我国海洋钻井装备国产化现状及发展展望

赖笑辉,王维旭,栾 苏,弓英明

(宝鸡石油机械有限责任公司,陕西宝鸡721002) *

我国海洋钻井装备国产化现状及发展展望

赖笑辉,王维旭,栾 苏,弓英明

(宝鸡石油机械有限责任公司,陕西宝鸡721002)*

介绍了我国海洋钻井装备的国产化现状,分析了国产装备与国际先进装备的差距,提出钻井装备国产化的研制思路。对钻井装备的国产化重要性进行了说明,对发展我国海洋钻井装备提出了建议。

海洋;钻井装备;国产化;发展

据国外权威机构预测,未来世界油气总储量的44%将来自海洋。海洋石油资源潜力巨大,已成为世界各大石油公司竞争的一个热点领域。立足于近海大陆架、积极拓展深水领域是我国未来海洋油气勘探开发的战略目标。为实现这一目标,我国必须加快技术创新,缩短与世界先进水平的差距。

勘探开发海洋油气资源的关键在于装备水平的高低。我国自20世纪60年代开始海洋油气自营勘探开发,经过几十年发展,目前国内油气勘探开发企业已具备了300 m水深以内的海洋油气田自主开发能力,国内装备企业已经具有全面自主设计和建造浅海钻井、采油平台的能力,基本具备深水钻井平台设计建造能力[1]。

随着我国海洋勘探开发业务的扩大,国内主要钻井装备制造商整体的实力和竞争力得到很大提高,已开发出应用于各种浅海平台配套的钻井设备,并得到市场的认可,但国内在深海高端钻井装备和集成技术方面与国外先进水平还有较大差距,还不具备提供成套深海高端钻井装备的能力。

1 国产化装备现状[2-7]

宝鸡石油机械有限责任公司(以下简称宝石机械公司)、兰州兰石国民油井石油工程有限公司、四川宏华石油设备有限公司等企业先后生产制造成套1 500～7 000 m系列陆地钻机及其配套仪表。尤其是2008年,宝石机械公司研制成功陆地12 000 m钻机和1 600 kW(2 200 hp)高压泥浆泵后,国内可制造1 500～12 000 m全系列陆上钻机及各种装备,得到油气勘探开发企业高度认可,目前中国已成为世界最大石油钻采机械制造和出口国。

我国海洋石油装备的研制始于20世纪70年代初期,20世纪80年代后,我国在海洋钻井装备研制方面有所突破,宝石机械公司在20世纪80年代研制的动态井架及泥浆泵配套在“勘探三号”半潜平台上。进入21世纪后,我国石油装备的研制进入一个新的空间,有了较快的发展。随着我国海洋油气的勘探开发,国内陆续研制成功了在滩海、近海等钻深不超过7 000 m、水深不超过300 m区域进行钻井作业的各种类型钻井装备,并具有浅水区域的钻井平台的设计、制造能力。

特别是宝石机械公司近10 a来研制出适合人工岛钻机、固定式钻井平台、坐底式钻井平台、自升式钻井平台等各种类型的海洋钻井系统及装备,并已设计制造三十余套,目前在用装备使用状况良好。上述各种钻井装备可满足各种滩海、近海等海域的钻井作业。

a) 人工岛钻机 就是在浅海地区利用人工吹砂填海、修建人工岛,以丛式井进行开采,实现海洋石油陆采化的钻机。国内已研制可钻深7 000 m的人工岛钻机。宝石机械公司已向冀东油田提供5套人工岛钻机。

b) 固定式钻井平台 根据形式不同分为桩基式、重力式、绷绳塔式、张力腿式等,国内大多为桩基式固定式钻井平台,宝石机械公司已为惠州HZ19-3/2、春晓项目、南堡NB35-2、番禺 PY30-1、BZ28-2S等提供十余套模块钻井系统。

c) 自升式钻井平台 国内已制造60 m水深的平台,可完成全部系统设计及设备制造,正在与船厂合作制造用于出口的90 m水深自升式钻井平台。宝石机械公司通过与国外公司的合作,已掌握适应水深121.92 m(400英尺)的自升式钻井平台的设计。至目前,宝石机械公司已为CPOE5～10、COSL等自升式平台提供十余套钻井系统。

宝石机械公司已完成 863计划(课题编号: 2006AA09A104)“3 000 m水深半潜式平台钻井系统”的概念设计,并通过验收。虽然该项目没有进行工程建造,但是给国内企业提供了大量海洋钻井装备研发信息和经验。

在深水钻井方面,宝石机械公司已完成3 000 m水深的海洋勘察船钻井系统的设计,该钻井系统可满足水深3 000 m、钻深4 000 m的钻井作业。该船由挪威维克(VIK-SANDVIK)公司负责船体基本设计,上海船舶研究设计院负责详细设计,广州黄埔船厂负责建造,其中宝石机械公司负责完成钻井系统、取样提升系统及水下基盘的设计与制造。该钻井系统配套有具有升沉补偿功能的钻井绞车、游车型主动补偿装置、动态井架、遥控水下基盘、自动化的管子处理系统、一体化控制系统等钻井装备。该项目已经完成系统及设备的设计,部分设备已完成模拟试验,并已进入生产试制阶段,预计2011年可完成整个工程建造。勘察船的成功建造将标志着我国在深水钻井系统及装备研制方面有了新突破。

通过几年的研究,我国已开发出大量可适应海洋钻井的各种装备。包括4 400 kW的大功率绞车、最大开口尺寸1 537 mm(60.5英寸)的转盘、最大钩载9 000 kN的顶驱及游吊设备、1 600 kW (2 200 hp)的高压泥浆泵、载荷4 500 kN的动态井架等关键装备。但是部分高端钻井装备的国产化还有待进一步的开发。虽然国内能够完成诸如深水勘察船钻井系统等设计,但是配套的升沉补偿装置等设备还需进口。我国国产化主要海洋钻井装备的参数如表1。

表1 国产化关键钻井装备主要数据

2 国产化研制思路

2.1 创新思想

我国正在逐步加大海洋石油勘探开发力度,需要大量相应的高端技术装备,必须增强实施国产化的信心与决心,加快主要装备的自主研发进度,加速提升装备业整体技术水平。

国家正在实施走出去向深海要石油的战略,相应地需要大量的钻井装备,实现相应装备的国产化是实施走出去向深海要石油的物质技术基础。

2.2 装备海洋化的改造

国内制造企业在陆地钻井装备方面发展迅速,已覆盖1 000～12 000 m全系列井深的各种钻井装备。绞车、钻井泵、转盘、顶驱等常规陆地钻井装备的性能与国外相差不大,也得到了国际用户的认可。要将上述设备配套在海洋平台上,就必须对这些设备进行更深层次的改进开发,以满足海洋尤其是深海环境要求。例如,根据海洋气候要求进行防腐方面的改造、根据平台结构进行设备的轻量化改造等。

2.3 钻井装备的研制

海洋钻井装备不仅包括常规的起升、旋转、泥浆等各系统装备,还包括众多能够满足海洋环境的装备。例如浮式平台钻机无论性能高低都必须配有升沉补偿装置,而我国在这方面的研究还相当滞后,想在深海钻井装备市场有所作为,升沉补偿技术是必须克服的瓶颈。海洋平台由于补给困难,并为减少人力成本配套的铁钻工、管子处理工具等一系列自动化工具也是今后开发的重点。其他在国内作业平台上配套的诸如为满足钻井需要的水下防喷器、隔水管系统、集成控制系统、张紧系统等几乎全是进口设备。

2.4 先易后难重点突破

虽然海洋钻井装备众多,但是部分与常规陆地钻机装备类似,例如绞车、泥浆泵、顶驱、转盘等。在海洋钻井中这些装备需要大功率的设备,如4 400 kW(6 000 hp)绞车、9 000 kN顶驱、铁钻工等国产化装备已开发成功,2 200 kW(3 000 hp)高压泥浆泵、开口尺寸1 537 mm(60.5英寸)转盘等装备已在成熟的技术上进行了开发,目前已投入试制阶段。其他诸如管子处理、隔水管系统等产品可逐步突破。

2.5 部分装备技术引进

国产化并非一蹴而就,应有正确策略,应循序渐进,有所为,有所不为。对耗资大、一时难以掌握的高新技术产品,可通过引进、消化、吸收、创新等思路进行。例如,升沉补偿装置、水下防喷器等装备。

3 国产化研制条件

设备的国产化不仅仅包括设备的研发能力,也包括设备的制造和试验能力等多种工序。随着我国钻井装备制造能力的提高,尤其是经过数个钻井平台的设计与建造,培养了一大批这方面的研发人员。目前国内海洋高端装备的研制刚刚起步,还需在国家战略指引下,各装备企业整合国内外社会资源,通过企业联合、国内相关科研院所合作进行联合攻关,以攻克钻井系统关键技术为突破口,自主研发各种钻井装备、系统集成技术及配套装备。

在研发的同时也需要重视装备的加工制造能力,加强试验能力,包括一些加工设备的改进、加工工艺的改进等手段支持国产化的进程。

希望各钻井作业企业尽可能支持装备研发企业,为其工程依托和完成工业性试验提供条件。

4 国产化装备发展展望

4.1 市场前景

随着石油勘探开发力度日益加大,陆地石油资源必将趋向枯竭,因此各国纷纷将勘探开发战场转向海洋。随着我国国民经济发展的快速增长,石油需求快速增加,陆上和浅海油田增产潜力相对较小,石油、天然气进口量逐年增大,石油供应对外依存度过大已经成为影响国家经济安全运行的重要因素之一。我国南海和东海广阔的海域有着丰富的油气资源,初步估计南海的地质石油储量可达(200～300) ×108t[8]。目前中海油、中石油、中石化均有大力开发深海油气的计划,这为深海高端钻井装备国产化提供了广阔的市场前景。

4.2 采购成本

目前,我国油气勘探开发集中在浅海、近海区域,深海开发技术能力与国际水平差距较大,尤其是动力定位钻井船和深水半潜式钻井平台关键装备处于国外企业垄断。例如,在外高桥船厂建造中海油981深海半潜平台的钻井装备几乎全部采用进口设备,由于缺少国内企业的竞争,采购和后期维护成本极高的情况给国产化钻井装备提供了有利的机遇。

4.3 技术提高的带动作用

深海油气开发装备是一个高技术、先进制造业的代表,目前被国外公司高度垄断。预计经过5～10 a,我国石油钻采装备企业必将实现我国在深海钻井装备关键设备全面重大的突破,这将打破西方国家对钻井平台关键设备的垄断,结束我国依赖进口国外高端海洋钻井装备来满足深海钻井作业的需要,同时将促进我国石油勘探开发领域的装备水平和竞争力上一个新台阶。

5 结语

当前,我国海洋石油的开发已进入重要时期,海洋石油装备的国产化虽然进步较快,但在海洋高端钻井装备的研制方面还比较落后,钻井平台配套的高端装备还需花巨资进口。随着我国工程研究经验的积累和制造水平的提高,相信在不久的将来,具有我国自主知识产权的高端钻井装备将会诞生。

[1] 侯福祥,张永红,王 辉,等.深水钻井关键装备现状与选择[J].石油矿场机械,2009,38(10):1-4.

[2] 黄悦华,任可忍.我国海洋石油钻井平台现状与技术发展分析[J].石油机械,2007,35(9):157-160.

[3] 杨轶普,肖文生,岳吉祥,等.深水半潜式平台钻井控制室设计[J].石油矿场机械,2009,38(3):68-72.

[4] 栾 苏,韩成才,王维旭,等.半潜式海洋钻井平台的发展[J].石油矿场机械,2008,37(11):90-93.

[5] 崔学政,刘文庆,肖文生,等.海洋钻井平台立柱式排管机设计[J].石油矿场机械,2010,39(1):45-49.

[6] 赵洪山,刘新华,白立业.深水海洋石油钻井装备发展现状[J].石油矿场机械,2010,39(5):68-74.

[7] 张用德,袁学强.我国海洋钻井平台发展现状与趋势[J].石油矿场机械,2008,37(9):14-17.

[8] 廖谟圣.海洋石油开发[M].北京:中国石化出版社,2006.

Developing Prospect and Localization Situation of Chinese Offshore Drilling Equipment

LAI Xiao-hui,WANG Wei-xu,LUAN Su,GONG Ying-ming
(Baoji Oilf ield Machinery Co.,Ltd.,Baoji721002,China)

The paper mainly presents the localization situation of Chinese offshore drilling equipment and analyzes the deficiency gap on the characteristic of offshore drilling equipment the between China and fremdness.The developing way and significance on the localization of offshore drilling equipment are expatiated in the article.In the end,the paper puts forward some proposals on the developing of localization of Chinese offshore drilling equipment.

offshore;drilling equipment;nationalization production;development

1001-3482(2010)12-0015-04

TE951

A

2010-07-22

工信部高技术船舶科研计划项目“深海半潜式钻井平台工程开发”(工信部装[2009]381)

赖笑辉(1971-),男,四川遂宁人,工程师,主要从事石油机械研究与开发工作。