流花19-5海洋油氣田開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與展望

流花19-5海洋油氣田開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與展望

由于深水氣田和周邊氣田的綜合經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，世界上許多國(guó)家在開(kāi)發(fā)深水氣田和邊緣氣田方面進(jìn)行了廣泛的研究和應(yīng)用。近年來(lái)水下生產(chǎn)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用逐步增多,目前已有陸豐22-l、流花ll-1、流花4-1、惠州32-5等油氣田先后應(yīng)用,水深最深為300多米。流花19-5氣田是近期又一個(gè)應(yīng)用水下生產(chǎn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的油氣田,位于南海珠江口盆地,平均深水約181m,該氣田屬于邊際氣田,為低凝析氣藏,分為A區(qū)和B區(qū),各區(qū)分別有一口開(kāi)發(fā)井,依托已建的番禺30-1DPP平臺(tái),井口物流經(jīng)水下采油樹(shù)和跨接管匯集至水下管道終端(PLEM),然后經(jīng)12”的雙層保溫管輸送至番禺30-1DPP平臺(tái),經(jīng)脫水處理后由海底管道輸送至珠海終端。該氣田的水下生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括了兩個(gè)采油樹(shù)、臍帶纜、一個(gè)水下終端管匯(PLEM)和一個(gè)水下臍帶纜終端(SUTU),其中PLEM及SUTU的結(jié)構(gòu)形式非常相近,本文主要針對(duì)PLEM的基礎(chǔ)及保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。1plem規(guī)模的確定對(duì)于不同的水下結(jié)構(gòu)物形式及不同的土壤地質(zhì)條件,所適用的基礎(chǔ)形式也不同,對(duì)于本項(xiàng)目的PLEM結(jié)構(gòu),根據(jù)所得到的地質(zhì)勘察資料及結(jié)構(gòu)物的規(guī)模,對(duì)幾種基礎(chǔ)形式通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算后進(jìn)行了綜合分析比較,最終選定了較為適合的基礎(chǔ)形式,主要結(jié)論如下表1,確定采用帶裙板的防沉板基礎(chǔ)形式作為PLEM的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式(表1)。經(jīng)過(guò)初步的設(shè)計(jì)與計(jì)算,確定了PLEM的結(jié)構(gòu)形式及尺寸:PLEM:長(zhǎng)×寬×高:10m×8.6m×3m插板深度:0.75m總重量:85.25噸PLEM結(jié)構(gòu)選用集成式的防沉板,設(shè)備與防沉板一起建造安裝,保護(hù)架單獨(dú)安裝。2結(jié)構(gòu)及安裝工況PLEM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)為APIRP2A和1SO13628-l。通過(guò)考慮各種功能和設(shè)計(jì)要求,最終確定水下管匯整體結(jié)構(gòu)尺寸和重量。PLEM及SUTU的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括基盤(pán)及保護(hù)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)主要參數(shù)包括土壤參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、設(shè)計(jì)壽命(15年)、設(shè)備載荷、跨接管載荷、海底管道載荷、漁網(wǎng)拖拉載荷等。設(shè)計(jì)中考慮的主要計(jì)算工況包括結(jié)構(gòu)的在位分析及施工分析,對(duì)于操作工況選取100年一遇的環(huán)境條件,對(duì)于安裝工況選取1年一遇的環(huán)境條件進(jìn)行分析。其中一年一遇的底流流速為0.98m/s,百年一遇的底流流速為2.25m/s。分析使用的主要軟件為SACS軟件。2.1環(huán)境載荷分析在位分析時(shí)考慮的主要荷載包括管線熱膨脹載荷、操作載荷、設(shè)備載荷、環(huán)境載荷及漁網(wǎng)拖掛載荷,選取100年一遇的環(huán)境條件進(jìn)行分析。在位分析主要包括正常操作工況、地震工況、漁網(wǎng)拖掛工況等工況的分析及對(duì)基礎(chǔ)承載力及穩(wěn)定性的校核。2.1.1plem結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于處在漁業(yè)區(qū)范圍內(nèi)的水下結(jié)構(gòu)物,在設(shè)計(jì)中需要考慮捕魚(yú)作業(yè)時(shí)漁網(wǎng)拖掛對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的影響。由于漁網(wǎng)拖掛所產(chǎn)生的力較大,因此漁網(wǎng)拖掛工況是PLEM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要控制工況。漁網(wǎng)拖掛載荷的選取根據(jù)規(guī)范ISO13628-1附錄F中的規(guī)定,其中水平拉力為作用在結(jié)構(gòu)頂部的兩個(gè)200kN的力,扭轉(zhuǎn)力為分別作用在結(jié)構(gòu)頂部和防沉板上的一個(gè)300kN的力(如表2及圖3所示),并考慮0到20度的水平作用角度。同時(shí)為了避免結(jié)構(gòu)的棱角對(duì)漁網(wǎng)產(chǎn)生拖掛,因此在設(shè)計(jì)中將保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為光滑結(jié)構(gòu)。對(duì)于落物的防護(hù),按照13kJ的撞擊能量考慮。2.1.2質(zhì)量分析的計(jì)算PLEM結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載力及穩(wěn)定性分析根據(jù)APIRP2A規(guī)范中的要求分別進(jìn)行了土壤承載能力計(jì)算,防沉板抗側(cè)滑能力計(jì)算、抗傾覆能力計(jì)算、基礎(chǔ)沉降計(jì)算、抗扭計(jì)算、裙板插入分析以及裙板彎曲計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示在裙板插入深度0.75米的情況下PLEM基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范中對(duì)于承載力2.0倍安全系數(shù)的要求以及對(duì)于抗滑移和抗扭工況下1.5倍安全系數(shù)的要求,其中增加了20噸的配重以滿足基礎(chǔ)抗側(cè)滑穩(wěn)定性及裙板插入分析的要求(表3)。2.2施工分析PLEM結(jié)構(gòu)的施工分析主要包括了運(yùn)輸分析、吊裝分析及波浪拍擊分析等。2.2.1吊安裝水平下PLEM在海上安裝時(shí)分為基礎(chǔ)和保護(hù)架子兩部分進(jìn)行吊裝安裝,均采用4點(diǎn)起吊安裝,水平下放。對(duì)兩部分結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行吊裝分析,根據(jù)APIRP2A規(guī)范的要求,對(duì)于整體結(jié)構(gòu)校核考慮1.35的動(dòng)力放大系數(shù),對(duì)于吊耳附近的局部結(jié)構(gòu)采用2.0的放大系數(shù)進(jìn)行校核。2.2.2船舶垂向拍擊力由于安裝時(shí)PLEM基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)入水面時(shí)防沉板要受到波浪拍擊的作用力,因此需要進(jìn)行波浪拍擊分析。波浪拍擊荷載是由防沉板與波面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的,包括安裝船的運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)下放運(yùn)動(dòng)和波面運(yùn)動(dòng)的疊加。該分析依據(jù)DNVRP-C205規(guī)范進(jìn)行校核。防沉板尺寸Bm=8.6m,Lm=10m,PLEM基礎(chǔ)的重量Pv=63噸,其垂向拍擊力計(jì)算根據(jù)規(guī)范中公式:其中Rou=海水密度A=防沉板與海水接觸面積Vz=垂向速度計(jì)算中假設(shè)防沉板的下放速度為0.3m/s,船舶與波面的垂向速度通過(guò)計(jì)算得到。分析時(shí)考慮如下4種基本工況:工況1,拍擊力由安裝船的運(yùn)動(dòng)及吊機(jī)運(yùn)動(dòng)疊加所產(chǎn)生,此時(shí)假設(shè)水面靜止,防沉板與海水完全接觸;工況2,拍擊力由安裝船的運(yùn)動(dòng)及吊機(jī)運(yùn)動(dòng)疊加所產(chǎn)生,此時(shí)假設(shè)水面靜止,防沉板一半面積與海水接觸;工況3,拍擊力由波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生,防沉板一半面積與海水接觸;工況4,拍擊力由波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生,防沉板與海水完全接觸。隨后對(duì)4種基本工況進(jìn)行組合:組合工況2:工況1+工況4。通過(guò)選取不同的有效波高進(jìn)行計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果表明,作業(yè)時(shí)需選擇較好的海況條件,在有效波高不大于1.5米的條件下方可進(jìn)行安裝作業(yè),此時(shí)波浪拍擊力小于結(jié)構(gòu)物自身重量。但需要說(shuō)明的是,波浪拍擊分析沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法,所得到的結(jié)果也只是近似精確,安裝時(shí)可考慮適當(dāng)傾斜一定的角度以減小波浪拍擊的力量,確保安裝的順利進(jìn)行。3plem海上施工計(jì)劃PLEM的安裝考慮采用多功能工作船作業(yè),PLEM結(jié)構(gòu)選用集成式的防沉板,設(shè)備與防沉板一起建造安裝,保護(hù)架單獨(dú)安裝。安裝方式均采用4點(diǎn)起吊安裝,水平下放,吊繩最小角度為60度。對(duì)于作業(yè)船資源,在設(shè)計(jì)階段考慮使用“深潛號(hào)”工作船進(jìn)行作業(yè),同時(shí)采用飽和潛水輔助安裝?！吧顫撎?hào)”是國(guó)內(nèi)最新的潛水工作船,總長(zhǎng)125.7米,型寬25米,型深10.6米的“深潛號(hào)”,滿載排水量為15864噸,船上配有140噸吊機(jī),配置了一套300米飽和潛水系統(tǒng),并配有目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的無(wú)人遙控潛水器(ROV)。PLEM的海上施工計(jì)劃如下:(1)海床預(yù)處理,使安裝位置坡度小于+/-2度;(2)PLEM防沉板底座及設(shè)備的安裝;(3)安裝膨脹彎、跨接管(均采用DSV船,并采用飽和潛水作業(yè));(4)海管清管、試壓、干燥和惰化;(5)安裝防漁網(wǎng)保護(hù)結(jié)構(gòu)。4種水下結(jié)構(gòu)形式的常規(guī)設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)水下生產(chǎn)系統(tǒng)以其經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性等方面的優(yōu)勢(shì),在國(guó)內(nèi)外較深水域的油氣田開(kāi)發(fā)中受到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,因此關(guān)系到水下生產(chǎn)系統(tǒng)安全的水下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也