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向深水油气进军:我们还需要什么

更新时间:2019-10-22 00:52点击次数:

  党的十八大提出“提高海洋资源开发能力,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国”的战略目标,实现这一战略目标离不开深水油气工程的支撑。走向深海,已成为实现“海洋强国”战略目标的重要组成部分。

  未来数十年,全球油气需求仍会持续攀升,深水项目开发刻不容缓。海洋中蕴藏着丰富的石油天然气资源,约占全球油气资源总储量的百分之七十,因此,作为人口大国,中国势必要从“浅蓝”向“深海”进军,在深海油气开发方面有所作为。

  10月17日~18日,国家自然科学基金委政策局、工程与材料科学部、数学物理科学部和地球科学部在珠海联合举办了题为“深水油气工程科学问题与技术瓶颈”的第147期双清论坛,论坛主席由中科院院士高德利与工程院院士周守为共同担任。

  会议期间,来自国内30多所高校、科研院所的50余名专家学者,紧密围绕“深水油气工程作业特点与风险特征”“深水油气工程优化设计与控制问题”“深水油气工程装备发展趋势与重点”等3个专题开展深入交流,研讨了深水油气工程领域国内外的研究现状,分析和凝练了本领域的重大科学问题。

  中科院院士、中国石油大学(北京)教授高德利向《中国科学报》记者介绍,海洋中蕴藏着丰富的石油天然气资源,目前全世界有60多个国家在开展深水油气勘探,全球近十年发现的大型油气田中,海洋油气田已占百分之六十以上,很多分布在500米以上的深水海域。中国南海油气储量巨大,地质储量约230亿~300亿吨,占我国油气总资源量的三分之一,其中百分之七十蕴藏于深水区域,被誉为“第二波斯湾”。国际石油界早已形成共识,海洋油气特别是深海油气将是未来世界油气资源接替的重要区域。

  他进一步指出,由于受海洋自然地理环境的影响,海上钻井工程不仅要考虑风浪流、潮汐、海冰、海啸、风暴潮等的影响,而且要考虑海洋的水深、海上搬迁拖航等因素的影响,这是陆上钻井无须解决的问题,因而海上钻井工程设备的结构非常复杂。海上钻井装备从技术上说与陆上类似,但在系统配制、可靠性、自动化程度等方面都比陆上钻机要求更苛刻,这些难题在深水油气勘探开发中更加突出。

  与近海浅水油气工程不同,深水油气工程必须面对更为复杂的海洋环境和深水地层条件,需要采用浮式钻采作业平台,建立安全稳定的水下井口与钻采系统,使用专门的深水管柱(包括钻完井隔水管、油气生产立管及送入管柱等)、水下井口装置与钻采系统,以及水下机器人等,是一项复杂的系统工程,具有高科技、高投入及高风险等基本特征。

  “要开发利用海洋(尤其是深水区)油气资源,就必须面对入地、下海的双重挑战,对深水油气工程科技与人才培养提出新的更高的要求。”高德利说。

  高德利介绍,目前,国际海洋开发巨头借助先进的探勘开发工程装备,不断刷新世界海洋钻井作业水深纪录。其中,2003年11月Transocean公司在美国墨西哥湾创造了3051米的世界纪录,这也是人类首次突破3000米的钻井作业水深;2011年4月Transocean公司在印度海域创造了新的世界纪录3107米;2013年该公司在印度海域又两次刷新世界纪录,依次是3165米和3174米。而国内最大钻探水深为2013年的LW21-1-1井,水下井口的水深2451米,实际完钻井深4050米,与国外有较大差距。

  目前,我国深水油气勘探开发与国外的差距主要体现在深水工程装备和勘探开发工程技术方面。我国虽建成部分深水工程重大装备,但距形成系统的深水作业、施工的深水作业船队还有很大差距,远不能满足我国南海深水开发的实际需求,与之配套的深水作业能力还处于探索阶段。

  尽管我国深水钻井完井技术存在诸多关键技术瓶颈,尚未建立完整的深水钻井完井技术体系,但是,我国在深水钻井浅层地质灾害评估与控制、管柱系统力学特性及安全作业、井筒流体压力控制及工程风险评价与设计方法等方面开展了卓有成效的研究工作,并取得一定的科研成果,使我国深水钻井完井技术不断获得突破,部分满足了我国深水钻井完井的需求。

  中海油副总工程师姜伟向《中国科学报》记者介绍,我国已在南海自主完成20余口深水油气井(绝大部分油气井位于南海北部)的钻井完井作业,特别是2008年4月“海洋石油981”以及2014年11月“中海油服兴旺号”两艘深水半潜式钻井平台的交付使用,标志着中国在海洋工程装备领域已经具备了自主研发能力和国际竞争能力。目前,我国已实现了钻井作业水深3000米内全覆盖,形成750米、1500米、3000米深水钻井装备梯队,钻井深度可达10000米,具备提供从浅水到深水全方位的勘探、开发和生产服务能力。

  与会专家在研讨中指出,从技术层面上讲,深水油气勘探开发所面临的共性技术挑战主要有海底低温、地层压力窗口窄、天然气水合物、浅层灾害、井控难度大及环保要求高等。但除了上述深水钻井面临的共性挑战外,我国南海深水钻井还面临一些土台风频率大、南海海水温度场分布不明确、内波流、地质环境多样复杂、深水区地温场分不清、离岸距离远等一些特殊问题。

  比如,南海的土台风发生频率较大,且深水区域强度更大。土台风突发性强,路径变化复杂,监测及预报困难。钻井平台和隔水管系统的防台风技术是南海深水钻井应急技术的难点之一。此外,到目前为止,南海海水温度场的分布并不是很明确,无直接可用的权威数据。而深水双梯度控压钻井中环空压力剖面预测,深水井控参数设计、测试过程中天然气水合物生成区域预测等都与温度场密切相关。因此,海水温度场不明确增大了钻井设计难度及作业风险。同时,我国南海深水油气资源距离陆地较远,多距陆地300公里以上,后勤供应要求高,遭遇台风等恶劣天气时,对作业能力要求高,且撤离和钻井设备维修所需时间长,增大了设计、施工和成本控制的难度。

  中国工程院院士李阳指出,模块化建设将是以后我国深水油气工程装备发展的重要方向,通过模块化的建设,可以充分考虑不同作业海域、不同勘探开发的需求,提高深水油气作业安全性与时效。

  与会专家一致认为,深入开展深水油气工程前沿科学问题研究,推动深水油气工程学科的发展,支撑我国深水工程重大、高端装备的设计、开发和建造能力,对于增强我国海洋开发的综合实力,实现将我国建设成海洋强国的目标具有重要意义。特别是党的十八大提出“提高海洋资源开发能力,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国”的战略目标,实现这一战略目标离不开深水油气工程的支撑。走向深海,已成为实现“海洋强国”战略目标重要组成部分。鉴于目前的国际形势及国内油气资源的需求,深水油气资源的开采急需得到重视,国家需要加大在深水油气勘探开发中的投入,下大力气解决困扰我国深水油气工程面临的科学问题与技术瓶颈,需要投入更多资金,花费更多资源与大自然的不利因素抗争。



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