人类伟大工程 深海油气开发(1)知识量巨大、

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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 ======

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。

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！

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！

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。

延伸阅读

▲CCTV纪录片——四两拨千斤（上）

▲CCTV纪录片——四两拨千斤（下）

视频纪录了亚洲最大的深海油气平台——荔湾3-1平台上部组块装船、驳船改造以及浮托安装过程。