我國(guó)海洋油氣鉆井裝備技術(shù)現(xiàn)狀及展望*

趙濤 黃元元 賈向鋒 李亞偉 喬維鶴 魏峰 侯和杰

(寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司)

0 引言

2020 年，我國(guó)已成為世界第二大石油消費(fèi)國(guó)和第三大天然氣消費(fèi)國(guó)，原油對(duì)外依存度達(dá)到了創(chuàng)歷史的74%，天然氣對(duì)外依存度超過(guò)了40%，能源安全形勢(shì)異常嚴(yán)峻。隨著陸地石油資源的持續(xù)大規(guī)模開(kāi)采和儲(chǔ)量的不斷減少，海洋油氣資源的開(kāi)發(fā)將成為我國(guó)“十四五”期間油氣資源開(kāi)發(fā)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)，而海洋鉆井裝備的技術(shù)水平則直接決定著海洋油氣開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。目前，國(guó)內(nèi)在役的深水鉆井平臺(tái)中，90%以上的鉆井裝備進(jìn)口國(guó)外，這已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國(guó)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)特別是深水油氣開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。為了促進(jìn)海洋油氣鉆井裝備技術(shù)進(jìn)步，加快海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)裝備的國(guó)產(chǎn)化步伐，筆者對(duì)我國(guó)海洋鉆井裝備的整體技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和主要鉆井裝備進(jìn)行了深入分析，指出了我國(guó)與國(guó)外存在的差距和不足，并提出了后續(xù)海洋鉆井裝備的發(fā)展方向及發(fā)展建議。

1 我國(guó)海洋油氣鉆井裝備技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)海洋石油工業(yè)起步于20 世紀(jì)50 年代的鶯歌海。1982 年中國(guó)海洋石油總公司正式成立，標(biāo)志著我國(guó)海洋石油工業(yè)跨上新臺(tái)階。1984 年，我國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造的國(guó)內(nèi)第一座半潛式鉆井平臺(tái)“勘探三號(hào)”交付使用，其最大作業(yè)水深200 m，最大鉆井深度6 000 m。平臺(tái)鉆井系統(tǒng)的核心裝備海洋動(dòng)態(tài)井架和鉆井泵由寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱寶石機(jī)械公司) 生產(chǎn)配套，這是我國(guó)最早的國(guó)產(chǎn)海洋鉆井裝備[1－2]。

進(jìn)入21 世紀(jì)，隨著我國(guó)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)的大幅增長(zhǎng)，海洋鉆井裝備技術(shù)得到了快速發(fā)展。從技術(shù)研發(fā)模式來(lái)講，先后經(jīng)歷了仿制、部分研制、自主研制和創(chuàng)新研制4 個(gè)階段[3]。從技術(shù)路線而言，由早期的機(jī)械傳動(dòng)和直流電驅(qū)動(dòng)技術(shù)逐步發(fā)展為交流變頻電驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)，并不斷向自動(dòng)化及智能化方向延伸。國(guó)內(nèi)部分油氣鉆井裝備制造企業(yè)目前已經(jīng)具備了淺水海洋鉆井裝備的設(shè)計(jì)制造和總包集成能力，正在向深水鉆井裝備領(lǐng)域不懈探索。

1.1 淺水鉆井裝備技術(shù)現(xiàn)狀

淺水鉆井平臺(tái)一般適應(yīng)的工作水深為150 m 以內(nèi)，主要包括坐底式平臺(tái)、導(dǎo)管架平臺(tái)和自升式平臺(tái)等，也包括淺灘和人工島等作業(yè)模式的固定平臺(tái)，其配套的鉆井設(shè)備主要為模塊鉆機(jī)或鉆修機(jī)。其中，導(dǎo)管架平臺(tái)和坐底式平臺(tái)的鉆井系統(tǒng)裝備已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。國(guó)內(nèi)寶石機(jī)械公司于2002年為中海油“惠州19－3”平臺(tái)自主研制了我國(guó)首臺(tái)7 000 m 成套海洋模塊鉆機(jī)，目前的四川宏華石油設(shè)備有限公司和蘭州蘭石石油裝備工程有限公司等已具備了鉆深9 000 m 及以下模塊鉆機(jī)的供貨能力，特別是國(guó)產(chǎn)變頻器自2015 年開(kāi)始陸續(xù)在海上獲得應(yīng)用，打破了西門子和ABB 等國(guó)外公司的長(zhǎng)期技術(shù)壟斷。寶石機(jī)械公司已累計(jì)交付海洋模塊鉆修機(jī)系統(tǒng)90 余套，占國(guó)產(chǎn)海洋鉆修機(jī)交付數(shù)量的70%以上，是我國(guó)海洋鉆修機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)者，可提供鉆深12 000 m 及以下的海洋模塊鉆機(jī)。自升式平臺(tái)鉆井系統(tǒng)的塔式井架、絞車和鉆井泵等常規(guī)設(shè)備國(guó)內(nèi)均可自主生產(chǎn)，寶石機(jī)械公司曾在2010—2015 年完成了6 套91.5 m(300 ft)自升式鉆井平臺(tái)EPC 總包，所用鉆井系統(tǒng)裝備均自主生產(chǎn)；大連遼河重工(現(xiàn)已破產(chǎn)重組) 在2011—2015年自主建造了2 座91.5 m(300 ft)和121.9 m(400 ft)自升式鉆井平臺(tái)，鉆井系統(tǒng)裝備也全部國(guó)產(chǎn)，但未配置全套管柱自動(dòng)化處理系統(tǒng)，僅配套了鐵鉆工、液壓吊卡和動(dòng)力卡瓦等單元設(shè)備?？傮w來(lái)看，淺水鉆井裝備國(guó)內(nèi)企業(yè)基本可以實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)配套[4]。

1.2 深水鉆井裝備技術(shù)現(xiàn)狀

深水鉆井平臺(tái)主要包括張力腿平臺(tái)(TLP)、立柱式平臺(tái)(SPAR)、半潛式平臺(tái)和鉆井船等。隨著工作水深的不斷增加，TLP 平臺(tái)和SPAR 平臺(tái)在適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)性等方面已經(jīng)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前全球主流的深水和超深水鉆井平臺(tái)主要以半潛式平臺(tái)和鉆井船為主。國(guó)內(nèi)在役的半潛式鉆井平臺(tái)共有18座，其中中海油12 座，中石化2 座，工銀租賃2座，中集來(lái)福士2 座，如表1 所示。除南海2 號(hào)平臺(tái)的鉆井泵、勘探三號(hào)平臺(tái)的井架和鉆井泵為國(guó)產(chǎn)外，其余鉆井裝備均由國(guó)外提供。鉆井船方面，上海船廠2012 年為荷蘭OOS Energy 公司建造了“TIGER－1”號(hào)深水鉆井船，其最大作業(yè)水深為1 524 m，最大鉆井深度為10 000 m，搭載的鉆井系統(tǒng)設(shè)備中，升沉補(bǔ)償系統(tǒng)、頂驅(qū)和管柱處理系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)口國(guó)外，其余的井架、絞車和鉆井泵等常規(guī)設(shè)備由四川宏華石油設(shè)備有限公司提供。

表1 國(guó)內(nèi)在役的半潛式鉆井平臺(tái)概況Table 1 Overview of semi-submersible drilling platforms in service in China

國(guó)際上半潛式鉆井平臺(tái)已發(fā)展到第七代，其顯著特點(diǎn)是采用DP3 動(dòng)力定位，雙井口作業(yè)模式，配備雙鉆井提升系統(tǒng)，作業(yè)水深超過(guò)3 658 m，最大鉆井深度超過(guò)12 192 m。目前全球最先進(jìn)的半潛式鉆井平臺(tái)為中集集團(tuán)煙臺(tái)來(lái)福士船廠建造的“藍(lán)鯨Ⅰ號(hào)”和“藍(lán)鯨Ⅱ號(hào)”超深水半潛式鉆井平臺(tái)。該平臺(tái)以Frigstand D90 為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，由中集來(lái)福士完成詳細(xì)設(shè)計(jì)和建造，主要鉆井設(shè)備全部進(jìn)口美國(guó)NOV 公司，其最大特點(diǎn)是采用雙井口油缸舉升式全液壓鉆井系統(tǒng)，作業(yè)效率可提升30%[5]。

1.2.1 海洋動(dòng)態(tài)井架

海洋動(dòng)態(tài)井架主要有單井架、一個(gè)半井架、主輔井架和雙主井架等4 種，目前國(guó)際上主流的深水鉆井平臺(tái)或鉆井船均采用雙聯(lián)井架模式。雙聯(lián)井架通常分為兩種:一種為全液壓雙聯(lián)井架，是挪威Aker MH 公司的專利產(chǎn)品；另一種為變頻絞車提升的雙聯(lián)塔式井架，是美國(guó)越洋鉆探公司(Transocean) 的專利產(chǎn)品。全液壓雙聯(lián)井架采用多組液壓油缸提升系統(tǒng)，代替了傳動(dòng)的絞車提升系統(tǒng)，具有體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、自動(dòng)化程度高以及安全性好等優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)還未自主建造過(guò)此種井架。四川宏華石油設(shè)備有限公司在2012 年曾為“TIGER”鉆井船提供了1 套額定載荷6 750 kN 的深水塔式井架，但未進(jìn)行工程應(yīng)用；寶石機(jī)械公司2018 年承擔(dān)了國(guó)家工信部項(xiàng)目“第七代半潛式鉆井平臺(tái)創(chuàng)新專項(xiàng)”，已完成了額定載荷11 500 kN的雙聯(lián)塔式井架設(shè)計(jì)，但未投入建造[6]。

1.2.2 鉆井泵組

目前的浮式鉆井平臺(tái)或鉆井船通常配套4～5臺(tái)1 617 kW (2 200 hp) 高壓鉆井泵或3～4 臺(tái)2 205 kW (3 000 hp) 高壓鉆井泵。國(guó)內(nèi)大功率高壓鉆井泵技術(shù)比較成熟，寶石機(jī)械公司在2005 年研制出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)1 617 kW 三缸高壓鉆井泵，2010 年研制出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)2 205 kW 三缸高壓鉆井泵，近幾年又先后開(kāi)發(fā)了1 617、2 205 kW 五缸高壓鉆井泵，年產(chǎn)量達(dá)600 臺(tái)以上，是國(guó)內(nèi)最大的鉆井泵供應(yīng)商；四川宏華石油設(shè)備有限公司也開(kāi)發(fā)了1 617 kW 三缸高壓鉆井泵和1 764 kW 五缸高壓鉆井泵；蘭州蘭石石油裝備工程有限公司也具備1 617 kW 三缸高壓鉆井泵的供貨能力。

1.2.3 鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)

鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)主要用于克服波浪上下升沉運(yùn)動(dòng)對(duì)鉆柱產(chǎn)生的影響，維持鉆柱底部的恒定鉆壓。鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)按照其安裝位置和結(jié)構(gòu)形式，通?？煞譃橛诬囇a(bǔ)償、天車補(bǔ)償、絞車補(bǔ)償和死繩補(bǔ)償4 種類型；按照動(dòng)力供應(yīng)模式可分為主動(dòng)補(bǔ)償(AHC)、被動(dòng)補(bǔ)償(PHC) 和半主動(dòng)補(bǔ)償(SAHC) 3 種類型[7]。目前浮式鉆井升沉補(bǔ)償技術(shù)主要被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷，如Aker MH 公司、NOV 公司和Control Flow 公司等，國(guó)內(nèi)僅有寶石機(jī)械公司先后研制過(guò)120 t 游車補(bǔ)償、450 t 天車補(bǔ)償和1 103 kW (1 500 hp) 絞車補(bǔ)償樣機(jī)，并在2017年為“海洋地質(zhì)十號(hào)”船生產(chǎn)過(guò)1 套補(bǔ)償能力為40 t 的被動(dòng)式游車補(bǔ)償裝置，其他裝備制造廠家也有相關(guān)研究，但均沒(méi)有生產(chǎn)制造和應(yīng)用業(yè)績(jī)。

1.2.4 管柱自動(dòng)化處理系統(tǒng)

管柱自動(dòng)化處理系統(tǒng)主要用于代替人工實(shí)現(xiàn)管柱的運(yùn)輸、上卸扣和排放等作業(yè)，是現(xiàn)代自動(dòng)化、智能化鉆井的關(guān)鍵技術(shù)和配套裝備。目前固定式平臺(tái)配套的海洋模塊鉆修機(jī)已開(kāi)始配套部分管柱自動(dòng)化處理單元設(shè)備，如鐵鉆工和二層臺(tái)排管機(jī)械手等。用于深水作業(yè)的浮式鉆井平臺(tái)或鉆井船配套的管柱自動(dòng)化處理系統(tǒng)，通?？煞譃闃蚴脚殴芟到y(tǒng)和柱式排管系統(tǒng)兩種，且?guī)в须x線建立根功能，其技術(shù)目前主要被NOV 公司、Aker MH 公司和Hydralift 公司所壟斷，國(guó)內(nèi)各大企業(yè)還不具備系統(tǒng)化供貨能力，僅能提供部分單元設(shè)備。其中寶石機(jī)械公司生產(chǎn)的折臂抓管吊機(jī)、軌道式鐵鉆工、動(dòng)力貓道和二層臺(tái)排管機(jī)械手等管柱處理系統(tǒng)設(shè)備已在海上實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用[8]。

1.2.5 鉆井隔水管系統(tǒng)

海洋鉆井隔水管是深水鉆井作業(yè)的關(guān)鍵配套裝備。海洋鉆井隔水管的核心技術(shù)主要集中在美國(guó)和挪威等發(fā)達(dá)國(guó)家的專業(yè)公司，美國(guó)的GE (Vetco Gray) 公司和Cameron 公司是當(dāng)今世界上最大的海洋鉆井隔水管生產(chǎn)制造商，其產(chǎn)品占據(jù)全球60%以上市場(chǎng)，另外還包括美國(guó)的NOV 公司、Dril-Quip 公司、FMC 公司以及挪威的Aker MH 公司。目前全球在役的鉆井隔水管最大工作水深記錄為3 628 m (西非安哥拉海域)，最大載荷級(jí)別為15 568 kN。隔水管系統(tǒng)全部配套設(shè)備包括提升工具、卡盤、向節(jié)、分流器、緊環(huán)、伸縮裝置、隔水管單根、灌注閥、撓性接頭、下部隔水管總成和隔水管浮力塊等。國(guó)際上主流的隔水管接頭形式主要包括鎖塊式、法蘭式和快速連接式3 種。國(guó)內(nèi)對(duì)海洋隔水管研究起步較晚，中國(guó)石油大學(xué)、上海交通大學(xué)和西南石油大學(xué)等從事過(guò)海洋隔水管的分析計(jì)算；惠州和湛江等地民營(yíng)企業(yè)從事過(guò)隔水管修理業(yè)務(wù)，但技術(shù)能力薄弱，工藝方法混亂。寶石機(jī)械公司先后完成了科技部和工信部3 個(gè)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目、4 個(gè)隔水管大修和4 個(gè)隔水管制造項(xiàng)目，并取得了目前國(guó)內(nèi)唯一的隔水管API Spec 16F 證書，隔水管單根、伸縮節(jié)和卡盤等產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化配套應(yīng)用，同時(shí)還建立了海洋立管全尺寸疲勞試驗(yàn)臺(tái)、海洋立管焊接試驗(yàn)臺(tái)和深水高壓模擬倉(cāng)等隔水管系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)施，已具備整套隔水管系統(tǒng)的供貨能力[9－10]。

1.2.6 水下防噴器系統(tǒng)

水下防噴器安裝在海底，上部連接隔水管系統(tǒng)，下部連接水下井口裝置或水下采油樹(shù)，是深水鉆井作業(yè)最重要的井控設(shè)備。國(guó)外主流的水下防噴器工作壓力為103.5 MPa，最高工作壓力可達(dá)137.9 MPa，工作水深可達(dá)3 000 m 以上。水下防噴器系統(tǒng)通常由下部隔水管總成、下部防噴器組以及控制系統(tǒng)組成。目前水下防噴器主要被CAMERON 公 司、NOV (SHAFFER) 公 司、GE(HYDRIL) 公司等所壟斷。美國(guó)CAMERON 公司在2015 年OTC 上，推出了全球第一個(gè)三箱(3－POD) 水下防噴器控制系統(tǒng)，其技術(shù)處于全球領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)僅有華北榮盛公司開(kāi)展了水下防噴器技術(shù)研發(fā)，曾研制了1 套68.9 MPa 水下環(huán)形防噴器和1 套103.5 MPa 水下閘板防噴器組樣機(jī)，沒(méi)有研制防噴器控制系統(tǒng)，也未進(jìn)行海試?？傮w來(lái)看，國(guó)內(nèi)目前還未掌握水下防噴器及控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，距離工程化應(yīng)用差距較大[11]。

2 我國(guó)海洋油氣鉆井裝備與國(guó)外的差距

2.1 鉆井裝備自動(dòng)化、智能化水平較低

鉆井裝備的自動(dòng)化、智能化水平與鉆井效率和作業(yè)成本息息相關(guān)，也事關(guān)操作者的人身安全。其中鉆井集成控制系統(tǒng)和自動(dòng)化管柱處理系統(tǒng)是鉆井裝備自動(dòng)化水平的最直接體現(xiàn)。美國(guó)的NOV 公司早在20 世紀(jì)80 年代就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了立柱式全套海洋排管系統(tǒng)，主要設(shè)備包括柱式排管機(jī)、動(dòng)力指梁、鐵鉆工、鉆臺(tái)機(jī)械手、動(dòng)力貓道和抓管吊機(jī)等，與其配套的是“cyber base”司鉆集成控制系統(tǒng)。挪威的Aker MH 公司也在20 世紀(jì)90 年代開(kāi)發(fā)了橋吊式全套海洋排管系統(tǒng)，主要設(shè)備包括二層臺(tái)排管機(jī)械手、動(dòng)力指梁、鷹爪機(jī)、鐵鉆工、低位導(dǎo)向臂、動(dòng)力貓道和折臂抓管機(jī)等，搭配的是“drill view”司鉆集成控制系統(tǒng)。這些設(shè)備優(yōu)先在英國(guó)北海、墨西哥灣和西非等海域得到了批量應(yīng)用，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率和作業(yè)安全性[12]。

德國(guó)海瑞克公司于2010 年推出了TI－350T 陸地全液壓自動(dòng)化鉆機(jī)，該鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)地面水平建雙立根作業(yè)，通過(guò)液壓機(jī)械手臂直接將鉆柱舉升至鉆臺(tái)面，并通過(guò)液壓頂驅(qū)完成鉆柱連接，無(wú)需二層臺(tái)，整個(gè)管柱處理系統(tǒng)路線短，安全性高，省時(shí)省力[13]。同時(shí)該鉆機(jī)井架采用了先進(jìn)的液壓油缸伸縮模式，可確保提升速度和效率。意大利的Drillmec 公司在2006 年就推出了HH350 全液壓自動(dòng)化鉆機(jī)，該鉆機(jī)的鉆具提升和下放運(yùn)動(dòng)通過(guò)舉升液缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆機(jī)井架采用柱式結(jié)構(gòu)，具有自升能力，由單液缸驅(qū)動(dòng)井架的伸縮，液壓頂驅(qū)具有伸縮功能，可在井眼與鼠洞之間水平移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)在鼠洞與井眼間移送管柱。同時(shí)該鉆機(jī)還采用了垂直管架輸送系統(tǒng)以及扇形的立根盒布置，立根區(qū)安裝有兩個(gè)可上、下移動(dòng)的排管機(jī)，可實(shí)現(xiàn)管柱自動(dòng)化操作。該鉆機(jī)目前已在全球銷售100 多臺(tái)[14]。

美國(guó)的斯倫貝謝公司最新研制了一款名為FUTURE RIG 的未來(lái)智能鉆機(jī)，其控制系統(tǒng)設(shè)置有兩個(gè)前后錯(cuò)位排放、高低位分別布局的主、輔司鉆操作臺(tái)，二層臺(tái)配置了多個(gè)機(jī)械手，司鉆系統(tǒng)內(nèi)置各種傳感器超過(guò)1 000 個(gè)，可以對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行全方位的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。斯倫貝謝公司還開(kāi)發(fā)了“DrillPlan”操作平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)整套鉆機(jī)的虛擬數(shù)字化控制，自動(dòng)化和智能化水平較高。美國(guó)NOV 公司開(kāi)發(fā)的“eHawk”專家故障診斷系統(tǒng)具有在線技術(shù)支持、故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)視及維護(hù)提醒分析等功能，可貫穿鉆機(jī)的全生命周期[3]。

由于我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)的起步較晚，加之國(guó)外的技術(shù)壟斷和封鎖，海洋鉆井裝備的自動(dòng)化和智能化技術(shù)起步較晚且發(fā)展緩慢。寶石機(jī)械公司和四川宏華石油設(shè)備有限公司等企業(yè)先后開(kāi)發(fā)出了一系列海洋管柱自動(dòng)化處理設(shè)備，但是僅在陸地實(shí)現(xiàn)了配套應(yīng)用，還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)全套海洋管柱自動(dòng)化處理系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用。在液壓鉆機(jī)方面，寶石機(jī)械公司雖然2017 年交付了我國(guó)首套海洋全液壓鉆探系統(tǒng)，該鉆探系統(tǒng)具備一定的自動(dòng)化水平，但提升能力僅為60 t，最大水深＋鉆深為600 m，技術(shù)難度遠(yuǎn)低于國(guó)外的全液壓自動(dòng)化鉆機(jī)。

國(guó)內(nèi)在役的海洋鉆井平臺(tái)自動(dòng)化和智能術(shù)水平普遍較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。目前中海油在用的鉆井平臺(tái)中，僅有 HYSY941/942 和HYSY981/982 等近幾年新建的高端鉆井平臺(tái)配置了全進(jìn)口的自動(dòng)化管柱處理系統(tǒng)和司鉆集成控制系統(tǒng)，但這些自動(dòng)化裝備大多都是國(guó)外20 世紀(jì)90 年代或21 世紀(jì)初的技術(shù)，自動(dòng)化水平相對(duì)較低。而被譽(yù)為全球最先進(jìn)的超深水半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨Ⅰ號(hào)”，其主要鉆井設(shè)備均來(lái)自美國(guó)NOV 公司，其配套的柱式自動(dòng)化排管系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備國(guó)內(nèi)還不具備設(shè)計(jì)制造能力。

2.2 高端海洋鉆井裝備核心技術(shù)未掌握

在海洋裝備領(lǐng)域，歐洲等西方發(fā)達(dá)國(guó)家以研發(fā)、建造深水和超深水等高附加值海洋工程裝備為核心，掌握了高端海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)裝備設(shè)計(jì)、制造及關(guān)鍵件集成配套技術(shù)，特別是在裝備的集成化和智能化方面形成了一定的技術(shù)壟斷態(tài)勢(shì)。與國(guó)外相比，我國(guó)海洋鉆井裝備在一些關(guān)鍵核心技術(shù)上仍然不夠成熟，特別是適用于深水和超深水鉆井作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，如全液壓鉆探系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)、海洋柱式排管機(jī)、天車補(bǔ)償/死繩補(bǔ)償裝置、水下防噴器及控制系統(tǒng)、大型液壓控制系統(tǒng)及液壓泵站、海洋鉆井隔水管系統(tǒng)集成配套技術(shù)、智能化集成控制技術(shù)，以及液壓油缸、水下傳感器和水下接頭等關(guān)鍵零部件。要掌握這些技術(shù)還需要花費(fèi)數(shù)年甚至數(shù)十年進(jìn)行探索、研究和實(shí)踐[15]。

2.3 海洋裝備基礎(chǔ)研究不夠深入

國(guó)外對(duì)海洋鉆井的技術(shù)研究已超過(guò)120 a，其基礎(chǔ)研究扎實(shí)，技術(shù)水平先進(jìn)，裝備工藝成熟，且工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富。我國(guó)自20 世紀(jì)60 年代才開(kāi)始海洋油氣的開(kāi)發(fā)，為了快速追求效益，多以模仿和集成為主，雖然起點(diǎn)相對(duì)高一些，但基礎(chǔ)技術(shù)的研究仍然不夠，比如應(yīng)用于海洋領(lǐng)域的高端金屬材料、工程材料、防腐材料以及用于自動(dòng)化控制的變頻器、芯片、水下電液插頭和臍帶纜等技術(shù)仍然比較薄弱，對(duì)于產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也不足。

2.4 海洋裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展機(jī)制不健全

國(guó)外的海洋裝備研發(fā)制造企業(yè)自研發(fā)立項(xiàng)開(kāi)始，就與最終油田公司和作業(yè)方建立戰(zhàn)略聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)深度合作，較好地解決了海試和產(chǎn)業(yè)化推廣問(wèn)題。而國(guó)內(nèi)由于體制與機(jī)制各方面問(wèn)題的制約，用戶往往從當(dāng)前收益和固定資產(chǎn)投入角度來(lái)考慮，不愿意承擔(dān)相應(yīng)海試風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)眾多的海洋新產(chǎn)品雖被研發(fā)出來(lái)但沒(méi)有用戶依托，無(wú)法完成海試和推廣應(yīng)用。這樣不僅沒(méi)有促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，反而導(dǎo)致裝備制造企業(yè)失去技術(shù)研發(fā)的積極性，形成惡性循環(huán)。好在近年來(lái)，國(guó)家層面也看到了問(wèn)題的癥結(jié)所在，一些激勵(lì)與免責(zé)等政策相繼出臺(tái)，產(chǎn)、學(xué)、研、用一體化結(jié)合已經(jīng)逐步開(kāi)始。

3 我國(guó)海洋油氣鉆井裝備的發(fā)展方向

3.1 淺水鉆井裝備逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

目前我國(guó)淺水海洋鉆井裝備技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并且形成了系列化開(kāi)發(fā)和完全國(guó)產(chǎn)化制造，但產(chǎn)品定制化多，用戶特殊要求多，這樣既不利于裝備制造企業(yè)的生產(chǎn)組織，也不便于用戶的設(shè)備管理和配件集中采購(gòu)。目前各鉆井裝備企業(yè)都在積極推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化技術(shù)的發(fā)展。

3.2 自動(dòng)化和智能化發(fā)展已成定局

從鉆井裝備的總體發(fā)展趨勢(shì)分析，結(jié)合HSE相關(guān)要求，自動(dòng)化和智能化是大勢(shì)所趨。國(guó)外新建的鉆井平臺(tái)全部配套了自動(dòng)化管柱處理系統(tǒng)、智能司鉆控制系統(tǒng)和云數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等，部分裝備已具備了一鍵自動(dòng)操作和無(wú)人值守作業(yè)功能。國(guó)內(nèi)的海洋模塊鉆修機(jī)也開(kāi)始逐步配套自動(dòng)化管柱處理系統(tǒng)等，海洋鉆井裝備的自動(dòng)化和智能化已全面開(kāi)啟。

3.3 深水化發(fā)展是大勢(shì)所趨

據(jù)Global Data 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018—2025 年，全球海洋油氣投資60%以上分布在深水區(qū)和超深水區(qū)，全球排名前50 的超大型油氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，75%是深海項(xiàng)目，70%以上水深超過(guò)1 000 m。國(guó)內(nèi)目前已探明可開(kāi)發(fā)的油氣資源中，陸地占42%，海洋油氣資源中深海占82%，因此專家提出，中國(guó)油氣增長(zhǎng)看海洋，海洋油氣增長(zhǎng)看深海。隨著國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)以及保障國(guó)家能源安全的需要，海洋深水油氣開(kāi)發(fā)已成定勢(shì)，海洋鉆井裝備的深水化發(fā)展也是大勢(shì)所趨[16－17]。

3.4 綠色環(huán)保節(jié)能發(fā)展將不斷加快

目前傳統(tǒng)的海洋鉆井裝備在動(dòng)力消耗、震動(dòng)噪聲、固廢排放和地層污染等方面對(duì)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)，隨著國(guó)家在海洋環(huán)保和綠色發(fā)展方面出臺(tái)的一系列政策，未來(lái)海洋鉆井裝備的綠色、環(huán)保和節(jié)能化發(fā)展步伐將不斷加速。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)在開(kāi)發(fā)鉆井液零排放系統(tǒng)、海洋固廢物處理系統(tǒng)和海洋水處理系統(tǒng)相關(guān)裝備。

4 發(fā)展建議

4.1 加大科研支持力度，完善科技創(chuàng)新機(jī)制

建議國(guó)家層面應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定地支持高端海洋油氣鉆井裝備的科技研發(fā)立項(xiàng)，特別是海試試驗(yàn)及推廣應(yīng)用等方面，可設(shè)立專項(xiàng)資金，滾動(dòng)立項(xiàng)支持。應(yīng)建立健全保障海洋裝備研發(fā)的體制與機(jī)制，建立鼓勵(lì)和激勵(lì)企業(yè)開(kāi)展自主創(chuàng)新的制度，形成面向行業(yè)內(nèi)外，集產(chǎn)、學(xué)、研、用為一體的開(kāi)放式協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)體系；建立用戶單位對(duì)新裝備新技術(shù)試驗(yàn)應(yīng)用的激勵(lì)措施和免責(zé)體制，解除用戶后顧之憂，鼓勵(lì)其主動(dòng)參與新產(chǎn)品推廣，助推海洋裝備國(guó)產(chǎn)化。

4.2 加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和配套工業(yè)基礎(chǔ)能力建設(shè)

應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)高強(qiáng)度鋼材、高溫高壓密封件、海洋防腐和震動(dòng)噪聲等基礎(chǔ)性技術(shù)研究，為高端海洋裝備的研制提供基礎(chǔ)保障。要加大海洋油氣鉆井裝備設(shè)計(jì)、制造和配套產(chǎn)業(yè)等工業(yè)基礎(chǔ)能力建設(shè)，加快建設(shè)國(guó)家級(jí)深水油氣開(kāi)發(fā)裝備海試平臺(tái)，為海洋新裝備工業(yè)化應(yīng)用提供試驗(yàn)依托。

4.3 注重高端人才隊(duì)伍的培養(yǎng)

應(yīng)加快引進(jìn)和培養(yǎng)一批專業(yè)水平高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高級(jí)科研人才隊(duì)伍；培養(yǎng)操作技術(shù)熟練、專業(yè)技能高超的高級(jí)技能人才隊(duì)伍。為高端人才提供專項(xiàng)資金，鼓勵(lì)其采取多種形式促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化。

4.4 強(qiáng)化國(guó)際間的交流合作

大力開(kāi)展多層次、多渠道、多模式的國(guó)際間技術(shù)交流，積極參與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的制訂與修訂，加強(qiáng)與國(guó)外高新技術(shù)企業(yè)合作，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓和合資合作等多種形式，帶動(dòng)我國(guó)海洋油氣鉆井裝備的技術(shù)進(jìn)步[18]。

5 結(jié)束語(yǔ)

深海原油的勘探與開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)高投資、高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)工程，深海油氣鉆井裝備的國(guó)產(chǎn)化任重而道遠(yuǎn)。目前，國(guó)家層面已經(jīng)全面吹響了海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)的號(hào)角，相信在不久的將來(lái)，在油氣資源豐富的南海最深處，也有我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的完全國(guó)產(chǎn)化的海洋鉆井平臺(tái)作業(yè)的身影。