张新平,夏宏南 (长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)
王跃曾,唐海雄 (中海石油 (中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518067)
邓文锋 (中海石油能源发展公司深圳船舶代理公司,广东深圳51 8067)
在水深大于500m的深海油气勘探开发中所应用的海上浮式结构,经历了从沉箱型 (Pontoon)半潜式平台 (Semi-submersible Platform)、钻井船 (Drill Ship)、张力腿平台 (TLP:Tension Leg Platform)到杆状圆柱平台 (Spar Platform)等发展历程。在这些形状各异的浮式结构平台应用中,普遍存在着基础浮体互换性、稳定性、抗风与抗流能力的局限;如果作为FPSO(Floating production storage offloading,浮式生产、储存、外输船),则存在需要复杂的单点系泊系统等问题。2005年8月墨西哥湾遭受 “卡特里娜”(Hurricane Katrina)五级飓风 (最高风速280km/h(150kts))袭击后,美国政府对石油开采的安全和环境保护提出了更加严格的要求。同时,高温、高压、深井、极地等深海恶劣的自然环境 (如美国阿拉斯加和俄罗斯萨哈林岛)要求新兴平台的设计更加注重作业安全、“环境友好”、零排放和装置 “瘦身” 方案。
为了适应市场需求,就必须克服以上各种基础浮体结构上存在的不足。目前在世界上出现了一种新型漂浮式单体圆柱主体结构 (图1),由于其形状在海上酷似飞蝶 (UFO:unidentified flying object),故称其为 “海上飞蝶”。
图1 新型单体圆柱平台
该平台被设计为一个半潜式单体圆柱,平台主体为全封闭式结构,除了顶部和底部,其余部分的横截面都具有相同的直径 (图2)。平台下体 (圆筒的入水部份)压载后提供主要浮力,并保证平台作业安全,可以安装动力定位装置。高出水面的筒体部份可以安装锚机,从而实现混合定位。根据不同的用途,筒体内部可以设计为分隔的舱室形成储存舱 (原油、钻井散装料、燃油、水)、压载舱和管汇舱。圆筒上部可以安装不同的模块,从而形成生产油轮FPSO、自航式钻井平台MODU(Mobile offshore drilling unit)、多用途支持平台MSV(Multipurpose support vessel)、液化天然气平台FLNG(Floating liquefied natural gas production)、天然气集输站GTW(Gas to wire offshore plant)、钻井生产平台FDPSO(Floating drilling production storage offloading)以及海上生活基地FAU(Floating accommodation unit),也可以成为深海动力电站 (deep-sea power plant)、深海补给站 (deep-sea refueling stations)等装置,用以进行石油天然气的钻探、处理和储存。
目前,“塞万钻工”(Sevan Driller)平台 (图3)在我国中远控股的启东船厂建造并通过了试运行。该平台配置了目前石油界最先进的钻探能力:双钻井井架,甲板面积 5800m2,甲板可变载荷超过15000t,配备了12500ft(1ft=0.3048m)的隔水管,自航速度7~9kn(1kn=0.514444m/s)。具备高达150000bbl(1bbl=158.9873dm3)桶的原油存储容量,配备了柔性补偿压载系统、动力定位和锚泊定位系统。该平台将被巴西石油公司 (Petrobras S.A)首次应用于巴西的桑托斯盆地的石油钻探。
图2 单体圆柱平台剖视图
图3 的我国建造的 “塞万钻工”
在世界范围内,单体圆柱平台的分布情况:英国北海 (North sea):2艘,墨西哥湾 (U.S gulf of Mexico):1艘,巴西 (Brazil):1艘,中国在建 (New builds-China):2艘。
“海上飞蝶”将被广泛应用于深海的油气勘探和开发,担负海上钻探、生产、原油处理、存储和外输等各种工作,成为未来深海石油开采的有效方式。在石油钻探领域,该结构配置的钻井平台在适应极地气候以及恶劣海况 (台风)条件的同时,使得作业水深、钻探地层深度均有较大提高。由于该结构具有安全性高、运动性能好、建造规范、系列化和标准化容易、互换性强等优点,将在深海领域的能源开发和利用方面发挥积极作用。