海洋钻井装备

随着世界能源危机的加剧和未来陆地油气储量的逐渐枯竭，人们把视线转移到海洋资源的开发利用上。海洋又被称为蓝色国土，占地球表面总面积的70%，以其蕴藏的丰富的生物和矿物资源，日益成为世界经济的大舞台。人类的生存和发展也将越来越多地依赖于对海洋资源的开发和利用。但由于人类对于海洋资源的利用远不及对陆地资源的利用，因此一场认识海洋、开发海洋的蓝色革命正席卷全球。

据统计，全球海洋石油蕴藏量约为1 000多亿吨，占全球石油资源总量的30%以上，其中，已探明的储量约为380亿吨。我国是一个海洋大国，综合评估我国海域有350亿～400亿吨油气资源储量。但是我国的海洋油气事业发展相对滞后，尤其在深海油气勘探开发方面。而我国又是世界上人口最多、人均土地资源匮乏的国家，导致我国近年来原油的对外依存度逐年攀高。因此，加快我国海洋石油开发的需求愈发迫切，大力发展海洋石油勘探开发技术，并不断向海洋的深度和广度进军，对我国经济发展和能源安全具有非常重要的战略意义。

开发海洋能源，加强我国海洋工程建设是首要条件。从广义上讲，海洋工程是一个主要为海洋科学调查和海洋开发提供一切手段与装备的新兴工程门类，是一个高新技术产业，具有很强的综合性、配套性和知识密集性。海洋资源开发利用的工程设施和装备研究、开发和实现都属于海洋工程的范畴。海洋资源的开发利用大致分为五类：一是海水以及所含物资资源的提取；二是海洋生物资源的开发利用；三是海底金属、矿物、油气资源的勘探开发；四是海洋能源（波浪能、潮汐能、温差能等）开发；五是海洋空间的开发利用。从狭义上，对于油气资源开发来讲，海洋工程的范畴是为海洋资源开发提供满足使用要求的船舶与海洋结构物，目前主要是指开发利用海洋油气资源的先进海洋工程装备。

海洋工程装备主要指海洋资源（特别是海洋油气资源）勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等方面的大型工程装备和辅助装备。它是海洋经济发展的前提和基础，处于海洋产业价值链的核心环节，具有高技术、高投入、高产出、高附加值、高风险的特点，是先进制造、信息、新材料等高新技术的综合体。它的产业辐射能力强，大大带动了国民经济的发展。

国际上通常将海洋工程装备分为三大类：海洋油气资源开发装备、其他海洋资源开发装备、海洋浮体结构物。目前海洋工程装备的主体是海洋油气资源开发装备，它包括各类钻井平台、生产平台、浮式生产储油船、卸油船、起重船、铺管船、海底挖沟埋管船、潜水作业船等，如图1-1所示。

图1-1　海洋工程装备分类

海洋工程装备技术研究的主要内涵就是针对海洋油气资源开发利用过程中所涉及的海上作业钻井平台（船）、配套工程船舶和其他结构物等进行海洋环境、水动力性能、结构力学、船型开发、船舶设计、造船技术、工程安装等有关基础科学研究和工程技术应用研究。技术研究重点是深水油气资源开发中的海洋工程装备关键技术和支撑技术研究。

（1）国外海洋装备发展历程

人类早期的海洋石油勘探和开发是在近海岸的极浅海中开始的。1897年在美国加州Summer Land海滩的潮汐地带上架设了一座250英尺（1英尺＝0．304 8m）长的木架，把钻机放在上面打了世界上第一口海上钻井。以后的许多年，随着能源需求和科学技术的不断进步，浅水海区勘探和开采技术的不断成熟，浅水勘探和开采面积的不断缩小，世界各大石油公司纷纷把目光转向深海，人们的勘探步伐从浅海逐步走向深海，作业水深不断加深。由此推动了钻井装备的快速发展，适合深水钻井的钻井船、钻井平台以及相配套的技术和设施也应运而生。

随着科学技术的不断进步，海上钻井技术发展逐渐进入成熟期，海上钻井装置也迎来了建造的黄金周期。与此同时，海上可移动钻井装置的技术性能也得到了突飞猛进的提升，尤其是在钻井能力、工作水深以及可变载荷这三个方面的技术研究都有显著提高。

由于深水勘探开发的需要，其设计、建造、安装技术有了突飞猛进的发展，其工作水深、原油储存能力、天然气处理能力、抗风暴能力，以及总体性能都在向更强、更大的方面迈进。钻井技术、各种作业技术、平台定位技术、油气输送技术、海上工程安装、铺管、布缆、检测、水下电视、潜水作业、通讯等技术研究都在发展进步，从而又促进了海洋石油勘探技术的快速发展。如无隔水管钻井技术、人工浮筒海床技术、海底泥浆举升钻井系统等，已通过试验，有些技术在实际工程中得到了应用。

20世纪80年代以后，海洋油气资源勘探开发发展迅速，沿海国家纷纷进入这个领域，建造了许多种类的钻井平台，主要形式有：固定式钻井平台、坐底式钻井平台、钻井驳船、自升式钻井平台、半潜式钻井平台以及具备自航和动力定位的钻井船。另外，海上开发设施还包括导管架平台、张力腿平台、Spar（单柱式平台）、FPSO（Floating Production Storage and Offloading浮式生产储油船）。张力腿平台最大的工作水深已达1 425m，Spar为1 710m，FPSO为1 800m，水下作业机器人（ROV）超过3 000m，采用水下生产技术开发的油气田最大水深为2 192m。现在，钻井装置的发展趋势是向更深的海域，适于更恶劣的环境，设计更合理，适用更广泛，技术性能更强，更先进，更安全的方面发展。第6代的深海钻井船的工作水深将达到3 658m，钻井深度可达到11 000m，水下维修深度为2 000m，深海铺管长度达到12 000km。钻机绞车功率突破8 000kW，钻深能力将突破12 000m。

（2）我国海洋装备发展历程

经过几十年的发展与进步，我国的海洋工程装备制造业已经初具规模，其发展历程大致可划分为三个阶段。

1）起步阶段：20世纪60～90年代。

我国海洋工程起步相对较晚，20世纪60年代中期，我国才开始进行海洋油气开发，当时尚未开放，所有装备全靠自力更生。1966年，我国建造了第一座固定平台。随后，在1972年和1974年分别建立了第一座自升式钻井平台“渤海一号”和第一艘钻井浮船“勘探一号”，可在渤海湾30m水深处钻井。进入80年代，又相继设计建造了“渤海五号”“渤海七号”“渤海九号”等自升式钻井平台和“胜利1号”“胜利2号”“胜利3号”等座底式钻井平台。1984年，我国自行设计建造的第一座半潜式钻井平台“勘探三号”交付使用，同年11月在东海海域成功打了“灵峰一井”。我国自行设计建造的第1艘FPSO是在1989年由中国船舶工业第708研究所设计、上海沪东造船厂建造的“渤海友谊”号，采用软刚臂系泊方式，工作水深23m。90年代以后，受国际石油危机和国内外市场需求减少的影响，我国海工装备制造的发展步伐明显放缓，整体技术水平和国外水平也逐渐拉大。

2）发展时期：2000～2005年。

伴随着经济的快速发展，能源问题成为国内外关注的焦点，海洋工程装备需求快速增长，推动着我国海洋工程装备制造业的发展。有了早期的平台自主设计、制造的经验，我国逐渐在FPSO领域取得了很大的进展，建立了一批国际先进的海工产品。国内的FPSO生产、制造主要由中国重工旗下的大船重工集团和中国船舶旗下的外高桥造船厂完成，其中更以大连重工集团为多。在设计方面，中船集团708所完成了绝大多数国内建造FPSO的设计工作。截止到2004年，中国海洋石油总公司共有FPSO13艘，最小的是在渤中2821油田的“渤海友谊”号，载质量5．2×104 t；最大的是在渤中2521油田的“海洋石油113”号，储油量17×104 t。我国已成为世界上新建FPSO数量最多的国家。

3）多元化发展：2006年至今。

近几年，我国的海洋工程装备制造业进入一个新的阶段。这不仅是由于国内企业可以自主建造新的、具有里程碑意义的产品，而且国内海洋工程制造企业格局发生了新的改变，一批新的海洋工程后起之秀在国内和国际舞台上崭露头角。在国内海洋工程装备竞争格局中，中远船务已经与中船重工同为主要生产企业，而且中集来福士、招商局重工、海油工程等也有了出色的业绩表现。在海洋工程辅助船方面，太平洋造船集团、中船集团和中船重工位列三甲；在设备改装方面，中远船务也和中船集团、中船重工齐头并进。我国海洋工程装备制造业的竞争格局已经出现群雄并起的苗头。

我们尽管在海上石油勘探开发方面积累了一定的经验，但是，在海上边际油田开发技术、深水油气田勘探开发技术、海洋工程施工技术及装备等方面依然面临着严峻的挑战。