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海洋石油水下装备发展趋势

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海洋石油水下装备发展趋势2014-05-28 能源情报 文/任克忍 王定亚周天明 沈大春 陈才虎,宝鸡石油机械公司 海洋石油水下装备现状海洋油气资源开发能力由海洋油气开发装备的先进性所决定, 研制拥有自主知识产权的海洋油气勘探开发装备, 是推动技术发展 , 保障我国能源安全的有效途径。我国石油钻采装备制造企业在几十年的陆地装备研制过程中积累了丰富的经验, 为海洋石油水上装备设计制造奠定了雄厚的基础 , 已实现了大部分设备的国产化;而作为海洋石油装备的重要组成部分 海洋石油水下装备由于具有高技术、高投入、高风险等特点, 长期以来一直被国外发达国家所垄断 , 严重制约了我国海洋油气的自主勘探开发。1 装备简介海洋石油水下装备主要包括钻井隔水管系统、井口井控设备、采油树、水下管汇系统、水下基盘、控制系统、增压系统及水下处理系统等。( 1) 钻井隔水管系统钻井隔水管系统从钻井平台一直延伸到水下防喷器, 形成了钻井液的循环通道。其主要作用是隔离海水, 支撑各种控制管线 (主要包括节流和压井管线、钻井液补充管线、液压传输管线等 ), 吊装水下防喷器, 为钻杆、钻具顺利下入井口提供导向。国外主要生产商有 Vetco、 Cam eron、 AkerKvaerner 等公司。( 2) 水下防喷器水下防喷器是海洋石油钻井过程中的重要设备, 它能够有效防止井喷事故发生, 是石油勘探钻井过程中的安全保障。水下防喷器组一般由 4~ 6 部单双闸板防喷器和 1 部环形防喷器组成, 上部连接隔水管装置, 下部连接海底井口装置。与陆地防喷器相比, 水下防喷器具有通径大、耐高压、防腐蚀、耐冲击、自动化控制程度高、安全性好、可靠性高等特点。国外主要生产商有 Cameron、 Shaffe、rH ydril 等公司。( 3) 水下采油树水下采油树的使用始于 1967 年, 至今已有 1 200 多套水下采油树应用在 250 多个采油项目中。它需要满足海水压力、腐蚀、风浪、暗流等复杂环境的使用要求, 工作压力较高, 采用电、液控制。国外主要生产商有 FMC、Vetco、 AkerKvaerner、 C am eron、 Dril Quip 等公司。( 4) 水下集输系统水下集输系统是指在钻完井后, 用于油气集输的生产管线、出油管、井口之间的连接设备。其主要功能是: 提供生产管线、出油管线和钻井的交互界面; 注入气体和化学物质, 控制流体; 分配电力和液力控制系统; 支撑管汇, 出油管线以及缆线; 保护管线和阀门正常工作; 在水下机器人操作过程中提供支撑平台。国外主要生产商有 FMC、Vetco、AkerKvaerne、r Cameron、 Dril Quip 等公司。2 发展历程及现状海洋石油水下装备最早于 1961 年在北海油田开始应用, 至今已经历了 47 a 的发展历程。其主要发展历程如下: ①1979 年第 1 个电液控制水下集输管汇系统; ②1991 年第 1 个水平采油树; ③1993 年第 1 个多相泵; ④1994 年第 1 个 1 000 m 水深水下生产装置诞生于巴西石油公司; ⑤ 1995 年第 1 个多相流量计; ⑥1998 年第 1 个智能测量井口系统完成; ⑦2000 年第 1 个无机器人水下分离系统; ⑧2002 年第 1 个 2 000 m 水深水下生产装置; ⑨2004 年 2 244 m 水深的水下井口应用于 734 个生产区块; ⑩2005 年第 1 个 2 400 m 水深水下生产装置。目前世界上已有将近 110 个海洋工程项目投产,而且世界各大石油公司在深海领域的投资不断增加,各国对海洋石油水下装备的需求迅速上升。从技术现状来看, 欧美等发达国家经过 50 多年的发展, 技术比较成熟, 具有较明显的优势, 主要表现在各个企业拥有长期的研制经验和专利技术, 实现了专业化分工生产, 特别是控制技术远远领先于国内企业,而发展中国家只有巴西具备了一定的实力。我国油气勘探和开发起步较晚,缺乏具有自主知识产权的海洋石油水下装备关键技术和设备, 基本依赖进口。随着我国石油勘探开发向海洋的战略转移 , 对海洋石油装备的需求进一步加大, 对国外的技术和装备依赖性更大 ,所以无论是从国家能源安全方面还是从装备制造业未来发展方面, 研制适合我国油气勘探和开发的钻采装备都迫在眉睫。最近 , 国内部分企业已经就海洋石油水下装备专项技术及产品展开了研究 , 取得了很大的进步。宝鸡石油机械有限责任公司已成立了专门的海洋装备研究机构,研究涉猎海洋平台锚机、吊机、海洋铺管系统、海洋隔水管、水下防喷器及水下井口采油树等多个设备技术范围。目前已经完成 H 级和 E 级海洋钻井隔水管装置设计、 100 t 海洋 A/R 铺管绞车设计、 250 t 锚机设计及其它多个方面技术的研究工作。 海洋深水钻井隔水管系统研究+ 项目已经通过了国家 863 项目申请答辩。中海油研究中心、华北荣盛等单位同样申请了国家 863 项目 深水立管设计安装关键技术研究、 3000 m 深水防喷器组及控制系统 等研究课题。3 国内外差距分析目前国内在海洋石油水下装备的研制方面与国外的差距较大。主要表现在以下几个方面:( 1) 国内海洋石油的开发还没有涉足深海区域, 仅中海油有 3 个属于常规水深范围的工程项目, 最大水深只有 333 m。( 2) 目前海洋石油水下开发区块多为合作开发, 工程设计经验不足 , 海洋装备总体性能较差。( 3) 国内当前海洋钻采装备研发主要集中在平台以上部分, 对海洋石油水下装备研究还没有进入实质性开发阶段。造成以上差距的主要原因是: 国家对海洋石油勘探开发在 “ 十一五” 才进一步加大力度, 起步较晚; ! 装备制造企业对海洋装备的研究才刚刚起步, 基本处于学习和认识阶段; 研发投入不足, 高级人才缺失; #研发缺少使用支持, 研究进度缓慢; 我国基础工业较差, 特别是材料及加工工艺研究较落后。海洋石油水下装备发展趋势分析1 发展趋势随着水深的增加, 对海洋石油水下装备的要求也越来越高 , 各部分之间相互联系越紧密, 设计及加工制造难度明显加大, 而且新技术也层出不穷,特别是控制技术由电控液逐步发展到全部电控, 大大简化了控制系统。总的来说 , 海洋石油水下装备发展主要表现在以下几个方面。( 1) 向模块化和标准化方向发展, 以降低成本;( 2) 随着水深增加, 高温、高压深水项目越来越多 ; ( 3) 故障自动恢复智能控制系统;( 4) 水下设备水面远程操作控制;( 5) 水下发电和传输技术将得到应用;( 6) 水下处理和压缩系统将逐步得到推广;( 7) 多个开发项目之间进行合作, 共享基础设施, 降低区块开发成本;( 8) 资源全球化, 工程和加工制造利用外部资源;( 9) 新技术研发投入剧增;( 10) 水下装备管理风险加大;( 11) 投资热点区域 : 西非、巴西、爱尔兰。2 市场分析为满足旺盛的海洋石油装备需求和淘汰陈旧的海上设备, 国外海洋石油钻井承包商在升级改造现有装置的同时, 大量投资建造新装置 , 目前正值新一轮建造高峰期。据统计, 目前世界上正在使用的钻井平台约为 580 座, 其中自升式钻井平台 380 座, 半潜式钻井平台 160 座, 钻井船 40 艘。这些钻井平台大部分都是 20世纪 80 年代建造的, 到 2010 年, 90% 钻井平台的使用寿命将超过 25 年。世界海洋石油勘探的蓬勃发展为整个海洋石油装备的发展提供了广阔的市场前景和发展机遇。随着海洋石油装备需求的剧增,而且向深水、大型化和自动化方向发展, 与之配套的海洋石油水下装备数量也将大幅提升 , 其市场价值将占海洋石油装备市场总值的 25% 。( 1) 钻井隔水管 2007 年, 全球海洋钻井隔水管的供货量约为 60 000m (相当于 30 套 2 000m 水深的海洋钻井隔水管 ), 预计今后几年 , 每年隔水管的需求量将在 80 000~ 100 000m 之间。( 2) 水下井控系统防喷器在今后几年需配套新建钻井平台约 30 套, 加上老平台升级、更新需 20 套左右 , 水下井控系统的需求量每年约 50 套。( 3) 水下井口及采油树据资料介绍, 国际著名公司 FMC 从 1967~ 2005 年共提供水下井口及采油树 1 433 套, 平均每年 38 套, 其中 2001~2005 年共提供 600 多套, 平均每年 120 套, 发展迅猛。预计未来 5 a 时间, 全球海上深水采购单包括 1 300 套海底采油树、 283 组海底基盘和管汇、13 000 km 的海底管线。未来 5~ 10 年将是我国海洋石油勘探开发实现跨越式发展和快速成长的关键时期。我国 3 大石油集团公司 中石油、中海油、中石化均对开发我国海洋油气资源提出了中长期规划, 中海油计划在 2010 年建成我国第 1 座 3 000 m 深水半潜式钻井平台。 3 大石油集团公司的宏伟规划为海洋石油水上装备及水下装备的发展提供了庞大的市场支持。我国海洋石油水下装备发展建议我国南海油气资源丰富, 周边国家正争相开采。为了实现南海深水油气资源的自主勘探开发,在世界深海油气勘探开发的国际竞争中处于有利地位, 必须打破国外技术垄断, 掌握深水油气勘探开发前沿技术, 拥有当今国际先进水平和自主知识产权的深水油气勘探开发装备。1 发展建议在立足自主研发的基础上, 依托重大海洋石油装备工程项目 , 通过引进吸收国外先进技术, 掌握核心和关键技术, 实现再创新和自主研制, 尽快缩小与国外的技术差距; 通过与国外具有先进技术水平的企业合作 , 开展联合设计和制造, 全面提升海洋石油水下装备的制造水平, 具体如下。( 1) 成立专业研究机构, 整合内部资源, 为国内研制提供保障。( 2) 加快人才的培养, 密切跟踪国外设计、研发动态 ,学习国外的先进技术, 做到高起点研发。( 3) 积极引进高端人才, 包括从国外高薪聘请顶尖人才 ,为我所用。针对海洋特点, 开展有针对性的专项技术研究。( 4) 采用组建跨国集团、合资合作等方式,广泛吸纳外部技术和资金等资源 ,全面提升海洋石油水下装备的设计和制造能力,满足国内海洋油气资源的勘探开发需要 , 增强国际竞争力。( 5) 要不断加速推广成熟的新技术及进行技术更新, 在产品的质量、可靠性、新技术应用等方面多下功夫。2 建议开展研究的项目建议相关石油装备制造企业开展钻井隔水管和采油立管、水下防喷器、水下井口、水下集输管汇、水下处理及压缩系统等项目的研究, 以适应海洋石油水下装备的发展要求。结 束语新技术、新挑战, 也是新的商机。只有依托国内石油装备制造龙头企业 , 吸收国内外有经验的研发人员, 购置高性能的加工设备, 加强技术交流和对外合作, 汲取国外的成熟经验和方法, 以自主创新、集成创新为技术方针 , 以项目合作为纽带, 产学研用相结合, 围绕我国海洋环境, 开展海洋石油水下装备的研制, 培养国内一流的研发队伍, 才能研制出完整的、具有自主知识产权的海洋石油水下装备, 为我国海洋油气开采提供保障。
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