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  海洋石油开发,经历了由沿岸、近海向更深海域发展的过程。19世纪,人们发现陆上油田向海里延伸,就向海里打斜井,这种方法至多只能开采离岸三公里的海底石油。1896年,美国在圣巴纳海峡,用木结构搭一个栈桥,钻机就安装在栈桥上,这样开采石油,只是一个试验,实际上是行不通的。1947年,美国在墨西哥湾建成一个钢管架搭起的固定平台,钻出第一口商业性石油井,这标志海洋石油开发进入实质性阶段。以后,还有先在开采区用砂石泥土筑一个人工小岛,再在岛上装置钻机,这跟陆上开采完全一样。这种方法只能用在离岸很近、水深不过12米的浅水区开采。现在大多采用固定式平台或浮式平台作业。用铁管造平台,需要大量钢材,一个一二十米的平台,要用上千吨钢材,100米以上的平台,要用几万吨钢材,海水对钢铁腐蚀性大,不要好久,钢管就被腐蚀得千疮百孔,不能再用,所以很不合算。采用钢筋混凝土建平台,重量大大增加,稳定性能好得多,也避免了海水的腐蚀,但装卸十分不方便,并不能减少投资。看来浮式平台是最有发展前途的,1984年,北海已建成世界上第一座浮式采油平台,耗资12.5亿美元。这种浮式平台,可以在水深200~400米的海域作业。在这个海域作业完了,还可以拖运到那个海域,而且不很费力。投资虽多,反而合算。另外,还有不建平台,把整个装置设在水下,人在陆地上遥控作业,但眼下只处在研究试验阶段,还不可能广泛采用。

" 比起陆上石油开采设备高达 90 %的国产化率,目前我国还缺乏当家的海上石油开采设备,因此,绝大部分海上开采设备依赖进口。 " 中国海洋石油总公司副总经济师张位平在 4 月 3 日召开的 2006 中国石油和石化装备产业发展论坛上如是说。

澳门新葡亰平台游戏:我们还需要什么,如何开采海底石油。海洋占地球表面积的70%,蕴藏着丰富的油气资源,但开发技术挑战大。

海上石油工程设备有可能成为造船业的一个新的热点。日前,以大型船舶出口和国防工程为主业的江南造船有限责任公司与世界著名的摩立特石油公司签订了两条62.5万桶FPSO的建造合同。 FPSO是浮式原油生产储存装置的简称,是中、远程海域油田开发中的一项重要工程设施。FPSO通常通过特殊的系泊装置长期系泊于一个固定地点,用于对开采上来的海底原油进行油、水、气处理、储存以及通过穿梭油轮向外输送。FPSO可以在水深范围很广的区域作业,本身具有储存货舱,不需要敷设输油管路。 江南造船集团这次承接的两条FPSO将用于挪威北海海域作业,排水量约为12万吨,储油量为62.5万桶,原油处理能力为 13000立方米/天,设计规范、规则均采用了当今国际海洋工程的最高要求。其油气处理装置高度模块化,可以根据不同的油气成分进行更换或配置多功能油气处理模块。这种装置有一定的自航能力,可以在相近的“边际油气田”之间移位作业;由于配置了桨辅助定位系统,动力定位性能良好,它能够适应海上恶劣的作业环境。 业内人士分析,由于陆上石油受到战争等不确定因素的影响,海洋石油工程日益受到重视。目前,中国、澳大利亚、新西兰、巴西、西非、挪威北海、英国北海和墨西哥等国投入研究、准备建造的 FPSO达200余艘,浮式原油生产储存装置已成为船舶行业的一个耀眼的新增长点。

向深水油气进军:我们还需要什么

  近30年,海洋石油生产发展很快,产量增加了20多倍,1990年达到12亿吨。2000年可能达到30亿吨,占世界总产量50%。海上开采石油比陆上耗费大得多,每吨石油,陆上开采耗费44.3美元,海上则为58.4美元,钻探费海上是陆地的5倍。尽管如此,开采石油,陆地向海上发展,浅海向深海发展,是全世界共同的趋势。

陆上设备发展飞速

不过,困难不能阻止全球石油巨头入海探宝的步伐。

党的十八大提出“提高海洋资源开发能力,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国”的战略目标,实现这一战略目标离不开深水油气工程的支撑。走向深海,已成为实现“海洋强国”战略目标的重要组成部分。

  开采海洋石油给许多国家带来了经济繁荣的新局面,最典型的例子是挪威。第二次世界大战前后,挪威在欧洲是一个穷国。60年代中期,在北海发现石油,1971年开始少量开采,1975年成为欧洲第一个石油出口国。1984年产石油5900多万吨,产值97.4亿美元,占挪威国民生产总值的20%。这样一来,石油生产带动了整个国家的生产。

在此次研讨会上,张位平先对我国石油技术装备产业的发展给予了肯定。据他介绍, 2005 年我国原油年产量达到 1.81 亿吨,天然气年产量达到 487.5 亿立方米,成为世界第五大油气生产国。原油加工能力达到 3.28 亿吨,居世界第二位。中石油、中石化、中海油三大公司实现的利润占全国国有工业企业总利润的 42% 。而之所以能取得这样巨大的成就,离不开我国石油技术装备产业的支持,尤其是改革开放 20 多年来,我国石油技术装备产业在引进、消化、吸收、创新和国产化方面取得了长足进步。

陆上常规油气资源枯竭,导致全球油气业界将目光投向了海洋,并视其为未来油气勘探开发的重点地区。2000年以后,储量巨大的海上油气藏接二连三地被发现,勘探开发日益升温。当下,发达国家附近的浅海海域成为重要油气产区,但深海海域及发展中国家所属海域的油气资源,在21世纪后才随着油价上涨、资本及技术的全球化进程逐渐显山露水。

■本报记者 彭科峰

  我国近海石油资源相当丰富,一些外国学者认为我国近海是世界上未开发的最有远景的油气区之一,被称为“第二个北海”,“又一个中东”。许多外国商人蜂拥而来,竟相参加我国近海的开发活动。经过普查,我国已经发现300多个可供勘探的沉积盆地,沉积岩面450多万平方公里。到2000年,我国海上石油产量将达到5000万吨,前景十分乐观。

首先,我国的勘探技术手段进一步现代化。物探采集和处理系统实现了卫星定位、数字化处理、三维地震和计算机成相,大大提高了地层分辨率和油气构造解释、判断的准确性。使近几年我国有了一系列重大油气资源发现,储量替代率达到 100% ,每年新增可采储量达 1.5 亿吨以上。天然气储采比超过 60 ∶ 1 。

待发现石油资源量548亿吨

未来数十年,全球油气需求仍会持续攀升,深水项目开发刻不容缓。海洋中蕴藏着丰富的石油天然气资源,约占全球油气资源总储量的百分之七十,因此,作为人口大国,中国势必要从“浅蓝”向“深海”进军,在深海油气开发方面有所作为。

其次,油气田开发达到世界先进水平。我们不仅能开发大型整装构造简单的油气田,而且能开发小型、断块、裂缝型、复合隐蔽型油气田,能开发重油、稠油、沥青质等高难度油田及硫化氢、二氧化碳含量高的天然气田。早期注水、注聚合物、早期防砂、热采、回注、酸化、压裂、降粘等井下作业技术保证油气田高产、稳产,使我国油田采收率达到 32% ,大庆油田连续 30 多年保持稳产 5000 万吨 / 年以上,创造了世界油田开发的奇迹。我国原油产量打破多年徘徊在 1.6 亿吨 / 年的局面,生产能力年增长 1000澳门新葡亰平台游戏:我们还需要什么,如何开采海底石油。~2000 万吨。

世界海洋油气资源与陆上油气资源一样,分布不均衡。美国地质调查局评估显示,全球(除美国所属海域之外的地区)海洋待发现石油资源量达548亿吨,待发现天然气资源量达78.5万亿立方米,分别占世界待发现油气资源量的47%和46%。因此,全球海洋油气资源潜力巨大,勘探前景看好。

10月17日~18日,国家自然科学基金委政策局、工程与材料科学部、数学物理科学部和地球科学部在珠海联合举办了题为“深水油气工程科学问题与技术瓶颈”的第147期双清论坛,论坛主席由中科院院士高德利与工程院院士周守为共同担任。

第三,钻井和管道工程技术快速发展。我国制造的钻机能打超深井,大水平位移井、定向井、丛式钻井,而且已批量出口。我国钻井队伍创造的 " 优快钻井 " 技术无论在质量和效率上都进入世界一流。我国管道工程技术有了突飞猛进的发展,完成了 " 西气东输 " 、 " 川气出川 " 、 " 海气登陆 " 这样艰巨的工程。

油气储量较大的是波斯湾海域,占全球海洋油气总储量的50%。委内瑞拉的马拉开波湖海域、北海海域、墨西哥湾海域、中国南海和西非附近海域的油气储量也不小。

会议期间,来自国内30多所高校、科研院所的50余名专家学者,紧密围绕“深水油气工程作业特点与风险特征”“深水油气工程优化设计与控制问题”“深水油气工程装备发展趋势与重点”等3个专题开展深入交流,研讨了深水油气工程领域国内外的研究现状,分析和凝练了本领域的重大科学问题。

第四,海洋石油开发工程技术与世界同步。海上海气田工程设施(包括平台、海底管线、浮式处理储油轮等)从设计、制造到海上安装一条龙,全部由自己独立完成。采用 " 全海式 " 、 " 半海半陆式 " 、单腿平台、多腿平台、无人作业平台、海底基盤及水下井口、早期试生产系统、单点系泊加浮式生产系统等多种模式,并形成了自己的产业特色。海洋石油开发还带动了国内机电、化工、造船等相关产业的发展。

海洋油气资源主要分布在大陆架区域,占全球海洋油气资源的60%,但大陆坡区域的深水、超深水域的油气资源潜力可观,占30%。

深海开发的动力与障碍

[page_break] 最后,国产石油技术装备在促进我国石油公司国际化经营中发挥了重大作用。现在三大公司在海外 30 多个国家参与油气勘探和开发。境外原油作业产量达到 4000 万吨。已形成西北非、南美、东南亚、中亚及俄罗斯等四大地区。开始形成从油气勘探、工程建设、管道、炼化及终端销售完整的产业链。国产石油技术装备随作业队伍一起 " 走出去 " ,这些设备成本低、技术适用、易于操作,可以在本地制造,为国产设备走向国际开辟了广阔空间。

两极大陆架也蕴藏丰富的油气资源,其中俄罗斯海洋油气资源的80%以上聚集在其所属北极海域,有1000亿~1200亿吨油当量。

中科院院士、中国石油大学教授高德利向《中国科学报》记者介绍,海洋中蕴藏着丰富的石油天然气资源,目前全世界有60多个国家在开展深水油气勘探,全球近十年发现的大型油气田中,海洋油气田已占百分之六十以上,很多分布在500米以上的深水海域。中国南海油气储量巨大,地质储量约230亿~300亿吨,占我国油气总资源量的三分之一,其中百分之七十蕴藏于深水区域,被誉为“第二波斯湾”。国际石油界早已形成共识,海洋油气特别是深海油气将是未来世界油气资源接替的重要区域。

张位平认为,我国的油气技术装备经过几十年的发展,取得了辉煌的成就,目前陆上的石油装备与国外差距已不大。成套钻机、固井压裂设备、修井机、井口装置等已接近国外水平;抽油机、电动潜油泵、石油钻头等与国外已处于同一水平。但与陆上装备相比,海上油气技术装备的发展由于起步较晚,仍存在着较大的差距。

深水钻探最深达水深3174米

他进一步指出,由于受海洋自然地理环境的影响,海上钻井工程不仅要考虑风浪流、潮汐、海冰、海啸、风暴潮等的影响,而且要考虑海洋的水深、海上搬迁拖航等因素的影响,这是陆上钻井无须解决的问题,因而海上钻井工程设备的结构非常复杂。海上钻井装备从技术上说与陆上类似,但在系统配制、可靠性、自动化程度等方面都比陆上钻机要求更苛刻,这些难题在深水油气勘探开发中更加突出。

油气设备应直面 " 深海 "

全球海上深水油气钻探能力上世纪80年代以来在增强,2014年最新出厂的深海钻机设计水深达3659米——这还不代表全球油气业界海洋钻探的最高水平。2013年的统计数据显示,目前全球最深水深钻探纪录是钻探印度海上探井时创下的,水深3174米。水深最深的水下采油树在美国墨西哥湾,水深2934米;最深水深的浮式开采设备也位于美国墨西哥湾,水深2500米。

与近海浅水油气工程不同,深水油气工程必须面对更为复杂的海洋环境和深水地层条件,需要采用浮式钻采作业平台,建立安全稳定的水下井口与钻采系统,使用专门的深水管柱(包括钻完井隔水管、油气生产立管及送入管柱等)、水下井口装置与钻采系统,以及水下机器人等,是一项复杂的系统工程,具有高科技、高投入及高风险等基本特征。

虽然全球的能源危机日趋严重,现今油气开采企业之间的竞争也日趋激烈,对此,张位平认为,为了帮助国内油气开采企业更好地应对国际竞争,中国的油气技术装备应该主攻以下几大领域:

浮式钻机设备的深水钻探能力主要受甲板载荷能力和起重能力限制,与总井深的关系比与水深的关系大。此外,海上油气项目的作业者要克服测井及生产工具在性能和材料上的局限,才能实现海下地层评价和油气开采。

“要开发利用海洋油气资源,就必须面对‘入地、下海’的双重挑战,对深水油气工程科技与人才培养提出新的更高的要求。”高德利说。

一、面对石油勘探向深海、深地层、沙漠、海滩、高寒地带、热带、海外发展的趋势,需要研制与环境相适应的设备;

每桶不低于90美元开发可行

在深海油气开发方面,应该说,国外巨头走在中国的前面。

二、石油开发要向稠油、重油、沥青油、油砂、页岩油、高含水、高含砂油气田发展,需要开发相应的耐酸、碱、高温、高压设备及解决相关的技术难题。

近年来全球油价走低,但海上油气项目的资金成本和作业成本却大幅上升,这引发了业界对大型和超深水项目开发可持续性的担心。近来,国际油价不断“跳水”,降至70美元/桶左右,更令海上油气项目前景莫测。

高德利介绍,目前,国际海洋开发巨头借助先进的探勘开发工程装备,不断刷新世界海洋钻井作业水深纪录。其中,2003年11月Transocean公司在美国墨西哥湾创造了3051米的世界纪录,这也是人类首次突破3000米的钻井作业水深;2011年4月Transocean公司在印度海域创造了新的世界纪录3107米;2013年该公司在印度海域又两次刷新世界纪录,依次是3165米和3174米。而国内最大钻探水深为2013年的LW21-1-1井,水下井口的水深2451米,实际完钻井深4050米,与国外有较大差距。

三、天然气的发展将会加速。在一次能源中天然气的消费比例将会从现在 2.6% 增加到 7% ,长输管线建设及 LNG 运输,储存、气化装置设施及小型配送设备,将是一个值得企业重视的新兴市场。

另外,作业成本的不断走高,对各公司的预算造成了强大压力,一些作业者已取消或推迟一些深水项目实施,更多考虑低成本浅水盆地项目或设法降低深水项目的成本。目前,实现后者的途径包括实现海上油气勘探开发设备标准化、增强深水供应链的适应性等。但要做到这些,短期内很难。

目前,我国深水油气勘探开发与国外的差距主要体现在深水工程装备和勘探开发工程技术方面。我国虽建成部分深水工程重大装备,但距形成系统的深水作业、施工的深水作业船队还有很大差距,远不能满足我国南海深水开发的实际需求,与之配套的深水作业能力还处于探索阶段。

张位平特别指出,应该重点开发海上油气开采设备,提高我国深海开发能力,以改变目前海陆发展不均衡的问题。他认为我国的深海油气田及海底天然气水合物开采急需高科技的采掘设备。目前,海上油气产量已占世界总产量 1/3 ,深水技术已在巴西、西非、墨西哥湾广泛采用。我国水深 300 米以上海域达 150 万平方公里。南海、东海有丰富的油气资源及天然气水合物。急需研制深海勘探开发设备。以海上钻采为例,美国的 FMC 深海技术公司已可在水深 2 千米以下的海底进行勘探和开采,而中国最多只能在 300 米深的海域工作,两者的差距十分明显。中国目前急需深海石油钻机、海底基盤、水下井口及水下采油维修设备;移动式钻采平台;水深大于 500 米的浮式生产系统,海底管线安全检测及维修装备;天然气水合物勘探及采收技术装备;以及相应的定位、通讯、运输保障、安全求生、环保设备。

尽管如此,如果国际油价回升至90美元/桶,大多数深海油气项目仍具有开发可行性。降低成本,与服务公司合作,使设备统一化标准化,是可行的降低硬件成本的途径。作业者将面临要寻找新发现,又要维持现有资产产能的繁重任务。

尽管我国深水钻井完井技术存在诸多关键技术瓶颈,尚未建立完整的深水钻井完井技术体系,但是,我国在深水钻井浅层地质灾害评估与控制、管柱系统力学特性及安全作业、井筒流体压力控制及工程风险评价与设计方法等方面开展了卓有成效的研究工作,并取得一定的科研成果,使我国深水钻井完井技术不断获得突破,部分满足了我国深水钻井完井的需求。

同时,海上平台目前集成化程度不高也是我国亟待解决的问题,张位平认为,中国海上平台配套设备的材质和加工质量大体上还过得去,但却缺乏集成化,对于海上平台这种要求集成化程度高的设备来说,如何能够把多种配套产品整合起来,集结成为一个紧凑、高质量的产品,是至关重要的。

短期内项目数量在低风险、低成本的浅水区增加速度高于深水区。但深水油气资源仍是未来海上油气勘探开发的主要目标。

中海油副总工程师姜伟向《中国科学报》记者介绍,我国已在南海自主完成20余口深水油气井(绝大部分油气井位于南海北部)的钻井完井作业,特别是2008年4月“海洋石油981”以及2014年11月“中海油服兴旺号”两艘深水半潜式钻井平台的交付使用,标志着中国在海洋工程装备领域已经具备了自主研发能力和国际竞争能力。目前,我国已实现了钻井作业水深3000米内全覆盖,形成750米、1500米、3000米深水钻井装备梯队,钻井深度可达10000米,具备提供从浅水到深水全方位的勘探、开发和生产服务能力。

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亟待协同攻关与加大投入

与会专家在研讨中指出,从技术层面上讲,深水油气勘探开发所面临的共性技术挑战主要有海底低温、地层压力窗口窄、天然气水合物、浅层灾害、井控难度大及环保要求高等。但除了上述深水钻井面临的共性挑战外,我国南海深水钻井还面临一些土台风频率大、南海海水温度场分布不明确、内波流、地质环境多样复杂、深水区地温场分不清、离岸距离远等一些特殊问题。

比如,南海的土台风发生频率较大,且深水区域强度更大。土台风突发性强,路径变化复杂,监测及预报困难。钻井平台和隔水管系统的防台风技术是南海深水钻井应急技术的难点之一。此外,到目前为止,南海海水温度场的分布并不是很明确,无直接可用的权威数据。而深水双梯度控压钻井中环空压力剖面预测,深水井控参数设计、测试过程中天然气水合物生成区域预测等都与温度场密切相关。因此,海水温度场不明确增大了钻井设计难度及作业风险。同时,我国南海深水油气资源距离陆地较远,多距陆地300公里以上,后勤供应要求高,遭遇台风等恶劣天气时,对作业能力要求高,且撤离和钻井设备维修所需时间长,增大了设计、施工和成本控制的难度。

中国工程院院士李阳指出,模块化建设将是以后我国深水油气工程装备发展的重要方向,通过模块化的建设,可以充分考虑不同作业海域、不同勘探开发的需求,提高深水油气作业安全性与时效。

与会专家一致认为,深入开展深水油气工程前沿科学问题研究,推动深水油气工程学科的发展,支撑我国深水工程重大、高端装备的设计、开发和建造能力,对于增强我国海洋开发的综合实力,实现将我国建设成海洋强国的目标具有重要意义。特别是党的十八大提出“提高海洋资源开发能力,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国”的战略目标,实现这一战略目标离不开深水油气工程的支撑。走向深海,已成为实现“海洋强国”战略目标重要组成部分。鉴于目前的国际形势及国内油气资源的需求,深水油气资源的开采急需得到重视,国家需要加大在深水油气勘探开发中的投入,下大力气解决困扰我国深水油气工程面临的科学问题与技术瓶颈,需要投入更多资金,花费更多资源与大自然的不利因素抗争。

《中国科学报》 (2015-10-26 第8版 基金)

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