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        我國海洋石油裝備技術研發應用現狀及未來發展
        欄目:行業動態 發布時間:2022-06-05 07:24

        我國中石油、中海油、中石化三大石油集團公司均已開始了海洋深水油氣勘探開發裝備的研究工作,計劃在“十二五”期間研制我國具有自主知識產權的3000m深水半潛式鉆井平臺,這將有力促進我國海洋石油裝備的快速發展。


        2 我國海洋石油裝備應用現狀


        當前,我國海上油氣勘探開發主要集中在大陸架區塊,水深不超過300m,鉆井深度在7000m以內,水下生產系統設備幾乎全部依賴進口,海上原油發現率僅為18.5%,天然氣發現率僅9.2%。資料顯示,我國擁有海洋鉆井平臺的數量相對較少。作為我國具有國際競爭力的海上石油公司,中海油擁有平臺的基本情況為:固定平臺65座、自升式平臺9座、半潛式平臺3座、FPSO14座。


        從海洋裝備發展歷史來看,我國海洋石油裝備的研制始于20世紀70年代初期。80年代后,我國在半潛式鉆井裝備研制方面有所突破。進入21世紀后,尤其是近幾年來,我國加大了海洋油氣資源的勘探開發及石油鉆采裝備的研發更新力度,海洋裝備技術有了較快發展。


        從我國海洋裝備造船業基本情況分析,當前我國還沒有一家真正意義上的專門從事海洋石油鉆采設備的專業造船公司。但就平臺建造而言,國內目前具有一定研制基礎和建造經驗的公司主要包括滬東中華造船(集團)有限公司、上海外高橋造船有限公司、江南長興造船有限責任公司、青島北海船舶重工有限責任公司、大連船舶重工集團有限公司等。滬東中華造船(集團)有限公司是國內第1家年造船總量突破100萬噸的企業,曾完成我國第1艘雙體鉆井浮船“勘探1號”的建造,并建造過4200m3LPG船,“勝利3號”坐底式鉆井平臺等。上海外高橋造船有限公司是國內第1家年產能力達到200萬噸以上的船廠,目前已經建成30萬噸級以上大型船塢2座和2臺600T龍門起重機等。青島北海船舶重工有限責任公司是中國船舶重工集團控股的大型船舶修造企業,曾建造了我國“勝利2號”鉆井平臺、“勝利3號”作業平臺、“遼河1號”自升式鉆修井平臺等。大連船舶重工是中國船舶重工集團控股的特大型綜合性造船企業,擁有一般船臺4個,半塢式船臺1個,船塢5座等,迄今為止,共建造自升式、半潛式等平臺36座。


        從海洋裝備研究機構情況來看,我國專門從事海洋裝備研究的機構較少,具有系統研究海洋石油鉆采裝備的機構則更少。就單元技術而言,主要研究單位包括:上海七0八所、上海交通大學、大連理工大學、中國石油大學(華東)等。上海七0八所是一個在海洋平臺工程設計方面信息化較高、較系統的研究機構,曾設計過自升式、半潛式、坐底式鉆井平臺,坐底式采油平臺等。迄今已研制了9個型號的FPSO,從5萬噸級到15萬噸級,單點系泊從軟鋼臂式到內轉塔式,作業水深從 24m到120m。上海交通大學設有海洋工程國家重點實驗室,在動力定位系統研制方面已經取得具有自主知識產權的研究成果。大連理工大學參與過4座半潛式鉆井平臺(BINGO-9000型)主體結構優化設計、多點錨泊系統設計研究和高壓管線系統設計,形成了海洋環境參數分析預報、海洋結構物在海洋環境作用下運動與遭遇環境荷載計算、系泊系統分析、結構動力響應與優化設計、結構疲勞分析計算等軟件系統。中國石油大學(華東)開設有海洋石油工程研究室,配置有高頻疲勞試驗機、智能渦流檢測系統、大型風浪槽等硬件系統及AN-SYS,ABAQUS等多個分析計算軟件,在油氣裝備強度分析和可靠性評估理論等方面具有一定的理論基礎和經驗。


        從我國海洋石油裝備制造情況來看,生產成套海洋石油鉆機、海洋水下生產系統等具有較大影響和規模制造能力的企業相對較少。寶雞石油機械有限責任公司能夠設計制造1500-12000 m的成套陸上/海洋鉆機、大功率鉆井泵等產品。近年來,該公司已先后承擔并完成了CNOOC惠州、春曉、番禺30-1、南堡35-2,CPOE61、63 等多個項目鉆、修并機模塊的研制工作,為我國海洋石油成套裝備的發展打下了良好的基礎。蘭石國民油井石油工程有限公司目前能夠制造1000-9000m各種成套石油鉆機及海洋并架等。南陽二機石油裝備(集團)有限公司能夠制造1000-4000m橇裝系列鉆機、車裝系列鉆機以及海洋修井機等。


        3 我國海洋石油裝備與國外技術的主要差距


        近40年來,尤其進入21世紀后,我國無論在陸地還是海洋石油鉆采裝備發展方面均取得了長足的進步。但就海洋石油鉆采裝備技術發展而言,我國與世界發達國家之間還存在多個方面的差距,主要體現在以下方面。


        3.1海洋石油裝備專業化程度偏低


        與西方發達國家相比,我國在海洋鉆采設備制造方面的專業化程度較低,集團化、國際化程度較差,企業技術投入少、自我創新意識比較淡薄。如美國NOV公司是當前國際著名的石油鉆采裝備企業,其產品范圍幾乎覆蓋了從常規陸地鉆采、特殊地域鉆采、海洋水上、海洋水下等全方位、全地貌各種類型的石油鉆采裝備產品的研發,并在世界多個國家、多個地方設有自己的子公司等,發展規模位居世界石油鉆采裝備之首。


        3.2海洋石油裝備數量少、類型單一


        據統計,世界上目前正在使用的鉆井平臺約580座,如果加上各種采油平臺、采油船等數量更多。其中的平臺形式包括各種新型TLP平臺,SPAR平臺、順應式平臺及其它多功能綜合性平臺等,形式多樣、品種齊全。相比較,我國當前的情況則相對較差,已經投入使用的海洋油氣鉆采裝置僅37座,且以導管架式、坐底式、自升式等結構為主,結構簡單,功能單一。2000-2004年,全世界共建造新的自升式平臺16艘,半潛式平臺18艘,鉆井浮船6艘,我國在同期僅建造了半潛式鉆井平臺4艘,且僅是建造其船體,其它配套設備全由國外配套建造。


        3.3海洋石油裝備適應水深、鉆深能力較差


        2004年,全球半潛式平臺數量猛增至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,最大工作水深已達3048m(10000英尺),海洋鉆井提升設備的提升能力達到1.25×100kN,鉆井深度超過10000m。我國海洋石油鉆井至今還沒有涉足深水領域,1984年,上海造船廠建造的“勘探3號”最大適應水深能力還不足300m。至于設備提升能力及鉆井深度,差距更大,當前我國用于海上的國產化鉆井設備的提升能力僅4500kN,鉆深能力至今沒有超過7000m。


        3.4海洋石油裝備配套基礎差、配套能力不足


        在石油鉆采裝備的配套基礎方面,我國無論從動力上、控制上及設備綜合配套能力等多個方面均與世界發達國家存在較大差距。如國內鉆機上使用的柴油機、變頻器、井口機械化工具、頂部驅動裝置等都是從西方發達國家進口;在海洋鉆井控制系統方面,海洋鉆井平臺上使用的鉆桿、隔水管、海洋水下設備自動輸送、安裝、起吊裝置,平臺雙井架、DP3動力定位、雙井口自動鉆井及鉆桿等設備起、下系統,海洋鉆井升沉補償裝置等,國外使用歷史均在10年以上,而國內至今仍處于分析研究階段;至于海洋深水關鍵設備,至今則還處于空白狀態。


        3.5海洋石油裝備研究機構少,投入不夠


        我國至今還沒有一個專業分布面廣、系統研究性比較全面、綜合能力很強的海洋石油裝備研究機構。上海七0八所對船體結構研究有一定基礎,但受行業限制,該所缺乏石油鉆采裝備及鉆井工藝方面的專業基礎;寶雞石油機械有限責任公司對成套鉆機研究具有非常成熟的經驗,但在海洋平臺和控制技術研究方面缺乏必要的基礎和資源。此外,投入方面存在3個主要問題:一是關鍵試驗設施、試驗設備、設計軟件比較缺乏;二是從事專業研究的技術人員少、科技開發投入不足;三是企業、油田承擔風險的能力較差,從而導致我國海上石油裝備的發展受到了較大限制。


        4 我國海洋石油裝備未來發展方向


        4.1我國海洋平臺裝備發展展望


        未來海洋石油競爭的熱點是深水技術領域,平臺的發展主流為半潛式結構。多年來,我國海洋油氣資源的開發雖然主要集中在200m水深以內的近海海域,尚不具備超過500m深水作業的能力,但我國在海洋平臺建造方面積累了豐富的經驗,已表現出強勁的發展勢頭。據統計,我國當前正在建造的各種平臺包括“海洋石油 942”自升式移動平臺、“中油海7號、8號、9號、10號”自升式移動平臺、“海洋石鈾901”自升式多功能平臺、“海洋石油902',自升式多功能平臺、“中油海62”自升式移動作業平臺及“中油海33”坐座底式移動作業平臺等10多種。同時,在南海珠江口盆地,中海油通過與國外石油公司的合作,所開發的油氣田已部分或全部采用了深海油氣田的開發技術。目前中海油已具備了尋找復雜地質條件下大中型油氣田、自營開發海上油氣田、在海上專業技術領域參與國際競爭、開發海外油田的海洋石油勘探開發四大能力。尤其值得高興的是,2004年由中海油研究中心牽頭承擔并在建造的國家863課題“深水油氣田開發工程共用技術平臺研究”項目和2006年中石油集團海洋石油工程公司牽頭承擔的國家863項目“深水半潛式鉆井平臺關鍵技術”課題,平臺設計采用先進的DP3 動力定位系統,其技術已達到國際第6代半潛式平合的水平。另外,由中海油牽頭承擔的國家863項目“深水半潛式鉆井平臺關鍵技術”,其鉆井平臺已在上海外高橋開工興建,同時由大連重工自主研發建造,號稱世界第一吊的2萬噸橋式起重機已在煙臺來福士海洋工程有限公司竣工啟用。這些成績的取得,標志著我國的深海油氣開發已進入一個嶄新的歷史時期。


        4.2我國海洋鉆修井模塊發展展望


        海洋鉆修井模塊作為海上油氣勘探開發的主要組成部分,將朝著高適應性、大功率、大載荷及自動化控制等方向發展。一般來說,與固定式、自升式平臺配套的鉆修井模塊,除要求具有較高的可靠性、耐腐性、安全性外,與陸地鉆修井機相比并無太多的技術難點和制造難度。目前,我國通過惠州、春曉、番禺等多個項目的建造,已具備海洋鉆修井模塊的研制經驗和設計制造能力。而用于深水半潛式平臺上的鉆修井模塊,仍面臨著對特定作業環境、適應新型鉆探工藝要求、設備自身能力、升沉補償要求、自動化水平等多個方面的技術問題。盡管如此,對于適應海洋深水勘探開發要求的鉆修井模塊,寶雞石油機械有限責任公司等企業已具備一定的實力和開發配套條件。寶雞石油機械有限責任公司近年來已研制成功各種海洋鉆修井機模塊和各類7000、9000、12000m電驅動石油鉆機,并在加緊研制自動化鉆井工具、海洋鉆井升沉補償裝置、2206.5kW鉆井泵、ZP605轉盤、平臺用各種大型錨機和海洋鋪管船用鋪管絞車;北京石油機械廠已研制成功大功率頂驅裝置;國內其他單位正在研究雙梯度鉆井工藝技術、鉆完井關鍵技術等,這些均為我國今后從事海洋鉆采裝置及海洋深水勘探開發提供了良好的條件??梢栽O想,隨著深水、特深水平臺的國產化發展及世界海洋深水事業的不斷進步,未來20年內,我國在海洋鉆修井模塊的建造技術及新型鉆井工藝技術應用方面,將會走在世界前列。


        4.3海洋水下鉆采裝備技術發展展望


        海洋水下鉆采裝備主要包括海洋立管、水下井口、井控裝置及海洋集輸系統等。因為海洋水下設備具有高投入、高風險、高技術等特點,所以長期以來其技術一直被發達國家所壟斷。我國在海洋水下裝備的研究開發方面起步較晚,可以說才剛剛開始。雖然如此,我國在陸地井口、井控設備開發方面和海洋隔水管等設備維修使用方面已積累了比較豐富的經驗,并已初步具備了海洋水下裝備的開發研制能力。為了盡早達到我國“主要深水鉆井裝備系統國產化,為關鍵海洋工程配套產品產業化打下基礎”的目標,近幾年來,寶雞石油機械有限責任公司、中國海洋石油總公司研究中心、華北石油榮盛機械制造有限責任公司等單位已著手海洋水下裝備研究和探索,并各自確立了“十一五”和“十二五”期間的研發目標。寶雞石油機械有限責任公司承擔“海洋深水鉆井隔水管系統研究”國家863項目,開始了樣機的制造并已著手海洋水下井口、井控等全方位設備的研究工作;中國海洋石油總公司研究中心、華北石油榮盛機械制造有限責任公司、江漢石油鉆頭般份有限公司等單位承擔了“探水立管設計安裝關鍵技術研究”、“3000m深水防噴器組及控制系統”、“水下井口頭系統與平臺采油井口配套系統研制技術”等國家863研究課題,并已開始研究開發工作。在今后的5-10年內我國必將在海洋立管、鉆井隔水管、水下防噴器、水下井口采油樹、水下管匯等多個單元技術上取得重大突破,同時也會在今后的10-20年全面實現海洋水下裝置的國產化。


        5 結束語


        我國海洋石油鉆采裝備己進入飛速發展的新時期,尤其在海洋鉆采平臺、海洋鉆修井模塊、水下生產裝備等多個方面均已有了新的發展目標,這對促進我國海洋裝備早日實現國產化,縮小與發達國家之間的差距,保證國家的海洋油氣資源不受侵犯等具有非常重要的現實意義。相信通過未來幾年、十幾年的努力,我國必將在海洋石油裝備方面步入世界強國行列,國內海洋茹由鉆采裝備產業必將展現光明的前景。


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