浅谈十种深水和超深水油田开发生产解决方案

张宁，王跃曾

（中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518067）

与陆地和浅水相比，高昂的勘探和开发成本要求深水超深水油气田的储量规模更大，日产油气量也要高得多，国际油公司正在竞相寻找和开发深水和超深水海域里的油气田。同样，工程公司、承包商和制造商都在竞相为深水和超深水油田开发提供特定的解决方案。最近在深海领域的大量发现，鼓励和加速了工程公司、承包商和制造商致力于开发或改进其深水生产解决方案。这一开发概念的竞赛产生了许多可行的解决方案，可以支持在世界各地深水和恶劣环境中的油气开采。各公司都在竞相开发、销售和让作业者安装他们的设计，以免竞争对手在市场上占据主导地位和关闭任何新的概念。解决方案提供商都知道，并非所有当前销售的设计都将被选中。在接下来的数年时间里，长长的解决方案列表将很快缩小到每个设计类别中的少数几个，少数公司最终将主导每个类别。

1 解决方案类型

目前，全球市场为全球深水生产解决方案提供了至少10个主要的深水生产解决方案类别。通过筛选130多种生产解决方案，并逐个将其归入一个个类别。

对于每组解决方案，必须了解它们一般的优点和缺点，以便缩小与海上油田开发相关的选项列表。每个解决方案的优点将集中在额定水深值、干式采油树和/或湿式采油树能力、钻井能力、有效载荷、运动特性、CAPEX（资本支出）、OPEX（运营成本）、ABEX（弃置成本）、安装方法、可施工性、制造时间等方面。每种生产解决方案如下所述：

方案一：顺应塔（CT：Compliant Towers）或顺应桩塔（CPT：Compliant Piled Towers）。

迄今为止，共有三个装置——埃克森的Lena拉线顺应塔位于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都有信心将这项技术应用到3000英（915m）尺的水深。埃克森美孚拥有CPT的技术专利，这些专利与CT技术的一般专利不同，见图1顺应式桩塔。

图1 顺应式桩塔CT

方案二：深吃水潜式平台或深吃水半潜式平台。

尚未安装任何设计，但已进行了大量研究，见图2深吃水半潜式平台。

图2 深吃水半潜式平台DDSS

方案三：浮式生产系统和浮式生产船。

浮式生产船（FPV: floating production vessels）用于恶劣环境和需要高生产率的地方。FPS主要用于挪威和巴西近海，浮式生产船见图3和图4。方案四：深水半潜式生产系统、浮式生产/钻井船。

图3 浮式生产船FPS

图4 浮式生产船FPV

浮式生产储油卸油船（FPSO: Floating production storage offtake vessels）：有75艘FPSO正在作业运行或可供使用。巴西国家石油公司已将浮式生产储油船的水深能力扩展至巴西近海6083英尺（1854m）水深的Roncador油田，见图5浮式生产储油卸油船。

图5 浮式生产储油卸油船FPSO

方案五：浮式生产/钻井/储存和卸载系统或新型浮式、生产、储存和卸载系统。

有许多新的单个船体FPSO概念，主要由欧洲承包商提供附加在FPSO之上的钻井能力。见图6浮式生产钻井储油卸油船和图7Sevan圆筒型浮式生产钻井储油卸油装置FPDSO。

图6 浮式生产钻井储油卸油船FPDSO

图7 Sevan圆筒型浮式生产钻井储油卸油装置FPDSO

方案六：Mini-TLP张力腿平台、Mini-TLWP井口平台。

迄今为止，已经安装了至少四个Mini-TLP。Mini-TLP的当前水深记录为3300英尺（1006m）。所有已安装或计划安装的Mini-TLP均为湿式采油树设计，没有月池。当作业者为干式采油树解决方案选择Mini-TLP时，此解决方案的另一个里程碑将出现。Atlantia Offshore的专家认为，他们可以使用传统的钢筋束硬件和不同直径的钢筋束，将mini-TLP概念从业界公认的限制深度6000英尺（1829m）加深至9000英尺（2743m）的水深。西非和美国墨西哥湾都是Mini-TLP最热门的超深水区域。目前，有7家公司正在销售Mini-TLP设计，见图8小型张力腿平台Mini-TLP。

图8 小型张力腿平台Mini-TLP

方案七：SPARs平台、深吃水沉箱船舶、单柱浮式平台、深吃水浮式平台、沉箱生产装置等。

当需要大量有效载荷时，SPARs平台似乎是首选的深水解决方案，因为它们是一个经过验证的概念。12家公司在销售自己的SPARs设计，然而，专利问题和谁拥有这项技术让业界感到困惑。迄今为止，已经安装了至少三个SPARs或DDCVs。所有设备都安装在美国的墨西哥湾，水深从1930英尺（588m）到4800英尺（1463m）不等，见图9 SPARs平台。

图9 SPARs平台

方案八：张力腿平台、张力腿井口平台。

这项技术随着壳牌在美国墨西哥湾安装Ursa TLP，已经发展到3950英尺（1204m）的水深。在北海和美国墨西哥湾已经安装了11个全尺寸TLP。七家公司在销售TLP设计，见图10张力腿平台TLP。

图10 张力腿平台TLP

方案九：井口控制浮标、生产浮标概念。

这是一项成熟的技术，在南非和澳大利亚有两个装置。这项技术正在不断发展，最适合用于水下回接。目前有8家公司正在推广这项技术，用于3000米以下的水深，见图11 井口生产浮标WHCB。

图11 井口生产浮标WHCB

方案十：ABS (artificial buoyant seabed)系统。

ABS系统的基本原理是在泥面以上200～400m处建立一个“人工海底”。ABS装置是一个水下的钢质罐体，可以部分充气，借助井中套管的海底模式，运用这种技术，可以将所有装备都安装在“浅水”深度。显然，这种方法降低了对钻井设备的要求，可以用较为经济的平台租金和工作船费用进行深海作业。ABS装置总重为379t，钢体结构重量245t，浮力块的重量为134t。仅从钢结构上看，浮筒是由上下2个圆柱体组成的浮体，在上下2个浮体之间，有一个锥形过渡带。ABS装置的基本力学模型为一个巨型浮筒，浮筒为10个舱室，其中2个舱室处于浮筒中间部分，直径6.5m；其中8个舱室均匀布于浮筒周边，内直径6.5m，外直径16m；浮筒的周围安装32个浮力块，浮力块为合成泡沫构成，见图12 ABS(artificial buoyant seabed)系统。

图12 ABS (artificial buoyant seabed)系统

2 选择过程

现在有大量的深水生产解决方案可供作业者挑选。在过去的数年里，这个名单有了巨大的增长。为了选择最佳的油田开发方案，了解每个概念的优缺点的过程可能会令人费解和困惑。

一些作业者简化了选择过程，只选择经过验证的概念，以最小化项目风险。其他作业者通过确定可能的解决方案，对其进行审查、分析，并根据一系列项目和公司标准对其进行排名，再进行严格的评审和选择。

在油田开发规划的初始阶段，大多数作业者没有时间 和/或工作人员对行业进行充分的调查，也没有时间对所有未在现场建立和验证的设计方案进行调查。这些限制迫使公司提供未经验证的解决方案，通过出版、制作演示文稿和拜访作业者大力推销其技术和设计。

最初，作业者可以根据水深能力将一长串解决方案缩小到几个选项。另一个进一步减少选项列表的标准是油藏规模的大小。可采储量的大小直接影响哪种方案能够实现基于期望内部收益率（IRR）或财务绩效指标的以美元/桶为单位的经济目标。

大多数深水解决方案都是面向大型油藏的。直到最近，一些新的概念，如mini-TLP控制浮标和小型SPARs平台等，才集中在深水领域的边际油藏。

并非所有的解决方案都能够得到平等的对待。他们在设计的成熟度上都有所不同。那么，作业者应该如何选择一个概念呢？Atlantia Offshore的专家有一个有趣的程序：“作业者必须考虑设计的技术优点、设计的历史性能，最重要的是考虑相关人员的经验。”专家强调作业者应该考虑团队，团队将进行设计和模型测试，并最终执行各合同阶段的施工和安装。“深水领域有许多潜在的挑战，在市场上，很少有公司真正拥有经验和历史数据来支持其在安全性和可操作性两个方面同时具有竞争力。”

用于确定特定设计成熟度的报告卡或基准，是为了验证解决方案开发人员是否在不同水深和现场位置执行了以下任何操作：涡激振动（VIV：vortex induced vibrations）分析；整体性能分析；水箱试验；风模型试验；疲劳试验；隔水管分析等。

3 创新周期

就SPARs而言，生产/钻井SPARs的发明人Ed Horton从构思到首次安装花费了10年时间。对于Atlantia和他们的Sea Star（r）mini-TLP设计，该过程始于1990年；他们的第一个mini-TLP安装于1998年，从构思到安装经历了8年时间。一些未经验证的生产解决方案将继续存在，另一些将悄然消失，但新的和经过验证的解决方案的价值就在于其正在为作业者提供技术上安全可靠和经济上可行的深水超深水生产解决方案。更多成熟的生产解决方案已经在世界上的几个作业区域验证了它们的设计。

专家指出，“一个新的概念必须在作业者组织内部有一个相信该概念的倡导者。”倡导者还必须在整个公司内表达清楚并受到尊重，以便向管理层推销特定生产解决方案的好处。每个未经验证的概念，考虑了一个领域的发展是证明设计和其他新的生产解决方案的竞争。新概念是由一个公司中一两个人的执着和远见驱动的。没有这些人，深水开采方案永远不会被接受。

4 约束条件

将深水生产解决方案推向市场是一个昂贵而漫长的过程。工程公司、承包商、制造船厂和作业者已经花费了数百万美元来开发或改进他们的看家（关键）的深水技术。并不是所有提供深水解决方案的非作业者公司都有财力完成设计。很多依赖作业者来选择他们的设计，支付详细设计费用，然后采用和实施方案。拥有少量员工的独立公司可能需要依靠顾问来评估各种解决方案，以确定竞争设计的可行性和对特定领域发展计划的适用性。

5 市场趋势

未经证实的概念被认为是危险的。专家指出，“石油和天然气公司试图将他们的项目风险降到最低。当一个新的解决方案必须与一个经过验证的设计相竞争时，它必须在资本支出和/或运营成本上节省10%～20%，才能在经济上证明这种风险的合理性。他补充道：“在竞标中，你不会以1%～2%的节省赢得竞争；你必须击败经过验证的设计，才能成就新的设计。”

由于合并和缩小规模，作业者的组织变得更加扁平化，而深水和超深水技术也在发展。作业者正在努力赶上并跟上这一行业所能获得的所有新技术。一些作业者选择使用付费设计的竞争方法来确定哪种解决方案在技术和经济上最适合他们的油田开发。

6 认知

（1）为了在深水和超深水中实现最低的桶油成本，寻找新技术的必要性正迫使保守的行业更加开放和接受新的想法，基本上遵从“需求是发明之母”。

（2）作业者对深水设计师和深水生产解决方案的争夺正在以惊人的速度进行。只有那些灵活、强大、有耐力完成任务的公司，才会成为深水超深水开发方案竞赛的赢家。