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当你搭乘液化天然气出租车在城市中穿梭时,你可曾想到?有一座巨大的海上油气加工厂伫立在波涛汹涌的南海,以重达32000吨的坚实身躯,抵御着南海的狂风巨浪。它最初只是为了将埋藏深海海底的天然气唤醒,却不经意间成为了亚洲最大的深海油气处理平台,让我们来一起了解那些不为人知的奥秘吧!


============== 故事背景 ==============

记忆中的香港阳光明媚,风景如画,可如今风景真成了“画”



▲使用清洁能源已成为必然



天然气作为比煤炭和石油更为清洁的能源,集中分布在我国的西北部,但经济发达的东南沿海地区天然气储量小。为解决沿海地区天然气供应不足的问题,我国开工建设了著名的“西气东输”工程。


▲西气东输线路示意图



该工程在一定程度上缓解了沿海地区天然气供应不足的局面,但考虑到运输和储存成本,越在线路的末端,其气源成本越高。


以广东珠海为例,目前珠海地区天然气价格为4.9元/立方米,而处在线路中端的陕西仅为3-3.5元/立方米,两者价格相差接近50%。(太贵辣!)


因此,就近寻找海上油气资源是解决这一问题的最佳途径。


幸运的是2006年4月在距离深圳200km的地方,成功钻探了荔湾3-1-1井,预测天然气地质储量可达1000亿立方米至1500亿立方米,年产量可望达到50亿立方米至80亿立方米(什么概念?可以满足全北京居民全年的用气量)。


好消息接踵而来,2009和2010年,在荔湾3-1气田东北方向,相继钻获流花34-2、29-1气田,测试获得日产天然气分别为150万立方米和160万立方米。


▲荔湾3-1及周围已发现气田位置图



荔湾3-1区域有望成为中国最大的深海气田,开发后可以极大的缓解珠江三角地区能源紧缺的局面。然而,在这个区域进行开发,难度远超常人想象!

========= 工程和技术难度详解 =========

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挑战一:开发方案难以确定


难题:开发荔湾3-1气田需要跨越巨大的陡坡!


▲荔湾3-1气田地理位置图



荔湾3-1气田,处于深海和浅海的交替区域。水深从200米的浅海,突然跨入海平面以下1500米的深海(陡坡对应的落差是1300米)。油气输送距离超过79公里,同时跨越这么陡的坡,非常非常困难!

难题:如何兼顾经济效益——要照顾周边气田开发


荔湾3-1气田周围有番禺34-1/35-1/35-2浅水气田,流花29-1/34-2深水气田,还有已经在生产的番禺30-1和惠州21-1。因为深海油气开发投资非常大(几百亿人民币)!所以荔湾3-1的开发方案要兼顾以上所有气田。

▲荔湾3-1地理位置及周边气田分布图


▼补充知识▼

深海油气开发,根据气田所处水深不同,开发方案也大有不同。一是建造海上油气平台;二是建造水下生产系统。

▲海洋油气钻采/生产装置水深范围


海上油气平台:



1.深水半潜式平台

可以兼做钻井及采油平台。底部浮箱实现沉浮,因浮箱沉于较深海水中,再加上锚泊系统,故稳定性好。

▲深水半潜式平台



2.张力腿平台(TLP)——拴在海底的气球

张力腿式平台的重力小于浮力,所相差的力可依靠锚索向下的拉力来补偿,且此拉力应大于波浪产生的力,使锚索上经常有向下的拉力,起着绷紧平台的作用。简单说,张力腿平台就像一个气球,把绳子拴在海底,它就不随便跑了。

▲张力腿平台



3.Spar(深吃水柱桶式平台)平台——海洋平台中的加长悍马

Spar的理念源自于浮标,结构的大部分都是浮筒。由于主体吃水很深,在深水环境中运动稳定、安全性良好,特别适宜于深水作业。

▲三代Spar平台



水下生产系统

水下生产系统包括油井、井口头、采油树、接入出油管系统和控制油井的操纵设备。井口头和采油树都在海底。对比海上平台,水下生产系统不会受到海况和水深的影响。

▲水下生产系统



综合考虑各种因素,开发团队提出了四种方案:
方案1:水下生产系统直接外输到陆上终端

方案一示意图



经过深入分析:南海海底地形复杂,气田处于陡坡下方,有巨大的深度差,自然压力不足以驱动油气越过陡坡到达陆地终端。(排除)


方案2:Spar/张力腿平台/半潜直接外输到陆上终端

▲方案二示意图


深水浮式油气处理平台从设计到建成至少需要3年以上时间,满足不了气田尽快投产的需要,并且成本较高,是固定式平台的2-3倍,且技术相对并不成熟。(排除)
方案3:Spar/张力腿平台/半潜式回接到浅水平台后外输到陆上终端

▲方案三示意图


需要建设两座油气处理平台及全部的生产管线,投资太大,经济效益低。(排除)
方案4:水下生产系统回接到浅水平台后外输到陆上终端

▲方案四示意图



因为南海海况恶劣,台风频发,采用更稳定的固定式浅水平台是一个理想的选择。


因此开发团队决定采用:将深水回接到浅水、周边回接到中心平台的总体开发方案。

▲荔湾3-1总体开发方案



荔湾3-1气田开发分为深海、浅海和陆地三部分,也就是在1500米的深海建水下生产系统,在200米的浅海建油气中心平台,在陆地建终端处理厂。

▲荔湾3-1气田开发方案



荔湾3-1采用合作开发的模式。深水生产设施由Husky担任作业者;浅水设施及陆上终端由CNOOC担任作业者。(你不知道Husky?那总听说过李嘉诚吧,他就是Husky的大BOSS)

▲Husky深水工程经验丰富;CNOOC浅水工程技术成熟。



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挑战二:设计和建造难度大!

荔湾3-1平台不仅要处理深海10个生产井输送的天然气,同时还要兼顾已发现的番禺、流花天然气田以及该区域潜在的油气资源。


▲荔湾3-1气田整体开发方案

因此,荔湾3-1中心平台的设计年处理量达到80亿方/年。我国陆地最大的天然气处理厂——苏里格气田第二处理厂,年处理量为50亿方/年,可以想象荔湾3-1平台的体量需要多巨大。

▲想尽办法控制面积,但单层甲板依然比足球场还要大。



▲想方设法“瘦身”,但还是比5个埃菲尔铁塔重。




各种低调,也无法阻挡它成为亚洲最大的深海天然气中心处理平台。

为了支撑如此庞大的身躯,导管架注定庞大。导管架高度达到190米(60多层楼的高度),高度太高就不能采用常规的立式建造,只能采用卧式建造(就是躺着)。


▲导管架建造方式


在深水低温高压状态下,为了防止水合物堵塞管道,往往需要向井口注入乙二醇,以抑制海底管道中水合物的生成(原理:乙二醇通过降低冰点来抑制水合物的生成,效果取决于注入量(浓度)与天然气是否混合均匀)。


但是平台组块已经太重了,额外布置大规模的乙二醇储罐显然是不明智的。那该肿么办呢?

最后想出一个办法——将乙二醇储存在导管架腿中,导管架腿“兼任”常压容器,这下就简单啦!


▲导管架建造现场



▲石油工人真辛苦



▲完成最后一个结构件的吊装



▲抵达预定安装位置



▲滑移入水



▲水上漂浮



▲入水扶正



我们已经胜利在望了吗?O(∩_∩)O,但就像闯关一样,大怪总在后面!


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挑战三:平台导管架安装问题

海洋平台的安装需要安装导管架后将平台组块与其对接。导管架可以通过滑移入水的方式来定点安装。

▲导管架滑移入水安装方法

但是平台组块和导管架的对接却是一个大难题:

组块安装通常有浮吊和浮托两种方式,但到目前为止,世界上没有任何一艘起重船能吊起荔湾3-1,所以整体浮吊行不通。
▲世界最大的单臂起重船“蓝鲸”号,最大起重量7500吨,荔湾3-1上部组块32000吨。


既然如此,那是否可以将组块拆分成若干部分再浮吊呢?

现实是海上组装不仅耗时长,对各工种的协同要求也高,而且海上作业受天气和海洋环境的影响很大,这都极容易造成工期延长。海上作业成本高,日费少则几十万美元,多则上百万美元。一旦工程进度不顺利,有可能带来上亿或者几十亿的损失,那就亏大了!


因此,该方案风险不可控,PASS掉!

那32000吨的平台如何安装到预定位置呢?
只能选择浮托法进行安装。然而现实是国内没有哪条驳船能够完全满足这个项目的要求。
▲浮托安装

荔湾3-1组块重量是普通平台组块的两倍,但是导管架的间距却没有增加,满足要求的驳船太宽,根本无法进入,但稍小一些的驳船又无法承载三万多吨的重量。
大船进不去,小船HOLD不住。
怎么办呢?最后决定改造世界第二大的驳船“海洋石油229”。(世界第一大驳船荷兰HEERE-MA公司的H-851船工期排满了)
▲“海洋石油229”驳船改造方案

将船体前100米的宽度减小至42米,便于进入导管架内;为了保证浮力,把后100米的船体宽度拓宽到65米(船东老板心痛不?)。
终于,驳船改造完成,平台和导管架对接在即!
▲上部组块成功装船

▲平台组块抵达导管架处,即将开始浮托安装

▲组块安装作业现场,工作人员争分夺秒

▲庞大组块与导管架对接处
▲成功安装,击掌庆祝

▲荔湾3-1屹立在南海

大功告成了吗?NO!NO!NO!

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挑战四:平台建好了天然气出不来

荔湾3-1平台坐落在190米水深处,但是生产井口却在海平面下1480米的海底,并且两者之间有79公里的海底陡坡。

▲输送距离长,坡度大,好难爬!(要爬三个东方明珠)

最后一道难关——如何将油气输送到中心平台呢?
这需要水下生产系统和双海管技术来实现。
产出的油气通过两条管线输送到平台,两条管线并行并可以任意切换。
▲典型双海管系统

未来油气输送还会有问题吗?当然!
采出的油气是混合物( 天然气、油水、蜡、砂石等) ,日久天长这必然会逐渐堵塞管道。有两条管道输送而且可以任意切换,那么我们就可以在未来清洗管道时不影响油气正常生产啦!

▼补充知识▼
双海管清洗知识:

首先,推动清管球的动力主要来自上部增压装置,流量和压力可以进行现场调节。此外,当清管球发生卡堵时,可进行反向推动。

采用双海管环路清洗,当一条海管出现故障时,另一条还可以继续保持生产,灵活性较好。当后期产量降低时,可将其中一条海管停运,经济效益佳O(∩_∩)O

对于深海气田而言,双管方案单根海管直径更小,因此积液量少,流动会更加稳定,有利于延长整个油气田的生产周期。此外,当管线内出现水合物时,可以对堵塞部位两端同时降压,有利于水合物的分解。


============ 华丽的总结 ============
▲成功采气啦!
▲清洁能源点亮城市文明
面对一个个挑战,石油工作者逐个击破。历时7年,该项目终于实现了商业供气!不仅解决了珠三角地区对清洁能源的需求,更为区域的能源安全提供了有力保障。
毛主席说:“上可九天揽月,下可五洋捉鳖。”油气行业是可以比肩航空航天工业的人类伟大工程,石油工人好牛B!为了表达对他们的敬意,请将此文章分享到朋友圈!


转自石油课堂

下一节:讨论1 请结合所学知识谈谈油田选择注水开发的原因。

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石油工业概论课程列表:

第一章 绪论

-1.1 石油的基本性质及用途

--1.1.1视频

--1.1.2作业

--拓展阅读|石油真相

-1.2 石油工业发展

--1.2.1视频

--1.2.2作业

--拓展阅读|中国油田分布及功勋井

--拓展阅读|中国贫油论的破产

-1.3 石油资源与可持续发展

--1.3.1视频

--1.3.2作业

--拓展阅读|石油储量和消费量

-1.4 化石能源与新能源

--1.4.1视频

--1.4.2作业

--拓展阅读|从百慕大“杀手”到未来能源之星——可燃冰

-讨论1 请从“衣、食、住、行”方面举例所了解的石化产品。

-讨论2 请结合教材,讨论世界石油工业的发展历程和重要历史节点。

-考试|第一章

第二章 石油地质

-2.1 岩石与地层

--2.1.1视频

--2.1.3作业

--拓展阅读|生活中常见岩石

-2.2 沉积岩与沉积相

--2.2.1视频

--2.2.2作业

--拓展阅读|沉积岩和沉积环境

-2.3 地质构造与地质年代

--2.3.1视频

--2.3.2作业

--拓展阅读|板块运动

-2.4 油气的生成

--2.4.1视频

--2.4.3作业

--拓展阅读|油气的生成

-2.5 油气藏的形成

--2.5.1视频

--2.5.3作业

--拓展阅读|油气田被发现的过程是怎样的?

-讨论1 从油气藏类型来看,涠西南凹陷大中型油气藏类型主要为背斜油气藏、断层油气藏以及构造-岩性油气藏(图)。试问按照地质圈闭不同,背斜油气藏、断层油气藏以及构造-岩性油气藏分别属于什么类型油气藏?

-讨论2 油气生成的条件有哪些?最重要最关键条件是什么?

-考试|第二章

第三章 石油勘探

-3.1 石油勘探简介

--3.1.1视频

--3.1节作业

--拓展阅读|大漠女儿”杨拯陆——记杨虎城将军的女儿

-3.2 地球物理勘探技术

--3.2.1视频

--3.2.3作业

--拓展阅读|你所不知道的海洋勘探“黑”科技

-3.3 地球物理测井技术

--3.3.1视频

--3.3节作业

--拓展阅读|测井小史

-3.4 测试及录井技术

--3.4.1视频

--3.4.3作业

--拓展阅读|史上最全钻井取心技术…

-讨论1|中国石油非地震勘探技术应用现状及发展趋势?

-讨论2|结合实例说明为什么要一个区域一个区域的勘探,而且要先区域勘探,然后圈闭勘探、油气藏评价勘探?

-考试|第三章

第四章 钻井与完井

-4.1 钻井技术概况

--4.1.1视频

--4.1.3作业

--拓展阅读|自贡燊海井,世界第一口千米深井,古代钻井技艺的巅峰之作

-4.2 旋转钻井系统基本构成及工艺过程

--4.2.1视频

--4.2.3作业

--拓展阅读|钻机——钢筋铁骨的钻井侠

--拓展阅读|大庆油田60年奋斗史

-4.3 特殊钻井工艺工程

--4.3.1视频

--4.3节作业

--拓展阅读|从石油钻具说开去

-4.4 完井与海洋石油钻井

--4.4.1视频

--拓展阅读|世界五大海洋油气田

-讨论1|请思考本井采用较高的钻井液密度仍然发生井喷的原因?

-讨论2|实例中王进喜和工人们控制井喷的原因?

-考试|第四章

第五章 油气田开发与开采

-5.1 储层物理性质基本概念

--5.1.1视频

--5.1节作业

--拓展阅读|为什么油渍会渗入一些石头里?

-5.2 油田开发过程

--5.2.1视频

--5.2.3作业

--拓展阅读|油田开发过程的黑历史

-5.3 开发方案设计

--5.3.1视频

--5.3.3作业

-5.4 油田注水开发

--5.4.1视频

--5.4.3作业

--拓展阅读|长庆油田注水开发精细化:让油藏“喝饱水”产效益油

-5.5 常用的采油方法

--5.5.1视频

--5.5.3作业

--拓展阅读|旋转的工程师——螺杆泵采油技术大解密

-5.6 常用井下作业技术

--5.6.1视频

--5.6.3作业

--拓展阅读|你所不知道的水力压裂技术

-5.7 提高原油采收率技术

--5.7.1视频

--5.7.3作业

--拓展阅读|脑洞大开的“稠油开发”

-5.8 气田海洋油气田的开发与开采

--5.8视频

--拓展阅读|人类伟大工程 深海油气开发

-讨论1 请结合所学知识谈谈油田选择注水开发的原因。

-讨论2 试结合实例分析油层出砂带来的危害并提出应对措施。

-第五章 考试

第六章 油气集输与储运系统

-6.1 矿场油气集输系统

--6.1.1视频

--6.1.3作业

--拓展阅读|油气集输——油气地面运移的“交通网络”

-6.2 原油处理工艺

--6.2.1视频

--6.2.3作业

-6.3 长距离输油管道天然气集输与外运

--6.3.1视频

--6.3.3作业

--拓展阅读|西气东输工程意义重大

-6.4 油气储存系统及腐蚀防护

--6.4.1视频

--6.4.2作业

--拓展阅读|如何保障“能源血管”的安全?——管道防腐与检测技术大解密

--拓展阅读|亿万黑金的驿站——战略石油储备方式大解密

-讨论1 试论天然气集输工艺与处理措施

-讨论2 请结合实例讨论为什么说油库业务中,储存过程的安全是第一位的?

-第六章 考试

第七章 石油炼制与石油化工

-7.1 石油炼制与石油产品

--7.1.1视频

--7.1.3作业

--拓展阅读|石油化工学家侯祥麟院士

--拓展阅读|聊聊常减压装置那些事。。。

-7.2 石油化工与石油化工品

--7.2.1视频

--7.2.3作业

--拓展阅读|石油化工的核心——乙烯

-讨论1 请结合设备实例讨论原油的蒸馏过程是怎样进行的?

-讨论2 请结合实例讨论催化裂化在提高油品质量中的作用。

-第七章 考试

结业考试

-结业考试

拓展阅读|人类伟大工程 深海油气开发笔记与讨论

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