世界深水油气田水下技术应用研究

统开发， 平静的海底为水下生产设施提供了良好的
相泵组， 电力由 Ｇｕｌｌｆａｋｓ Ｃ 平台提供。
响， 而且节约了大量投资， 对高纬度寒冷地区油气
井口回压， Ｓｔａｔｏｉｌ 公司预计能够把采收率从 ４９％提
低温海底输送湿天然气， 通过井口加注防冻液降低
１ ２ 北极地区水下井口回接距离最长的深水气田
度传感器和湿气流量计等。
Ｆｉｇ １ Ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｔｏｒｄｉｓ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ
除砂器， 与回注水一起注入地层， 特殊情况下也可
上设有远程控制阀门， 阀门直径较大， 可保证天然
该海域受大西洋暖流影响常年不结冰， 但是海
以与油气一起混输到 Ｇｕｌｌｆａｋｓ Ｃ 平台进一步处理。
ｓｈｏｒｅ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｆｉｅｌｄｓ Ｉｎ⁃ｄｅｐｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｅｉｇｈｔ ｔｙｐｉｃａｌ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｆｉｅｌｄｓ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｓｕｂｓｅａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｔｏｒｄｉｓ， Ｓｎｏｈｖｉｔ， ＢＣ － １０ （ Ｐａｒｑｕｅ ｄａｓ Ｃｏｎｃｈａｓ ） ， Ｃａｓｃａｄｅ⁃Ｃｈｉｎｏｏｋ， Ｐｅｒｄｉｄｏ，
１ 深水油气田水下技术进展及应用
１ 个采用全水下系统开发的海上气田。 该气田没有
１ １ 世界 第 １ 座 采 用 水 下 分 离 增 压 技 术 的 油 田
———Ｔｏｒｄｉｓ
［３］
Ｔｏｒｄｉｓ 油 田 位 于 北 海 挪 威 一 侧 Ｔａｍｐｅｎ 区 的
３４ ／ ７ 区块内， Ｓｔａｔｏｉｌ 公司拥有 ２８ ２２％ 权益并担任
油气工程技术发展到今天， 已经形成了很多分支，
包括钻完井技术、 浮式平台与锚泊技术、 流动保障
技术、 水 下 生 产 ／ 处 理 ／ 增 压 技 术、 水 下 通 信 与
供 ／ 发电技术、 立管技术以及海上安装与海底铺管
技术、 ＦＬＮＧ 技 术、 可 靠 性 评 价 与 完 整 性 管 理 技
术、 溢 ／ 漏油检测与处理技术以及海上设施废弃技
装备成功应用于海上油气田开发。 深入分析了水下技术应用的 ８ 个典型油气田， 包括 Ｔｏｒｄｉｓ、 Ｓｎｏ⁃
ｈｖｉｔ、 ＢＣ － １０ （ Ｐａｒｑｕｅ ｄａｓ Ｃｏｎｃｈａｓ） 、 Ｃａｓｃａｄｅ⁃Ｃｈｉｎｏｏｋ、 Ｐｅｒｄｉｄｏ、 Ｋｉｎｇ、 Ｏｒｍｅｎ Ｌａｎｇｅ 和 Ｔｙｒｉｈａｎｓ，
重点总结了这些油气田采用的水下技术的特点及应用效果。 这些成功开发的油气田在水下技术方
量设备为 Ｒｏｘａｒ 公司产品， 共装 ２ 套， 通过对油气
水产量的实时计量， 随时调整注水泵、 混输泵转速，
确保水下生产系统 （见图 １） 始终处于良好的运行
工况。 系统操作压力 ３ ４５ ＭＰａ， 处理能力： 液 ３ 万
ｍ３ ／ ｄ， 气 １００ 万 ｍ３ ／ ｄ， 砂 ５０ ～ ５００ ｋｇ ／ ｄ。
位移， 克服了波浪引起的疲劳载荷， 并且 ＦＰＳＯ 可
海底泵举升的油田。 由于水深较深， 需要减小立管
重力， 采用了浮筒－钢悬链锚固转塔 ＦＰＳＯ， 这也是
部通过柔性管与 ＦＰＳＯ 相连， 允许 ＦＰＳＯ 有较大的
以与立管快速解脱。
第 １ 次采用懒波钢立管技术， 有助于减小立管顶部
载荷； 由于油田分散， 采用了长水平段水平井开发，
ｍ 的柔性跨接管， 长 ３９ ｍ、 直径 ６ ４ ｍ 的浮筒，
浮筒顶面位于水深 ２００ ｍ 处， 可提供 ７００ ｋＮ 浮力，
较深、 原油重及黏度大等不利条件， 油田开发采用
力来克服自身重力， 减小了浮式平台上的载荷， 顶
了很多创新技术， 其中最重要的就是水下分离技术。
ＢＣ －１０ 油田是第 １ 座同时采用水下油气分离和
图 １ Ｔｏｒｄｉｓ 油田水下生产系统
统 （ ＢＵＩＣＳ） 远程控制水下生产系统。 水下采油树
系统工作时， 井口产液在水下分离器还
离出天然气， 剩下的油、 水和砂进一步通过重力分
装有多种检测设备， 包括高分辨率压力传感器、 温
离。 分离器底部的砂定期由专用喷射器清除到一个
ｇａｓ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ｓｕｂｓｅａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｎｌｉｇｈｔｅｎｍｅｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃
ｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ
采用电缆为海底油气分离和高压泵供电， 作业者将
重油举升到 ＦＰＳＯ。 为了避免燃放天然气， 将分离出
２０１６ 年 第 ４４ 卷 第 １０ 期
李怀印等： 世界深水油气田水下技术应用研究
气田采用的水下技术及其应用效果， 以期为我国在
— ５３ —
北纬 ７０°， 纬度与阿拉斯加相近， 气候寒冷， 水深
本领域的技术研发和新技术的应用提供参考。
２５０ ～ ３４５ ｍ， 离 岸 距 离 １４３ ｋｍ， １９８４ 年 发 现，
送到陆上的 ＬＮＧ 厂 （ 见图 ２） ， 是目前水下井口回
接距离最长的深水气田 ［４］ 。
Ｔｏｒｄｉｓ 油田通过 ２ 条海底管道输送到 １０ ｋｍ 外 的
Ｇｕｌｌｆａｋｓ Ｃ 平台上进行处理、 储存和外输， 目前有
９ 口生产井和 ６ 口注水井。
２００７ 年油田内安装了水下分离系统， 包括油、
气、 水分离罐、 除砂设备和多相计量器等。 多相计
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｕｂｓｅａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｗｉｔｈ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｇｒｅｓｓ， ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｕｂｓｅａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｒｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｏｆｆ⁃
术等， 其中的研究热点是水下技术， 而水下分离和
增压是水下技术的核心， 代表了海工技术的发展方
向， 蕴育着开发模式的革新。 水下分离与增压不仅
能够降低流动风险、 扩大安全集油距离， 而且能减
轻立管严重段塞流、 降低举升动力消耗、 降低井口
回压， 进而降低油井的废弃压力、 提高油气田最终
采收率， 使得采用传统模式处于边际的深水油气田
Ｋｉｎｇ， Ｏｒｍｅｎ Ｌａｎｇｅ ａｎｄ Ｔｙｒｉｈａｎｓ Ｇｒｅａｔ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐａｉｄ ｔｏ ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｓｕｂｓｅａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ Ｇｒｏｕｎｄｂｒｅａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｏｉｌ ａｎｄ
能够投 入 经 济 开 发 ［１－２］ 。 随 着 水 下 技 术 的 不 断 进
步， 一种全新的海工模式———全水下生产系统已经
“ 崭露头角” ， 并得到了初步应用， 效果良好。 得
益于水下技术的进步和成功应用， 挪威国家石油公
司以较低的投入开发了多个条件相对较差的油气
田， 取得了很好的经济效益， 同时也培育了专注于
ｋＶ， 输送距离超过 １６０ ｋｍ） 、 长距离水下宽带光纤
数据传输以及长距离水下电液控制技术。 电力、 控
制、 乙二醇防冻液和液控压力液等均通过一条脐带
缆输送， 利用水下中心分配单元分配到各钻井基盘
和采油树上。 为了确保安全， 考虑了多重防护技
术， 光纤通信失效时可通过高压电缆传递控制信
号； 当整条脐带管失效时， 还可以通过备用控制系
作业者。 油田作业水深在 ２００ ｍ 左右， 注水开发。
２００７ 年投产， Ｓｔａｔｏｉｌ 公司负责运营， 是挪威深海第
水面生产平台， ３ 座气田群 （ Ｓｎøｈｖｉｔ、 Ａｓｋｅｌａｄｄ 和
Ａｌｂａｔｒｏｓｓ） 共有 ２０ 口水下采气井， 采出气通过 １
条 １６０ ｋｍ、 直径 ０ ７１１ ｍ 多相流混输管道直接输
面的开创性技术与应用效果， 对我国海工技术方面的科研和生产具有重要的启示意义。
关键词： 深水； 油气田； 海工技术； 水下技术； 水下生产系统； 应用效果
中图分类号： ＴＥ９５２ 文献标识码： Ａ ｄｏｉ： １０ １６０８２ ／ ｊ ｃｎｋｉ ｉｓｓｎ １００１ － ４５７８ ２０１６ １０ ０１２
Ｓｈｅｌｌ 为作业者， ＯＮＧＣ 公司和巴西石油公司是合作
伙伴。 油田采用 “水下井口＋ 水下分离和增压管汇 ＋
０ １７８ ｍ的柔性跨接管， １ 条长 ６３０ ｍ、 直径 ０ １５２
压的深水项目。 该油田原油为重油， 为了克服水深
以及油、 气外输立管。 立管下半部分由浮筒提供浮
ＦＰＳＯ” 模式开发， 是巴西第 １ 个采用水下分离和增
１ ３ 世界上第 １ 座进行水下分离增压的超深水重
油油田———ＢＣ － １０
高到 ５５％， 多采出原油 ５５７ 万 ｍ ３ 。
———Ｓｎøｈｖｉｔ
Ｓｎøｈｖｉｔ 气田 位 于 巴 伦 支 海 北 极 圈 以 内 海 域，
了水合物生成的风险。
ＢＣ －１０ 油田 （Ｐａｒｑｕｅ ｄａｓ Ｃｏｎｃｈａｓ） 位于巴西坎
面风浪较大， 气田没有采用海上平台而是用水下系
ｒａ 层。 注水泵采用 Ｆｒａｍｏ 公司的电力驱动可解脱多
工作环境， 避免了恶劣气候条件对气田生产的影
通过水下分离器分水就地回注， 降低了采油井
开发模式进行了突破性探索。 另外， 考虑到在高压
采出水通过注水泵增压至 １３ １ ＭＰａ 后回注到 Ｕｔｓｉ⁃
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２０１６ 年 第 ４４ 卷 第 １０ 期
石 油 机 械
波斯盆地， 离岸距离 １１０ ｋｍ， 水深 １ ５００ ～ ２ ０００ ｍ，
式立 管。 ＦＳＨＲ 系 统 包 括 ４ 条 长 ６３０ ｍ、 直 径
— ５２ —
石 油 机 械
ＣＨＩＮＡ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
２０１６ 年 第 ４４ 卷 第 １０ 期
◀海洋石油装备▶
世界深水油气田水下技术应用研究
∗
李怀印 党学博
（ 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院）
摘要： 水下技术是深水油气开发的重要发展方向。 随着技术的进步， 越来越多的水下技术和
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｅｅｐｗａｔｅｒ； ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ； ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｓｕｂｓｅａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏ⁃
ｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ
０ 引 言
世界深水和超深水 （ 以下均简称深水） 海上
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｕｂｓｅａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ Ｄｅｅｐ Ｗａｔｅｒ Ｏｉｌ ／ Ｇａｓ Ｆｉｅｌｄ
Ｌｉ Ｈｕａｉｙｉｎ Ｄａｎｇ Ｘｕｅｂｏ
（ Ｓｉｎｏｐｅｃ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）
水下技术和装备的海工巨头 （ 如 Ａｋｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ 和
ＦＭＣ 等） ， 形成了技术装备研发与生产应用的良性
互动。 笔者拟在此详细剖析世界上 ８ 个典型深水油
∗ 基金项目： 国家科技重大专项 “ 油气资产投资优化组合技术” （２０１６ＺＸ０５０３３－００５） 。
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图 ２ Ｓｎøｈｖｉｔ 气田 ＬＮＧ 厂
Ｆｉｇ ２ ＬＮＧ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｓｎøｈｖｉｔ Ｇａｓ Ｆｉｅｌｄ
该气田采用的水下技术包括超长距离水下多相
流管道输送技术 （ 湿气混输上岸， ＣＯ ２ 返输至气田
回注） 、 长 距 离 水 下 电 力 输 送 技 术 （ 电 压 高 达 ３