海洋石油:从浅水到深水的跨越--能源--人民网
人民网

海洋石油:从浅水到深水的跨越

王蔚

2011年06月16日08:17    来源:《经济参考报》     手机看新闻

  随着国际石油勘探转向深海大趋势的形成和南海深水资源的发现,进入21世纪,中国向深海进军的步伐明显加快。2011年5月23日、24日,中国打造的深海利器“海洋石油981”、“海洋石油201”的相继诞生,中国终于在世界深海油气开发阵营有了一席之地,也标志着中国造船业在海工领域自主研发和国际竞争能力的飞跃。

  人们追踪陆地油田的脉络来到海边

  1896年,美国在加利福尼亚海岸,为开发由陆地延伸至海里的油田,从防波堤上向海里搭建了一座木质栈桥,安上钻机打井,这是世界上第一口海上油井。

  最初的海上勘探采用这种栈桥或人工岛的方式。1920年,委内瑞拉在马拉开波湖利用木制平台钻井,发现了一个大油田。1922年,苏联在里海巴库油田附近用栈桥进行海上钻探成功。1936年以后,美国又在墨西哥湾的海上开始钻第一口深井,1938年建成世界上最早的海洋油田。

  20世纪40-60年代,随着焊接技术和钢铁工业的发展,相继出现了钢质固定平台、坐底式平台、自升式平台等钻井装置。1947年,美国在墨西哥湾首次用钢结构钻井平台钻出世界上第一口商业性油井,引发了世界范围内海洋石油开发的热潮。1950年,出现了移动式海洋钻井装置,大大提高了钻井效率。1951年,沙特阿拉伯发现了世界上最大的海上油田。

  1960年,中国在莺歌海开钻了中国海上第一井———“英冲一井”,水深15米。

  20世纪60年代后,随着计算机技术和造船、机械工业的发展,建成各种大型复杂的海上钻井、采集、储输设施,促进了海上油气开采的迅速发展。

  目前,世界上有近千座海上石油钻井平台,遍及世界各大洋。墨西哥湾是世界上钻井最活跃的近海区域,正在作业的就有19000多口井。在海湾地区作业的近海钻井船有120多艘。美国路易斯安那娜州沿岸有钻机近百座。挪威、巴西等国的海上石油钻探兴旺。20世纪80年代,海上勘探的国家已逾100个,海上产油国超过40个。近20年中,海洋原油产量的比重在世界总产油量中增加了一倍。

  目前,海洋能源资源已成为全球可持续发展主流能源体系的重要组成部分。据中国工程院院士、中海油总公司副总工程师曾恒一介绍,海洋能源开发要瞄准四大战略领域:第一是海洋石油的深水领域。全球海洋石油资源量44%在深水。第二个领域是L N G (液化天然气)领域。进入21世纪,世界油气12项重大发现中有八项在海洋,其中七项是天然气。第三个领域是天然气水合物。这是一种新兴能源,是天然气的甲烷,在低温高压下以固体状况存在海底。据估计,全球天然气水合物资源量相当于煤、天然气、石油三者资源量总和的五倍。第四个领域是海洋能,这是取之不尽的低碳能源,开发潜力巨大。

  据统计,海洋蕴藏了全球超过70%的油气资源,全球深水区最终潜在石油储量高达1000亿桶,深水是世界油气的重要接替区。近十年来,人们新发现的探明储量在一亿吨以上的油气田70%都在海上,其中一半以上又位于深海。

  目前,国际石油界的普遍共识是,陆上油田尚具潜力的地区仅有中东、中亚等地,而过去30年东、西半球两个最重大的油田发现均来自海洋。根据各种权威机构的数据源显示,海洋石油资源将是未来原油产量增长的重要来源,全球50%以上的油气产量和储量将来自海洋。

  随着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。

  最近发现的两处新油田位于深海区,墨西哥湾的“杰克2号”油田位于海平面以下2000米处。要触及油层需要安装8000米长的管道,而抽出石油需要的实施费用也十分昂贵。巴西近海岸潜在的石油储量第三大的卡里奥卡油田,位于水下2000米,海床以下6700米处。在如此条件下建造油井存在着巨大的工程挑战。

  埃克森美孚的威廉·康明斯认为:“地球上所有易开发的油气几乎都被发掘了。现在的工作更为困难,石油勘探和开采工作需要在更具挑战的环境和工作区域里进行。”

  海洋石油开发:创新的三千米深度

  2011年1月5日,中国海洋石油总公司宣布,2010年,中海油国内油气年产量首次突破具有标杆意义的5000万吨油当量,达到5180万吨,等于为国家建成了一个“海上大庆油田”。

  据介绍,1982年中国海油成立时,原油年产量仅九万吨;经过28年发展,不仅油气产量登上5000万吨新台阶,更建立起完整的海洋石油工业体系,技术水平、装备水平、作业能力和管理能力均处于亚洲前列,并得到国际同行的广泛认可。浅水已经不足惧,进军深水成为中国海洋石油的下一个战略目标。

  从300米到3000米

  中海油工程建设部总经理金晓剑向记者透露,走向深海战略2003年开始酝酿,2004年,中海油总公司决定拿出1000万元打造深海工程装备。从2005年起,连续三年,主要是了解和认识国际发展状况,决策选择什么样的型号,把脑子里的概念变成设计图纸。从2008年起,把纸上的东西,变作真正的装备。

  早在1983年,我国就成功自主开发出“勘探三号”半潜式钻井平台,具备300米以内水深油气田的勘探、开发和生产能力,属于第二代、第三代世界水平。20多年来,我国海上钻井能力最大水深达505米。

  曾恒一告诉记者,浅水、深水,在世界范围内并没有固定标准,仅仅是反映海洋工程发展的水平。对中国来说,300米水深以上即为深水,国际上有种说法,超过500米为深水。而业界普遍认为,1500米以上为超深水。从浅水到深水,主要是依据海上工程装备能力。

  按照国外技术发展的路径,海洋钻井能力从300米到500米,500米到750米或1000米,然后是1500米、2000米、2500米、3000米,目 前 国 外 深 水 钻 井 能 力 已 经 达 到3052米。

  据统计,全球发现的油气储备中,就已有2/3来自深海。国际知名的石油公司B P(英国石油公司)、雪佛龙、荷兰皇家壳牌、戴文能源以及必和必拓等在墨西哥湾的深水海域都有钻探作业。由此可见,各石油巨头在跑马圈地和开发钻探这些新油田的技术方面展开的竞争相当激烈。

  中国为什么要定3000米作为标尺?金晓剑说,一方面,别人已经把这个过程走完,我们可以实现跨越式发展;另一方面,与我国海底的地形地貌有关。从我国自身海洋资源条件看,东海近海大陆架和大陆坡比较宽,走200公里水深不超过200米,而南海海底就很陡,走到200公里以外,一个陡坡水深很快就下到1500米。中国海洋石油开发正在走向深水,南海石油储量非常丰富,75%的面积处在深水。在南海勘探,必须要有3000米钻井能力,才能把主要的地方覆盖。

  走向深海的联合舰队

  大 型 深 水 装 备 是 “ 流 动 的 国土”,载着我国海洋石油工业走向深水使命的中国海洋石油总公司,从“十一五”以来大力推动深水发展战略,打造五种型号、六艘可在水深3000米海域工作的深海工程装备,分别担负从地球物理勘探、地质勘察、钻井作业、海底铺管、物资保障等不同职能。

  这六艘船分别为:一艘“海洋石油720”12缆深水物探船、一艘“海洋石油708”深水地质勘察船、一艘“海洋石油981”深水半潜式钻井平台、一艘“海洋石油201”深水铺管起重船,另外两艘为深水大马力三用工作船,组成中国深海油气开发的“联合舰队”。据悉,“5型6船”均由我国自主研发,开始具备深海油气开发所需要的硬件能力。

  2011年1月26日,全球首艘3000米深水工程勘察船“海洋石油708”在中船龙穴造船基地海工区出坞。据了解,到一个地方打井,一定要对那里的海底有所认识。在深海,要放带上探测仪的“深检器”,像潜艇一样,进行水下勘察,这就是“深水工程勘察船”的使命。

  2011年4月22日,12缆地球物理勘探船“海洋石油720”在上海命名交付。作为亚洲首艘最新一代三维地震物探船,该船工作水深可达3000米,可在五级海况和三节海流情况下采集地震数据,并配备了世界上最先进的探测和预处理系统。金晓剑解释说,过去说船拖的缆数越多,覆盖面积越大,勘探效率越高。在深海,最有效的就是大面积拖网,以便把更多的地震资料取回。这就是深水地球物理勘探船即深水物探船要发挥的作用。

  2011年5月23日,自重超过3.1万吨,甲板面积相当于一个标准足球场大小,从船底到钻井架顶相当于45层的高楼,电缆总长度超过900公里,最大作业水深3050米,最大钻井深度12000米的3000米深水半潜式钻井平台“海洋石油981”顺利交付。

  2011年5月24日,“海洋石油201”深水铺管起重船,在江苏如皋港命名,该船总长204.65米、型宽39.2米、型深14米,它集成创新了多项世界顶级装备技术,配置了包括全 电 力 推 进 、D P 3动 力 定 位 、“S” 型 深 水 双 节 点 铺 管 系 统 、4000吨重型海洋工程起重机等一系列国际上最先进的技术和装备,能在除北极外的全球无限航区作业。

  金晓剑告诉记者,以上介绍的4型4船是完全独立工作的,另有两艘大马力深水三用工作船分别担负“起抛锚”和“供应船”的职能。比如钻井平台船,自己有动力,但是如果长距离在海上走,需要拖带;或者水不是太深的时候,要抛锚,抛锚它自己不能抛,需要另外的船来帮助。此外,所有这些船,在海上工作,都需要别的船给它送油、水等补给。

  2011年5月23日,中海油服投资建造的国内第一艘大马力深水三用工作船“海洋石油681”在武汉下水。该船是专为“海洋石油981”深水作业量身打造深水工程船舶。

  中国海洋石油总公司董事长王宜林表示,“五型六船”的建造完工和即将服役作业,标志着我国海洋石油工业的“深水战略”即将迈开实质性步伐。

  真正走向深海,路还很长

  一位业内的管理者比喻,之前在陆地,每天一个平台打一口井,可能只花10万、20万成本;之后到浅水,习惯了150万人民币的规模,如今到了深海,每天就要支出150万美元……就如同进入一个新的房间,总觉得到处都别扭。现在,只实际解决了几个简单问题,比如有了钻机,可如何使这个钻机连续的用下去,才是未来面临的课题。

  “一口井打下去,好几千万美元,决策起来手哆嗦不哆嗦。”金晓剑对记者说。我们有没有做好准备,让“海洋石油981”钻井平台连续有效地运转下去。这就是说,我们要准备足够的井让它打。在打井的过程中,怎么才能再造第二条,第三条钻井平台……要问与世界有多大差距,只能回答,我们是刚刚进门:管理工作,刚刚入门;思想观念,刚刚入门。

  深海石油勘探,别人走了几十年,中国还只是在追赶。希望在下一个十年中,迎头赶上别人三十年走过的路,尽快地走到一定水平。

  科技创新:走向深海的驱动力

  长期以来,欧美公司在海洋装备设计和高端制造领域世界领先,垄断着这一领域的核心技术。2000年以来,我国共建造平台40余座,70%以上是欧美公司设计。

  随着亚洲国家海洋工程装备制造业日渐成熟,韩国、新加坡、中国和阿联酋成为主要的海洋工程制造国,韩国则垄断了钻井市场。

  俄罗斯、巴西等资源大国也进入了工程制造领域。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,正在成为世界海洋工程装备新的竞争者。

  为打造深海利器,作为国家中长期科技发展规划重点项目、国家863高科技发展规划的重点项目和国家重大科技专项,12缆地球物理勘探船、3000米深水工程勘察船、3000米深水半潜式钻井平台、3000米深水铺管起重船、大马力深水三用工作船建造过程中,取得了一批创新成果与专利,多项创新成果在国际国内处于领先位置。

  以“海洋石油981”为例,取得了六个世界首次的科研成果:

  ———首次采用200年一遇的风浪参数加上南海内波作为设计条件,大大提高了平台抵御灾害能力。

  两个因素成为设计创新依据。一是我国南海台风频繁,而且靠近深浅交界处,有些特定奇怪的现象,比如“内波”等;二是,近些年极端天气的频率增高。记者了解到,“海洋石油981”比参照船长了五米,高了四米,稳定性和防止风浪都得到了提高。金晓剑说,“两百年一遇”这个设计,国际上目前还没有,我们首次采用这个标准,是建立在科学实验科学计算基础上的。

  ———首次采用3000米水深范围DPS- 3动力定位、1500米水深范围锚泊定位的组合定位系统。

  这项创新的关键点在两种“动力定位”的组合。据业内人士介绍,一般是用抛锚的办法固定船只位置,如果水太深,抛锚就不管用了。采用“双动力定位”,就是在浅水,用抛锚的方式;水深了,再用动力定位。这样两种组合用在一条船上,国际上没有先例。

  ———首次突破半潜式平台可变载荷9000吨,为世界半潜式平台之最。

  一位从事海洋石油作业的工程师对记者说,“海洋石油981”可以把打一口井所有用的东西都带上了。据了解,通常海洋工程船舶的可变载荷是3000-4000吨,也有7000吨的。带越多可变载荷,意味着船内要有越大的浮箱。浮箱越大,水阻力就越大,船在推进时的马力就要越大。

  ———首次成功研发世界顶级超高强度R5级锚链,引领国际规范的制定。

  金晓剑说,如果想提高拉力,最简单的就是加大链的直径,但是链越粗,就越重。如果同等的直径,使用高强钢,不增加重量还能提供更大的拉力,是最理想的。R 5和R 4锚链,两个直径都一样,都是84毫米的钢环。R 4的拉力大概是730多吨,R 5是800多吨,多出来100吨,且不增加重量。

  据了解,目前世界上造R 5锚链的只有三家,挪威、西班牙、中国。中国亚星公司与宝钢合作研制开发出R 5锚链,还把R 5锚链的规范尺寸做出了标准。这是在国际船级社的监督下完成的,随后他们的标准成为全球公认的标准。金晓剑告诉记者,现在亚星企业不仅为世界提供这种锚链,还提供标准。

  ———首次在船体的关键部位系统地安装了传感器监测系统,为研究半潜式平台的运动性能、关键结构应力分布、锚泊张力范围等建立了系统的海上科研平台,为我国在半潜式平台应用于深海的开发提供了更宝贵和更科学的设计依据。

  研究人员认为,这个平台,也可以作为一个长久观察的“实验基地”。如果其中当中出现其他的问题,通过传感器就能及时发现,同时也能为今后提供更准确的数字。这些数据,会帮人们长期的把这类船做得更好。

  ———首次采用了最先进的本质安全型水下防喷器系统,在紧急情况下可自动关闭井口,能有效防止类似墨西哥湾事故的发生。

  有关专家认为,导致墨西哥湾漏油事件发生的一个重要原因是,事故发生时,人们无法把向外喷油的油井关闭。之前的海洋钻井平台,大家认为有四种方式足以控制了,或者是在现场关闭;或者退居到房间关闭;或者是撤离了,在船上遥控;实在不行,水下机器人下去,关闭。但是,在墨西哥湾事故的发生过程中,人们发现这四种方式都失效了。眼下,人们只有想第五种方式———“本质关闭”。就是除了这四种外,还有什么是失控的,可以用各种方式来设定关闭条件。这个关闭条件,就是加装几个传感器,在失效的情况下系统可以自动关闭。“海洋石油981”首次采用这个系统。

  回顾海洋工程装备的创新之路,金晓剑深有感触地总结创新有三个重要因素:首先是动因,思想上想不想创新,是拿别人成熟的东西做,还是把别人的成果与我们的实际相结合,在设计和使用上加以改进,更适合我们的条件。如果一定要找到最适合自己的东西,就需要去创新;其次是决心,就是面对困难时能否克服;第三是有多少资源可以实现创新。要知道在目前的状态下,花多少钱,用多少资源,能实现创新。
(责任编辑:李彤)

手机读报,精彩随身,移动用户发送到RMRB到10658000,订阅人民日报手机报。