2022年4月8日,我国自主设计建造的首座海上可移动自升式井口平台——“海洋石油163”在涠洲12-8油田东区正式投产,标志着我国边际油田开发模式取得新突破。
不同于目前广泛应用的自升式钻井平台,“海洋石油163”需要配合井口生产,并在油田的整个开发寿命内长期服役,给设计带来了许多新的技术挑战。
“海洋石油163”在服役过程中需能够抵御百年一遇的台风环境条件,具备一定的抗地震能力,达到与固定平台相当的设计要求。平台在位阶段完全依靠插入海底的桩靴与桩腿进行承载,桩腿长期受到波浪等恶劣环境载荷的交变作用,很容易在桩腿与桩靴的连接处产生交变应力并造成疲劳,从而严重威胁整个平台的安全,因此桩腿桩靴的结构强度与疲劳是平台的设计关键。中海油研究总院设计人员通过合理设计圆柱形桩腿的直径长度、入泥深度、桩靴结构型式、不同等级钢材的精细组合,寻得钢材量与结构强度的最佳平衡。
此外,自升式平台的桩腿在海底处的边界约束类似于铰接,有一定的相对转角,但井口生产所需的隔水套管与海底井口间却是完全固接。面对两者边界条件之间的不协调,设计人员通过适当增加桩腿与隔水管的刚度、减少隔水管保护架的刚度等措施,有效缓解了隔水管的刚度突变带来的疲劳问题。
可移动自升式平台与固定式导管架平台相比,不但能够节省建造、海上安装、调试和弃置的费用,而且在完成油田开发生产任务后,平台可通过升降装置降至海面,拔起桩腿后用拖轮拖至新的油田继续采油,通过重复利用有效降低油田开发成本。
为了进一步降低油田开发成本,研究总院技术人员坚持贯彻“降本增效”,创新推动了“可移动自升式平台+一体化井口保护架”开发方案,让井口保护架也变得“可移动”起来。井口保护架上端与船体通过专用机构连接,实现隔水套管的固定。拖航时,井口保护架可穿过槽口完全收起整体拖航,在平台就位后,随船体同步安装。“一体化井口保护架”的创新节省了一座小型独立导管架井口保护平台的工程投资,并进一步降低了海上安装、调试的费用。
传统固定式生产平台由于不可移动,在油田弃置后平台只能拆除弃置,因此平台的建造投资只能由单个油田承担。边际油田储量规模小、开发寿命短,投入产出比低,经济效益差成为制约开发的关键因素。
自升式平台可在一个油田开采结束后拔腿“跑”到下一个油田继续服役,如同“蜜蜂采蜜”一样,实现边际油田的滚动开发。研究总院项目组在设计过程中,基于自升式平台“可移动”的特点,创新推动了“以租代建”的商务模式,平台的建造投资由多个油田分担,促使边际油田开发具有经济效益。同时,遵循市场化原则,通过“平台租金与油价关联”,实现租赁方与承租方风险共担、收益共享,降低工程实施风险,最大程度提高了油田开发的经济性,使油田开发成为可能。
涠洲12-8油田东区油田的成功开发,是采用“移动式+一体化”开发模式解决边际油田经济开发难题的一次成功探索,对提升我国海洋边际油田开发能力,“解锁”数亿吨难动用储量奠定了坚实基础。