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30 第 22 卷 第 4 期 石 油 规 划 设 计 2011 年 7 月 陈宏举 男 工程师 2001 年毕业于石油大学 华东 油气储运专业 获工学学士学位 2004 年毕业于石油大学 北京 油气储运专业 获工学硕 士学位 现在中国海洋石油总公司研究总院 从事工艺和海底管道工艺的设计和研究工作 地址 北京市东城区东直门外小街 5 号海油大厦 1008 室 100027 E mail chenhj3 陈宏举 周晓红 中国海洋石油总公司研究总院 陈宏举等 区域开发中的海底管道管输工艺 石油规划设计 2011 22 4 30 33 摘要 随着区域开发方式在我国海上油气田开发过程中所起作用的日益加深 在区域规划开 发中 管输方案确定时需要考虑的影响因素也越来越多 论述了海上油田开发方式的 3 种演变 独立开发 依托开发 区域开发 以及不同开发方式的不同作用 从设计基础确认 管输方案制 定 管径选择和海底管道流动安全保障等方面 分析了区域开发方式中管输工艺设计应关注的问 题 指出油气田区域开发中合理规划管网系统 设置完善的流动安全保障设施 使区域内管道输 送方案合理 安全 节能 经济 对区域开发中的海底管道管输工艺设计至关重要 关键词 海上油气田 区域开发 海底管道 管输工艺 独立开发 依托开发 流动安全保障 中图分类号 TE54 TE832 文献标识码 A 文章编号 1004 2970 2011 04 0030 04 众多边际油气田的发现 需要依托周边的工程 设施和输送管道进行开发 海上油气田的开发方式 也逐渐从独立开发变为依托开发为主 随着越来越 多的海上油气田的发现 与周边在产油气田形成油 田群 新的区域开发理念逐渐成为海上油气田开发 之所需 海底管道作为海上油气田开发输送生产流体的 主要方式 可以看做是海上油气田开发的生命线 海底管道设计的合理性 可行性和各种工况输送的 安全 关系着海上油气田能否正常生产 在油气田 区域开发中 海底管道更是起着纽带作用 其将区 域内各油气田连接成统一的开发体系 因此 合理 的油气管网布局及输送工艺 是影响油气田区域开 发的重要因素之一 1 海上油田开发模式的变迁 1 1 油气田独立开发方式 在我国海洋石油发展初期 由于海上油气勘探 开发和工程技术限制 海上油气田发现较少 经常 是一个海域只有一个大型的整装油气田进入工程开 发阶段 因此开发方式大都是独立开发 例如绥中 36 1 油田等 目前 若待开发油气田为海域内第一 个油气田 并且周边油气藏潜力较小 独立开发仍 是重要的开发方式之一 例如丽水 36 1 气田 油气田独立开发方式中设有一个海上工艺处理 中心 生产平台和处理中心之间有海底管道连接 若需要将生产物流送到岸上做进一步处理 还需要 一条上岸管道将海上工艺处理中心和陆上终端连 接 现阶段的独立开发方式中 若开发方案中有上 岸管道 管道的输送规模一般会根据周边油气藏潜 力预留部分输送能力 1 2 油气田依托开发方式 随着海上油气勘探开发和工程技术的发展 越 来越多的中小型油气田被发现 这些油气田单独开 发经济效益很差 而且其周边海域一般已有在产的 油气田 为了提高经济效益 节省开发成本 这些 第 22 卷 第 4 期 石 油 规 划 设 计 31 油气田开发时都考虑依托周边的油气处理设施和海 底管道 尤其是边际油气的开发 因而 新的油气 田与周边在产油田形成被动式的油气田群区域开 发 例如涠洲油气田群 渤南油气田群和锦州 25 1 油气田群等 在油气田依托开发方式中 新开发油田一般只 需要新建一个或多个生产平台或者水下生产设施 新建一条或多条海底管道 连接生产平台或生产设 施和已建的油气处理中心 依托在产油田的油气处 理设施和海底管道进行开发 若是新开发油气田的 生产物流加入后 超出已建油气处理中心处理量的 设计能力较多 还需要新建油气处理中心和海底管 道 将新建油气处理中心和已建油气处理中心相连 接 此时 新开发油气田依托在产油气田的海底管 道进行开发 设计时 由于在产油气田的油气处理设施 处 理能力和海底管道输送能力没有考虑到周边油气田 的开发需要 虽然油气田依托开发方式尽可能地优 化了区域内的开发 但受到周边已建油气处理设施 和海底管道输送能力的限制 这种被动的区域开发 方式仍然存在一定的缺陷 如 区域内整体资源开 发利用性不高 缺少合理的管网布局 难以兼顾后 续周边油田开发的需求等 1 3 油气田区域开发方式 考虑到油气田依托开发方式的缺陷和国家新的 节能减排标准的颁布 需要一种新的区域开发方式 来统筹考虑目前我国海上油气田开发面临的降本增 效和节能减排问题 油气田区域开发方式可以统一考虑区域中油气 储量 工程设施 能源供给和管输工艺 避免重复 投资 合理利用资源 节约开发成本 在区域开发 方式中 新油气田设计时综合考虑周边区域的油气 藏潜力 统筹考虑油气处理中心的位置和区域内海 底管道管网的设计 新建的油气处理中心的处理能 力和海底管道的输送能力都相应地给周边油气田的 开发预留空间 从而提高区域内油气田开发的经济 效益 2 油气田依托开发设计过程中的管 输工艺问题 目前 我国大部分海上油气田群的形成 从开 发模式上看 都是从油气田独立开发模式逐渐转化 到油气田依托开发模式 即首先从某一油气田单独 开发 然后周边油气田逐渐加入 最终形成被动式 的区域开发油气田群 以锦州 25 1 区域油田开发过 程为例 首先是锦州 25 1 南油田进入工程开发阶 段 随着勘探和油藏研究的不断深入 锦州 25 1 油田和金县 1 1油田依托锦州 25 1南油田的工程设 施先后进入工程开发阶段 最后 锦州 25 1 油田南 区依托锦州 25 1 油田和锦州 25 1 南油田进入工程 开发 在锦州 25 1 区域形成油田群 油田群中共需 建设 4 条混输管道 5 条输油管道 1 条注水管道和 3 条输气管道 各条管道串联成网状管道输送系统 锦州 25 1 区域的油田群开发示意见图 1 此种依托开发模式形成的油气田群被动区域开 发 如同搭积木 从单个油气田起 一个个加入后 形成一个整体的油田群 由于每个油气田在设计时 只是考虑了自身的需要 因此 在下一个油气田开 发时 只能根据油气田群中原有的油气田的开发方 案和现有设施及管道的有限空余能力来依托开发 因此 现有设施改造受到限制 许多设施和管道仍 需要新建 具体到管输工艺 由于现有油气田的管 输方案和管网布局设计的局限性 被动区域开发形 成的油气田群的开发设计中存在一些缺陷 现以锦 州 25 1 区域油气田群为例 分析依托开发模式中存 在的管输工艺问题 2 1 新油气田管输方案的确定问题 新油气田管输方案的确定首先要考虑的是适合 现有管输系统能力和工程设施要求 因此 从整体 输油管道 输气管道 混输管道 注水管道 锦州 25 1 油田南区 锦州 25 1 油田 锦州 25 1 南油田 金县 1 1 油田 锦州 25 1 南 A 平台 图 1 锦州 25 1 区域的油田群开发示意 锦州 25 1 A 平台 锦州 25 1 南区 B 平台 锦州 25 1 南区 C 平台 锦州 25 1 南 B 平台 金县 1 1 A 平台 金县 1 1 B 平台 旅大 10 1 油田 绥中终端 新建终端 32 陈宏举等 区域开发中的海底管道管输工艺 2011 年 7 月 区域开发来看 管输方案可能存在不合理的地方 在锦州 25 1 油田南区开发时 就油田区域而言 最 为合理的方案是 锦州 25 1 油田南区的油气水全部 混输至锦州 25 1 南油田 但由于受到锦州 25 1 南 油田处理能力的限制 同时考虑到锦州 25 1 油田已 有一条原油输送管道 最终形成了锦州 25 1 油田南 区 C 平台混输至锦州 25 1 南油田 锦州 25 1 油田 南区 B 平台的油 气分输至锦州 25 1 油田的管输 方案 2 2 已有管输系统的输送能力受到限制 已有管输系统的输送能力受到限制 新油气田 的开发规模因此受到制约 这需要通过新油气田限 产或新铺设管道来解决 而这两种方案都会直接影 响油田的经济效益 在锦州 25 1 油田区域开发过程 中 上岸管道在设计时虽然考虑了部分余量 但在 锦州 25 1 油田南区进入后 整个区域的原油产量仍 然超过了管道的输送能力 这需要调整锦州 25 1 油田南区的产量 必要时铺设锦州 25 1 区域至旅大 10 1 区域的原油输送管道 2 3 流动安全保障问题 在流动安全保障方面 由于已有设施设计时没 有考虑到新建油田的加入 许多设备需要进行改造 更换 也需要调整相应的输送参数来满足整个管输 系统的安全 在锦州 25 1 油田区域中 锦州 25 1 油田 金县 1 1 油田加入后 需要考虑锦州 25 1 南油田热负荷能否满足锦州 25 1 油田至锦州 25 1 南油田的原油管道和金县 1 1油田至锦州 25 1南油 田的混输管道在置换工况时的加热需求 也需要考 虑锦州 25 1 油田南区加入后 锦州 25 1 油田与锦 州 25 1 南油田之间原油管道的输送压力等问题 为 了解决这些问题 在新的油气田加入时 都需要对 原有油田相应的工程设施进行改造 综合而言 依托开发方式虽然在区域中相对优 化了开发设施 开发资源和投资 但由于受到已建 设施和管道的制约 这种被动式的区域开发模式不 能更好地适应海上油气田群开发的需要 3 油气田区域开发应注意的管输工 艺设计问题 由于依托开发和独立开发已经不适应海上油气 田区域性开发的需要 因此在面临区域整体开发的 情况下 需要一种新的开发模式即区域开发的模式 来满足区域内各油气田开发的需求 对于海底管道 管输工艺来说 油气田区域开发可以合理地规划管 网系统 设置完善的流动安全保障设施 使区域内 管道输送方案合理 安全 节能和经济 由于区域开发模式对区域内管道的管输工艺有 着更高的要求 因此 在确定区域规划开发管输方 案时 需要考虑多种影响因素 管道的输送规模需 要考虑区域内油藏的潜力 管道的流动安全保障设 施需要综合考虑区域内的开发设施统一设置 油气 田区域开发模式中应注意的管输工艺设计问题主要 有以下几个方面 3 1 设计基础的确认 基础数据对于工程设计来说就如高楼大厦的地 基 其重要性不言而喻 区域开发模式中 设计基 础的确定更是决定着区域开发方案设计的合理性 可行性和经济性 对于区域开发中的管道工艺来说 管输方案以及管输规模的确定都取决于相关专业所 提供的基础数据 确切来说 要尽量明确区域内各 油气田的产量 以便决定管输系统中各管道的直径 掌握各个油气田生产物流的性质 管道的保温形式 以及流动安全保障设施的设置都取决于生产物流的 性质 流体的性质还影响区域内流体的输送方向和 海上平台的设置 3 2 管输方案的制订 管输方案的制订是由油气田开发工程方案决定 的 反过来管输方案的确定又影响油气田开发工程 方案 油气田开发中 管输方案需要根据油气田开 发需要 管输距离 输送流体性质以及相关的工艺 流程等来确定 在新的油气田区域开发模式中 管 输方案还需要统一考虑区域中油气产量 油气性质 工程设施 能源供给等情况 以便决定合理 安全 经济的管输方案 一般来说 产量小的油气田的流 体输往产量大的油气田统一处理 能源供给由产量 大的油气田统一提供 如有可能 尽量减少油品性 质差的油气田的物流输送距离 3 3 管输能力和管径的选择 管道的管径大小直接决定了海底管输系统的输 送能力 海底管道直径的确定需要综合考虑输送量 输送压力 输送温度 流体速度和经济投资等因素 首先 管道的输送量是决定管道直径的主要参数 在区域开发模式中 各油气田的产量直接决定管道 的直径 其次 对于气体管道来说 由于气体的可 压缩性 区域内管输系统的压力也是影响管道直径 选择的重要参数 再次 为了保障管道的安全以及 降低管道投资 管道的直径不宜过大 尤其是在区 第 22 卷 第 4 期 石 油 规 划 设 计 33 域开发模式下 由于管输系统为多条管道连接成的 管网 各条管道之间相互影响 需要综合考虑各条 管道管径的大小 最后 在区域开发模式中 管径 的选择还应为区域内油气田的开发统一考虑 尽可 能地预留一定的输送空间 3 4 流动安全保障的考虑 在各种工况下 海底管道具有完备的流动安全 保障是维持油田正常生产的必要条件 对于管输工 艺来说 海底管道尤其是输油或混输管道的流动安 全保障是重要的研究内容 在设计过程中 其工作 量最大 设计难度最大 涉及的上下游专业也最多 区域开发模式中 非正常工况下的流动安全保障所 需要的参数通常都是影响管道和平台设计的关键参 数 因此 油气田区域开发模式中管输系统的流动 安全保障设计尤为重要 对于海底管道来说 单相 气体管道的流动安全保障相对简单 本文仅以输油 或混输管道流动安全保障设计时需要关注的问题进 行讨论 3 4 1 最小输量的计算 高凝原油管道输量变小后 管道的温降会随之 变大 导致输送温度降低至原油凝点以下 从而造 成管道堵塞 而高黏原油输送虽然不存在管道堵塞 但输量减小 温度降低后 会导致管输压力有较大 幅度的升高 从而造成管输系统的关断 因此 需 要对原油管道和混输管道进行最小输量的分析 油 气田区域开发模式的管输系统组成较为复杂 是多 条管道连接成的管网 尤其是多条管道串联时 上 游管道的最小输量不仅要满足本条管道的输送温度 的要求 还需要考虑管道出口平台停产时 管道内的 输量能够满足输送到下一级管道出口的温度要求 3 4 2 置换工况的考虑 当平台因不可预见因素而导致管道事故停输 后 若在允许的停输时间范围内不能恢复生产 除 非另有办法使管道再投产时得以恢复使用 否则必 须对管道内存留介质在要求的时间内进行置换 以 确保管道的安全 对于油气田区域开发 由于整个 管输系统涉及多条管道和工艺设施 引起管道事故 停输的因素相应增多 管道置换工况设计时 首先 需要全面考虑可能出现的各种事故 然后需要逐一 细致地考虑事故可能导致的各种工况 全面考虑事 故对各条管道带来的影响 配备置换设备和置换流 程 若牵涉到多条管道置换 需要整体考虑置换流 程和相应应急设施 包括各种工况下