黨的十八大提出“提高海洋資源開發能力,堅決維護國家海洋權益,建設海洋強國”的戰略目標,實現這一戰略目標離不開深水油氣工程的支撐。走向深海,已成為實現“海洋強國”戰略目標的重要組成部分。
未來數十年,全球油氣需求仍會持續攀升,深水項目開發刻不容緩。海洋中蘊藏著豐富的石油天然氣資源,約占全球油氣資源總儲量的百分之七十,因此,作為人口大國,中國勢必要從“淺藍”向“深海”進軍,在深海油氣開發方面有所作為。
10月17日~18日,國家自然科學基金委政策局、工程與材料科學部、數學物理科學部和地球科學部在珠海聯合舉辦了題為“深水油氣工程科學問題與技術瓶頸”的第147期雙清論壇,論壇主席由中科院院士高德利與工程院院士周守為共同擔任。
會議期間,來自國內30多所高校、科研院所的50余名專家學者,緊密圍繞“深水油氣工程作業特點與風險特征”“深水油氣工程優化設計與控制問題”“深水油氣工程裝備發展趨勢與重點”等3個專題開展深入交流,研討了深水油氣工程領域國內外的研究現狀,分析和凝練了本領域的重大科學問題。
深海開發的動力與障礙
中科院院士、中國石油大學(北京)教授高德利向《中國科學報》記者介紹,海洋中蘊藏著豐富的石油天然氣資源,目前全世界有60多個國家在開展深水油氣勘探,全球近十年發現的大型油氣田中,海洋油氣田已占百分之六十以上,很多分布在500米以上的深水海域。中國南海油氣儲量巨大,地質儲量約230億~300億噸,占我國油氣總資源量的三分之一,其中百分之七十蘊藏于深水區域,被譽為“第二波斯灣”。國際石油界早已形成共識,海洋油氣特別是深海油氣將是未來世界油氣資源接替的重要區域。
他進一步指出,由于受海洋自然地理環境的影響,海上鉆井工程不僅要考慮風浪流、潮汐、海冰、海嘯、風暴潮等的影響,而且要考慮海洋的水深、海上搬遷拖航等因素的影響,這是陸上鉆井無須解決的問題,因而海上鉆井工程設備的結構非常復雜。海上鉆井裝備從技術上說與陸上類似,但在系統配制、可靠性、自動化程度等方面都比陸上鉆機要求更苛刻,這些難題在深水油氣勘探開發中更加突出。
與近海淺水油氣工程不同,深水油氣工程必須面對更為復雜的海洋環境和深水地層條件,需要采用浮式鉆采作業平臺,建立安全穩定的水下井口與鉆采系統,使用專門的深水管柱(包括鉆完井隔水管、油氣生產立管及送入管柱等)、水下井口裝置與鉆采系統,以及水下機器人等,是一項復雜的系統工程,具有高科技、高投入及高風險等基本特征。
“要開發利用海洋(尤其是深水區)油氣資源,就必須面對‘入地、下海’的雙重挑戰,對深水油氣工程科技與人才培養提出新的更高的要求。”高德利說。
有差距也有優勢
在深海油氣開發方面,應該說,國外巨頭走在中國的前面。
高德利介紹,目前,國際海洋開發巨頭借助先進的探勘開發工程裝備,不斷刷新世界海洋鉆井作業水深紀錄。其中,2003年11月Transocean公司在美國墨西哥灣創造了3051米的世界紀錄,這也是人類首次突破3000米的鉆井作業水深;2011年4月Transocean公司在印度海域創造了新的世界紀錄3107米;2013年該公司在印度海域又兩次刷新世界紀錄,依次是3165米和3174米。而國內最大鉆探水深為2013年的LW21-1-1井,水下井口的水深2451米,實際完鉆井深4050米,與國外有較大差距。
目前,我國深水油氣勘探開發與國外的差距主要體現在深水工程裝備和勘探開發工程技術方面。我國雖建成部分深水工程重大裝備,但距形成系統的深水作業、施工的深水作業船隊還有很大差距,遠不能滿足我國南海深水開發的實際需求,與之配套的深水作業能力還處于探索階段。
盡管我國深水鉆井完井技術存在諸多關鍵技術瓶頸,尚未建立完整的深水鉆井完井技術體系,但是,我國在深水鉆井淺層地質災害評估與控制、管柱系統力學特性及安全作業、井筒流體壓力控制及工程風險評價與設計方法等方面開展了卓有成效的研究工作,并取得一定的科研成果,使我國深水鉆井完井技術不斷獲得突破,部分滿足了我國深水鉆井完井的需求。
中海油副總工程師姜偉向《中國科學報》記者介紹,我國已在南海自主完成20余口深水油氣井(絕大部分油氣井位于南海北部)的鉆井完井作業,特別是2008年4月“海洋石油981”以及2014年11月“中海油服興旺號”兩艘深水半潛式鉆井平臺的交付使用,標志著中國在海洋工程裝備領域已經具備了自主研發能力和國際競爭能力。目前,我國已實現了鉆井作業水深3000米內全覆蓋,形成750米、1500米、3000米深水鉆井裝備梯隊,鉆井深度可達10000米,具備提供從淺水到深水全方位的勘探、開發和生產服務能力。
亟待協同攻關與加大投入
與會專家在研討中指出,從技術層面上講,深水油氣勘探開發所面臨的共性技術挑戰主要有海底低溫、地層壓力窗口窄、天然氣水合物、淺層災害、井控難度大及環保要求高等。但除了上述深水鉆井面臨的共性挑戰外,我國南海深水鉆井還面臨一些土臺風頻率大、南海海水溫度場分布不明確、內波流、地質環境多樣復雜、深水區地溫場分不清、離岸距離遠等一些特殊問題。
比如,南海的土臺風發生頻率較大,且深水區域強度更大。土臺風突發性強,路徑變化復雜,監測及預報困難。鉆井平臺和隔水管系統的防臺風技術是南海深水鉆井應急技術的難點之一。此外,到目前為止,南海海水溫度場的分布并不是很明確,無直接可用的權威數據。而深水雙梯度控壓鉆井中環空壓力剖面預測,深水井控參數設計、測試過程中天然氣水合物生成區域預測等都與溫度場密切相關。因此,海水溫度場不明確增大了鉆井設計難度及作業風險。同時,我國南海深水油氣資源距離陸地較遠,多距陸地300公里以上,后勤供應要求高,遭遇臺風等惡劣天氣時,對作業能力要求高,且撤離和鉆井設備維修所需時間長,增大了設計、施工和成本控制的難度。
中國工程院院士李陽指出,模塊化建設將是以后我國深水油氣工程裝備發展的重要方向,通過模塊化的建設,可以充分考慮不同作業海域、不同勘探開發的需求,提高深水油氣作業安全性與時效。
與會專家一致認為,深入開展深水油氣工程前沿科學問題研究,推動深水油氣工程學科的發展,支撐我國深水工程重大、高端裝備的設計、開發和建造能力,對于增強我國海洋開發的綜合實力,實現將我國建設成海洋強國的目標具有重要意義。特別是黨的十八大提出“提高海洋資源開發能力,堅決維護國家海洋權益,建設海洋強國”的戰略目標,實現這一戰略目標離不開深水油氣工程的支撐。走向深海,已成為實現“海洋強國”戰略目標重要組成部分。鑒于目前的國際形勢及國內油氣資源的需求,深水油氣資源的開采急需得到重視,國家需要加大在深水油氣勘探開發中的投入,下大力氣解決困擾我國深水油氣工程面臨的科學問題與技術瓶頸,需要投入更多資金,花費更多資源與大自然的不利因素抗爭。