第四节 海上油气田开发工程
所谓油气田开发，就是依据详探成果和必要的生产性开发试验，在综合研究的基础上对具有工业价值的油气田，从油气田的实际情况和生产规律出发，制定出合理的开发方案并对油气田进行建设和投产，使油气田按预定的生产能力和经济效果长期生产，直至开发结束。油气田开发工程是知识密集、技术密集、资金密集的工业，是一项综合应用多学科的巨大工程。它主要涉及地质、物探、钻井、采油、油藏、储运、经济、管理、水电和土建部门等。
油气田开发的流程主要包括以下三个环节：首先是油气田的早期评价和开发可行性研究，还可做出若干开发试验的设计（又称先导性试验），为油气田是否全面开发提供依据；其次为油气田的开发设计与全面开发，其主要内容有进行油气藏描述、选择合理的开采方式、合理划分开发层系、部署井网、确定油气田合理的开发速度及生产水平、采用油气藏数值模拟等方法进行各种开发方案的计算、确定油气田钻采工艺及测井技术和结合地面设施，全面进行经济技术指标的分析和对比，选择出最佳的开发方案、制定方案实施细则等内容；最后是根据开发具体情况进行方案的局部调整或全面调整等。
一、开发方案
由于开发海上油气田的风险较大，加上油气田寿命长短不一以及海洋环境恶劣等因素，海上油气田开发方案的目标十分清楚，即：①开发投资尽可能少；②开发周期尽可能短。第一点，对于任何开发工程都是不言而喻的，但对于有商业风险的海上油气田开发更加重要。第二点，从经济评价的折扣现金流动方法可知，正的现金流动越早，投资的回收率越好。比如对于海上寿命较短的油气田，正的现金流动期也短，那么延迟投产可能会导致人不敷出。因此油气田开发方案的制定要依据油气田具体情况进行制定。
以英国布禅油田开发方案选择为例，布禅油由是英国北海的一个小油田，是上泥盆一下石炭统地垒块中型砂岩油藏，且油藏多裂缝，裂缝对储集层的渗透性有显著影响，地质构造相当复杂，可采储量少，油田所在海域水又较深（115m水深）等不利因素，因此布禅油田确实是一个边际油田，开发的商业风险相当大。从现实性来讲，布禅油田的开发有两种基本方案：第一种是固定式平台，在安装之后钻开发井；第二种是采用水下井及浮式生产平台，在安装平台之前就可开始钻井。在这两种方案基础上，又制定了其他选择方案，特别是原油外输方法。固定式平台的建造和安装费用远高于浮式生产平台的费用，特别是考虑到固定式平台的报废费用问题，由于布禅油田小、寿命短，因而对油田的影响更大些，而使用浮式生产平台报废问题的考虑就较为简单，而且更重要的是在时间安排上，采用浮式生产平台和水下井口方案使开发井的钻井和完井工作与浮式生产平台的建造平行进行，只要设计安排妥当，当钻井船离开油田，浮式生产平台就可以进入，所要做的是用锚固定，连接立管和开始采油，故采用第二种方案。另外，结合悬链锚腿系泊系统（CALM）与油轮运输的原油外输方案，在开发井的钻进、浮式生产平台与CALM之间的海底输油管线的铺设、装油浮筒的安装及半潜式钻井装置的改装等工作可平行、交错作用，从而缩短投产所需时间，降低成本，提高开发效率。
二、开发工程设施
一旦根据油气田实际情况制定了开发方案后，接下来就是开展方案的实施。其中最主要的部分就是开发工程设施的建造和安装。还是以英国布禅油田为例，布禅油田的开发采用基盘钻井、水下湿式完井及浮式生产系统的形式，其主要开发工程设施包括：
（1）浮式生产系统平台，由一座半潜式钻井装置改装而成。 （2）外输立管束装置：用以将井液引到平台，再从平台流经立管束输出。由19根立管组成，其中外输立管1根，生产和气举立管各8根，辅助立管2根。
（3）海底基盘：先用于钻丛式生产井，后用做水下管汇和水下采油树的基础。
（4）水下采油树：布禅油田共有8口水下井，其中4口基盘井，其采油树安装在基盘上；3口卫星井及1口位于基盘附近的保留探井，其采油树设在井位上。每口卫星井有2根直径100mm的出油管线及伴随的液压控制缆线与基盘相连。2根导管中的1根用于输油和伴生气，另1根需要时用于气举。
（5）水下管汇：安装在基盘上，将出油管和立管束相连。
（6）海底管线。
（7）悬腿锚腿系泊浮筒。
（8）油轮：两艘100000t油轮改装成船首系泊装油。
三、海上采油方式
（一）选择原则
通常情况下，海上油气田的开采一般都采用自喷式采油，但当井底流压低于某一数值时，地层压力即不足以将液柱举出地面，则油井失去了自喷及自溢的能力，为保证并实现开发方案产量的要求，达到油气田更好的开发效益，仅靠天然能量是很难达到长期高产要求的。因此要维持油井的正常生产，需及时采用适当的人工举升方式。
海上油气田人工举升方式不仅受到油藏条件、油井条件、地面（平台）条件的制约，而且还要受效益和管理要求的制约，在采油方式的选择上，应力求经济、技术适应性等方面都能比较合乎具体油田情况，从而能有效地发挥油气田的举升能力，充分发挥油藏的产油能力。同时还要根据不同油井的特点，根据人工选择方式选择出适用的人工举升方式，再根据不同的人工举升方式适用的条件及投资隋况等进行综合评价，确定可行的人工举升方式。选择的基本原则是：
（1）适应海上平台丛式井组各种井况的要求，立足于地下，以油藏的特点和产液能力为基础。
（2）对油井的自喷能力、转抽时机和可以采用的举升方法进行分析，凡能自喷采油的，应尽可能的选用自喷采油，并确定其采油参数和井口装置。
（3）进行油井举升能力分析时，应对油藏、油管、举升方法、油嘴、地面管线及分油井生产系统进行压力分析（又称节点分析）。
（4）通过对比可采用的不同举升方法的经济效益，并综合考虑各方面的条件，便可最终评价采油方法选择是否合理，确定出最佳的配套采油方式。
（5）选择采油方法可从两方面人手，分析油藏不同开发阶段的产能特征和不同举升方法对油井生产系统的举升效果，使用优选技术、节点分析技术等优选采油方法。
（6）对于稠油、高凝油、深井、低渗等油气田开采方式，要有针对性的特殊考虑及设计。
（7）对优选的采油方法要作经济分析，如计算返本期、净现值、设备折旧、盈利与投资比等有关经济方面的分析后面还要述及。
（8）搞好接替，适时转换采油方式。在开采过程中，随着采出程度、综合含水的上升和地层能量的下降，必须不失时机地转换采油方式，用人工举升方式接替。选择技术上安全可靠、适应性强、成熟配套的人工举升方式，实施一次性管柱投产，以减少作业工作量，提高整体开发效益。 （9）适应海上油气田开采特点要求平台上设备体积小、重量轻、免修期长、适用范围宽、操作管理简单，易实现自动化管理、安全可靠。即所选择的采油方式、所需的设备，特别是地面设备其体积应尽可能小，重量要轻，这样可以有效地减少平台尺寸和所需面积，特别应注意对电、气、仪表等辅助设备的技术要求。易操作主要是易于控制，减少人为的失误造成的损失。
（10）综合经济效益好。要综合评价一种采油方式，即从初期投资、机械效率、维修周期、生产期操作费等多个方面进行评价和对比，最后选择一种技术上适用、经济效益好的采油方式。
（二）海上油气田人工举升方式
海上油气田的人工举升方式主要有四种类型，即电动潜油泵采油、电动潜油螺杆泵采油、水力活塞泵采油和水力射流泵采油。
1.电动潜油泵采油
适用于油气田定向井开发，尤其适用于环境较为恶劣的浅海油气田、沙漠油气田等边缘油区。
①对潜油气电泵机组中部分部件采用特殊结构设计，降低应力集中系数，均衡机组的抗弯性能，提高整体性能。②在机组上，布置数个引接电缆保护装置，利用潜油电泵起下过程中自身的运动规律，自动保护引接电缆。③机组各连接螺栓间采用蝶型垫圈，使机组处于挠性压缩状态，释放其过大的弯曲能量。④动力电缆采用橡胶和金属两种形式保护器，从而更有效地保证动力电缆的安全。⑤设计并采用一种新型胶囊保护器——并联型胶囊保护器。可使潜油电泵机组在油井的任何井段有效地工作。
电潜泵举升方式的主要优点：①排量大；②操作简单，管理方便；③能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油；④在防蜡方面有一定的作用。
电潜泵举升方式的主要缺点：①下人深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；②比较昂贵，初期投资高；③作业费用高和停产时间过长；④电机、电缆易出现故障；⑤日常维护要求高。
2.电动潜油螺杆泵采油
性能特点：①较适合于开采黏度高、含固相的流体；②不易发生气锁，具有破乳作用；③抽吸连续平稳，不对油层产生压力；④适用于直井、斜井、水平井，尤其适用于杆管偏磨井；⑤无抽油杆，消除了因杆管磨损带来的损失；⑥节能降耗，与有杆泵相比节能30％～60％；⑦地面占用空间小，井口无泄漏、无噪音，日常管理简单，尤其适合海上平台采油。
3.水力活塞泵采油
水力活塞泵采油系统是工艺技术比较完善的机械采油装备。对于深井、斜井、高凝固点、高黏度原油井等具有很好的适应性。该系统由井下沉没泵和地面设备两部分组成。
适应条件：油层深度与排量范围大，含蜡，稠油，井斜。
主要缺点：①机组结构复杂，加工精度要求高；②地面流程大，投资高（规模效益）。
4.水力射流泵采油
水力射流泵举升原理：通过注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层产出液。
优点：①没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大；②由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高含蜡油井；③水力射流泵举升原理对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。
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