一项新的海洋技术研究显示,移动防沉板很可能是促进深海采油更加经济化的关键。
谈到海洋的先进技术就不得不提澳大利亚,澳大利亚在研究作业新技术降低深海作业成本方面一直走在世界的最前沿。
移动防沉板就是这些先进技术之一,也可以称之为可沿海底缓缓移动的底座,它不再受限于固定的区域内,就像一座摩天大楼能在风中略微弯曲一样。
▲西澳大利亚大学“海洋结构基础系统研究中心”
西澳大利亚大学“海洋结构基础系统研究中心(COFS)”的海洋地质力学教授Susan Gourvenec告诉Rigzone杂志:2013年底,防沉板就已经在西澳大利亚大学COFS的岩土离心机上开始了它的首次测试,并在测试中表现出了良好的性能,它将促进远距离、深水域的油气资源高效益开采。
辉固(Fugro)集团地质技术部主席兼COFS董事Mark Randolph向Rigzone表示,“海洋结构基础系统研究中心(COFS)”因先进的海洋技术成就而闻名,并且它拥有世界上数量最多的地质研究人员。
正是由于澳大利亚复杂的海底地质情况和天然气开采面临的诸多技术困难,才使得由油气行业和政府所建立的“海洋结构基础系统研究中心(COFS)”大获成功。
Randolph说:“我们一直致力于海上先进技术的研发,其中也包括底座移动技术”。他还补充道,澳大利亚已生产出世界上第一台浮式液化天然气(FLNG)设备,荷兰皇家壳牌公司计划引进该设备至该国的西北海岸。
移动防沉板
▲普通防沉板
防沉板具有结构简单、安装方便、重量轻等优点,尺寸由土质条件决定。对于较软的土壤,防沉板必须很大,但过大的防沉板会影响安装并且费用较高。
Gourvenec解释说,在海底构成相对简单的浅海域,这些区域地基的稳定性较好,防沉板往往运行较好,这是因为地质较硬,防沉板足够小以至于能够安装在相同型号的海底管道上,这样不仅性能稳定更节约大量成本。
当设备就位时,防沉板基底便可以支撑起连接各个独立油井的管道设施,随之将油气资源经海底输送至固定或浮式储存设备中。
▲为解释移动防沉板在海底究竟是如何运作的,COFS目前开发了一个底座模型(图中白色部分)
随着开采逐渐进入更深的水域,海床的土壤变得更软、更不稳定,这就需要一个更强大、更坚实的底座系统。Gourvenec解释道,传统设计要求防沉板必须有固定的尺寸和重量,并且安装在特定的管道上,这就增加了项目成本。
Gourvenec说,利用海底管道的热膨胀效应使底座在允许范围内滑动,这样就缩小了底座的占地面积并节约防沉板的制造和安装成本。
安装后,移动防沉板便可在管道的收缩和膨胀作用下,沿着海底来回滑动。
▲COFS的示意图中显示,移动的防沉板(图示黄色区域)的支撑力量来源于海床以及配套的管道终端系统(PLET)
Gourvenec解释道,较高温度的天然气或石油流经管道时,管道便会膨胀。此时,移动防沉板在膨胀力的作用下缓缓滑动,在移动方向内可移动一米甚至更长的距离。当管道关闭时,迅速冷却收缩,移动防沉板则又会滑回原始位置。
测试阶段
▲岩土工程离心机中心
虽然目前还没有关于移动防沉板整个实际运作过程的现场记录,但是在COFS的岩土工程离心机中心的一台世界上最繁忙的岩土离心机上模拟了全部运作过程。该技术已经进行了一场在重力加速下的小规模测试。该测试准确模拟了实地规模的土壤压力以及加速后的时变进程。
Gourvenec说道:“在离心机连续运行48小时的情况下,我们的实验装置可以模拟50年的海底作业情况。这使我们能够量化底座滑动的过程,以及累计沉降和倾斜的程度。到目前为止,在现实条件下移动底座技术运转良好,接下来我们的工作是继续优化底座设备的外形,并针对其表现研发预测工具。”
▲beam离心机移动底座模型
目前该小组正在研发一个理论框架,以描述移动防沉板在实际运作中给海底带来的影响。这将帮助设计人员对移动防沉板的运转作出可靠的预测。
而其最终目标是开发一个通用的、具有商业用途的设计工具。
行业要求
业内认为移动防沉板是今后地质研发的关键。Gourvenec表示,海洋产业已经在海底设备可移动性技术的帮助下飞跃发展,通过某种控制方式允许管道和其他基础设备移动来缓解安装或运行过程中造成的不必要的麻烦。
移动防沉板的商业化设计工作已由COFS的亲密合作伙伴辉固公司(Fugro AG)牵头,其发起人是地质力学教授 Randolph。该公司所开发的移动防沉板已应用在澳大利亚西北部海域的大型石油和天然气项目上,其离心模型图纸来源于COFS的设计。该项技术第一次应用在澳大利亚海上工程,并将开启更高效的领域体系。
目前,COFS和辉固公司的研究工作已得到业界的广泛好评。移动底座技术将朝着更广泛应用的方向发展,业内经验人士证实,这一技术将被推广到日常生产中,同时也将带来更大的经济效益。
Gourvenec表示,在深海采油行业削减成本的需求驱动下,商用移动防沉板的研究已得到澳大利亚研究理事会为期3年的拨款支持。
Randolph说,尽管当前石油行业持续低迷,原油价格尚未触底反弹,但该行业仍在努力向前发展。移动防沉板这样的技术研发,能够有效帮助减少那些油气资源开采艰难地区的作业成本。
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