，顺应式平台在深海中的实际应用很少。 1998年6月建成，位于墨西哥湾GardenBanks260，水深503m。设计油井数量18口。拥有深水底部基础机构设计和将其在近海任何位置竖立起来的先进技术，它是第一座没有钢索、铰接安装在接近海床的两个截面上的顺应式平台。Baldpate顺应式平台 位于墨西哥湾VioscaKnollBlock786，水深535m，开发成本为5.75亿美元。2000年投入生产，日生产能力为6万桶原油和1亿立方英尺天然气。Petronius顺应式平台 世界上第一座张力腿平台HuttonTLP1984年安装在北海147m水深处，张力腿平台具有优越的整体性能和较高的商业价值。Jolliet张力腿平台1989年建成，位于墨西哥湾GreenCanyonBlock184，水深524m。平台基础采用桩基础形式，首次将张力腿锚固在平台立柱外侧，使张力腿的安装过程大大简化。3．张力腿平台 1992年建成，水深335m。位于挪威大陆架Block34/4，拥有22口油井，日生产能力可达20.5万桶原油。张力腿连接方式与Hutton相同，都是张力腿上端与平台连接，底端与桩基连接，这种方式造价昂贵，安装困难，因此后来的张力腿设计都在柱外锚固。平台采用裙式重力基础，第一次将混凝土基础作为大型的吸力锚，比较适合软粘土海底地基。Snorre张力腿平台 1993年建成，位于墨西哥湾GardenBanksBlock426，水深872m，是该地区第一座同时支持钻机和全部采油设备的平台。整个工程耗资约11亿美元，平台高1000m（从海底到钻探设备的定滑轮），钢铁部分重量39000t，可以同时承受速度为225km/h的飓风和其引起的22m高的巨浪的冲击。平台拥有32口油井，钻探深度可达7620m，1994年4月投入生产，日产量可达10万桶原油和3亿立方英尺天然气，初始管线直径为12in，经扩展后输油管线直径增加为16in。Auger张力腿平台 1995年建成，是世界上第一座混凝土张力腿平台，位于挪威海域，水深350m。甲板尺寸为150×80m，可容纳350人。顶部重63000t，日生产能力为22万桶原油和500万立方米天然气。平台地质为软粘土，所以采用重力式吸力基础。Heidrun张力腿平台 1996年建成，位于墨西哥湾MississippiCanyonBlock807，水深896m。初期开发成本约10亿美元，拥有24口油井，设计生产能力为日产约22万桶原油和2.2亿立方英尺天然气，随着以后该地区海底开发的进展还会增长，输油管线直径18/24in，输气管线直径14in。平台高991m（从海底到钻探设备的定滑轮），钢铁部分重量约36500t，可以同时承受速度为225km/h的飓风和其引起的波高22m的巨浪的冲击。Mars张力腿平台 1997年建成，位于墨西哥湾VioscaKnollBlock956，水深980m，工程总投资约10亿美元，拥有20口油井，生产能力为日产7万桶原油和2.6亿立方英尺天然气，输油管线直径12in，输气管线直径14in。平台高1088m，钢铁部分重约41000t，可以同时承受飓风及其引起的巨浪。钻机钻井深度可达海底之下5791m，平台底部位于海底的设备承受压力约100个大气压。Ram-Powell张力腿平台 1998年建成，位于墨西哥湾MississippiCanyonBlock809，水深1158m。工程总成本约14.5亿美元，拥有12口油井，1999年开始油气生产，设计生产能力为日产15万桶原油和4亿立方英尺天然气，输油管线直径为18in，输气管线直径为20in。平台总排水量约97500t，钢铁部分总重约63300t，高1306m（从海底到钻探设备的定滑轮），可以同时承受飓风及其引起的巨浪。Ursa张力腿平台 2001年建成，位于墨西哥湾GreenCanyonBlock158，水深910m。平台高991m（从海底到钻探设备的定滑轮），可承受洋流、飓风及其引起的巨浪。工程耗资预期低于7.5亿美元，拥有8口油井，设计最大产量约为日产10万桶原油和1.5亿立方英尺天然气，管线直径为20in。Brutus张力腿平台 2001年建成，位于墨西哥湾VioscaKnollBlock915，水深988m。工程耗资5亿美元，日生产能力为4万桶原油和2.5亿立方英尺天然气。输油管线直径10in，输气管线直径14in。Marlin张力腿平台 SPAR平台分为两种：传统SPAR（ClassicSPAR）和桁架式SPAR（TrussSPAR）。两者之间的不同在于桁架式SPAR不具有传统SPAR所具有的储存功能，传统SPAR的壳体是一个吃水深的、中空的垂直圆筒，而桁架式SPAR的壳体是一个吃水浅的、中空的圆筒与向下扩展的桁架结构的组合体。因此桁架式SPAR更轻，更节约成本，两者的运动性能基本一致。4．SPAR平台 墨西哥湾地区第一座传统SPAR平台，1996年12月建成。位于墨西哥湾VioscaKnoll826，水深588m。拥有16口采油井，日生产能力为25000桶原油和0.3亿立方英尺天然气，储量折合约5000-7500万桶原油。SPAR直径22m，顶端有效载荷6600t。NeptuneSPAR平台 传统SPAR平台，1998年8月建成，位于墨西哥湾GreenCanyon205A，水深789m。日生产能力为55000桶原油和0.72亿立方英尺天然气。墨西哥湾地区第一座钻探、采油SPAR平台。SPAR直径37m，有效载荷19000t。改革与创新技术：SPAR就位后固定压载的安装；提升管－壳体接点设计；浮式张力提升管设计（1根钻探提升管，2根输出提升管，16根采油提升管）；水下桩锤；深水沉降系统；球形运动计算。GenesisSPAR平台 第一座拥有外壳部分和桁架部分（与传统外壳结构相似）的组合式SPAR平台（TrussSPAR），2001年4月建成，位于墨西哥湾MississippiCanyon85，水深1646m。日生产能力为5万桶原油和2.5亿立方英尺天然气。创新和先进技术：桁架式SPAR（SPAR技术与固定外壳技术的结合）和最深生产计划（最深2073m）；采用管中管技术的钢铁悬链线提升管；海底油井和生产多样化；甲醇回收。KingSPAR平台 桁架式SPAR平台，2002年5月建成，油田位于墨西哥湾EastBreaks112和643，平台处水深1100m。日生产能力为4万桶原油。创新技术：单个多腔浮力筒；节省空间的水面井口装置；3m宽距调节器；海底井口应力接合点的内部链索接合器（为107m额定钻探偏移误差设计）；所有顶端拉紧的提升管的张力监测；为将来输入或输出管线直径可增加到12in预留的通过壳体的接头；在1128m水深处打桩；在水深1128m处停泊两艘起重驳船通过两个吊钩吊起甲板。Boomvang-NansenSPAR平台 传统SPAR平台，油田位于墨西哥湾EastBreaks(EB)blocks945and989，平台处水深1311m。拥有8口采油井，一口钻探井，9根钢铁悬链线提升管（SCR），日生产能力为11万桶原油和3.25亿立方英尺天然气，SPAR直径37m，长215m，有效载荷为29500t。Diana-HooverSPAR平台 5．简易张力腿平台简易张力腿平台具有张力腿平台同样的性质和功能，但比张力腿平台更简便，更灵活。Morpeth简易张力腿平台1998年9月建成，位于墨西哥湾EwingBanks965，水深515m。日生产能力为35000桶原油和0.4亿立方英尺天然气，储量约为7000万桶原油。 从概念设计到开始采油仅相隔两年时间；AtlantiaSeaStar*Mini-TLP技术首次使用；JRM首次设计和安装钢悬链线提升管；JRM首次在墨西哥湾设计、采购和安装海底系统；墨西哥湾地区首次使用深水非潜水管线旋塞；墨西哥湾地区首次使用绝缘弹性流线；首次在海底生产系统中实现从水面TLP移植来的盘绕管路系统访问技术。创新技术 1999年8月建成，油田位于墨西哥湾GreenCanyon254,297&298，平台处水深1009m。拥有5口油井，日生产能力为25000桶原油和0.45亿立方英尺天然气。创新技术有：在Mini-TLP中使用锥形的钛压力接头悬置钢悬链线提升管（SCR）；直线型水力/电动控制管缆中的高抗倒塌（HCR）软管技术；Allegheny简易张力腿平台 从概念设计到开始采油仅用两年时间；绝缘高压4in流线钢悬链线提升管（SCR）；提升管末端多样化（REM）；可替换管网；隔离提升管负荷到采油树和井口装置；全油田关闭从平台清管；允许提升管将来用作卫星井生产；可拆卸式流线盘绕管路系统。 2001年建成，油田位于墨西哥湾GreenCanyonblocks236and237，平台处水深640m。生产能力为日产4万桶原油和0.6亿立方英尺天然气。Typhoon创造了墨西哥湾地区快速开发工程的标准，从油田发现到平台建成仅隔3年时间，从工程批准到试运行历时约18个月。工程预算1.28亿美元。Typhoon简易张力腿平台 位于墨西哥湾EwingBankBlock1003，水深442m。2001年9月投入生产，生产能力为日产5万桶原油和0.8亿立方英尺天然气。海底锚链系统：24in预应力筋腱提供重定位多功能特性和优秀运动特性。甲板：三层，5万平方英尺，可容纳一台1200马力钻机。海底连接：4座干式采油树；到几口待钻探油井的连接。稳定性外型：抵挡215km/h飓风和12m高巨浪。Prince简易张力腿平台 6．其它类型平台包括重力式平台和浮式采油系统中的半潜式平台等，随着水深的增加，重力式平台极少应用，半潜式平台的运动性能和定位将难以满足作业要求，故在此不作详细介绍。 位于北海，是世界上最高的重力式平台，高472m，总重105万吨，在水深303m和波浪最高达30m的条件下可持续工作70年。平台电力由陆上供应，拥有世界上第一套全自动钻探设备，陆上－海洋综合控制系统通过光缆将平台与陆上设备连接起来，是挪威地区该类型平台中第一座可远程操作的平台。欧洲最大的气田，拥有40口气井，天然气储量约1.4万亿m3，占世界天然气探明储量的1%，输气管线直径36in。TrollA平台 生产、集输、处理、储存全在海上进行，处理后的原油在海上装船外运。数量大的伴生气一般回注油层，小量的则燃烧放空。(二)全海式生产集输系统 1、生产平台、储油平台和原油外运装船设施 仅适用于浅水油田。需在海上建甲板面积大的储油罐平台或水下储油沉箱。处理后的原油在海上直接装船外销。我国渤海湾的埕北油田和锦州9－3油田采用该系统。 （二）全海式2、浮式生产储存外输系统FPSO 系统组成：井口平台（或水下井口装置）、单点系泊、浮式生产储存外输船。建造期短，造价低，是边际油田和深水油田首选的油气生产集输方案。1998年底，世界上已建成使用82艘，中国海域9艘。FPSO的适应水深可达2500米。 浮式生产储油轮150000dwt 2006年我国建造的30万吨级超大型油船总长约330米，型宽60米，型深29.8米，吃水22.0米，载重量为30.8万吨。运用先进的计算液体力学技术对船舶水动力进行优化，并优化配置船舶的主要系统和设备，因此大大提高了VLCC的快速性和经济性。为了保障船舶的安全性，提出了船舶全寿命的设计理念，即根据VLCC的使用最大年限来考虑船舶的整体安全性。自主设计的VLCC在包括油耗、航速、载重量、成本等在内的综合指数已达到世界先进水平。 （二）全海式3、浮式生产系统（FPS）适用于深水油田的一种集输系统。 生产处理、动力、所有辅助设施均安装在半潜式船上（由悬链或索缆锚固在海床上）。立管能够摆动，以适应风浪引起的横向运动。半潜式船的优点：运动量小。缺点：无储油能力。需在附近设置永久系泊的浮式储油轮（FSO）储存净化原油。 第二节海底管道的设计和建造 海底管道是海上油气生产设施中不可缺少的组成部分。世界上第一条海底管道：1951年美国在墨西哥湾Cameron气田铺设的16公里的海底管道。世界累计铺设海底管道约100000公里，水深已达1463米，海管径42英寸（1英寸＝25.4mm）。我国到1998年底，累计铺设海管约2000公里。南海的崖城13－1气田到香港的28英寸、778公里高压输气管道是世界第二长的海底管道。一、海底管道的设计 二、防腐涂层和加重层1、外涂层：在实际的海水环境中，提供有效的腐蚀保护。煤焦油瓷漆、沥青瓷漆、环氧树脂、聚乙烯树脂、聚丁橡胶。确保海管在寿命期内能安全运行，管道系统应防止输送介质和海水引起的内外腐蚀。 2、阴极保护作为外涂层的补充和加强。以牺牲阳极为基础，材料可以是铝或锌的合金。有涂层的海管上，两个阳极之间的间距一般不超过150米。 3、内腐蚀控制缓蚀剂、加腐蚀余量、内涂层、采用耐腐蚀管材或内衬、保持输送介质无水。 4、混凝土加重层确保管道在海床上的稳定性，保护防腐涂层和管道本身安装、运行期免受机械损坏。 5、管中管输送高粘度、高含蜡、高凝点原油的海底管道—双层结构的管中管：两层管之间填充绝热保温材料，减少输送中的热损失，确保原油的流动性能。外钢管具有隔水、保护保温层作用，加大管道的负浮力，可取代混凝土加重层。 为了早产油、早见到经济效益，海上许多临时和早期生产装置上的集油气管道常使用柔性管。柔性管：钢丝加强筋、多层热塑材料组合而成，具有非常好的耐腐蚀和保温性能，使用寿命长，易回收可重复使用。目前生产的柔性管直径已达16英寸，破裂应力可达280MPa，可承受2100米水深的水柱压力。6、柔性管 三、海底管道的铺设方法（一）铺管船法铺管能力：可铺设60英寸、水深2000米。 1、S型铺管法预制管段在船上进行组对、焊接、涂防腐层和无损探伤从托管架下到海床管道为S型水深一般不超过300米。 2、J型铺管法托管架垂直向下在立式塔架上进行组对、焊接适于深水海域 3、卷筒法用于小口径管道日铺管速度快，大大降低铺设费用。 （二）拖管法用于平台间比较短的集油气管道、注水管道、装有控制电缆的管束铺设。好处：管串的预制、试压、检验工作可在陆上进行，减少海上工作量，降低费用；无需动用费用昂贵的拖管船。四种托管施工方式：沿海水平面拖管、海水平面下拖管、海平面以上、沿海床面拖管。 2、在海水平面下拖管极大减小了表面风浪流的影响。1、沿海水平面拖管施工费用低 3、在海床面以上拖管通过铁链悬挂在水中长度的变化，避免管线与海床接触。 优点：作业时管串不受气候条件的影响；气候条件超出拖船的能力，可安全停放在海底；不需要后拉船。缺点：拖船马力要大；易损坏外涂层；费用相对高4、沿海床面拖管（底拖法） 四、海底管道的挖沟方法水力喷射液化机械切割挖沟犁 五、海底管道的立管1、预先安装在平台上的立管和管道连接方法：法兰连接高压舱焊接机械接头2、现场安装的立管和管道的连接方法：铺管船上焊接J型导管内拉管J型导管内反向拉管通过平台底部的弯管滑轨弯管法。 ThankYou!2004年11月课程结束