淺析國(guó)內(nèi)多功能增產(chǎn)船的配套

宋國(guó)強(qiáng) 陳肖帆 康麗智 劉光偉 穆承誠(chéng)

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司天津分公司 天津 300451

為了維持產(chǎn)能并獲得新的油氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)各大海上油田對(duì)酸化、防砂和壓裂等增產(chǎn)作業(yè)需求日益增加。為了安全高效的開展海上增產(chǎn)作業(yè)，國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)易的多功能增產(chǎn)船應(yīng)運(yùn)而生，即根據(jù)增產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容臨時(shí)配套船舶和增產(chǎn)設(shè)備，但存在單航次作業(yè)能力有限、單井作業(yè)周期長(zhǎng)、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不規(guī)范等問題。

1 多功能增產(chǎn)船分類

以市場(chǎng)需求和作業(yè)環(huán)境為基礎(chǔ)，按照專業(yè)化成度的不同可大致劃分為三類模式。

1.1 輕度集成

不對(duì)船舶進(jìn)行任何改造，直接將增產(chǎn)設(shè)備布置在船舶甲板上。優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)施工規(guī)模和作業(yè)海域情況選擇合適船舶后即可投入生產(chǎn)，設(shè)備復(fù)員后船舶即可進(jìn)行其他作業(yè)，船舶占用周期短、費(fèi)用低。缺點(diǎn)是動(dòng)用的增產(chǎn)設(shè)備數(shù)量多，要求船舶甲板空間大，施工規(guī)模受限。

1.2 中度集成

關(guān)鍵增產(chǎn)設(shè)備布置在船舶甲板上，利用船舶電力和部分船底艙室進(jìn)行液體存儲(chǔ)和供應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)是在具有輕度集成模式不影響船舶其他用途的前提下，能夠較好的利用船舶自身設(shè)備設(shè)施，減少壓裂設(shè)備的數(shù)量，相比輕度集成可顯著提高增產(chǎn)作業(yè)能力。缺點(diǎn)是在船舶建造初期需要投入一定的成本對(duì)船舶壓裂功能進(jìn)行專業(yè)化擴(kuò)展。

1.3 高度集成

直接打造用于海上增產(chǎn)技術(shù)服務(wù)的專用船舶，完全的專船專用，可以更好的按照增產(chǎn)技術(shù)需求進(jìn)行配套。但缺點(diǎn)是一次性投入成本高，船舶功能單一，后期維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本高昂。

2 國(guó)內(nèi)外多功能增產(chǎn)船現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)多功能增產(chǎn)船以輕度集成為主，以各種型號(hào)的PSV（平臺(tái)供應(yīng)船）作為載體，處于沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一井一策狀態(tài)，存在專業(yè)化程度低、施工規(guī)模受限、安全性和時(shí)效性保障困難等問題。

國(guó)外則以中度集成和高度集成為主，具有代表性的分別有貝克休斯公司的StimFORCE I、StimFORCE II和StimFORCE III等，以及斯倫貝謝公司的Big Orange 18和Deep STIM II等[1]。

3 中度集成多功能增產(chǎn)船配套方案

從當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)環(huán)境看，因中度集成的增產(chǎn)船具有多功能性，能夠兼顧增產(chǎn)作業(yè)、貨物運(yùn)輸、散料補(bǔ)給和平臺(tái)支持等多種作業(yè)功能[2]，所以經(jīng)過科學(xué)的選型和配套，該類船舶依然是國(guó)內(nèi)從事海上增產(chǎn)作業(yè)的主要形式，具有較好的研究?jī)r(jià)值。

3.1 船型的確定

以PSV（平臺(tái)供應(yīng)船）設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)擴(kuò)展增產(chǎn)作業(yè)功能，同時(shí)根據(jù)船型和增產(chǎn)作業(yè)需要專門配置部分增產(chǎn)設(shè)備，以多功能為目的，同時(shí)取得近海供應(yīng)船、特種用途船和油田增產(chǎn)船等船級(jí)附加標(biāo)志，控制制造和后期運(yùn)維成本。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有同類成熟船只相關(guān)參數(shù)和國(guó)內(nèi)海上增產(chǎn)技術(shù)服務(wù)需求現(xiàn)狀和趨勢(shì)，推薦的船舶基本參數(shù)見表2。

表2 中度集成模式多功能增產(chǎn)船推薦參數(shù)表

3.2 增產(chǎn)設(shè)備配置方案

對(duì)于中度集成的多功能增產(chǎn)船，應(yīng)在不影響船舶多用途的前提下，以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)作業(yè)能力最大化為目的進(jìn)行配套，兼顧功能性和經(jīng)濟(jì)性。以推薦的PSV（平臺(tái)供應(yīng)船）和主要海洋橇裝增產(chǎn)設(shè)備既有參數(shù)為依據(jù)，編制了增產(chǎn)設(shè)備配置方案（見表3），并繪制了增產(chǎn)設(shè)備甲板面布置示意圖（見圖1）供研究人員參考。

圖1 增產(chǎn)設(shè)備甲板面布置示意圖

表3 增產(chǎn)設(shè)備配置清單

3.3 作業(yè)能力分析

1）泵注能力

以8臺(tái)2500hhp型壓裂泵橇為基礎(chǔ)完成配套后，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的140MPa、105MPa和70MPa三個(gè)最高工作壓力等級(jí)劃分，可達(dá)到3.8～5.5m3/min@126MPa、5.1～7.6m3/min@94.5MPa或7.7～10m3/min@70MPa的泵注能力。

2）液體供應(yīng)能力

通過連續(xù)在線混配供液的方式，可實(shí)現(xiàn)單次出航存儲(chǔ)和供應(yīng)淡水基壓裂液1500m3，滿足海上1層次大規(guī)?；?～3層次常規(guī)壓裂施工需要。通過調(diào)整功能擴(kuò)展甲板區(qū)域的設(shè)備配置，增加耐酸罐的數(shù)量等方式，可快速實(shí)現(xiàn)單次出航供應(yīng)酸液300～500m3，滿足海上1層次大型酸壓施工或3～5層次的酸化施工需要。而在水質(zhì)較好的海域，可實(shí)現(xiàn)海水基壓裂液邊過濾邊配置邊使用的“無限量”供應(yīng)。

3）支撐劑供應(yīng)能力

增產(chǎn)設(shè)備配置方案完成配套，通過一次性加料存儲(chǔ)的方式，可實(shí)現(xiàn)單次出航存儲(chǔ)支撐劑180m3，滿足當(dāng)前海上1～2層次大規(guī)?；?～4層次常規(guī)壓裂施工需要。針對(duì)在特定海域海水基壓裂液可“無限量”供應(yīng)的情況，一次性加料存儲(chǔ)的方式供應(yīng)支撐劑的數(shù)量顯然是不能夠與液體數(shù)量匹配的，因此提出柔性絞龍螺旋供砂理念，目的在于實(shí)現(xiàn)支撐劑的持續(xù)供應(yīng)。其工作原理為：電機(jī)軸和螺旋彈簧絞龍用螺桿鏈接，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，電機(jī)帶動(dòng)絞龍旋轉(zhuǎn)，輸入端口的支撐劑就會(huì)在絞龍的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，沿著螺旋升角方向運(yùn)移至出口端，在重力作用下排出支撐劑。與其它供砂設(shè)備相比，該設(shè)備采用一根軟軸來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多方位的支撐劑運(yùn)移，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝拆卸方便、使用場(chǎng)景多樣等優(yōu)點(diǎn)?？沙浞掷米鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)不規(guī)則、不連續(xù)的設(shè)備擺放空間增加支撐劑供應(yīng)量，或?qū)崿F(xiàn)運(yùn)輸船舶與增產(chǎn)船舶之間支撐劑的可持續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)，從而達(dá)到支撐劑持續(xù)供應(yīng)的目的。

4 高度集成增產(chǎn)船配套方向

當(dāng)前國(guó)內(nèi)海上已經(jīng)提出“萬方液、千方砂”的壓裂施工目標(biāo)，但是到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒有一艘增產(chǎn)船能夠?qū)⑦@一目標(biāo)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，高度集成增產(chǎn)船的需求呼之欲出。從國(guó)外該類船舶服役情況看，裝備性能和作業(yè)能力都經(jīng)歷了時(shí)間的考驗(yàn)，通過長(zhǎng)期實(shí)踐和作業(yè)證明，基本滿足國(guó)內(nèi)外各大海域的油氣田增產(chǎn)作業(yè)需要，代表著本專業(yè)發(fā)展方向，其配套方案依然值得學(xué)習(xí)借鑒。

4.1 作業(yè)能力配套

兼具施工數(shù)據(jù)采集、分析、處理和遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)功能的職能指揮中心；

專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和儀器儀表，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)入井材料進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定和分析，以保障施工質(zhì)量；

淡水供應(yīng)量不低于1500m3，以適應(yīng)淡水基壓裂液配置和使用的需要；

配備大排量海水過濾裝置，依托海水基壓裂液和連續(xù)在線混配技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)壓裂液邊取水邊過濾邊配置的“無限量”供應(yīng)，綜合配液速度不低于15m3/min；

適用于海上使用的耐酸儲(chǔ)罐和連續(xù)在線配酸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)總酸供應(yīng)量不低于1000m3；

兩套大排量混砂設(shè)備，實(shí)現(xiàn)攜砂液輸送能力不低于15m3/min；

以船舶自身的驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組為電源，配套大馬力、小體積電驅(qū)動(dòng)壓裂泵橇，并輔以柴驅(qū)壓裂泵橇，實(shí)現(xiàn)不低于15m3/min的泵送排量和不低于126MPa的實(shí)際泵注壓力；

配置下層甲板儲(chǔ)砂罐和上、中層甲板卸砂罐，通過氣力輸送裝置由下向上輸送干料，總砂供應(yīng)量不低于1000m3；

不低于6種規(guī)格的液體添和不低于2種規(guī)格的固體添加劑存儲(chǔ)空間，并可實(shí)現(xiàn)加量的自動(dòng)精準(zhǔn)控制；

預(yù)留用于連續(xù)油管氣舉作業(yè)、氣密封壓力測(cè)試的膜制氮設(shè)備或液氮設(shè)備布置空間；

可供船員和施工人員食宿的生活空間，除船員外應(yīng)能提供不少于30人的食宿能力，自持力不低于30天。

4.2 設(shè)備功能布局

為實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)船作業(yè)能力和保障施工的便利性、安全性及高效性，需要將增產(chǎn)設(shè)備做合理的分配布局，高度集成的專業(yè)增產(chǎn)船一般設(shè)置上層、中層和下層甲板。

1）上層甲板

主要承擔(dān)指揮中心、化驗(yàn)室、液體添加劑罐、卸砂罐、散貨甲板和吊機(jī)等功能。

2）中層甲板

該層甲板是壓裂作業(yè)功能區(qū)域，承擔(dān)布置電/柴驅(qū)泵送系統(tǒng)、配酸系統(tǒng)、緩沖批混系統(tǒng)、混砂系統(tǒng)、液體藥劑系統(tǒng)、氮?dú)獗盟拖到y(tǒng)、高壓軟管系統(tǒng)和高低壓管系等功能。

3）下層甲板

該層主要為存儲(chǔ)區(qū)域，設(shè)有海水過濾系統(tǒng)、儲(chǔ)砂罐、污水罐、完井液罐和膠液罐等。

5 結(jié)束語(yǔ)

過去十余年間，輕度集成的增產(chǎn)船為國(guó)內(nèi)海上增產(chǎn)作業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，發(fā)揮了重要作用，但已逐漸暴露出無法滿足海上增產(chǎn)作業(yè)發(fā)展需求的弊端，限制了海上增產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用。

中度集成的增產(chǎn)船具有多功能性，較好的平衡了經(jīng)濟(jì)性與專業(yè)性之間的矛盾，在安全性和時(shí)效性上也有所保障，是未來國(guó)內(nèi)增產(chǎn)船的主流配套模式。

高度集成的增產(chǎn)船是提升海上增產(chǎn)作業(yè)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)的重要手段，隨著海上增產(chǎn)作業(yè)規(guī)模越來越大，安全要求越來越高，該種配套是未來不可缺少的模式。