海洋石油钻井的技术创新探讨

2023-01-04张冠杰张会宇

化工管理 2022年6期

张冠杰，张会宇

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2.飞儿科技(天津)有限公司，天津 300457)

1 国内海洋石油钻井平台的发展现状

国际航海领域方面，高水平的石油钻井平台具有重大意义，是衡量一个国家造船水平的主要标志。石油钻井平台是“海上岛屿”，需要长期在海洋气象条件下存在，经历着惊涛骇浪，有时甚至高达18级海上台风。新时期，随着国际油价的飙升，海洋工程项目在市场中的活跃度逐渐提高，海上钻井设备成为了热门设备。我国海洋资源十分丰富，但是由于开采设备、开采水平的限制，国内海洋石油产业仍停留于发展初期阶段，大部分海洋石油开发工程仍停留在浅水区、海滩区等。国内油气开发领域中，相关的设备和技术仍处于发展阶段，从引领到创新，必须保证是自主创新、自主研发。结合当下发展成果分析，中国钻井技术飞速发展，已经逐渐成为亚洲石油钻井平台方面的领先国家，规模巨大、成绩斐然。

1.1 部分配套设备性能稳定

综合分析海上石油钻井平台和陆地钻井平台，其制造技术、装备存在较为明显的相似性，但是从可靠度、智能性等方面要求相对较高。当下，国内钻井泵、井控设备、电驱动钻机等方面的研究仍然较少，相比于国外显得滞后，但仅考虑技术方面而言，却已经达到了世界领先水平。如深海7 000 m范畴内，海洋石油钻井开采中，国内一般具有相应能力。如宝石机械厂，在海洋石油钻井平台的配套设备制造方面，便具有较高经验，制造设备满足海洋钻井的需求。

1.2 建造技术日趋成熟

海洋石油钻井平台是海上石油开采的基础部分，钻井设备具有重大意义。从1970年发展至今，从国内该行业发展情况分析，移动式钻井平台已建成的数量为58座，其中在用设备51座、在建设备7座、已退役设备7座。结合实际工程情况分析，工程建筑技术已经日趋成熟，当下，国内已经具有多种形式的底座式平台、自升式平台的自主研发和加工制造能力。再者，国内部分地区已经具有丰富的船体建造经验，且可初步完成了浮式生产储油装置(FPSO)的设计。但是相关人员必须清晰认知到，当下国内FPSO的研制和制造能力虽然处于世界领先水平，但是国内该行业运作中，其相应的海洋石油工程装置仍然无法满足预期要求，并未处于领先水平。

1.3 深海油气开发装备研制进入新阶段

浅水区的能源开发期间，存在产量极为有限的问题。结合工程项目经验，部分老油田产能较低，且有逐年递减的趋势；带动了边际油田的比例有所提升、重质稠油油田比例增加等诸多问题，导致现阶段能源需求无法得到满足。此外，随着钻机技术的发展和创新，已经逐渐克服了恶劣天气条件的影响。2004年，国内初次进行了深水工程的分析，并得到了一定研究成果。2007年，在海上石油作业期间，投入了深水半潜式钻井平台，相关工程进入了正式启动阶段，从中可看出，业内专家已经将向深水区拓展当作首要目标，这也是未来海洋石油发展作业的必然趋势。

2 国内海洋石油钻井装备不足

2.1 核心设备未达到国产化水平

当下，国内诸多地区的油气工程落实中，其大部分设备初步达到了国产化要求，但是不容乐观的问题是国内厂商在进行制造中，核心技术仍掌握在国外专利商手中，导致国内存在技术缺陷，限制了海洋油气工程项目的后续发展。结合相关研究成果可发现，国内海洋石油开采期间，钻井作业平台设备的国产化程度较低，据不完全统计国产比例为五分之一。同时存在配套产品设备数量少、质量低、性能一般的问题，无法达到世界领先水平。核心设备都是国外生产，对国外的依赖程度较高。

对国外设备过于依赖，导致的后果也会相对严重。第一，投资成本偏高，原因在于国内并无替代产品，国外专利商可能会趁机抬价。增加了采购工作的流程，人力、物力都会消耗较高成本。第二，国内相关产品由于多方面因素的影响，其设计水平、制造水平相对较低，未来发展速度相对缓慢。第三，供货周期长。交货期有时甚至还会延后，部分设备经常会延期半年，无法满足实际工程需求[1]。

2.2 现有钻井平台数量不足

结合业内发展情况可以看出，当下国内主要石油企业在进行海上石油开采期间，石油钻井处理中都存在类似的问题，如：装备数量不满足实际需求，装置作业能力、作业种类与海洋油气勘测的实际情况不匹配等。

3 海洋石油钻井平台的技术特点

3.1 作业范围广且质量要求高

对于移动式钻井平台而言，工程作业必须考虑海域范围等实际需求。相关设备不但要在对应海域内进行工作，同时还应能够适应更为复杂的作业环境，如：海域不同、水深加大、移位环境不同等诸多情况。就位、移位、生产作业等工况下，相关人员都会对钻井平台提出相应要求。如半潜式平台的作业过程中，一般水深为1 500～3 500 m，同时还要适应13级海风环境，需要满足持续作业不解脱等标准。

3.2 使用寿命长、可靠指数高

可靠度主要表现在下述几方面：一是强度要求高。永久性包含多方面要求，除了要长期连续经受风吹浪打，还要加强当地气候条件的分析，包括冰雹、地震等因素。二是疲劳寿命的要求相对严格。一般钻井平台作业期间，正常工作时限不得低于25～40 a，期间应免维修。为了达到上述目标，必须积极进行设备结构、防腐操作等工艺要求的分析。三是建造工艺。由于该行业较为特殊，建造工艺的要求也较高。为了保证满足海洋工程质量的要求，应尽量采用高强度、高等级的钢材，如超厚板材。四是生产管理方面的要求。在开采海洋石油期间，需加强海上安装、水下安装、海上运输等多方面要求的分析。一般海洋工程比陆地工程项目更严格，生产管理细则规范满足工程特殊性。

3.3 安全性要求高

海洋石油行业发展中，如果工程装置设置不当，极易导致后续出现海损现象，为此，从向深海区扩展的角度出发，必须加强海上作业、海上安全方面的管理，有效考虑上述要求进行全面分析。力求逐步提升海洋油气开发水平，确保设备防爆等安全等级满足规范要求，提升整体安全效果。火灾、环保和设计工作中，必须保证满足HSE的基本要求。

3.4 学科多、技术复杂

海洋石油开采期间，为了有效进行钻井平台的设置，要及时进行全面分析，包括结构设计、流体力学、船舶技术等多项学科。为此，必须充分结合当代造船技术、机电技术、防腐工艺和环保等专业的知识进行管理，方可满足新时期海洋石油开发的需求，如：海洋定位、深海浮动平台的定位、油气水分离等诸多难点问题[2]。

4 国内海洋石油钻井平台的技术创新

海洋石油开采期间，从国际领域方面看，海上石油钻井平台发展至今，已有百年的工作经验。如深海石油钻井平台的发展，最初于20世纪80年代末出现，经历了几十年的时间，各类技术不断创新，整体发展水平有所提高。海洋油气开发的最大深度得到了明显进步，发展迅速。国内发展情况方面，发展至今，海洋油气已经有40余年的发展历史，且整个发展过程中都取得了阶段性的研究成果。起初从零经验、无技术基础情况出发，整体装备欠缺，便依靠自身力量进行发展。从浅海钻采装备起步，逐步向深水区进行钻采处理，达到大量深水石油的钻采施工，虽然整个过程十分艰难，但是效果良好。

4.1 全机械化控制技术的发展

工业发展以来，各行业迅猛发展，海洋石油钻井平台的建设中，石油企业的技术人员逐步进行了先进技术的分析，并对此做出了技术指导，逐步朝着自动化、机械化的方向发展。美国是当下海洋石油工程项

目中，核心技术最为先进的国家。他们借助计算机技术进行了管理，达到了自动化、科学化、规模化的研发，即机械自动化技术，该技术在满足海洋石油开采中效果良好。国内海洋石油钻井技术发展中，机械化设备的种类、形式等不断增多，显著提升了海洋石油开采水平，同时其排污技术也有所提升，有效降低了海洋污染程度。

4.2 深水位随钻测井技术的发展

测井技术中，随钻测井技术是较为先进的技术之一。该技术在钻井施工期间，借助仪表的钻铤便可进行开采地层的分析、测量，结合岩层物理数据分析，还可进行油气评价，根据钻井过程进行第一时间的报道。该项技术出现后，具有发展迅速的优势，整体技术水平相对较高。海洋石油钻井工程开发期间，其优势十分突出，具体表现分析如下：第一，随钻测井技术可及时进行钻井情况的分析，采集并收集一手信息。第二，可将原状地层信息进行展示，且相关数据真实可靠。第三，可第一时间进行地质导向的科学处理，有效增加海洋石油开采效果，明显提升数据采收率。随后，还可及时进行地层监测处理，一旦发现井内的异常状况，可在第一时间进行随钻测井技术的完善，掌握并控制相关过程，降低井控事故的发生几率。最后，随钻测井技术中，一般对安全性的要求较高，相关技术必须满足多种作业环境和要求，避免对其他各项数据产生负面影响。

4.3 3G、4G视频监控技术的创新

新时期，随着3G、4G视频监控技术的发展，已经基本可以满足当下实际需求，信息传播形式包括语音视频传输、多媒体信息传播等，借助相关设备可及时获得最新动态信息，包括语言信息、视频信息等，借助现代通讯设备实现高速传输的基本目标，这是一个技术转化的过程。3G、4G视频监控技术得到了广泛使用，推广程度逐渐加深，高速数据传输水平不断提高，这一类视频监控技术在电信领域上占据了较高优势，且仍然处于快速发展的阶段。海上石油钻井作业中，借助这一类监控井技术可维持当地工作的顺利发展，有效避免了当地网络信号差、运转速度慢的问题。借助3G、4G视频监控技术，可及时将施工现场的画面传送到控制中心，达到实时监控现场情况的目标，从而有效避免了隐患问题。

4.4 自升式平台载荷不断增大

在自升式平台的建设中，工程项目的发展现状和发展前景分析如下。自升式平台中，一般需要采用高强度的钢结构材料，经过详细计算、设计、分析，方可达到最佳方案，一般需有效避免可变载荷和自重比值偏低的问题。此外，还要及时考虑甲板的可变载荷，一般不可过低，力求保证作业、空间操作、安全等级等满足实际需求。其整体工作水平、自持能力等也会有所改善。此外，还可借助新时期的桩腿升降设备、悬臂钻井设备等应对。

4.5 多功能半潜式平台的集成能力变大

设备功能越加完善的情况下，对应的甲板空间便会更加广阔。主要工作平台区域中，必须全面考虑水、气、油的处理体系，以及辅助体系、动力系统等。此外，该类平台更符合钻井、修井、多海底井等方面的要求，更加符合新时期钻井要求。

4.6 新型技术FPSO技术的应用

FPSO 装置属于新型装置，新时期，这一类装置在海上油田的应用越来越广。该类设备主要应用于大型化设备、深水区范围中。上述装置可与井口平台进行连接，一般是管线连接。装置内部包括系泊系统、特殊的火炬塔等复杂装置，同时整艘船的结构十分复杂，价格也偏高，是其他同类油船远无法达到的水平。该类装置除了投资成本低、见效快等特点，同时还具有较高的抗风、抗浪能力，可结合项目需求进行转移、重复利用。再者，这一类装置的油储量较高，可将采集到的油气进行有效处理，完成油、气、水的分离，可有效进行含油污水的处理、供热、发电处理等，可将其理解成为“海上加工厂”，是当下海上石油开发的主要运作模式。

此外，如果钻机的提升能力增加、钻深能力增加，对应钻井工作将会逐渐朝着深水区域发展。部分钻机甚至还要在海底6 000 m区域进行打钻地层施工。部分项目执行期间，从缩减钻采平台投资费用的角度出发，可能会将平台中心当作钻采中心，从此处位置开始进行扩展，半径最大为5 000 m，特殊工况下该数值可能会更高。从中可以看出，海上石油钻机的未来发展前景十分广阔。