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海洋油气技术及装备现状

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海洋 油气 技术 装备 现状
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海洋油气技术及装备现状文/江怀友 中国石油经济技术研究院一、概述。发达国家海洋勘探开发技术与装备日渐成熟,海上油气产量继续增长,开采作业的范围和水深不断扩大,墨西哥湾、西非、巴西等海域将继续引领全球海洋油气勘探开发的潮流。二、世界海洋油气资源的现状。海洋油气的储量占全球总资源量的 34%,目前探明率为 30%,尚处于勘探早期阶段。油气资源分布,主要分布在大陆架,占 60%,深水和超深水占 30%。目前国际上流行的浅海和深海的划分标准,水深小于 500 米为浅海,大于 500 米为深海,1500 米以上为超深海。目前从全球来看,形成的是“三湾两海两湖”的格局。海洋油气产量,海洋油气产量在迅速增长,以上是第二部分。 三、世界海洋油气资源勘探开发的历程。海洋油气的勘探开发是陆上石油的延续,经历了从浅水深海、从简单到复杂的发展过程,1887 年在美国的加利福尼亚海岸钻探了世界上第一口海上探井,拉开了世界海洋石油工业的序幕。四、海洋油气勘探开发的特点。1.工作环境的特点。与陆上相比,海洋有狂风巨浪,另外平台空间也比较狭窄,这是美国墨西哥湾在 05 年因为飓风的平台遭到了损坏。2.勘探方法的特点。陆上的油气勘探方法和技术,原理上来讲,陆上和海洋是一样的,但是如果我们把陆上的地质调查到海上就很难大规模开展,主要是要受海水的物理化学性质的影响。3.就是钻井工程的特点。无论是勘探还是采油都要钻井,但是在海上,要比陆上复杂得多,因为海上我们要到平台上进行钻井,根据不同的水深,有不同的钻井平台。4.投资风险特点。因为海上特殊的环境,因此它的勘探投资是陆上的 3-5 倍,这张图,随着深度的增加,成本在增加。但是海洋勘探开发也有优势,比如说在海洋的地震,地震船是边前进边测量,效率比陆上要高。以上是第四部分。五、世界海洋工程装备的概况。我们讲一下世界海洋的格局,找到我们自己的发展方向,海洋工程装备指海洋工程的勘探、开采加工、储运管理及后勤服务等大型工程装备和辅助性的装备,但是目前把开发装备认为是主体,世界海洋油气工程装备设计与制造的格局,目前全球主要海洋工程装备建造商集中在新加坡、韩国、美国及欧洲等国家,新加坡和韩国以建造中深和浅水域平台为主,目前也在向深水海域发展。美国和欧洲等国则以研发和建造深水超深水的平台装备为核心。目前我们划分三个阵营,第一个阵营主要是欧美的公司,它垄断着海洋工程装备的开发设计,工程总包和关键配套设备的供货。第二个阵营是韩国和新加坡,在总装制造领域快速发展,而且占有一席之地,我国还是在制造一些低端的产品,因此我们处在第三阵营。六、欧美公司在装备设计和高端制造领域世界领先。这个主要的公司有法国公司、意大利公司和美国公司。亚洲国家海洋工程装备制造日渐成熟,在亚洲,韩国、新加坡、中国和阿联酋是主要的海洋工程制造国,韩国垄断了钻井市场,到 09 年底,三星重工、大宇造船、现代重工和STX 造船手持钻井船 33 艘,市场占有率达到 94%。韩国和新加坡则占据了FPSO 改装和新建市场,市场占有率分别高达 67%和 82%。亚洲虽然在装备造中,目前发展较快,但是在装备设计方面,与欧美存在着较大的差距。比如我们国家在 2000 年以来,共建造的平台是 40 余座,但是 70%以上是欧美公司设计,其中自升式平台的设计主要是美国、荷兰的公司,半潜式平台设计有美国、挪威和意大利等公司。俄罗斯、巴西等资源大国也进入了工程制造领域,因为近年来,依托本国海洋油气资源开发的巨大需求,巴西和俄罗斯开始培育本国的海洋工程装备制造业,因此也成为世界海洋工程装备新的竞争者。1.世界海洋油气工程技术服务市场。目前海洋的油气工程服务市场,我们就可以找到我们装备发展的方向,另外可以找到装备的市场。2.海洋物探技术服务市场。目前的现状,物探行业市场增幅开始放缓,09 年呈下降态势,04-08 年地震市场价值翻了一翻,2008 年物探市场容量创历史新高,主要物探公司收入持续增长,08 年四季度开始,包括到 09 年底,市场开始回落。我们再看一下海洋板块的服务情况,CGV、PGS 增幅也很明显。全球物探市场队伍不断增大,物探能力不断增强,目前全球有 71 支海上地震队伍在全球作业。地震作业队伍上升趋势明显。海上地震的服务市场的日费,在金融危机以前,从曲线来看上涨很明显。目前海上物探市场呈现出来的主要特点是 3D 勘探船。金融危机下旧船提前退役,新船推迟建造,这个主要是 09 年的形势。由于受金融危机的影响,以出现饱和的资源闲置情况,特别是常规的二维勘探船和老化船只,但是从长远来看,三维多缆船和新技术船仍然旺盛,全球海上 3D 船将持续增长。这是海上三维地震船的数量,因为三维地震对我们来说,对勘探来讲,三维地震是非常重要的技术,可以把地下的储藏在三维空间描述得非常清楚,这样我们在油气的生产的时候就非常便利。物探新技术公司遭到重创。这个指的是 09 年,因为受金融危机的影响,因此很多的油公司多用一些低成本的常规技术,物探的新技术公司,像 EM、GS,这是海上电磁勘探,还有船舶技术的 ION 公司,它的收入受到了重创。这张图是08 年和 09 年一季度的对比,这是 ION、EM、GS 也是 08 年一季度和 09 年一季度,下降非常明显。第二方面我们介绍一下国际物探市场总的发展趋势,行业总体保持垄断竞争的格局,强者更强,竞争更加激烈,因为长期以来,物探行业一直没有停止过并购活动,尤其是以行业巨头为最,经过新一轮的洗牌,像 CGG 通过合并,成为行业老大,WGC 也不断收购一些特色公司,在迅速发展。目前 WGC、CGV、PGS 和 BGP 掌握了全球竞争性的物探市场,份额在 70%以上。行业整体供过于求的基本矛盾将随着经济危机的影响更加突出,行业对技术创新的需求进一步凸显,油公司加大对一体化服务的需求,目前地球物理技术已经跨越了勘探阶段继续向油藏评价、油田开发与生产延伸,高密度、大信息量、采集处理解释集成一体化的物探技术与装备成为发展的趋势。数字化将引领技术与装备的发展方向。行业领导型企业从软件、设备到技术的集成度不断提高,为行业设置了更高的技术壁垒。竞争重视低成本,向低成本技术和服务质量并存转移,随着石油勘探开发难度的增大,油公司一方面要求降低成本,另一方面要求提供新的技术和高服务质量来满足其需求。油气勘探重点向海洋转移,当前陆上的常规油气已经进入了成熟期,陆上石油在 2010 年左右将达到峰值,不断增长的油气需求将更大规模依赖于海上油气产量的增长,因此海洋将逐渐成为新的勘探开发的热点,非洲、中东、南美将是物探的热点区,海上地震勘探市场主要集中在四大海域,墨西哥湾、西非、巴西和亚太,东南亚地区的油气资源也非常非常,随着该区的政治环境逐渐改善,有望成为下一轮全球油气勘探开发的热点地区。在上述油气勘探的热点地区,除欧洲、北美以及少数政局比较稳定的地区和国家外,多出处于政局不稳、社会矛盾尖锐、恐怖活动时有发生,地区安保形势十分复杂。资源国有化浪潮改变了各石油公司传统的竞争地位,国家石油公司日益成为物探公司的重要客户。07 年 5 月,世界石油当时发表了一篇文章,叫勘探的终结,确切来说是国际石油公司的终结,因为新一轮的国有化浪潮是国际石油公司可获得的常规油气勘探的机会越来越少,一些未勘探的远景区几乎都掌握在国家石油公司中,这就意味着国家石油公司的勘探市场,就是国际石油公司的勘探市场越来越小,国家石油公司在资源国有化的浪潮中不断做大做强,已成为石油市场规则的制定者。他们现在主张自己开采本国的资源,直接找油田服务公司为其提供相关的技术和管理支持,这就为国际物探公司创造了直接为国家石油公司提供服务的机会。全球物探市场将再经历一个短暂的冬季后影响新的繁荣,预计 2010 年到 2015 年物探市场将迎来新的繁荣,物探的装备也将迎来新的辉煌。以上是物探市场。3.下面介绍一下海上钻井工程服务市场。首先是海上钻井市场的现状。海上钻井装置需求旺盛,近年全球获得重大的勘探发现中有 50%来自于深水,我们讲到的是大于 500 米的深水,美国墨西哥湾和以外的海域,钻井装置的利用率在 95%左右,甚至达到了 100%,一些在建的钻井装置也签下了多年钻井工程承包合同。这个是到 07 年全球钻井船,实际上是自升式钻井平台的一个趋势。海洋钻机的日费不断上涨,由于需求旺盛,导致海上钻井装置日费持续上涨,在北海,自升式钻井平台的日费 05 年 6 万美元,到 08 年 8 月份,20 万美元,增幅非常大。全球深水半潜式平台的日费 05年 17 万美元,08 年 50 万美元。许多新的深海的钻探的费用也在飘升,墨西哥湾钻探的成本达 60 万美元,但是在 02 年才是 15 万美元。这是 2000-2007 年钻井船日费的变化情况,从这个图可以看出海洋装备还是大有可为。装置作业能力更深,08 年全球有近 70 家公司投资建造海上移动式钻井装置,几乎全是海上钻井承包商,海上钻井装置的发展趋势,环境适应能力更强,额定作业水深更大,钻深能力更强,结构设计更优化,钻机及其配套设备更可靠,自动化和信息化程度更高,作业更安全、舒适、高效。海上钻井装置的造价不断攀升,随着海上钻井平台现代化的程度、作业能力和环境适应能力的不断提高,08 年自升式钻井平台的造价是 1300-2000 万美元,半潜式平台造价为 4000-6500 万美元,最高达 7800 万美元,钻井船造价从去年 1000 万美元到目前的 5000-6500万美元,最高达到 7400 万美元,因此装置的造价也在攀升。大型跨国公司成为深水勘探开发的主力军,因为深水开发需要强大的财力和技术支持,就同样一口勘探井的钻井成本来比,比如陆上石油,浅海石油和深海石油的成本是 1:10:100 甚至更高,全球有 100 多个进行海上勘探开发的国家中,目前有 50 多个国家在进行深海的勘探。几个大型跨国公司已经成为深水勘探的主力军,目前拥有深水储量的,排在前十位的世界大公司,第一是 BP,然后是埃克森美孚、壳牌、巴西国家石油公司、道达尔、埃泥、雪佛龙等,市场份额非常大。海上钻井受金融危机影响相对较弱,总体而言,廉价石油时代已经结束,随着短期内金融危机导致的油价波动,从长期来看,石油市场供求关系还会趋于紧张,石油资源作为主要的能源对世界能源的需求仍然起到主要的作用,钻井将继续在石油勘探开发中扮演重要的角色。钻井工程技术服务市场的发展趋势,从国际市场上来看,钻井业务占整个工程技术服务市场的 54%左右,这样我们钻井装备所占的份额也是非常大的,随着经济的复苏,钻井服务市场的规模将会得到恢复和加大。以上是钻井的情况。4.下面介绍一下测录试市场。国际测录试市场规模不断增长,金融危机带来了短期的调整,这是 99-2008 年市场变化情况,从 99 年到 2008 年,增幅也是非常明显,因此可以说这个市场还是大有可为的。国际测录试市场格局未发生根本的转变,竞争依然很激烈,测井市场斯伦贝谢、贝壳休斯、哈利伯顿三大公司的垄断地位没有改变,威德福通过并购等发展跻身了测井四大巨头的行列,这四家公司拥有 82%的市场份额,斯伦贝谢一家独大的地位没有发生改变,目前的市场份额是 45%。录井市场竞争日趋激烈,特别是随着大公司的退出和转移,中小公司如雨后春笋遍地开花,哈里伯顿逐渐退出国际录井市场。以技术为主和为导向的市场局面仍然存在,国际大型技术服务公司通过多年的市场经验已经认识到,通过核心技术形成技术壁垒和规模,才能获得垄断性的地位和超额的利润,有许多大型国际服务公司即使在业务不景气的情况下,仍然专注于其核心业务的研发,向市场推广新的技术和服务。每年拿出收入的3%-4%的投入到研发中。斯伦贝谢 08 年的投入是 8.19 亿美元,保证了其在竞争中的领先地位。我们讲装备的时候,其实技术和装备是不分的,技术是通过装备来实现。随着钻井技术的发展迅速,随钻测井技术不断发展,并逐渐侵蚀电缆测井市场的份额,国家石油公司主导地位越发加强,对石油工程技术服务市场提出新的挑战。国际商务环境逐渐恶劣,08 年 9 月份金融危机爆发以来,各国政府都出台了大规模的经济刺激政策,但是由于国际经济形势在恶化,一些国家在挽救本国经济的同时采取了一些不利于国际贸易的举措,引起了国际贸易保护主义的抬头,这样加剧了各国经济的困境,延缓了世界经济复苏的步伐,对石油工程技术服务也带来了不利的影响。勘探开发的难度和环境风险不断加大,油公司已经从陆相已经向深海甚至极地地区进军,对勘探开发技术与装备提出了更高的要求,极地海域的条件将更为严峻,这样对我们的技术和装备要求也更高。中小型地区服务公司的迅速蔓延加大了行业的竞争,如测井市场威德福的迅速崛起,主要是通过收购和兼并其他测井公司,测井收入在 99 年的时候是 1.45亿美元,到 08 年是 9.85 亿美元,年增长率在 30%,打破了像斯伦贝谢等三家大公司的垄断地位。七、世界海洋油气勘探技术与装备。海洋油气地质调查,我们在讲技术的时候是靠装备来实现的,所以有的时候我是提到技术不提装备,主要是海岸、岛屿地质观察。二,浅海的地质观察。三,海洋航空地质观测、海洋地貌调查、海洋地质图的绘制,海洋非地震物探方法。海洋地球化学勘探,地球化学勘探是低成本的,目前也得到国际上一些大公司的青睐,海洋磁法勘探、电法勘探,这是目前挪威国家石油公司最先进的电磁法勘探的装备,这是斯伦贝谢公司电磁法勘探的装备。海洋四维勘探的装备和技术目前延伸到开发阶段,可以描述出剩余油,因此也受到了油公司的重视。海洋地震船的调查,全球共有 22 家公司从事海上地震勘探的作业,共有船只 125 艘。海洋油气开发技术与装备,首先我们介绍一下开发技术,海洋的开发,技术上和陆地上,在技术上的原理都是一样的,但是因为海洋开发时间比较短,15-20年左右,因此海洋技术和陆上技术又有区别,首先是低井网密度、高采油速度。因为陆上,井打得越来越多越好,海上要少打井,一套井网开采多套油层,因为陆上不同的井网开采不同的层析,海上就不一样,一定要用一套井网。人工举升增大生产压差,提高采油速度。采用面积井网注水开发油田。海洋的联合群体开发,因为海洋开发成本都比较高,这样我们在开发一个大油田的时候,比如这个油田比较好,这样我们建一套的装备和管线,把周围的小油田,用一套设备把它开发出来,这就叫联合群体开发,这样降低了整个油田的开发成本,这样油公司可以获得较好的经济效益。海上油田的开发模式,我们的装备也是两种,首先是半海半陆式的,我们采油的这些装备在海里,但是油气分离的装备是在岸上,这样我们叫半海半陆式开发。这张图是英国北海的一个项目。另外还有一个全海式开发方式,什么叫全海式?就是采油采气在海上,但是油气分离也在海上,我运到岸上的时候,油和气就是商品,首先有几种方式,向装机固定平台的全海式方式,这是半潜式平台的,我们可以看不同的装备,这个浮式,这个是墨西哥湾的一个全海式,下面是挪威北海油田的全海式,这样的也是挪威北海油田的 FPSO 全海式开发方案,下面是巴西海域的。八、开发装备。因为开发装备随着从浅水到深水划分得比较系统,开发装备划分了像定位系统、设备模块、海工结构物、外输系统、水下装备、工程船舶等。首先看一下钻采平台,这个是不同的平台,有不同的水深要有不同型号的装备。油气系统,我们在陆上开发的时候有一个计量间和中转站,还有一个联合站,实际从计量间到联合站,应用的装备是油气水分离的,FPSO 油气水在船上实现了分离,这样不用建很长的管线,减少成本,所以 FPSO 降低了开发成本。目前海上连续油管作业装备是一个比较大型、比较先进的装备,有注入头、滚筒、控制室、惊吓钻机组合、井控系统等。这个是哈利伯顿公司目前的装备。(录像)这一套装备是集成的,这个是连续油管,进到注入头,给它动力,将它下到井底。下一个是进入储层,定位非常准确,可以停到任何一个位置。下注过程中可以监控出它的深度。海上钢丝绳的作业,目前油公司也比较欢迎这种作业,是一个比较经济有效的。国外直井很少,多数是多分子井、大位移井或者水平井,所以钢丝绳作业的时候一定要有一个驱动轮。在海洋的生产过程中,目前都是压裂投产,我们看一下哈利伯顿一个世界领先的技术。这个装备下入一次完成两种作业,然后再进行第二个储层,到第二个储层进行定位,然后进行射孔,然后进行压裂。这项技术在海洋勘探开发中是非常适用的技术。下面我们看一下贝克休斯进行油管作业的一个装备,这套自动化的装备是怎么完成它的作业的,现在是把作业工具下到井底,然后有一个定位系统,我们看一下是一个液压系统进行定位,膨胀,然后定位,定位以后就可以进行作业,下面有一个切割的装置,连续油管给它切开,这样可以打捞上来,就完成了作业。目前我们讲到了海洋主要都是多分子井,其他多分子井,划分的时候,种类也叫水平井,目前我们在海洋作业里,地质条件越来越复杂,要求我们的装备在不同储层有不同的倾角,装备作业的时候,要实现你的自动化程度高,而且进入储层要非常准确,我们看一下哈利伯顿的一项目前世界顶尖的技术,它是一个定向射孔的技术。是一个定向射孔的装置,就是我们说的设备,可以完成大段上百米的储层进行射孔,因为海上勘探开发的油田,一般都要找它的储量丰度比较高的,就是单井产量要高。下面看到的是它的定位系统,这个定位系统设计得非常巧妙,根据中国人从小玩不倒翁,在这个原理基础上通过一些非常巧妙的设计完成它的定位系统。下面是下入的过程,刚才讲到了常规油气资源,目前开发已经达到了饱和,而且目前我们找到的都是一些资源环境比较差的地方来开采海洋的油气,而且地质构造都比较复杂,我们看一下它在下入井筒的过程中,现在是一个直井段,射孔装置在直井段下入,这个储存,储层几乎平行于海平面,我们在压裂射孔的时候,就是压裂投产,这是目前的油公司油气井生产的必备技术,我们看到这个储层是上下的,所以我们叫做定向射孔。而且射孔,可以 365 度地进行射孔,哈利伯顿的这项技术射孔是定位以后点火,进行射孔,下面看一下它射孔以后储存的图形,射的是一个薄层,只能沿两个方向射,要是厚层可以 365 度,目前国际上最先进的装备我们就介绍到这儿。九、国外海洋油气勘探开发发展的经验。第一,是重视基础地质研究、调查评价工作,尤其重区域石油地质条件的研究和类比。第二,重视海上油气勘探开发科技攻关,鼓励新技术、新方法的应用。美国曾多次国家出钱,在墨西哥湾开发一些海上技术和装备,用于深水的油气开采,效果也很明显。另外在国外制定一些优惠政策,实施改革和对外开放,鼓励引进外资和合作进行勘探开发。美国 95 年通过了一个矿区使用费补助法,规定随着水深的增加,矿区使用费逐渐减少,推动了墨西哥湾的勘探和开发工作。还有其他国家有很多,包括印度尼西亚都是,深水的时候可以免收你的使用费,这样发展了深水技术和装备。 世界海洋油气勘探开发技术与装备的展望,目前它的发展方向还是智能化,现在有大型化、高速化、精密化、电子化、自动化、深水化、环保化。结论与认识墨西哥湾、西非及巴西等海域将继续引领全球海洋石油勘探开发技术与装备的潮流,发达国家勘探开发技术与装备日渐成熟,以上是结论。
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