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人類偉大工程 北海超級(jí)氣(qì)田建設

倫敦是著名(míng)的“霧都”,1952年(nián)發生的倫敦“毒(dú)霧”事件曾經(jīng)奪走了1.2萬人的生命。而後,英(yīng)國政府痛定思痛,開始了鐵腕治汙(wū)的自我救贖。

經過半個多世紀的不懈努力,如(rú)今的(de)倫敦,陽(yáng)光(guāng)早已驅散迷(mí)霧,城市文明與自然環境和諧共處。

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

然而,英國的天然氣(qì)產量並不能滿(mǎn)足自身(shēn)需求,需要從(cóng)國外進口。

俗話說遠親不(bú)如近鄰,模範鄰居挪威(wēi)恰好擁有全世界最先進的深海油(yóu)氣(qì)開采技術和豐富的(de)油氣儲(chǔ)量,是世界天然氣產量十強。

1997年,挪威的外海發現了“奧門藍格”氣田,它的儲量(liàng)高達3970億立(lì)方(fāng)米(當年中國最大的氣田儲量為2510億立方米),這足夠在未來40年(nián)間承擔英國20%的用氣量。

但北海颶風頻發、暗流湧(yǒng)動,開發環境惡劣,長期以來人們隻能望洋興歎。

隨著深海油氣開發技術(shù)的(de)飛速(sù)發展,挪威國家(jiā)石油公(gōng)司下定決心著手開發“奧門藍格”氣田。

這(zhè)是一項曆經十(shí)年、耗資百億美元的龐大工程。總體而言分為三個階段:
一、開采天然(rán)氣;
二、輸(shū)送至陸(lù)上處(chù)理廠加工成合格的天然氣;
三(sān)、將合格(gé)天然氣(qì)外輸至(zhì)英國。

三個階段這裏輕描淡寫,但工程背後的艱辛又(yòu)誰(shuí)人知悉?

氣田開發
 

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(qì)田距挪威120公裏(lǐ),所在地水深1000米,儲層位於海底以下2000米處(chù)。這就意味著穿(chuān)越1000米的海水後還需要在海床上鑽進超過2000米,才能開采到(dào)天然氣。

但北(běi)海狂風肆虐、常年暗流湧動,在(zài)未來(lái)的天然氣生產過程中常規的(de)FPSO、張力(lì)腿平台和Spar平台都極易受到(dào)海流和颶風的影響,長(zhǎng)期穩定供(gòng)氣存在隱患。另外在深海建造浮式生產設施投資巨大,開發團隊需要對技(jì)術風險和投資方案進行慎重考量。

                                                            △惡劣的(de)海況會使鑽具與(yǔ)隔水管產生劇烈摩擦(cā)

2000年前後專家提出了一個大膽的設想——既然(rán)在海上(shàng)造(zào)平台困難重重,那為何不把平(píng)台安裝在海底呢?
 
這就需要一個(gè)集成了水下鑽井基盤和水下(xià)采油樹的多(duō)功能裝備,在(zài)工(gōng)程專家的努力下,它最終閃亮登場了!

                                    △固定在海床上(shàng)的“鑽井(jǐng)基盤”,無(wú)論海麵風急浪高(gāo),它都能風雨不動安如山

                                                                                       △設計(jì)

                                                                                           △建造

二 海(hǎi)底鑽井基盤的安裝

難題:定點安裝1000噸的海底鑽井基盤
 
在波濤洶湧的北海,安裝重達1000噸(dūn)的鑽井基盤,最大的挑戰是定點。海麵微小的誤差在1000米深的海底(dǐ)都將被(bèi)放(fàng)大,失之毫厘差之千裏,一旦定點失敗(bài),損失可就慘重了%>_<%

                                                                           △利用駁船運輸至(zhì)指定海域

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

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

                                                                                      △進行吊裝作業

                                                                 △全程(chéng)使用ROV監控,不斷調整位置
 
項目團隊最終不負眾望,僅僅40厘(lí)米的著陸誤差(chà)已經相當完(wán)美。沉放作(zuò)業完(wán)成後,需要從海麵將鑽具順隔水導管下放至海底鑽井基盤,然後進行鑽井作業,這裏選擇了機動性最好,具有自航能力的鑽井船執行任務。

三  深水鑽井(jǐng)作業

承擔任(rèn)務的是Seadrill公司(sī)的“West Navigator”鑽井船,它的(de)最大作業水深為2500米(mǐ),最大鑽井深度達到9000米,完全能夠勝任這(zhè)個(gè)項目的要求。

鑽頭通過(guò)水下基盤引導進入預定井眼位置,並(bìng)以此為起點鑽進2000米,直至(zhì)氣藏位置。

為了最大限度的提高投資的經濟性,每套(tào)水下(xià)生(shēng)產係統預留了(le)6個井槽(cáo),將(jiāng)來可以打更(gèng)多的(de)井。

                                                  △叢式井:從限定的井場向不同(tóng)方位(wèi)鑽(zuàn)多口定向井

                                                                           △4個海底鑽井基盤控製24口井
 
完成(chéng)鑽井作業後,海底鑽井基盤開始(shǐ)控製氣井生產。每天能夠開采(cǎi)7000萬立方米的天然氣,平均單井日產量達300萬立方米。什麽概念?2014年西(xī)南(nán)油氣(qì)田新井單(dān)井日產量(liàng)大約為15萬立方米。也就是說,“奧門藍格”一口井相當於西(xī)南油氣(qì)田20口(kǒu)井!

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

一 建設加工廠

開采出(chū)來的(de)天然氣原生(shēng)氣含有大量的CO2、H2S、水(shuǐ)、重烴、汞等雜質,並不能直接使用,必須進行處理,但(dàn)是周邊並沒有天然氣加工廠,因此必須建設新的加工廠,廠址選在了(le)古森(sēn)小島上(shàng)一個寧(níng)靜的小村(cūn)莊——Nyhamna“奈漢姆納”。

進口鋼材、挖掘岩石,每天都有兩千多個(gè)工人在這裏忙碌著(zhe),天然氣(qì)加工廠的到來徹底改變了這個(gè)小島的(de)命運。

建成的處理廠加工效率非常高,天(tiān)然氣從進入(rù)工廠到加工成為合格天然氣僅需10分鍾。

二  殘渣處理

海底低溫高壓的(de)環境使得開(kāi)采出來的天然氣含有大塊天然氣水合物,高能的天然氣水合物(wù)如果直接進入工廠會十分危(wēi)險,甚至有可能帶來毀滅性的災難。

因此,重達1萬噸的水合物捕捉器扮演著“神盾(dùn)”的角色

三 冷凝油處理

天然氣加工過程會產生大量的冷凝油(yóu)。為了解決冷凝油(yóu)的存儲和運輸(shū)問題,工程師們在附近(jìn)的山體中挖掘了(le)容量達23萬立方米(mǐ)的巨大洞穴儲存冷凝油。

原油儲(chǔ)存(cún)方(fāng)式詳見石油課(kè)堂(táng)011期文章(zhāng):億(yì)萬黑(hēi)金的驛(yì)站——戰略(luè)石油儲備方式大解密

 

                                                                                          △洞(dòng)穴封存(cún)
 
 
氣田與加工廠的連接(jiē)

雖然氣(qì)田和加工廠的建(jiàn)設都已完(wán)成,但(dàn)是要把天然氣從氣田輸送至(zhì)加工廠並不容易,還需要建造長約120km的管(guǎn)線。

一  動力和信(xìn)號輸送

陸地連接站和海底鑽井基盤需要一條電纜作為傳遞能量和信(xìn)息的渠道,就像(xiàng)母體(tǐ)通(tōng)過臍(qí)帶向嬰兒傳遞營養和信息一樣,因此稱之為臍帶纜。

海底(dǐ)崎嶇不平,工程專家利用三維模擬技術尋找最優的管線施工路(lù)徑。

此外(wài),臍帶纜還要跨過一個高達300米(mǐ)的史托瑞加滑坡。

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

普通的水下機器人無法(fǎ)勝任這項工作,工程師們不得不另求賢能——“蜘(zhī)蛛號”ROV,它靠(kào)動力履帶和有關節的腿活動,能夠高效精確地在35°的海底斜坡上進行挖掘(jué)工作。

                                                                      △“蜘(zhī)蛛1號”能夠挖掘3噸重的岩石

                                                      △“蜘蛛2號”裝備了(le)吸(xī)氣嘴,可以吸起泥沙噴到(dào)旁(páng)邊
 
1號負責挖掘,2號負責清理,它們通力合作,平整路徑,應對挑戰。

二  海底管道鋪設

天然(rán)氣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的鋪(pù)管方式。

海底管(guǎn)道鋪(pù)設詳(xiáng)見石油課堂008期文章:“能源血管”大解密——海底油氣管道是(shì)怎樣(yàng)建成的?

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

△利用定位器,從海邊向(xiàng)氣田鋪設(shè)
 
當油氣管道鋪設至“史托瑞加”滑(huá)坡段時,地形陡峭,“S”形鋪管法不再適用。此(cǐ)時采用“J”形鋪管(guǎn)法,“S7000號”鋪管船得以一展拳腳。

 

                                                                      △由起重船改造,完成2萬多根海管的鋪設

三 油氣管道和(hé)海底(dǐ)鑽井基盤連接

管線到達氣田之後需要與海底鑽井基盤進行連接,而且水下生產係(xì)統的管道錯綜複雜,需要(yào)一個管匯來分(fèn)配和控製天然氣的流動,這些工作將由(yóu)管線終點站來完成。

                                                                                   △直接吊放至海底
 
將管匯(huì)吊放至海床,ROV負責各條管道(dào)的連接工作。

通過項目人員不(bú)懈的努力,將(jiāng)氣田產出的初級天然氣輸送至挪威陸地加工廠的海底(dǐ)管線(xiàn)建造(zào)完畢。
 
 
“藍格勒”天(tiān)然氣管線

初(chū)級天然氣在挪威加工成合格天然氣後,需要運送至英(yīng)國以滿足當地市場對天然氣的需求。船舶和管道運輸是最常規的運輸方式。船舶運輸建(jiàn)設投資小、運輸成本低(dī),但是連續性差、速(sù)度慢、受環境影響大;管道運輸建造成本高,但是效(xiào)率高,運送能(néng)力大,連續性好。
 
結合“奧門藍格”氣田(tián)天然(rán)氣產(chǎn)量大、密度低、流動性強、輸送量大的特點,最(zuì)終決定(dìng)了采用管(guǎn)道運輸的方式。

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

                                               △單壁管:內層為鋼管(guǎn),外層為混凝土,起到保溫、加固的(de)作用(yòng)

                                                            △每段鋼管直徑超過1米,長超過12米,重達20噸(dūn)
 
一  平(píng)整管道路徑

目前主要有三種(zhǒng)方式平(píng)整海床:衝射(shè)法(fǎ)適用於粘土、砂(shā)土等土質;土壤(rǎng)液化法(fǎ)針對非粘性土壤;開溝犁法適用於砂(shā)土作業。此處海底的泥沙為粘土,衝射法最適(shì)宜。

噴射器從裝置上方吸入海水,采用高(gāo)壓噴射的方式噴出溝槽。

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

因此(cǐ),懸空(kōng)部(bù)分需要砂(shā)石(shí)填(tián)充。

二  藍格勒管(guǎn)道鋪設

在路徑(jìng)平整之(zhī)後可以采用“S”形鋪(pù)管法,由“LB200號”鋪管(guǎn)船進行鋪管作業,10萬根海管要在這裏進行焊(hàn)接、防腐等處理,最終(zhōng)鋪(pù)設至海底。

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

                                                                                                 Δ焊接

                                                                                                 Δ塗裝

                                                                                     △“S”鋪管(guǎn)作(zuò)業
 
如果海底(dǐ)平坦,一個月能夠鋪設100多公裏的海管。對於鬆軟的海底(dǐ),可以利用(yòng)Saipem公司的挖掘機(jī)PL2以及BPL2,協同作業,挖(wā)掘出寬5米,深2米的溝槽(cáo)。

海上中繼站—“史雷(léi)普納”平台

1200公裏的海管,一次加壓並(bìng)不能將天然氣從挪威(wēi)輸送到英國,因(yīn)此必須建設海上中繼站。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國的天然氣。

天然氣通過(guò)中繼站需要在海底連接管(guǎn)線,但在海底完成焊接卻並(bìng)非易事,因為水環境下完成焊接會嚴重影響焊接質量(liàng),甚至留下安全隱患,所以需要特殊裝置輔助潛水員完成焊接——幹法焊(hàn)接。

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

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

A段: 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(gōng)裏,管徑42英寸。
C段:史雷普鈉平台至英國伊辛頓,560公裏,管徑44英寸。
 
工程(chéng)團隊克服了全球最惡劣的氣(qì)候環境和(hé)海底地(dì)形,麵對挑戰,逐個擊破(pò)。至2007年10月7日,“奧門藍格”氣田已有3口井實現(xiàn)生產,開始向英國持續供氣。

                                                                              △清潔能源點(diǎn)亮城市文(wén)明
 
 
彩蛋

管道鋪設過程中,還有意外驚喜——發現沉船及大量隨船貨品。

                                                                                              Δ各類文物(wù)
 
據推測,這(zhè)是一艘18世紀(jì)前往北俄羅斯的阿(ā)克安吉利的商船。
 
 
擴(kuò)展&總結

2013年(nián)8月,李澤钜(李嘉誠嫡長子)收購了英國天然(rán)氣供應商(shāng)WWU,控製了英國天然氣(qì)近三成市(shì)場,因為之前(qián)還收(shōu)購了英國電網和供水網絡,英國媒體稱李澤钜“幾乎買下了英國”。

從李澤(zé)钜以天然氣為契機加速抄(chāo)底歐洲,我(wǒ)們能(néng)看到中國在歐洲市場的巨(jù)大影響。在習(xí)大大英(yīng)倫行的時候,麵對英國記者“英企能否反過來在中國投(tóu)資建設核電站”的(de)疑問,劉曉明大使(shǐ)反問:你們有資金嗎(ma)?你們有技術(shù)嗎?你們有專家嗎?

技術和經(jīng)濟上的巨大進步讓我們(men)底氣十足,在深海油氣開(kāi)發方麵吾輩亦(yì)當自強,相信在中國廣大(dà)石油工作者(zhě)的努力奮鬥下,中(zhōng)國的(de)石油工業必定能引領世界!

 

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