深海天然气田开发工程模式探讨.pdf

第 3 3卷 第 3期 OI L AND GAS F I E L D DE VEL OP ME NT 深海天然气 田开发工程模式探讨 白建辉 单连政 易成高 陈荣 1 ． 中国石油勘探开发研究院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 中国石油海外勘探开发公司， 北京1 0 0 0 3 4 油号田开发 7 9 摘 要 传统深海天然气田开发工程模式是通过铺设海底管道将天然气田产物输送至陆地， 由 于受水深 、 海底地形 、 技术可行性及 天然 气 田经济 效益 等 多种 因素 的制 约 ， 限制 了其在 深海天 然 气 田开发中的应用。F L N G装置或 C N G船与海上天然气生产设施组合为新型的深海天然气田开发工 程模式， 以投资相对较低、 建设周期短、 灵活机动性好及 目标市场可选范围广等优点备 受关注。通 过调研 F L N G装置及 C N G船 的技术发展概况 ， 详细分析 了三种 适合深 海天然 气 田开发 工程模 式 的 特点， 对 比总结 出深海天然气 田开发工程模 式优选 的参考 条件。 以 F L N G装置及 C N G船为代 表 的 深海天然气田新型开发技术将打破传统深海天然气田开发工程模式， 成为深海油气开发技术发展 的重要里程碑 。 关键词 天然气； 开发工程模式； 深海； F L N G； C N G DO I 1 0 ． 3 9 6 9／ i ． i s s n ． 1 0 0 65 5 3 9 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 1 8 0前言 随着全球 常规石油储量 逐年 下降 ， 世 界能 源结 构逐 渐调整 ， 天然气替代石油 已成为各国油气行业关注的焦 点。天然气可作为汽车和工业的燃料及高价值 的化工 原料， 具有优 良的环保性能， 吸引众多国家调整能源政 策 ， 倡导 和鼓励 天然 气的开发和利用 。 全球 陆地 、 浅 海气 田的探 明 及开 发程 度 较 高 ， 深 海 天然气 田开发 已成为油气行业发展的必然趋势。深海 天然气 田开 发环境 严 峻 、 技术 复杂 ， 导致 天然 气勘 探 、 开 发建设周期长 ， 投资巨大 ， 风险程度高。天然气的运输 和存储难度大是海上天然气田开发的主要瓶颈， 尤其对 于离岸较远 、 海底 地 貌 复杂 的深 海 天然 气 田， 建 设海 底 管道将天然气输送到岸上的传统开发工程模式将使天 然气 田经济效 益变差 ， 投 资 回报 率降 低。因此 选择合 适 的开发工程模式是深海天然气开发亟待解决 的问题。 浮式液化天然气 后简称 F L N G 装置及压缩天然气 后 简称 C N G 船运作为新型的深海天然气田开发技术 ， 以 其投资相对 较低 、 建设 周 期 短 、 灵 活 机动 性好 及 目标 市 场可选范围广等优点备受关注。 。 。 。 1 传统深海天然气田开发工程模式 全球 已开发 的深海天然气 田基本采 用 “ 水 下生产 系 统 浮式生产单元 F P U 海底管道 陆上终端” 传统 的半海半陆开发工程模式 。气井 产物经水下生产系统进 入 F P U， 在 F P U进行 油 、 气 、 水处理 一般 为初步处 理 后 通过海底管道输送到陆地终端 ， 在陆上进行进一步处理后 外输或者合成 L N G。如果气 田离岸相对较 近， 可省去 F P U， 产气经水下生产系统直接通过海底管道进入陆上终 端 ， 即成为“ 水下生产系统 海 底管道 陆上终端 ” 模式。 传 统深 海 天然气 田开发 工程模 式 的主 要特 点是 通 过铺设海底 管道 输送 天 然气 田产 物 ， 工 程应 用广 泛 ， 技 术成熟 ， 运行成本较低 。但传统深海天然气 田开发工 程模式具有很大 的局 限性 1 随着 水 深 的增 加 ， 铺 设 海 底 管道 的技 术 难 度 增 大 ， 投资急剧增加 。 2 对于距离海岸较 远 的气 田， 由于管道运 输产生 的 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 1 5 作者 简介 白建辉 1 9 7 9一 ， 男 ， 吉林 四平人 ， 工程师 ， 硕士 ， 现从事海外油气 田新项 目评价及研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 天然号与石油 N A TU R AL GA S AN D OI L 2 0 1 5年 0 6月 压力损耗大 ， 中间需设 压 缩平 台维持 天然 气输 送压 力 ， 投资和操作成本显著提高 ， 经济效益较差 。 3 对于规模较小 的气 田， 海底 管道建设 成本 占相 当 比例 ， 投资 回收困难 ， 经济效益差 或无经济效益 。 4 对于海底地形条件复杂的天然气田， 海底管道的铺 设将面临诸多技术难题 ， 传统的开发工程模式难以实现。 传统深海天 然气 田开 发工 程模 式 虽具 有技 术成 熟 可靠及运行成本较低等优 点 ， 但开发 经济效 益及技术 可 行性限制 了这种模式在深海天然 气 田开发中的应用 。 2 F L N G开发工程模式 2 ． 1 F L N G技术概述 浮式液 化 天 然气 生 产 储 卸 装 置 F l o a t i n g L i q u e f i e d N a t u r a l G a s S y s t e m 集 天然气开 采 、 处 理 、 液化 、 储存 与卸 载于一体， 通过与 L N G运输船搭配使用 ， 实现海洋气 田 的开发与运输 。深海天然气 田F L N G开发工程模式一般 流程为 气井产物进入水下生产系统后 ， 通过生产立管进入 F L N G装置进行天然气处理、 液化与储存， 合成的 L N G通过 运输船定期运送至 目标 市场。F L N G装置也可与井 口平台 等浅海生产设施组成完整的浅海天然气 田开发系统。 F L N G技术 的应用将有效避 免深海 管道铺设 面临 的 技术难题 ， 同时也为海上 油 田伴生气 及边 际天然气 田提 供 了经济有效 的开发 手段 。与传 统深 海 天然气 田开发 工程模式相 比， F L N G开发工 程模式节 省 了海 洋平 台、 海 底管线、 陆上 L N G厂及码头等设施的建设环节， 投资相 对较低 ， 建设周期 短 ， 同时 F L N G具有 适应水 深 范 围广 、 可重复利用、 机动灵活及 目标市场广泛等优点。 2 ． 2 F L N G 技术发展概况 2 0 世 纪 9 0年代 中期 ， S h e l l 提 出了 F L N G概念设计 ， 掀 开了 F L N G技术 研 究 的热 潮。2 0 0 9年 S h e l l 将 F L N G 的 F E E D合 同授予 了 T C S 公 司 法 国 T e c h n i p与韩 国 s a - m s u n g 的合资公司 ， 并 同时 与该公 司签 订 了未来 1 5年 的设计 、 建造 和安装 多艘 F L N G船的合 同。2 0 1 1 年 ， S h e l l 最终 决 定 投 资 建 设 F L N G， 用 于开 发 位 于澳 大 利 亚 的 P r e l u d e 项 目 年产 3 6 01 0 t L N G， 1 3 0 X 1 0 t 凝 析油和 4 0 X 1 0 t L P G ， 预计 F L N G船将于 2 0 1 7年交付使用。 2 0 1 2年 ， P e t r o n a s 与 T e c h n i p和大宇造 船厂 签订 了 1 2 0 1 0 t F L N G船 总 承包 合 同 ， 该 F L N G船将用 于马来西 亚 K a n o w i t 气 田， 计划 2 0 1 5年交付使用。2 0 1 4年 P e t r o n a s 与 J G C和 S a m s u n g造船厂签订 了 1 5 0 1 0 t F L N G船建 造合 同， 该 F L N G将用于马来西亚 R o t a n气田， 计划 201 8年投产。 全球 L N G需求持续增长及 L N G价 格不断 攀升刺激 了各 大石 油 公 司进 军 F L N G领 域 。 目前 除 了 S h e l l 和 P e t r o n a s已经公 开签 订 了 F L N G船 建 造 合 同 ， C h e v r o n 、 E n i 、 G a z p r o m、 I n p e x及 G D F S u e z 等多家石 油公 司和专业 制造商均对建设 F L N G装 置有浓 厚兴趣 。F L N G技 术正 处于海洋工程领域的最前沿。 2 ． 3 F L N G装置关键技术 目前虽无 F L N G装 置投 产使 用 ， 但 F L N G装 置 已开 始进入商业化建造阶段， F L N G装置存在诸多关键技术 值得研究 ， 并应在实际工程应用 中得 到验证 。 2 ． 3 ． 1 天然气液化 工艺技 术 F L N G装置船体 甲板面积仅 为岸上 天然气液 化厂 的 1 ／ 4 ， 选 择的液化工 艺在 满足 安全 可行 的前 提下 减 少液 化装置 占用 的空 间成 为设计 的 关键 。 目前 天然 气液 化工艺主要有级联式循环 、 混合制冷剂 循环 MR C 和膨 胀机循环等 方式 。 。 J 。氮 气膨 胀机 循环 方式 具有 结 构 紧 凑 、 安全可靠 、 对 船体 运动 的敏感性低 等优 点 ， 因此 成为 海上液化工艺 的较 好 选择 。混 合制 冷 剂循 环有 良好 的 浮式条件适用性 ， 适用于 中大型 F L N G装置 的液化工艺 。 2 ． 3 ． 2 L N G储存技术 L N G储罐系统设计的关键在于减少储罐 内液体的 自由 表面积， 避免液化天然气晃动所产生附加载荷 的破坏性。为 避免储罐 内产生蒸汽压 ， 储罐的材料及绝缘性也至关重要。 L N G储罐可分为独立球型 M O S S型 、 独立棱柱型 S P B型 及薄膜型 G T r 型 三种类型。相 比 M O S S型和 G I T型， S P B 型储罐系统操作简单 ， 占用上部 甲板空间较少， 具有 良好 的 晃动特l生， 虽然其造价较高， 但为了节约 F L N G甲板空间， S P B型储罐是 F L N G装置系统储罐设计的首选 。 2 ． 3 ． 3 I ． N G卸载技术 船体问的相互运动使 L N G稳定输送的难度增大， L N G卸载是 F L N G技术链 中较为薄弱 的环节 。L N G卸载 主要有旁靠卸载及串靠卸载两种方式 。旁靠卸载时 L N G船与 F L N G船采用并排方式排列， 首要前提是解决 两船 之间相互 干扰 引起 摇 晃及 碰撞 的 问题 。串靠卸 载 中 ， L N G运输船 与 F L N G船 通过相 对较 长 的输 送软 管 串 联进行 L N G卸载 ， 这种卸载方 式主要 解决输送 软管的低 温冷冻性 ， 目前尚无实际工程应用 。 2 ． 3 ． 4 F L N G装置总体布局技术 F L N G装置布局首先 应遵循 陆上液化 天然气 安全 技 术， 同时要高度重视海洋运动环境对装置的影响。F L N G 船上装置和生活设施布置在相对狭小的空间内， 按照工艺 单元布置常规平面显然是不可行的。按照模块化的装置 设计方案及一体化布置原 则是实现 F L N G装置合理 布局 的关键 。F L N G装置 总体 布局要保证 对运动敏感 的设 备布置在受海洋环境影响最小 的地方 ， 另外从稳定性角度 考虑 ， 应采用保持 F L N G船体重心较低的设备布置方案 。 3 C NG开发工程模式 3 ． 1 C N G船技术概述 C N G开发 工程模 式的技术 重点集 中体 现在 C N G运 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 天然黾与石油 N AT U RAL GA S AND OI L 2 0 1 5年 0 6月 5 结论 I F L N G技术基本成熟 ， 已经进入 商业化建 造阶段 。 F L N G技术开发工程模式对 于资源量较 大及 运输距 离远 的气 田是最佳选择方案。 2 C N G船技术成熟， 但未进入 商业化应用 阶段。 C N G技术 开发工 程模式 对于 中小资 源量及 运输距 离适 中的气 田是较好 的选择 ， 可 以填 补管 道运输 和 F L N G运 输之间的利益缝 隙 ， C N G技术将具有广阔 的应用前景。 3 对于海底地形条 件复杂 ， 离 岸距离较 远 的深 海天 然气田开发， F L N G及 C N G开发工程模式明显优于传统 开发工程模 式 ， 这两种开发 工程模式 也适用 于边 际天然 气田及油田伴生气的开发。 4 深海天然气 田开发工程模式的优选要充分结合 气 田的海底地形 、 自然地 理及 目标 市 场等 条件 ， 进行 详 细的技术经济可行 性论证来确定 。 参考文献 [ 1 ]K i m J W， O ’ S u i l i v a n J ， S t e e n A， e t a 1 ． G l o b a l P e r f o r ma n c e a n d S l o s h i n g An a l y s i s o f a Ne w De e p-- d r a f t S e mi -- s ub me r s i b l e L N G F P S O[ C] ／ ／P a p e r O MA E 2 0 0 8 5 8 0 0 1 P r e n s e n t e d a t t h e AS ME 2 0 0 8 2 7 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n e e o n O f f s h o r e Me c h a n i c s a n d A r c t i c E n g i n e e r i n g ， J u n e 1 52 0 2 0 0 8， Es t o r i l ， P o r t u g a 1 ． N e w Yo r k AS ME， 2 0 0 8 ． [ 2 ]G r a c z y k M， Mo a n T ． S t r u c t u r a l R e s p o n s e t o S l o s h i n g E x c i t a - 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t e r i a l s＆Ma r k e t i n g ， 2 0 0 7 ， 2 2 5 2 8 ． [ 9 ]B e r g t E， B a k k e J ． S h i p t o S h i p L N G T r a n s f e r i n A r c t i c Wa t e r s [ c ] ／ ／P a p e r O M A E 2 0 0 85 7 3 1 9 P r e n s e n t e d a t t h e A S ME 2 00 8 2 7t h I n t e r na t i o na l Co n f e r e nc e o n Offs h o r e Me c h a n i c s a n d A r c t i c En g i n e e r i n g ， J u n e 1 52 0 2 0 0 8， Es t o fil ， P o a u g a 1 ． Ne w Yo r k AS ME， 2 0 0 8 ． [ 1 0 ]薄玉宝． 浮式液化天然气 F L N G 技术在 中国海上开发应 用探讨[ J ] ． 中国海洋平台， 2 0 1 3， 2 8 3 1 5 ． B o Y u b a o ．Di s c u s s i o n for F l o a t i n g L i q u e f i e d Na t u r a l Ga s F L N G T e c h n o l o g y i n C h i n a O f f s h o r e D e v e l o p m e n t A p p l i c a t i o n [ J ] ． C h i n a O f f s h o r e P l a t f o r m， 2 0 1 3 ， 2 8 3 1 5 ． [ 1 1 ]陈爱玲， 李永鹏． 压缩天然气船舶运输新技术及前景[ J ] ． 世界 海运 ， 2 0 0 5 ， 2 8 3 4 6 ． C h e n Ai l i n g ， L i Yo n g p e n g ． Ne w T e c h n o l o g y a n d P r o s p e c t o f C N G M a r l n e T r a n s p o r t a t i o n[ J ] ． Wo r l d S h i p p i n g ， 2 0 0 5 ， 2 8 3 46． [ 1 2 ]刘康林， 王智拓． 天然气的水上运输[ J ] ． 中国储运 ， 2 0 1 4， 4 1 0 51 0 7 ． L i u K a n g l i n ， Wa n g Z h i t u o ． G a s T r a n s p o rt a t i o n i n Wa t e r [ J ] ． C h i n a S t o r a g eT r a n s p o rt， 2 0 1 4 ， 4 1 0 51 0 7 ． [ 1 3 ] 谭越． 海上油田伴生气处理及运输研究[ J ] ． 船海工程， 2 0 1 1 ， 4 0 1 1 3 51 3 9 ． Ta n Yu e．Pr o c e s s a n d Tr a n s po rta t i o n o f Of f s h o r e Oi l Fi e l d A s s o c i a t e d G a s [ J ] ． S h i p O c e a n E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 1 ， 4 0 1 1 3 51 3 9 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m