海洋油气开发阶段
海洋油气资源的开发是一项综合的系统工程,需要多种装备分阶段有序完成。海洋油气资源开发通常分为四个阶段,即地球物理勘探阶段、钻探勘探阶段、开发和工程建设阶段以及生产、储存、运输阶段等。
1.地球物理勘探阶段
地球物理勘探是采用地球物理勘探方法(如地震勘探、电磁勘探、重力勘探等)分析海底地下岩层构造与岩性,从而寻找海底油气构造,为钻探提供依据。目前海洋物探使用最广泛的方法是采用气枪激发地震波的地震勘探法,主要的设备器具是制造声波的气枪和收集信号的电缆,这些设备器具需布置在专用的船舶上。从事海洋地球物理勘探作业的船舶称为海洋地球物理勘探船,简称“物探船”。
物探船是一种利用地震成像技术实现对海底地质结构进行勘探的专用调查船,主要用于海洋地球物理勘探。海洋地球物理勘探对于仪器装备和工作方法都有特殊要求,物探船除装有特制的船舷重力仪、海洋核子旋进磁力仪、海洋地震检波器等仪器外,还装有各种无线电导航、卫星导航、定位等设备。物探船作为勘探领域的关键装备,可独立完成大面积海域的地质勘探,具备高效的信息采集能力。物探船采集的数据通过图解的方法能够较为详细地描述海底地质结构,相关数据分析结果将作为勘探公司评估海底潜在油气矿藏开采可行性和经济性的重要依据。物探船按照采集方式分为二维物探船和三维物探船。二维物探船作业电缆数量较少,采集到反映地震波传输、反射时经过的一个地下垂直面或横截面的数据,只能绘制出二维图谱。三维物探船的电缆数量较多,一般不少于8根,检测到的数据也更加具体,能够在计算机上形成三维地质概貌图。
2.钻井勘探阶段
钻井勘探是通过对地球物理勘探获取的二维资料进行分析和判断,对有油气生成的地质构造处钻取勘探井,再分析比较二维资料和勘探井取芯资料,确定物探方案并实施,取得详细的地质构造资料,确定是否开钻评价井,以及评价井数量和井位。一般都需要钻取评价井以获取可靠的地质资料。开钻评价井后,通过分析比较三维物探资料和评价井取芯资料,以确定其是否有开采价值。因此,海洋物理勘探和海上钻井勘探是需要交叉进行的。
不论有多少勘探井和评价井需要钻探,这一阶段的主要作业都是在海上进行钻探,打一种特殊的、但已标准化的油井,需要使用能装载全套石油钻井设备系统并支持其钻井作业的特殊浮体,在石油公司指定的钻探点上取得一相对固定的位置来完成海上钻探任务,经过实际的操作,适应并改进、开发和淘汰。目前,有效的油井钻探装置有自升式钻井平台、半潜式钻井平台和钻井船,在水深不超过20米的浅海、海滩,还可以使用坐底式钻井平台。为了实现不同海域区块的钻井需求,上述平台可以移位至另一处进行钻探。水深决定了钻井装备的形式。在极浅水深条件下,往往选用坐底式平台,该平台在钻井时坐落于海底,移位时浮到海面上,在海床平坦的浅海区域进行油气勘探开发作业。当水深超过20米,但不超过200米时,多选用自升式钻井平台,依靠3根以上的桩腿插入海底并进行压桩,然后使用平台上配置的升船设备使平台主体沿桩腿上升,离开水面一定高度,随后通过钻井装置开始打井作业。当水深超过200米时,需依靠水深适应性更强的半潜式钻井平台或深海钻井船等浮式装置开展钻探工作。
油气井以及钻井作业过程,使用的钻井设备已经是非常规范化、标准化的技术、程序和产品,该技术由陆地移动至海上,其基本框架、参数、要求没有变,但工作条件比陆地恶劣得多,因此,海上钻井勘探设备在技术上有更高的要求,如海上风浪流作用下的钻井作业技术、钻井设备的波浪补偿技术、海上限制船或平台偏移的技术等。
3.开发和工程建设阶段
根据三维物探和评价井资料分析计算石油和天然气储量,制订油气开发方案,并完成一系列的评价工作,包括资源评价、工程评价和经费评价。在前期勘探阶段,通过物理勘探和钻井勘探以及评价阶段的工作,均是寻找油气藏,是海上油气开发的前提和前期工作。通过钻探能确定海底有没有油气、有多少,是否能开采出来,初步估算油田开发有没有经济效益,在诸如上述工作成果及对此的研究评价都具有肯定结论的前提之下,方能进行下一步的开发工作。
油气开发前应制订开发规划。第一步是根据物探资料开展钻井勘探,包括钻勘探井和评价井;第二步是油气藏评价阶段;第三步是预算研究阶段,包括评价钻井资料、油层开采可行性研究、装备设计研究、技术可行性研究、经济可行性研究、整体开发计算、油田评价;最后是工程建设阶段,包括基本设计、详细设计、设备采办、船体建造、设备安装与连接、交工试运转与投产阶段。
钻生产井与钻勘探井的程序、装备基本相同,但目的不同。油田开发时整个钻井过程又分为钻井、录井、测井、固井、完井、射孔。(https://www.daowen.com)
经过勘探会发现储油区块,利用专用设备和技术,在海上预先选定的位置处,向下或一侧钻出一定直径的圆柱孔眼,并钻达海底地下油气层的工作,称为钻井。在石油勘探和油田开发的各项任务中,钻井起着十分重要的作用。诸如寻找和证实含油气构造、获得工业油流、探明已证实的含油气构造的含油气面积和储量,取得有关油田的地质资料和开发数据,最后将原油从地下取到地面上来等等,无一不是通过钻井来完成的。钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节,是勘探和开发石油的重要手段。
4.生产、储存和外输阶段
海洋油气生产主要包括采油和油气分离。对完井的各井,有计划地开启采油树阀门、控制各井产出原油,或以机械提升、化学注入、注水、气举等方式从井内采出石油,称为采油。从井内采出的混合流体通过物理、机械等方法分离出达到向外输出标准的原油、天然气和达到排放入海标准的水的整个过程被称为油气分离处理。
将各采油平台分离处理后的原油和天然气加以集中、储存和通过穿梭油船、海底油气管线等方式,将原油、天然气输送至油气终端,被称为油气集输。根据作业海域的位置、环境、水深、油田产量和油品性质等,海上油气田的集输方式有两种,即半海半陆式开发和全海式开发。
半海半陆式开发方式(见图1-1)是在海上进行油气初处理,把主要的油气深加工的集输设备及储存、外输工作放在陆地上的油气集输系统。该方式适用于离岸不远、油气田产量高、海底适合铺设输油管线以及陆上有可利用的油气生产基地或油气田的集输。半海半陆式开发装备除了平台、海管、海缆外,还包括陆地终端。

图1-1 半海半陆式开发方式
全海式开发方式(见图1-2)是海上油气生产处理设备系统,包括为其提供集中、计量、处理的生产场地、支撑生产设备的结构物全部建在海上。处理好的油气可通过穿梭油船运输到岸上。该方案简化原油和天然气的运输环节,可使油气田的开发向自然条件恶劣的深海和大储量油气田发展,适用于各个时期各种油气田的开发。全海式开发装备包括平台、海管、海缆及单点系泊浮式生产储油卸油装置(floating production storage offloading,FPSO)系统。

图1-2 全海式开发方式
海洋油气生产、储存和外输阶段需要配置海上油气生产平台和辅助工程船等装备。海上油气生产平台按水深由浅到深主要有重力式平台、导管架平台、浮式生产储卸油装置、张力腿平台、立柱浮筒式平台、半潜式生产平台和水下井口生产系统等。