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人類偉大工程 北海超級氣田建設

倫敦是著名的“霧(wù)都”,1952年發生的倫敦“毒(dú)霧”事件曾(céng)經奪走了1.2萬人的生命。而後,英國政府(fǔ)痛定思痛,開始了鐵腕治汙的自我救贖。

經過半個多世紀的不懈努力,如(rú)今的倫敦,陽光(guāng)早已驅散(sàn)迷(mí)霧(wù),城市文明與自然環境和諧共處。

天然氣作為一種無(wú)色無毒、熱值高、潔淨環保的優質能(néng)源受到了英國人的青睞,其天然(rán)氣市場更是與日擴張,成為世(shì)界十大天(tiān)然氣消費國之一。

然而,英國(guó)的天然氣產(chǎn)量並不(bú)能滿足自身需求,需要從國外(wài)進口。

俗話說遠親不如近鄰,模範鄰居(jū)挪威恰好擁有全世(shì)界最先(xiān)進的深海油氣開(kāi)采技術和豐富的油氣儲量,是世界天然氣產量(liàng)十強。

1997年,挪(nuó)威的外海發現了“奧門藍格”氣田,它的儲量高達3970億立方米(mǐ)(當年中國最(zuì)大的氣(qì)田(tián)儲量為2510億立方米(mǐ)),這足夠在未來40年間承擔英國20%的用(yòng)氣(qì)量。

但北海颶風頻發、暗流湧動,開發(fā)環境惡劣,長期以(yǐ)來人們隻能(néng)望洋興歎。

隨著深海油氣開發技術的飛速發展,挪威國家石(shí)油公司下定決心著手開發“奧(ào)門藍格”氣田。

這是一項曆經十年、耗資百億(yì)美元的龐大工程。總體而言分為三個階段:
一、開采(cǎi)天然氣;
二、輸送至陸上處理廠加工成合格的天然(rán)氣;
三、將合格天(tiān)然(rán)氣外輸(shū)至英國(guó)。

三個階段這裏輕描淡寫,但工程背後(hòu)的(de)艱辛又誰(shuí)人(rén)知悉?

氣田開(kāi)發
 

確定開發方案
 
難題:“奧門藍格”氣田埋深大,海況惡劣!
 
“奧門藍格”氣田距挪(nuó)威120公裏,所在地水深1000米,儲層位於海底以下2000米處。這就意味著穿(chuān)越1000米的海水後還(hái)需(xū)要在海床上鑽進超過2000米,才能開采到天然氣。

但北海狂風肆虐、常年暗流(liú)湧動,在未來的天然氣生產(chǎn)過程中常規(guī)的FPSO、張力腿平台(tái)和Spar平台都(dōu)極易受到(dào)海流(liú)和颶風的影響(xiǎng),長期穩定供氣存在隱患。另外在(zài)深海建造浮式生(shēng)產設施投資巨大,開發團隊需(xū)要對(duì)技(jì)術風險和投資方案進行慎重考量。

                                                            △惡劣的海況會使鑽具(jù)與隔水管產生劇烈摩擦

2000年前後專家提出了一個大膽(dǎn)的設想——既然在(zài)海上造平(píng)台困難重重(chóng),那為何不把平台安裝在海底呢?
 
這就需要一個集(jí)成了水下鑽井基盤和水下采油樹的(de)多功能裝備(bèi),在工程專家的努力下,它最終閃亮登場了(le)!

                                    △固(gù)定(dìng)在海床上的“鑽井基盤”,無論海麵風急浪高,它都能風雨不動安(ān)如山

                                                                                       △設計

                                                                                           △建造(zào)

二 海底鑽井(jǐng)基(jī)盤的安裝

難題:定點安裝1000噸的海底鑽井基盤
 
在波濤洶湧的北海,安(ān)裝(zhuāng)重達1000噸的鑽井(jǐng)基盤,最大的挑(tiāo)戰(zhàn)是定點(diǎn)。海麵微小的誤差在1000米深的海底都將(jiāng)被放大,失(shī)之毫厘差之千裏,一旦定點失敗,損失可就慘重了%>_<%

                                                                           △利用駁船運輸至指定海域

為了能夠準確吊裝海底鑽(zuàn)井基盤,巨型起重船“迪亞拉夫號”登場了,它承擔這(zhè)個項目的服務(wù)費達到了2100萬美元。

                                                               △起重量達到14000噸,相當於80架波音747

                                                                                      △進行吊裝作(zuò)業

                                                                 △全程使用ROV監控(kòng),不斷調整位置
 
項目團隊最終不負眾望(wàng),僅僅40厘米的著陸(lù)誤差已經(jīng)相當完(wán)美。沉放作業完(wán)成後,需要從海麵將(jiāng)鑽具順隔水導管下放至海底鑽井(jǐng)基盤,然(rán)後進行鑽井作業,這裏選擇了機動性最好,具有自航能力的鑽井船(chuán)執行任務。

三  深水鑽井作業

承擔任務的是Seadrill公司的“West Navigator”鑽井船,它的最大作業水(shuǐ)深為2500米,最大鑽井深度達到9000米(mǐ),完全能夠勝任這(zhè)個項目的要求。

鑽頭通過水下基盤引導(dǎo)進入預定井眼位置,並以此為(wéi)起點鑽(zuàn)進2000米,直至氣藏位置。

為了最大限度的提高投資的(de)經濟性,每套水下生產(chǎn)係統預留了6個井槽,將來可(kě)以打更(gèng)多(duō)的井。

                                                  △叢(cóng)式井:從限定的井場向不同方位鑽(zuàn)多(duō)口定向井

                                                                           △4個海底鑽井基盤控製24口井
 
完成鑽井作業後,海底鑽井基盤開始控製氣井生產。每天能夠開采7000萬立方米(mǐ)的天然氣,平均單井日產量達300萬立方米。什麽概念?2014年西南油氣田新井單井日產量大約為(wéi)15萬立(lì)方(fāng)米。也就是說,“奧門藍格”一口井相當於西(xī)南油(yóu)氣田20口(kǒu)井!

                                                                 △豐厚的利潤為該項目的實施提供(gòng)了有力保障
 
 
“奈漢姆納”天然氣加工廠

一 建設加工廠

開(kāi)采出來的天(tiān)然氣原生氣含(hán)有大量的CO2、H2S、水、重烴、汞等雜質,並不能直接使(shǐ)用,必須進(jìn)行處理(lǐ),但是周邊並沒(méi)有天然氣加工廠,因此必須建(jiàn)設新的加工廠(chǎng),廠址選在(zài)了古森小(xiǎo)島上一(yī)個寧靜的小村莊——Nyhamna“奈漢(hàn)姆納”。

進口鋼材、挖掘岩石,每天都有兩千多個工人在這裏忙碌著,天然氣加工廠的到來(lái)徹底改變(biàn)了這(zhè)個小島的命運(yùn)。

建(jiàn)成的處理廠加工效率非常高,天然氣從進入工廠到加工成為合格(gé)天然氣僅需10分鍾。

二  殘渣處理

海底低溫高壓的環境使得開采出來的天然氣含有大塊(kuài)天(tiān)然氣水合物,高能(néng)的天然氣水合物如果直接進入(rù)工廠會十分危(wēi)險,甚至有可能帶來毀滅性的災難。

因此,重達1萬噸的水合物捕(bǔ)捉器扮演著“神盾”的角色

三 冷凝油處理

天然(rán)氣加工過程(chéng)會產生大量(liàng)的冷凝油(yóu)。為了(le)解決冷(lěng)凝油的存儲和運輸問題(tí),工程師們在附近的山體中挖掘(jué)了容量達(dá)23萬立方米(mǐ)的巨大洞穴儲(chǔ)存冷凝油。

原油儲存方式詳(xiáng)見石油課(kè)堂011期文章:億萬(wàn)黑金的驛站——戰(zhàn)略石油儲備方(fāng)式大解密

 

                                                                                          △洞穴封存
 
 
氣田與加工廠的連(lián)接

雖然氣田和加工廠的建設(shè)都已完成,但是要把天然氣從氣田輸送至加工廠並不容易,還需要(yào)建造長約120km的(de)管線。

一  動力和信(xìn)號輸送

陸地連接站和海(hǎi)底鑽井基盤需(xū)要一(yī)條電纜(lǎn)作為傳遞能量和(hé)信息的渠道,就像母體通過臍帶(dài)向嬰兒傳遞營養和(hé)信息一樣,因此稱(chēng)之為臍帶纜。

海底崎嶇(qū)不平,工程專家利用三維模擬技術尋找最優的管線施工路徑。

此(cǐ)外,臍帶纜還要(yào)跨過一個高達300米的史托瑞加滑坡。

                                                                             △滑坡高度接近埃菲爾鐵塔
 
崎嶇的海床,陡峭的滑坡,嚴格的精度要求,都向工程師提出了挑戰。

普通的(de)水下機器人無法勝任這項工作(zuò),工程師們不(bú)得不另求賢能——“蜘蛛號”ROV,它靠動力履帶和有關節的腿活動,能夠高效精確地在35°的海底(dǐ)斜坡上進行挖掘工(gōng)作。

                                                                      △“蜘蛛1號”能(néng)夠挖掘(jué)3噸重的岩(yán)石

                                                      △“蜘蛛2號”裝備了吸氣嘴,可(kě)以吸起泥沙噴到旁邊
 
1號負責挖掘,2號負責清理(lǐ),它們通力合作,平整路徑(jìng),應對挑戰。

二  海底管道鋪設

天然氣(qì)輸送管道的鋪設也麵臨著複雜地形的挑戰,要根據地勢的變化采用不同(tóng)的鋪管方式。

海底管道鋪設詳見石油課堂008期文章(zhāng):“能源血管”大解密——海底油(yóu)氣管道是怎樣建成的?

在臨近(jìn)海岸的淺水區可以采用(yòng)更為靈活的“S”形(xíng)鋪管法,海岸線(xiàn)曲折、工作區域狹窄,因此需要使用特殊駁船——“孤獨號”來進行鋪管作業。

△利用定位器,從海(hǎi)邊向氣田鋪設(shè)
 
當油氣管道鋪設至“史托(tuō)瑞(ruì)加”滑坡段時,地形陡峭,“S”形鋪管法不再適用。此時采用“J”形鋪管法,“S7000號”鋪管(guǎn)船得以一展拳腳(jiǎo)。

 

                                                                      △由起重船改造,完成2萬多(duō)根海管的(de)鋪設

三 油氣管道和海底(dǐ)鑽井基盤連接

管線到達氣田之後需(xū)要與海底鑽井(jǐng)基盤進行連接,而且水下生產係(xì)統的管道錯綜(zōng)複雜,需(xū)要一個管匯來分配(pèi)和(hé)控(kòng)製天然(rán)氣的(de)流動,這些工作將由管線終點(diǎn)站(zhàn)來完成。

                                                                                   △直接吊放至海底(dǐ)
 
將管匯吊放至海床(chuáng),ROV負責各條管道的連接工作(zuò)。

通過項目人員不懈的努力,將氣田產出的(de)初級(jí)天然氣輸送至挪威陸地加工廠的海底管線建造完畢。
 
 
“藍格勒”天然氣管線

初級(jí)天然氣在挪威加工成合格天然氣(qì)後,需(xū)要(yào)運送至(zhì)英國以滿足當地市場(chǎng)對天然氣的需求。船舶和管道運(yùn)輸是最常規的運輸方式。船舶運輸建設投資小、運輸成本低(dī),但是連(lián)續性差、速度慢、受環境影(yǐng)響大;管道運輸建造(zào)成本(běn)高,但是效率高,運送能力大,連續性好。
 
結合“奧門藍格”氣田天然氣產量大(dà)、密(mì)度低、流動性強、輸送量大的特點,最終決定了采用管道運輸的方式。

                                              △ “藍格勒”管線全長1200km,是世界上最長(zhǎng)的海底天然氣管(guǎn)線
 
因為隻需要輸送流動性非常(cháng)好的天然氣,所以選用結構簡單(dān)、成本較低的單壁管(guǎn)。

                                               △單壁管:內層為鋼管,外(wài)層為混凝土,起到保(bǎo)溫、加固的作(zuò)用

                                                            △每段鋼管直(zhí)徑超過1米,長(zhǎng)超過12米,重達20噸
 
一  平整管道路徑(jìng)

目前主要有三種方式平(píng)整海床(chuáng):衝射法適用於粘土、砂土等土質;土壤液(yè)化法針對非粘性(xìng)土壤;開溝犁法適用於砂土作業。此處海底的泥(ní)沙為粘(zhān)土,衝射法最適宜。

噴射器從裝置上方吸入海水,采用高壓噴(pēn)射的方式噴出溝(gōu)槽。

崎嶇不平的海底容(róng)易造成海管部分懸空,在巨大的重力作用下海管容易下垂破裂導致泄漏。

因此,懸空部分需要砂石填充。

二  藍格勒管道鋪設

在路徑平整之後可以采用“S”形鋪管法,由“LB200號”鋪管船(chuán)進行鋪管作業,10萬根海管要在這裏進行焊接、防腐等處(chù)理,最終鋪設至海底。

每根管道從運上鋪管船到最終沉放到海底要經過15到20個焊接(jiē)站和塗裝站。

                                                                                                 Δ焊接

                                                                                                 Δ塗裝

                                                                                     △“S”鋪管作業(yè)
 
如果(guǒ)海(hǎi)底(dǐ)平坦,一個(gè)月能夠鋪設100多公裏的海管。對於鬆軟(ruǎn)的海底,可以利用Saipem公司的挖掘機PL2以及BPL2,協同作業,挖掘出寬5米,深(shēn)2米的溝槽。

海上(shàng)中繼站—“史雷普納”平(píng)台

1200公裏的海管,一次加壓並不能將天然氣從挪威輸送(sòng)到英國,因此(cǐ)必須建設海上中繼(jì)站。中繼站不僅為天然氣加壓以抵消沿程壓力損失,而且負責監測流向英(yīng)國的天然氣。

天然氣通過中繼站需要(yào)在海底連接(jiē)管線,但(dàn)在海底完成焊接卻(què)並非易(yì)事,因為水環境下完成焊接會嚴重影響焊接(jiē)質(zhì)量,甚至留下安全(quán)隱患,所以需要特殊裝置輔助(zhù)潛水員完成焊接(jiē)——幹法(fǎ)焊接。

焊接過程:(1)將焊接室沉降到海底,(2)焊接室夾住管線並(bìng)密封,(3)充空氣排除焊(hàn)接室海水,(4)潛水員進入焊接室完成焊接。

最終(zhōng)建成的海底天然氣輸送管道長達(dá)1293公裏,是當時全球最長的海底油氣管道。

A段(duàn): 奧門藍格氣田至挪威奈漢姆納,120公裏,管徑30英寸。
B段:挪威奈漢姆納至史雷普(pǔ)鈉平台,613公裏,管徑42英寸。
C段:史雷普鈉平台(tái)至英(yīng)國(guó)伊辛頓,560公裏,管(guǎn)徑44英(yīng)寸。
 
工程團隊(duì)克服了全球最惡劣的氣候環境(jìng)和海(hǎi)底地形(xíng),麵對挑戰,逐個擊破(pò)。至(zhì)2007年(nián)10月7日,“奧門(mén)藍格”氣田已有3口井實現生產,開始向英國持(chí)續(xù)供氣。

                                                                              △清潔能(néng)源點亮城市文明
 
 
彩蛋

管道(dào)鋪設過程中,還有意外驚(jīng)喜——發現沉船及大量隨船貨(huò)品。

                                                                                              Δ各類文物(wù)
 
據推測,這是一艘(sōu)18世紀前往北俄羅斯的阿克安吉(jí)利的商船。
 
 
擴展(zhǎn)&總結

2013年8月,李(lǐ)澤钜(jù)(李嘉誠嫡長子)收購了英國天然氣供應商WWU,控製了英國天然氣近三成市場,因為之前還(hái)收購了英國電網和供水網絡,英國媒(méi)體稱李澤(zé)钜“幾乎買下了英(yīng)國”。

從李澤(zé)钜以(yǐ)天然氣為契機加速抄底歐洲,我們能看到中國在歐洲(zhōu)市場的巨大影響。在習大(dà)大英倫行的時候,麵對英國記者“英(yīng)企能否反過來在中國投資建設核電(diàn)站”的疑問,劉曉明大使反問:你們有資金嗎?你們有技術(shù)嗎?你們有專(zhuān)家嗎?

技術和經濟上的巨大進步(bù)讓我(wǒ)們底氣十足,在深(shēn)海油氣開發方麵吾輩亦當自強,相信在中國廣大(dà)石油工作者的努力奮(fèn)鬥下,中國(guó)的石油工業必定能引領世界!

 

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