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OTC2013参展企业重点关注:创新“荔湾” (4图)

世界名人网编辑部专题特稿 来源:中国海洋石油报          于 May 14, 2013 at 14:18:18:


5月5日,目前亚洲最大的平台组块——荔湾3-1气田上部组块“乘坐”“海洋石油229”驳船起航奔赴南海。荔湾3-1气田是我国在南海投入开发建设的第一个深水项目,水深达1500米,是中国迈向南海油气深水开发的第一步,是中国南海天然气开发的“桥头堡”。工程主要由深水部分、浅水部分、珠海陆上终端三个部分组成,深水部分由哈斯基负责建设,浅水及陆上终端由中海油负责。其中,中海油研究总院在设计荔湾3-1平台时,进行了一系列技术创新。

创新“扮靓”荔湾3-1

2009年初,一场论证会在中国海油举行,哈斯基公司的代表被中国工程院院士周守为领衔的中国海油工程设计团队“打动”,中海油成为荔湾3-1深水大气田的浅水区作业者,这是中国海油第一个大规模的深水气田开发项目。

具体的设计任务落到了中国海油的“智囊团”——中海油研究总院的肩上。在一年多的时间里,研究总院组织了80余人的设计团队,从预可行性研究、可行性研究到ODP(油田总体开发方案),再到基本设计,攻克了一个个难关。

研究总院海洋工程副总师兼工程研究设计院院长陈荣旗告诉记者,荔湾3-1平台设计创造了四项国内第一:第一次在南海深水采用区域开发策略;第一次提出适应深水气田开发的集输处理工艺设计;第一次在开放海域200米左右水深条件下用浮托法安装重达约3万多吨的平台组块;第一次进行导管架腿储存水合物抑制剂方案设计。

荔湾3-1平台还拥有多项国内之最:最大直径、最深打入深度的平台桩基;最大直径、最大壁厚、最高压力的海底长距离油气混输管道设计;拥有最大规模的陆上终端。


2012年8月30日,导管架下水扶正。

浮体创新:整形“海洋石油229”

工欲善其事必先利其器。用浮托法安装荔湾3-1平台组块,首先需要解决的问题是改造“海洋石油229”驳船。在基本设计ODP研究阶段,研究总院曾联系了荷兰HEERE-MA公司,他们拥有世界最大的下水驳船H-851船,但是该船的工作档期无法确定。而世界第二大的驳船“海洋石油229”的拖航承重能力不足。

在平台结构设计中,不确定驳船方案就不能进行装船、拖航和下水等一系列分析,这些分析直接影响到结构方案。为此,研究总院浮体专业工程师们经过深入细致的研究,提出将“海洋石油229”尾部加宽到65米的驳船改造方案,组块的安装能力提高至3.5万吨,导管架下水能力提高到3.4万吨。

这样一来,驳船对平台重量的变数适应性大大增加了。原本矩形的船甲板变成了梯形,此举顺利解决了自主安装的瓶颈问题。


2012年8月12日,平台完成封顶。

结构创新:导管架腿来了新“住户”

开发深水气田,需要往井口注入乙二醇,以抑制海管中水合物的生成。

因受上游深水段设计限制,在设计开始时,外方提出的水合物抑制剂乙二醇的最大容量达3500立方米,同时要求浅水平台要能储存3500立方米乙二醇。

由于该平台组块已经接近施工船舶承重能力的极限,要在平台上布置大规模的乙二醇储罐十分困难。因此,研究总院结构设计人员提出,将乙二醇储存在导管架腿中。

此前,我国只有将导管架腿作为钻井水储罐的经验,还没有放置乙二醇的工程实例。按照常规,将存放乙二醇的导管架腿归类为压力容器,将带来设计、制造和投产后检验等一系列问题。同时,如何在导管架腿中设置泵也是一大难点。研究人员经过反复论证、修改,最终,导管架腿“兼任”常压容器,而泵被设置在导管架腿旁边的护管中,妥善解决了平台结构的安全性等问题。


2012年6月17日,导管架主体结构完工。

工艺创新:多项技术首次应用

荔湾3-1平台坐落在190米水深处,登平台深水海管却是从1480米深海底沿海底陡坡接来。巨大的海水深度差对登平台海管输气和清扫工艺是巨大的挑战。经过科研攻关,研究总院工程研究设计院工艺总师周晓红提出深水海管双管循环输送工艺及环路清管工艺的设计方案,经过大家共同努力,完成了平台工艺系统设计及深水海管动态模拟研究。这两种工艺在国内都是首次应用。

改进工艺需要创新设备。荔湾3-1平台两条深水海管均有正向收球和反向发球的流程,这使得荔湾3-1平台的清管球收球筒、发球筒合二为一,且能容纳智能收发球工具。

如何在各种工况下保证设备安全,且减少天然气泄放损失?先进的HIPPS(高完整压力保护系统)、SSIV(水下隔离阀)、高压火炬延迟泄放设计等设备和设计方法被应用于荔湾3-1平台。如果不采用HIPPS,要满足堵塞工况时的超压保护要求,平台火炬系统需要按设计规模120亿立方米/年的天然气泄放量设计,这意味着要在190米水深海域建一座独立的火炬平台。HIPPS及延迟泄放设计方法的应用,使荔湾3-1CEP平台高压火炬系统设计泄放量由120亿立方米/年减少到约66亿立方米/年,大大降低和减轻了工程投资和平台重量。

2012年4月4日,导管架防沉板片吊装。 以上图片由通讯员李献伟、韩庆,记者赵亮、任科、林超拍摄。

机、电、仪创新:一省再省,一“瘦”再“瘦”

研究总院工程研究设计院机电仪总师洪毅介绍,兼顾实际配产与预留规模,平台采用两大两小的压缩机初始配置加预留配置方案。此举将压缩机的数量从15台减少为12台,减少平台面积约330平方米,减轻重量约540吨,节约投资约3.1亿元人民币。

与压缩机数量相同的换热器也是平台重量的“贡献大户”,传统管壳式换热器一台就有100吨重,把12台这样的“大家伙”摆放在平台并不容易。设计人员引入了一种新型的印刷板式换热器,重量和体积只有管壳式换热器的1/7和1/4。仅此一项就节约平台面积约1191平方米,节约设备重量3240吨,节约投资约7000万元人民币。

为了控制平台重量与面积,与选型同样重要的工作是选材。荔湾3-1平台首次在大型压力容器上应用高强度钢,减少了压力容器的壁厚,平台重量也随之减轻300吨。

在进行平台机械、仪控设计时,设计师们在安全方面综合考虑,优中选优。SSIV能在平台发生火灾、泄漏等危险时在水下切断气源,从源头上降低平台火灾出现升级的可能性。12对开放路径式气探头在甲板边界等“死角”的应用,能在泄漏气体浓度较低时就及时发现并报警。

“荔湾3-1设计中机械和仪控的关键技术创新均具备较强的可实施性,其设计理念和经验可指导海上类似气田的开发,其关键技术可直接应用于其他海上油气田开发,推广价值很大。”洪毅对记者说。

现场:钢铁堡垒待“合体”

4月初的山东青岛海油工程建造基地,一片春意盎然。重达3万多吨的荔湾3-1平台组块像一个钢铁堡垒,正从海岸向一艘驳船缓缓移动。“海洋石油229”驳船将载着这个庞然大物,经过近2000公里的航行,抵达中国的南海,将其在浩瀚的大海中安放。在它之前,比它更重的荔湾3-1导管架已经先期抵达目的地,坐落于190米水深的海底,静候与它“合体”。

用了20分钟登上平台甲板,笔者兴奋地看到,一座座装置从复杂的图纸上走出,成为了眼前触手可及的庞然大物。

俯瞰脚下的“海洋石油229”驳船,它梯形的身躯上已经铺上甲板支撑结构。加上笔者所在的平台组块,浮托重量超过3万吨。

笔者所在的青岛港口风平浪静,但是这个大块头即将奔赴南海,往后就要经历大风大浪的洗礼。可是,想到研究总院浮体专业的工程师们早就完成了一套优秀的浮托安装方案,笔者对它充满了信心:多点定位系泊设计、对接碰撞力控制、长距离运输安全保障……这套方案保证了平台组块有一段安全的航程,并在“海洋石油229”的帮助下,在导管架上稳妥安装。

两个多小时的平台组块之旅,让笔者初步见识了这个亚洲最大平台组块的壮景。触景生情,笔者想起了为绘就这一壮丽画面所默默付出的海油人。

声音:深水路漫漫

在荔湾3-1平台设计项目中,研究总院的工程师们总结出一系列创新技术,涵盖深水气田开发项目的开发策略、安全技术、处理工艺、设施选型、重量控制、海上安装、海管、终端等方面,据不完全统计,他们共发表论文20余篇,获得专利4项。这些成果可应用于中国海油未来的深水项目,将全面提升中国海油深水开发的技术水平,同时也初步建立起深水气田开发工程建设和操作的管理标准。

今年5月,国际石油天然气大会(OTC)将在美国休斯敦举行,6月底,第23届国际海洋与极地工程会议(ISOPE)将在美国安克雷奇召开,这都是海洋工程领域知名的国际会议,中国海油将有多人参会。这两个会议将围绕荔湾3-1项目设“南海深水项目专场”,并且收录了研究总院的论文,OTC收录4篇,ISOPE收录6篇,这是国际海洋工程领域对海油荔湾3-1项目设计的认可。

据研究总院海洋工程总师李新仲介绍,荔湾3-1项目引领了国内相关技术产业的迅速发展,目前,水下采油树、深水管汇、脐带缆等深水油气开发关键设备都开始了国产化研发进程。李新仲说:“如果想要在南海深水大有作为,单靠买来设备是不行的,必须提高我们的自主研发能力。”

在接受采访过程中,各位荔湾3-1平台的设计者或多或少地表达着同样的遗憾:荔湾3-1平台的设计、制造虽已出现成功的曙光,但这毕竟是深水工程的浅水部分。不过,他们表示,通过与该项目的深水作业者哈斯基公司的合作研究、平行研究,中国海油在工程设计方面已经初步具备了深水开发的能力,只待有朝一日我们能拥有自营的深水大油田、大气田。

忆念:埋在心底的“曲折”

距离荔湾3-1项目的基本设计成功验收,已有两年之久,但每位工程师谈起荔湾3-1平台的一些数据,都如数家珍。聊起当时的设计历程,有的工程师甚至湿润了眼眶,足见这个项目在他们心中的重要程度。这个过程中的酸、甜、苦、辣,曲曲折折,深深埋在了他们的心底。

四易其址

研究总院工程研究设计院结构总师侯金林对平台选址的波折印象深刻。按照荔湾3-1平台的施工要求,平台桩基需打入海底135米,设计钻孔深度170米。根据最初与哈斯基公司关于平台位置的协调结果,工程人员首先选择了水深为205米的一个位置钻取样孔。意外的是,前四个取样位置都因钻遇石灰岩层而远未达到设计钻入深度,其中耗时最长的一个取样孔,花费14个小时仅钻入0.4米,工程人员只好放弃钻入,另外选址。

第二次选址沿登陆管道由浅水方向移动,发现钻孔情况有所改善,但取样资料显示存在较厚的石灰岩层,仍然具有较高的打桩拒锤风险。这里仍然不能作为平台场址……

四易其址,基本设计项目组终于在190米水深处发现一处适宜平台安装的场址,这一次的钻孔作业,全部钻孔都达到了设计深度。

半米高的图纸方案

荔湾3-1是亚洲规模最大的中心平台,其上层甲板面积相当于三个标准足球场,要在上面布置12座燃气轮机及压缩机组、3座电站机组、中国规模最大的平台火炬、一套乙二醇再生系统等大型设备,除了要考虑工艺流程问题,更要考虑平台拖航、安装时的重心问题,及设备间可能的相互影响。为了解决这些难题,总图专业资深工程师黄冬云不知度过了多少个不眠之夜,制作了多少套方案,流下了多少汗水。

为了减少平台重量,黄冬云等工程师必须在保证平台安全的前提下尽量合理利用它的空间:4台湿气压缩机布置在平台的西北角,远离火炬及两个吊机,以便后期浮吊安装;紧凑排列的12台压缩机、3座电站的进风口朝向平台外的大海,并确保主风向东北风能将烟气吹向平台南侧,带离直升机平台和生活楼;通常占用大量面积的日用柴油机罐被设计在吊机腿中……

黄冬云说,她前前后后设计出的图纸方案,堆起来有半米高,足足有30多公斤重。

联手的威力

从荔湾3-1中心平台至陆上终端,全长268公里的浅水海管是国内高差最大、管径最大、管输压力最高的油气混输海底管道。由于水深、离岸距离的影响以及海上平台的限制,一些原本对设计影响不大的参数变得棘手。

工艺专业和海管专业联合攻坚,针对不同的设计工况进行了详细的模拟计算。负责海管工艺专业的周晓红和负责海管结构的贾旭经常在一起讨论,通过大量的合作测算,他们终于设计出了保障管道输送安全的方案。(记者 付饶)





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