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我国海洋石油装备技术研发应用现状及未来发展方向

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我国海洋石油装备技术研发应用现状及未来发展方向2010-3-16 资源网1 引言 21 世纪乃海洋世纪,发展海洋科技与高技术装备尤为重要。 近年来,随着世界范围内油气资源消耗的递增和陆地原油开采速度的加快,海洋领域内的油气勘探开发已成为新的焦点。未来的 15-20 年,将是我国海洋钻井市场实现快速发展的关键时期。由于我国对油气资源的巨大需求,国内主要石油公司均制定出各自的深水钻井装备计划。在未来 5 年里,中国海洋石油总公司将投资 1200 亿元用于海上油气勘探和开发,海洋工程装备投资是其中的主要部分,需新建各种固定和移动式生产钻井平台 70 多座,其中新建多座自升式和半潜式钻井平台。另外,我国中石油、中海油、中石化三大石油集团公司均已开始了海洋深水油气勘探开发装备的研究工作,计划在“十二五”期间研制我国具有自主知识产权的 3000m 深水半潜式钻井平台,这将有力促进我国海洋石油装备的快速发展。 2 我国海洋石油装备应用现状 当前,我国海上油气勘探开发主要集中在大陆架区块,水深不超过 300m,钻井深度在7000m 以内,水下生产系统设备几乎全部依赖进口,海上原油发现率仅为 18.5%,天然气发现率仅 9.2%。资料显示,我国拥有海洋钻井平台的数量相对较少。作为我国具有国际竞争力的海上石油公司,中海油拥有平台的基本情况为:固定平台 65 座、自升式平台 9 座、半潜式平台 3 座、FPSO14 座。 从海洋装备发展历史来看,我国海洋石油装备的研制始于 20 世纪 70 年代初期。80 年代后,我国在半潜式钻井装备研制方面有所突破。进入 21 世纪后,尤其是近几年来,我国加大了海洋油气资源的勘探开发及石油钻采装备的研发更新力度,海洋装备技术有了较快发展。 从我国海洋装备造船业基本情况分析,当前我国还没有一家真正意义上的专门从事海洋石油钻采设备的专业造船公司。但就平台建造而言,国内目前具有一定研制基础和建造经验的公司主要包括沪东中华造船(集团)有限公司、上海外高桥造船有限公司、江南长兴造船有限责任公司、青岛北海船舶重工有限责任公司、大连船舶重工集团有限公司等。沪东中华造船(集团)有限公司是国内第 1 家年造船总量突破 100 万吨的企业,曾完成我国第 1 艘双体钻井浮船“勘探 1 号”的建造,并建造过 4200m3LPG 船, “胜利 3 号”坐底式钻井平台等。上海外高桥造船有限公司是国内第 1 家年产能力达到 200 万吨以上的船厂,目前已经建成 30 万吨级以上大型船坞 2 座和 2 台 600T 龙门起重机等。青岛北海船舶重工有限责任公司是中国船舶重工集团控股的大型船舶修造企业,曾建造了我国“胜利 2 号”钻井平台、 “胜利 3 号”作业平台、 “辽河 1 号”自升式钻修井平台等。大连船舶重工是中国船舶重工集团控股的特大型综合性造船企业,拥有一般船台 4 个,半坞式船台 1 个,船坞 5 座等,迄今为止,共建造自升式、半潜式等平台 36 座。 从海洋装备研究机构情况来看,我国专门从事海洋装备研究的机构较少,具有系统研究海洋石油钻采装备的机构则更少。就单元技术而言,主要研究单位包括:上海七 0 八所、上海交通大学、大连理工大学、中国石油大学(华东)等。上海七 0 八所是一个在海洋平台工程设计方面信息化较高、较系统的研究机构,曾设计过自升式、半潜式、坐底式钻井平台,坐底式采油平台等。迄今已研制了 9 个型号的 FPSO,从 5 万吨级到 15 万吨级,单点系泊从软钢臂式到内转塔式,作业水深从 24m 到 120m。上海交通大学设有海洋工程国家重点实验室,在动力定位系统研制方面已经取得具有自主知识产权的研究成果。大连理工大学参与过 4 座半潜式钻井平台(BINGO-9000 型)主体结构优化设计、多点锚泊系统设计研究和高压管线系统设计,形成了海洋环境参数分析预报、海洋结构物在海洋环境作用下运动与遭遇环境荷载计算、系泊系统分析、结构动力响应与优化设计、结构疲劳分析计算等软件系统。中国石油大学(华东)开设有海洋石油工程研究室,配置有高频疲劳试验机、智能涡流检测系统、大型风浪槽等硬件系统及 AN-SYS,ABAQUS 等多个分析计算软件,在油气装备强度分析和可靠性评估理论等方面具有一定的理论基础和经验。 从我国海洋石油装备制造情况来看,生产成套海洋石油钻机、海洋水下生产系统等具有较大影响和规模制造能力的企业相对较少。宝鸡石油机械有限责任公司能够设计制造1500-12000 m 的成套陆上/海洋钻机、大功率钻井泵等产品。近年来,该公司已先后承担并完成了 CNOOC 惠州、春晓、番禺 30-1、南堡 35-2,CPOE61、63 等多个项目钻、修并机模块的研制工作,为我国海洋石油成套装备的发展打下了良好的基础。兰石国民油井石油工程有限公司目前能够制造 1000-9000m 各种成套石油钻机及海洋并架等。南阳二机石油装备(集团)有限公司能够制造 1000-4000m 橇装系列钻机、车装系列钻机以及海洋修井机等。 3 我国海洋石油装备与国外技术的主要差距 近 40 年来,尤其进入 21 世纪后,我国无论在陆地还是海洋石油钻采装备发展方面均取得了长足的进步。但就海洋石油钻采装备技术发展而言,我国与世界发达国家之间还存在多个方面的差距,主要体现在以下方面。 3.1 海洋石油装备专业化程度偏低 与西方发达国家相比,我国在海洋钻采设备制造方面的专业化程度较低,集团化、国际化程度较差,企业技术投入少、自我创新意识比较淡薄。如美国 NOV 公司是当前国际著名的石油钻采装备企业,其产品范围几乎覆盖了从常规陆地钻采、特殊地域钻采、海洋水上、海洋水下等全方位、全地貌各种类型的石油钻采装备产品的研发,并在世界多个国家、多个地方设有自己的子公司等,发展规模位居世界石油钻采装备之首。 3.2 海洋石油装备数量少、类型单一 据统计,世界上目前正在使用的钻井平台约 580 座,如果加上各种采油平台、采油船等数量更多。其中的平台形式包括各种新型 TLP 平台,SPAR 平台、顺应式平台及其它多功能综合性平台等,形式多样、品种齐全。相比较,我国当前的情况则相对较差,已经投入使用的海洋油气钻采装置仅 37 座,且以导管架式、坐底式、自升式等结构为主,结构简单,功能单一。2000-2004 年,全世界共建造新的自升式平台 16 艘,半潜式平台 18 艘,钻井浮船 6 艘,我国在同期仅建造了半潜式钻井平台 4 艘,且仅是建造其船体,其它配套设备全由国外配套建造。 3.3 海洋石油装备适应水深、钻深能力较差 2004 年,全球半潜式平台数量猛增至 183 座,尤其水深在 1829m (6000 英尺)以上的有 31 艘,而水深在 2286m( 7500 英尺)以上的有 16 艘,最大工作水深已达3048m(10000 英尺) ,海洋钻井提升设备的提升能力达到 1.25×100kN,钻井深度超过10000m。我国海洋石油钻井至今还没有涉足深水领域, 1984 年,上海造船厂建造的“勘探3 号”最大适应水深能力还不足 300m。至于设备提升能力及钻井深度,差距更大,当前我国用于海上的国产化钻井设备的提升能力仅 4500kN,钻深能力至今没有超过 7000m。 3.4 海洋石油装备配套基础差、配套能力不足 在石油钻采装备的配套基础方面,我国无论从动力上、控制上及设备综合配套能力等多个方面均与世界发达国家存在较大差距。如国内钻机上使用的柴油机、变频器、井口机械化工具、顶部驱动装置等都是从西方发达国家进口;在海洋钻井控制系统方面,海洋钻井平台上使用的钻杆、隔水管、海洋水下设备自动输送、安装、起吊装置,平台双井架、DP3 动力定位、双井口自动钻井及钻杆等设备起、下系统,海洋钻井升沉补偿装置等,国外使用历史均在 10 年以上,而国内至今仍处于分析研究阶段;至于海洋深水关键设备,至今则还处于空白状态。 3.5 海洋石油装备研究机构少,投入不够 我国至今还没有一个专业分布面广、系统研究性比较全面、综合能力很强的海洋石油装备研究机构。上海七 0 八所对船体结构研究有一定基础,但受行业限制,该所缺乏石油钻采装备及钻井工艺方面的专业基础;宝鸡石油机械有限责任公司对成套钻机研究具有非常成熟的经验,但在海洋平台和控制技术研究方面缺乏必要的基础和资源。此外,投入方面存在 3 个主要问题:一是关键试验设施、试验设备、设计软件比较缺乏;二是从事专业研究的技术人员少、科技开发投入不足;三是企业、油田承担风险的能力较差,从而导致我国海上石油装备的发展受到了较大限制。 4 我国海洋石油装备未来发展方向 4.1 我国海洋平台装备发展展望 未来海洋石油竞争的热点是深水技术领域,平台的发展主流为半潜式结构。多年来,我国海洋油气资源的开发虽然主要集中在 200m 水深以内的近海海域,尚不具备超过 500m深水作业的能力,但我国在海洋平台建造方面积累了丰富的经验,已表现出强劲的发展势头。据统计,我国当前正在建造的各种平台包括“海洋石油 942”自升式移动平台、 “中油海 7 号、8 号、9 号、10 号”自升式移动平台、 “海洋石铀 901”自升式多功能平台、 “海洋石油 902',自升式多功能平台、 “中油海 62”自升式移动作业平台及“中油海 33”坐座底式移动作业平台等 10 多种。同时,在南海珠江口盆地,中海油通过与国外石油公司的合作,所开发的油气田已部分或全部采用了深海油气田的开发技术。目前中海油已具备了寻找复杂地质条件下大中型油气田、自营开发海上油气田、在海上专业技术领域参与国际竞争、开发海外油田的海洋石油勘探开发四大能力。尤其值得高兴的是,2004 年由中海油研究中心牵头承担并在建造的国家 863 课题“深水油气田开发工程共用技术平台研究”项目和2006 年中石油集团海洋石油工程公司牵头承担的国家 863 项目“深水半潜式钻井平台关键技术”课题,平台设计采用先进的 DP3 动力定位系统,其技术已达到国际第 6 代半潜式平合的水平。另外,由中海油牵头承担的国家 863 项目“深水半潜式钻井平台关键技术” ,其钻井平台已在上海外高桥开工兴建,同时由大连重工自主研发建造,号称世界第一吊的 2万吨桥式起重机已在烟台来福士海洋工程有限公司竣工启用。这些成绩的取得,标志着我国的深海油气开发已进入一个崭新的历史时期。 4.2 我国海洋钻修井模块发展展望 海洋钻修井模块作为海上油气勘探开发的主要组成部分,将朝着高适应性、大功率、大载荷及自动化控制等方向发展。一般来说,与固定式、自升式平台配套的钻修井模块,除要求具有较高的可靠性、耐腐性、安全性外,与陆地钻修井机相比并无太多的技术难点和制造难度。目前,我国通过惠州、春晓、番禺等多个项目的建造,已具备海洋钻修井模块的研制经验和设计制造能力。而用于深水半潜式平台上的钻修井模块,仍面临着对特定作业环境、适应新型钻探工艺要求、设备自身能力、升沉补偿要求、自动化水平等多个方面的技术问题。尽管如此,对于适应海洋深水勘探开发要求的钻修井模块,宝鸡石油机械有限责任公司等企业已具备一定的实力和开发配套条件。宝鸡石油机械有限责任公司近年来已研制成功各种海洋钻修井机模块和各类 7000、9000、12000m 电驱动石油钻机,并在加紧研制自动化钻井工具、海洋钻井升沉补偿装置、2206.5kW 钻井泵、ZP605 转盘、平台用各种大型锚机和海洋铺管船用铺管绞车;北京石油机械厂已研制成功大功率顶驱装置;国内其他单位正在研究双梯度钻井工艺技术、钻完井关键技术等,这些均为我国今后从事海洋钻采装置及海洋深水勘探开发提供了良好的条件。可以设想,随着深水、特深水平台的国产化发展及世界海洋深水事业的不断进步,未来 20 年内,我国在海洋钻修井模块的建造技术及新型钻井工艺技术应用方面,将会走在世界前列。 4.3 海洋水下钻采装备技术发展展望 海洋水下钻采装备主要包括海洋立管、水下井口、井控装置及海洋集输系统等。因为海洋水下设备具有高投入、高风险、高技术等特点,所以长期以来其技术一直被发达国家所垄断。我国在海洋水下装备的研究开发方面起步较晚,可以说才刚刚开始。虽然如此,我国在陆地井口、井控设备开发方面和海洋隔水管等设备维修使用方面已积累了比较丰富的经验,并已初步具备了海洋水下装备的开发研制能力。为了尽早达到我国“主要深水钻井装备系统国产化,为关键海洋工程配套产品产业化打下基础”的目标,近几年来,宝鸡石油机械有限责任公司、中国海洋石油总公司研究中心、华北石油荣盛机械制造有限责任公司等单位已着手海洋水下装备研究和探索,并各自确立了“十一五”和“十二五”期间的研发目标。宝鸡石油机械有限责任公司承担“海洋深水钻井隔水管系统研究”国家 863项目,开始了样机的制造并已着手海洋水下井口、井控等全方位设备的研究工作;中国海洋石油总公司研究中心、华北石油荣盛机械制造有限责任公司、江汉石油钻头般份有限公司等单位承担了“探水立管设计安装关键技术研究” 、 “3000m 深水防喷器组及控制系统” 、“水下井口头系统与平台采油井口配套系统研制技术”等国家 863 研究课题,并已开始研究开发工作。在今后的 5-10 年内我国必将在海洋立管、钻井隔水管、水下防喷器、水下井口采油树、水下管汇等多个单元技术上取得重大突破,同时也会在今后的 10-20 年全面实现海洋水下装置的国产化。 5 结束语 我国海洋石油钻采装备己进入飞速发展的新时期,尤其在海洋钻采平台、海洋钻修井模块、水下生产装备等多个方面均已有了新的发展目标,这对促进我国海洋装备早日实现国产化,缩小与发达国家之间的差距,保证国家的海洋油气资源不受侵犯等具有非常重要的现实意义。相信通过未来几年、十几年的努力,我国必将在海洋石油装备方面步入世界强国行列,国内海洋茹由钻采装备产业必将展现光明的前景。 参考文献 [1]方华灿.对我国深水半潜式平台设计的几点浅见[J].中国海洋平台,2008,23(2):1-7. [2]黄悦华,任克忍.我国海洋石油钻井平台现状与技术发展分析[J] .石油机械,2007,35(9):157 一 160.
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