海洋油气增产作业船现状分析.pdf

2 0 1 1 年第3 9卷增刊 石 油机械 CHI NA P ETROL EUM MACHI NERY ． ． 专题综述 海洋油气增产作业船现状分析 宁 波 关利永 王显庄 王启中 中石油海 洋公 司天津分公 司 摘要介绍 了国外几艘典型增产作业船，论述 了国内增产作 业船 的现状 ，分析 了目前增产作 业船存在的问题，制定 了相应的改进措施。为加快发展海上措施改造设备配套提出了建议，最后 指出，我国应积极调研 国内外先进增产作业船 的配置 情况 ，结合 国内市场 需求，设计建造适合 中 国海域 的增产作业船。 关键词 海洋油气 增产作业船 现状 改进措施 发展建议 随着石油勘探开发技术的不断进步 ，以酸化压 裂为主要手段的储层改造技术 已经成为开发低渗油 气田、提高单井产量的主体技术，在陆地油气田得 到 了广泛的应用 ，形成 了完整的配套和成熟的工艺 体系。海洋油 田丰富的油气资源约 占全球石油资源 总量的 3 4 ％ ，探 明率不到 3 0 ％ ，将 陆地压裂技术 转化成适合海上作业的可行技术 ，将成为今后几年 海洋石油发展战略之一。海洋石油增产作业大都集 中在一艘船上完成 ，这类专 门为压裂或其他流体处 理而设计的增产作业船具有现场质量控制和混合能 力 、储存能力 、泵送能力 和动力定位能力 ，能够提 供包括酸化 、压裂和防砂在内的一系列增产服务。 l 国外典型增产作业船 1 9 9 1 年墨西哥湾油气田就出现了配备与陆地 作业类似 的泵注设备作业船。鉴于施工船的高效性 和安全性 ，以贝克休斯 、哈里伯顿 、斯伦贝谢为代 表 的跨 国石油服务公司都按照不 同的作业要求和海 域情况设计建造了先进 的增产作业船。该类作业船 具有优越的操控性能和良好 的稳定性 ，配备支撑剂 存储装置 、支撑剂混合 系统 、中央控制室以及数据 采集系统 ，并有完备的质量控制体系和快速脱离装 置 ，无需海上作业平台为其提供 甲板面积和储存空 间，同时也节省了昂贵的海上平台使用费用。增产 作业船能连续处理 6个或更多的产层 ，能在 6 h内 完成常规作业 6周才能完成的工作量 ，高效安全。 截至 2 0 1 1 年，贝克休斯公司已拥有 1 0条增产 作业船 ，其 中包括 3条 S t i m F O R C E系列 的平 台多 功能支持船。该公司的 R C B a k e r 作业船 1 9 9 9年 1 2 月在墨西 哥湾投 产使用 ，可 以一次性携 带 3 0 4 ． 8 m 的陶粒砂 ，包括 甲板上砂趸里 的 7 6 ． 2 i n 。和甲 板下储存舱里的 2 2 8 ． 6 I n 。 ，可满足 3 1人的住宿需 求 。所有设备都采用 网络控制系统控制 ，施工人员 可 以在大屏幕上清楚地观察到整个施工状况并实施 远程控制。先进 的流体实验室可以实时测量压裂液 的交联 效果 ，调整添 加剂配方 ，提 高施 工的安全 性 ，保 障 施 工 质 量 。作 为 同 系 列 的 姊 妹 船， H． R ． h u g h e s 号于 2 0 0 1 年 7月建成投产，最大施工 排量为 9 ． 5 m ／ m i n ，具有一次性携带 4 5 3 t 支撑剂 的储存能力，是世界上最大的增产作业船之一。 以 B l u e T a r p o n号为代表的增产作业船总泵送 能力高达 2 4 7 0 0 h p ，排量 1 2 ． 7 m ／ m i n ，支撑剂分 2层储存在 甲板上下 ，在甲板上的储存舱里 1次可 以装载 6 1 m 的支撑剂 ，甲板以上的砂趸也能储存 6 ． 5 m 的支撑剂。若 3台混砂橇 同时工作则具有 6 8 0 t ／ m i n的输砂能力。该船可 以执行各种海上增 产作业任务 ，拥 有优 良的操控性 能和 良好 的稳定 性 ，具备 D P 2级别 的动力定位能力 ，达到 了全天 候 、全海域级别的安全施工要求。 哈里伯顿公 司拥有 1 1 艘不 同类型 的增产作业 船 ，其中泵注能力最大的为 S t i m S t a r I I I 号作业船。 它 由8台压裂泵组成泵橇组 ，总水马力达到 2 1 5 0 0 h p ，混砂排量为 1 1 ． 9 m ／ m i n 。通过长期实践，在原 有 A n g o l a号增产作业船上 已经成功地完成 了数百井 次的增产、防砂和修井作业，积累了丰富的经验， 根据海况环境 和新 的作业需要 ，研发 出新 一代 的 S t i m S t a r A n g o l a船。这艘船能完成所有的增产施工 石 油机械 2 0 1 1 年第 3 9卷增-T i】 工艺 酸化 、酸压 、加砂压裂 、防砂 ，并配备 6台 压裂泵 ，总水马力为 1 7 5 0 0 h p 。它是唯一 的一艘配 备了海水淡化装置 的作业船 ，并能储存 9 0 0 1 1 3 淡 水 ，可在淡水与海水之问快速切换 ，满足不 同压裂 配液的需求 ，广泛应用于压裂和防砂施工。S t i m S t a r A n g o l a上装配的海水过滤器能滤去海水 中的泥砂等 杂质 ，过滤后的颗粒大小为 1 0 m，达到配置海水 压裂液 的要求。使用 S e a Q u e s t 海水压裂液，成 胶 速度快，胶液性能稳定 ，携砂性好 ，可以满足 4 0～ 1 5 0 o C 的不同井况。S t i m S t a r A n g o l a船配备 了拥有 哈里伯顿专利权的 I n s t a V i s 在线混配胶液系统 ，能 随时调整交联 和破胶时间，满足不 同的施工要求。 该船的甲板上安装有 吊车，可从码头 吊装支撑剂， 缩短了在码头装料的时间。 D e e p S T I M系列增产作业船是斯伦贝谢公司为不 受作业环境和复杂海况限制而建成的，配备 了 D P 1 级别的动力定位设备 ，主要包括混合系统 、支撑剂 存储装置、支撑剂混合系统 、中央控制 室及 F r a c ． C A T数据采集系统。D e e p S T I M I I配备 了 8台压裂 泵 ，总水马力 2 1 4 5 0 h p ，支撑剂混合 能力 1 1 1 1 3 。 ， 最大泵送排量 1 0 m ／ m i n。B i g O r a n g e 2 5号是斯伦 贝谢公司按照北海作业环境安全需要建造 的。该船 可以执行包括酸化、压裂、防砂和排液在内的各种 海上增产作业任务 ，达到了全天候、全海域的级别 要求 ，拥有优 良的操控性能和良好的稳定性 ，并且 配备了大气监测和环境监测系统。混合、泵送和储 存系统使得该船作业具有可靠性和高效性 ，配备了 液氮 、二氧化碳 、氮气在 内的多种辅助设备 ，满足 复合增产作业要求。完善的网络控制和强大的计算 处理能力 ，可以对所有 的增产操作进行远程控制和 监视，当发生紧急情况时，还能通过快速脱开装置 实现安全撤离。 2 国内增产作业船现状 目前 国内渤海湾勘探开发 已进人 到关键时期 ， 只有通过压裂改造才能释放产能。若想 了解地层真 实情况 ，则需要压裂施工的井次会逐年上升，增产 措施改造正处于施工作业的高峰期。表 1 是近年在 渤海湾地 区实施的深井压裂施工井例。 由表可见 ，在渤海湾海域 ，常规压裂施工作业 中，施工排量为4～ 5 m ／ m i n ，最高破裂压力小于 8 0 MP a ，施工井最大水马力小于 7 5 0 0 h p ，单井最 大加砂量小于 4 5 m ，最高砂液 比为 3 8 ％ ，只需 6 台 2 0 0 0型压裂泵就能满足渤海湾压裂施工需要 。 表 1 渤海湾地 区近期施工状况统计 根据 中海油服 “ 十二五 ”规划 ，要把陆地压 裂技术转化成适合海上作业的可行技术 ，在低渗透 区块开展压裂增产服务 ，成为实现油气 田增产的重 要方式。预计到 2 0 1 1 年年底 ，C O S L的酸化压裂船 将交付使用并投产，届时将会有 1 艘与国外先进压 裂船功能类似的增产作业船在渤海湾执行防砂 、酸 化施工。 渤海湾 目前只有哈利伯顿公司的理查德号增产 作业船基本 能达到海洋油气井措施作业 的安全标 准 。该船虽然 达不 到 D W 2级动力定位要求 ，但船 只本身操控性和稳定性都很强 ，通过将橇装泵注设 备合理地布置在驳船上 ，有完备的质量控制体系和 快速脱离装置。以 3台 2 0 0 0型压裂泵 为核心 的橇 装设备群 ，总水 马力 6 7 0 0 h p ，能够提供 7 ． 9 m 的支撑剂混合能力 ，配合完善的网络控制 ，能高效 地完成防砂 、酸化在 内的多种增产作业施工。 国内其他可以提供压裂防砂技术的油气服务公 司都是采用直接将酸化压裂泵橇固定在平台或者大 型驳船上的方式。在海上能够提供压裂 防砂服务的 公司有 C O S L增产服务 中心 、S I N O P E C胜利油 田井 下作 业公 司、C N P C大港 井下 作业公 司 和 中油 海 C P O E ，但设备整体性能和海洋措施作业安全标准 都不及国外公司。国内海洋增产服务公 司装备情况 截至 2 0 1 0年见表 2 。 C P O E积极开展海上深井压裂改造 ，经过几年 的发展，形成了以压裂为主，兼顾酸化、防砂等多 种增产工艺在 内的综合性能源服务公司。将压裂设 备固定在驳船上 ，具备 了大多数增产措施改造需要 的施工能力 ，作业船上 固定 9台压裂泵 ，总水马力 1 3 1 0 0 h p ，1台混 砂橇 ，输 送混 砂 液能 力 为 1 2 1 3 3 ／ rai n 。通过环形网络控制 ，1台仪器橇可对作业 全过程进行操作 、 监控和记录。1 套地面管汇和其 他辅助设备能够实施大规模水力压裂 、酸化和防砂 在内的多种增产工艺。 2 0 1 1年 第3 9卷增刊 宁波等海洋油气增产作业船现状分析 表 2 国内海洋增产服务公司装备情况 3 存在 的问题及 改进措施 在压裂施工 中，混砂橇将压裂液 、支撑剂混合 后，通过连接管汇提供给多台压裂泵车，压裂泵车 将混合后的液体加压，通过连接压裂泵和平台之间 的高压软管注入井筒 ，实现对地层 的压裂改造 。由 于施工驳船缺乏动力定位能力 ，为 了安全起见 ，只 能选择风浪较小的时候施工 ，通过缆绳和锚链将驳 船固定在平台--N。这种施工方式只适用于近海作 业 ，且受潮汐和海况影响较大。 目 前使用的压裂液都是提前配制好的，用储液 罐装载到施工平台用于施工。压裂液配置好后若由 于天气 、海况或平台等原 因而无法按时施工 ，则压 裂液会变质 ，影响施工质量 ，造成浪费。为了达到 大规模施工的要求 ，压裂液的使用量相应增大，由 于施工船可用甲板面积有 限，1 艘施工船无法装载 全部 的储液罐 ，这就需要另外一艘辅助船来装载储 液罐，但目前的施工船缺乏定位能力，容易发生因 船舶移位导致的危险。 为了减少储 液罐 的数量 ，可以将常规先配液 、 再施工的压裂方式改 为边 配边注 的连 续式施工方 式 ，所有的化学添加剂都在施工过程 中加入。这样 不但可实时调整各种化工原料和液体配方 ，还可根 据实际施工情况配制液体 ，杜绝 了物料浪费和短缺 限制施工等现象，解决了后期剩余压裂液的处理难 题，并能有效提高压裂施工效率 ，降低劳动强度。 压裂液现场混配的核心设备为混液橇 。该设备 自备动力 ，根据 设定 的配 比 粉 和水 的质量 比 自动混配，能独立完成压裂液混配作业。 支撑剂储存在立式罐内，需要时打开闸板，依 靠支撑剂 自 身的重力作用滑入混砂橇砂斗。为了使 支撑剂能顺利滑人砂斗 ，其倾斜角要大于砂粒 自然 堆积安息角，这势必要增高砂趸的高度，而砂趸越 高，重心越不稳定，安全风险就越大。单纯依靠砂 趸一次性只能储存 5 0 t 支撑剂 ，且驳船上没有 吊装 设备，一旦支撑剂用完，需要依靠码头吊车才能补 充支撑剂 ，限制了施工规模和次数 。 鉴于此 ，可以采用连续供砂的作业方式。随着 压裂工艺的改进 ，在施工 的不 同阶段 ，需要泵注不 同规格 的支撑剂 ，高耸的立 式砂趸不能满足要求 ， 而采用成排的卧式罐却可以达到 目的。将不同规格 的支撑剂装在体积不同的砂罐里，然后通过传送带 将支撑剂从卧式砂罐输送到混砂橇的砂斗里，不仅 可以满足大规模措施改造 的要求 ，按照施工需要调 整支撑剂的存储能力 ，还能降低砂趸高度 ，消除安 全隐患。 4 结论和建议 1 国外增产作业 船是为满足海洋施工安全 环保要求而设计建造的，结构紧凑 ，功能强大。 2 支撑剂储存量大 ，1 次能携带满足多H井 施工需要的支撑剂。通过传送带可以方便地将甲板 下船舱里 的支撑剂输送到混砂设备 。 3 先进的增产作业船基本都具备连续在线 混配胶液的能力，能满足大规模施工的要求。 4 强大的动力定位能力可保证在恶劣 的海 况环境也能保持施工船与平 台距离不变。 我国应积极调研国内外先进增产作业船 的配置 情况 ，结合 国内市场需求 ，设计建造适合中国海域 的增产作业船。随着海洋石油的持续发展 ，各种增 产措施工艺不断进步，开发和建造多功能海洋增产 作业船将是 以后的发展方向。 第一作者简介宁波，助理工程师，生于 1 9 8 5年， 2 0 0 8年毕业于长江大学地球科学学院，现从事海洋油气增 产技术研究及施工工作。地址 3 0 0 4 5 7 天津市塘沽区。 收稿日期2 0 1 1 0 9 2 5 本文编辑丁莉萍