标准化平台设计法在渤海油田的应用和建议

曲兆光, 吴景健, 钱　欣, 史　玮

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)



标准化平台设计法在渤海油田的应用和建议

曲兆光, 吴景健, 钱欣, 史玮

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

摘要：该文以垦利10-4油田开发项目为例，创造性地提出了一种标准化平台设计法的概念，并介绍了标准化设计的依据和在垦利10-4 WPHA井口平台设计中的实际应用过程，分析了使用标准化设计的优点以及关键风险点，同时对该方法在未来油气田开发项目中的应用给出了建议。

关键词：标准化平台设计法；导管架；目标平台；井口平台

0引言

近年来，我国海上油气田开发技术和进程都有了快速的发展，为了更好地开发和利用海上油气，必须在海上设置固定平台，以便提供实施钻井、开采、处理、存储和生活等功能的场地，其中，钢制导管架平台是海上油田开发应用最广泛的一种平台类型。随着我国第一座导管架平台于1966年12月成功应用于渤海湾[1-3]，我国海上平台设施越来越多，截止到2012年6月，我国渤海湾的平台总数已经达到118座。

经过近50年的发展，我国海上平台设计、建造、安装技术已经非常成熟，并且积累了许多宝贵的经验，同时，随着海上生产设施的逐渐增多，海洋平台的信息量也越来越大。如果能够将设计经验和已有平台的基础数据结合起来，进行海上平台设计工作，不仅可以加快设计进度、节省设计时间，又能够保证设计质量、节约投资成本。为此，该文结合垦利10-4油田开发项目，提出一种海上平台标准化设计的概念，并利用标准化设计方法快速完成垦利10-4 WHPA井口平台的设计工作。

1标准化设计法

垦利10-4油田位于渤海南部海域，是莱州湾凹陷南斜坡带发现的第一个油田。垦利10-4油田是“短平快”项目开发模式的试点之一，因此，针对此非常规项目，使用了一种直接借鉴现有平台进行设计的方法，即标准化平台设计法。

标准化平台就是和新建平台在主要方面(型式、功能等)相似的、已建造完成的或已设计好的平台。标准化平台设计法是指针对目标油田寻找标准化平台，并根据拟新建平台的功能、特点及与标准化平台之间的差异进行各个专业的充分研究，将标准化平台各专业设计内容按照新建平台的技术要求用适当的方法加以改造变换，即可完成新建平台的设计工作。

标准化平台设计的关键基础在于多年积累的丰富的海上平台设计经验和大量的海上平台设计基础数据信息。海上平台的设计、采办、施工、建造的技术日趋成熟，使得标准化设计过程中的重要环节，如设备选型、工艺流程、用电负荷、主结构重量估算等，都在可控的范围内，设计时间缩短的同时，又能保证较低的技术风险。

2标准化设计的流程

2.1标准化平台的选择

标准化平台的选择要根据设计平台所在海域位置及环境条件、油气田的开发规模、油气物性、平台功能及处理能力、平台主要设施、钻修井方式、平台定员以及平台设计规模等，合理选择能够满足设计条件的目标平台[4]。

(1) 确定平台所在地理位置和环境条件

垦利10-4油田位于渤海南部海域，北距垦利9-1油田约20 km，西距垦利9-5/6油田约19 km。油田海域平均水深为15.2 m，海图基准面位于平均海平面以下0.93 m。根据垦利区块及附近海域水文气象环境条件研究成果，结合垦利10-4油田所在海域的短期实测潮流资料，分析得出垦利10-4油田海域常风向为S、NE，主浪向为NE，主流向为NNE、SSW。

(2) 确定油田油品物性及开发模式

垦利10-4油田区块受断块控制，分为多个独立井区，属于断块油藏，水体倍数小，因此采用注水方式开发。区块地面原油为中质常规原油，地层原油性质好，但是由于区块内天然能量不足，所以采用电潜泵机采的方式采油。

根据钻采一体化经济技术评价结果，垦利10-4油田采用自升式悬臂梁钻井船进行前期预钻井作业，后期采用修井机进行修井作业，平台按照油藏要求，设置24口井。

(3) 确定平台工艺处理流程及主要设施

垦利10-4油田采用全海式开发，充分依托垦利10-1油田，油田新建一座4腿井口平台垦利10-4 WHPA。该平台不进行原油工艺处理，平台井产物流外输至垦利10-1 CEP平台的原油处理系统进行处理，同时接收垦利10-1 CEP处理后的合格注水。

垦利10-4 WHPA平台电力系统依托垦利油田群电力组网后的电网，因此平台不设置电站。垦利10-4 WHPA平台上设置公用系统，包括柴油系统、闭式排放兼冷放空系统、开式排放系统、化学药剂系统及公用/仪表风系统、海水系统、淡水系统和生活污水处理系统。平台还设有电气房间、柴油吊机、应急发电机、HXJ135修井机及30人生活楼等。

(4) 确定平台设计规模

按照地质油藏潜力配产方案，确定平台的油、气、水、液、注水的高峰日产。垦利10-4 WHPA平台最大产液量为4 342 m3/d，最大产油量为1 921 m3/d，平台的年生产天数为330天，自持天数为7天，平台设计年限为25年。

选择目标平台的宗旨在于环境参数基本一致，水深变化不大，井口数目基本相同，平台主尺度一致，工艺流程近似，处理能力接近[5]。根据上述的平台设计基础，从渤海已建的100多座平台中，按照设计条件进行筛选，找出最符合垦利10-4油田开发的目标平台。最终确定BZ25-2 WHPB井口平台作为标准化平台，进行垦利10-4 WHPA井口平台设计工作。两平台主要参数对比见表1。

表1　两平台主要参数对比

2.2标准化设计流程

在确定了标准化平台之后，要针对各专业开展标准化专题研究，分析标准化平台能否满足设计平台要求，并根据设计平台特点，对标准化平台进行改造、完善，最终完成新建平台设计。

设计过程中，根据新建平台各专业的技术要求，在标准化平台原设计基础上进行了如下优化和调整：

(1) 总体结构专业中，根据垦利10-4项目中油藏对工程方案的要求，全油田井槽满足可钻井数24口，因此将四个单筒单井改为单筒双井。

上层甲板上，考虑到修井机设备摆放的需求，将垦利10-4 WHPA平台上层甲板尺寸修改为38.5 m×30 m，上层甲板面积有所增加。

根据环境报告，底层甲板需要设置12.3 m，比BZ35-2 WHPB平台高出0.8 m。

(2) 结构专业根据油田所在位置的土壤承载力数据，修改了垦利10-4 WHPA平台钢桩的入泥深度。

(3) 公用系统中，垦利10-4 WHPA平台柴油罐考虑了压井柴油消耗量，因此要大于BZ35-2 WHPB平台柴油罐。由于垦利10-4 WHPA平台化学药剂增加，因此增加两个化学药剂罐。

(4) 仪控专业中，考虑到垦利10-4 WHPA平台共有24口井，因此井口区设备采用24模块井口盘，现场仪表数也相应增加。

(5) 工艺专业中，BZ35-2 WHPB所产物流温度较高，外输需要冷却，所以设置了冷却器，而垦利10-4 WHPA平台为满足安全停输时间的加热要求，需要增加生产加热器。

(6) 由于在前期设计阶段，要考虑到未来施工资源的选择，因此适当增加垦利10-4 WHPA平台导管架、组块的吊装重量。同时为了后续油田的接入，在A1和B1桩腿外侧预留了立管管卡，减少后续的改造和海底探摸工作[6-9]。

2.3标准化设计结果

垦利10-4 WHPA平台示意图如图1所示，垦利10-4 WHPA采用四腿四主桩导管架结构形式，导管架工作点标高EL.(+)8.5 m，工作点平面尺寸为20 m×18 m，三个水平层，标高分别为EL.(+)6.5 m，EL.(-)2.5 m， EL.(-)15.2 m，导管架直径1.8 m，入泥100 m。组块甲板结构分为4层，分别为上层甲板、中层甲板、下层甲板及工作甲板，标高分别为EL.(+)29.5m、EL.(+)21.5 m(二层房间EL.(+)25.5 m)、EL.(+)17.0 m 、EL.(+)12.5 m。平台共设20口井槽(其中有四口单筒双井)，4×5排列，井槽间距为2.0 m×1.8 m。甲板上设有生产管汇、HXJ135修井机、电气房间、30人生活楼和开闭排等。

图1　垦利10-4 WHPA平台示意图

3标准化设计的特点

垦利10-4 WHPA平台设计工作，参考标准化平台BZ25-2 WHPB，平台设施总体布置、主要工艺流程、设备及平台结构等设计结果，均满足垦利10-4油田开发项目生产需求。因此，参考已有平台开展平台设计工作是一种可行的方法。

标准化平台设计法有很大的优势，在设计过程中可以参考已建平台，将多年的海上平台的设计成果加以利用，设计、变更的工作量大大减小，投资成本大大降低，从而可以提高油田开发收益。

标准化平台设计法打破常规思维，在满足规范要求的前提下，采用先进、成熟的技术，不仅加快了前期研究的进度，更是为后期的详细设计、建造施工缩短了工期，提高了项目经济效益，因此便于海上油气田开发项目的顺利实施。

但是标准化设计过程中，难免会产生设计误差，如平台载荷、环境条件等数据的准确性，设备选型的合理性等，这些误差不仅会对后续阶段分析带来影响，还会导致桩基重量出现变化，甚至引起设计阶段桩直径的改变，进而对整个项目的进度产生一定程度的影响。

因此，合理选择标准化平台，系统地开展专题研究，在标准化设计法中是十分重要且不可忽略的环节。

4结论

该文根据垦利10-4油田开发项目，利用标准化设计的方法，系统地完成了垦利10-4 WHPA平台的标准化设计，并对设计过程中存在的问题及风险进行了分析和评估。结合此次标准化设计工作，对标准化平台设计法的实际应用提出以下几点建议：

(1) 选择油田区块地理位置接近的平台进行标准化设计，可以保证平台所在油田区块的环境参数基本相同。因此，可以在同一区块的不同油田之间建立联系，形成一种区域标准化设计的概念[10]。

(2) 选择平台功能相近的平台进行标准化设计，例如：井口平台选择井口平台，中心平台选择中心平台。

(3) 为了尽量减小载荷变化对平台设计的影响，在结构设计计算中平台载荷要考虑足够的余量，保证设计结果的可靠性。

(4) 工艺和公用设备经过核算，出现处理能力大于标准化平台的情况，按照实际计算结果选型，如果核算处理能力小于标准化平台，则与标准化平台保持一致。

垦利10-4油田的开发，创造性地采取了标准化平台设计方法，缩短了设计工期，降低了投资成本。以标准化设计带来的油田提前投产来改善油田开发效益，也为今后的油田开发模式提供了一种新的设计思路。

参考文献

[ 1 ]罗传信.海洋桩基平台[M].天津：天津大学出版社，1988.

[ 2 ]陆文发，李林普，高明道.近海导管架平台[M].北京：海洋出版社，1992.

[ 3 ]徐嘉信.中国海上油气田开发特点及其前景[J].中国海洋平台,1994，9(A1):19-37.

[ 4 ]胡晓明,杨晓刚,谢彬,等.海洋石油平台标准化设计在渤海绥中36-1油田II期工程中的应用[J].中国海上油气(工程),2003,15(3):10-13.

[ 5 ]朱江.海上油气田区域开发的工程技术应对策略实践及思考[J].中国海上油气,2014,26(2):35-39.

[ 6 ]API RP 2A-WSD. Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-working stress design [S].2007.

[ 7 ]中国海洋石油总公司.渤海海域钢制固定平台结构设计规则[S].2013.

[ 8 ]中国海洋石油总公司.渤海海域井口平台机械、电气、仪表设计规定[S].2002.

[ 9 ]中国海洋石油总公司.渤海海域井口平台工艺设计规定[S].2002.

[10]朱江,刘伟.海上油气田区域开发模式思考与实践[J].中国海上油气,2009,21(2):102-104.

Practice and Suggestions on Standardized Design Method

of Platforms in Bohai Oilfield

QU Zhao-guang, WU Jing-jian, QIAN Xin, SHI Wei

(Bohai Oilfield Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin 300452, China)

Abstract：This paper creatively presents a new concept of standardized design method of offshore platforms, according to the development project of KenLi 10-4 oil field. This paper introduces the basis of the standardized design and its application to the design of KL10-4 WHPA platform. Besides, the advantages and the key risk points of the standardized design are also analyzed in the paper. In the end, suggestions are given to the application of the standardized design method to the oil field development projects in the future.

Keywords：standardized design method of platforms; jacket; target platform; wellhead platform

中图分类号:P75

文献标识码：A

文章编号：1001-4500(2015)06-0007-05

作者简介：曲兆光(1968-)，男，高级工程师。

收稿日期：2015-08-21