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1、北京金正纵横信息咨询有限公司 油气钻井工艺技术发展现状及研发趋势分析报告节选第三章 海上钻井装备与钻井工艺发展状况分析 海洋油气开发占总量比例逐渐提高。全球海洋是陆地面积的 2 倍，海洋油气储量约为 1000-2500 亿吨油当量，占探明总储量的 34%；目前全球海上油气产量占总量的近 4 成，预计到2015 年，全球海洋石油所占比例将达到 45%。在过去 10 年间我国新增石油产量有 53%来自海洋，在 2010 年这一比例达到 85%，而海上油气产量增长的潜力还很大。 我国海洋石油开发提升至国家战略高度。2010 年，我国石油表观消费量达到 4.55亿吨，较 09年增长 4700万吨，已经
2、成为世界第二大石油进口国和石油净进口国，石油对外依存度达到 55%左右。以当前我国油气产量增长幅度来看，预计到 2020 年我国对外依存度将超过 60%，2050 年达到 75%，严重影响了国家能源安全。在陆上油田增量有限的情况下，海洋油气开发越发受到重视。“十二五”期间，在我国的海洋中将会再建设5000 万吨的生产能力，同时将会有 2-3 个深水油气田要建成投产，总投资将超过 2500-3000 亿元人民币。 海洋油气开发设备是核心。海洋工程被誉为高风险、高投入、高回报的产业，对一个油气开采项目整个环节的设备质量要求都十分苛刻。按照油气田开发的过程主要分为是勘探（找油） 、开发（钻井） 、生
3、产（采油）和储运（运油）4 个步骤，海洋工程的核心产品包括专业勘探船、海上固定平台、海上移动平台、浮式生产储油装置(FPSO)以及海底管道等海上设施。 海洋油气开采产业链及主要设备简介。 海洋勘探船是用于海洋地质勘探的海洋工程船舶，船上装有地震仪、收波电缆和有关勘探设备，利用这些仪器应用重力、磁性、电性等物理的方法，来寻找海底石油和矿藏；200米以内浅水油气开发平台一般使用固定平台、或移动导管架平台，但在在深水油气田开发中，传统的导管架平台和重力式平台正逐步被深水浮式平台和水下生产系统所代替；随着海洋油气开发生产向深海不断进入，FPSO的应用越来越多，与固定式平台相比，FPSO 具有适用范围广
4、、其储油能力大的特点；另外海洋工程还需要起重船、铺管船等基本配套设备。虽然目前我国海洋石油工程技术较世界先进水平还存在一定差距，但有些个别产品已经可以参与海外市场竞争，未来 5 年我国海洋工程行业有着巨大发展空间。 第一节 海上石油钻井装备一、深水海洋石油钻井装备发展现状及趋势（一）、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;
5、 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、Cameron、Ak
6、erKvaerner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、Shaffer 、H 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
7、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 a meron、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 、AkerKvaerner 、Cameron、Dril-Quip等公司。2、发展历
8、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: 1979年第 1个电液控制水下集输管汇系统; 1991年第 1个水平采油树; 1993年第 1个多相泵; 1994年第 1个1000m水深水下生产装置诞生于巴西石油公司; 1995年第 1个多相流量计; 1998年第 1个智能测量井口系统完成; 2000年第 1个无机器人水下分离系统; 2002年第 1个 2 000 m水深水下生产装置; ( 2004年 2244m水深的水下井口应用于 734个生产区块; ) 2005年第 1个 2400m水深水下生产装置。目前世界上已有将近
9、 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
10、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 2 a , 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
11、技术研究、3000m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
12、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。（二）、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
13、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
14、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 a 。截止到 2008年 1月, 全球在建的半潜式钻井平台共 44座, 还有 5座平台在进行升级改造。考虑到对海洋石油勘探需求的增加, 在未来的 10 a里, 需要新建用于海洋石油勘探开发的大型自升式钻井平台 100多座、半潜式钻井平台 40多座, 市场价值将超过 200亿美元。由此可见, 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
15、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
16、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 a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 000m深水半潜式钻井平台, 中石油计划在 2011年建造 3 000 m水深钻井平台, 中石化也将在 2012年建造 3 000 m水深钻井平台。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。（三）、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
