我國海洋鉆井裝備國產化現狀及發展展望

賴笑輝,王維旭,欒 蘇,弓英明

(寶雞石油機械有限責任公司,陜西寶雞721002) *

我國海洋鉆井裝備國產化現狀及發展展望

賴笑輝,王維旭,欒 蘇,弓英明

(寶雞石油機械有限責任公司,陜西寶雞721002)*

介紹了我國海洋鉆井裝備的國產化現狀,分析了國產裝備與國際先進裝備的差距,提出鉆井裝備國產化的研制思路。對鉆井裝備的國產化重要性進行了說明,對發展我國海洋鉆井裝備提出了建議。

海洋;鉆井裝備;國產化;發展

據國外權威機構預測,未來世界油氣總儲量的44%將來自海洋。海洋石油資源潛力巨大,已成為世界各大石油公司競爭的一個熱點領域。立足于近海大陸架、積極拓展深水領域是我國未來海洋油氣勘探開發的戰略目標。為實現這一目標,我國必須加快技術創新,縮短與世界先進水平的差距。

勘探開發海洋油氣資源的關鍵在于裝備水平的高低。我國自20世紀60年代開始海洋油氣自營勘探開發,經過幾十年發展,目前國內油氣勘探開發企業已具備了300 m水深以內的海洋油氣田自主開發能力,國內裝備企業已經具有全面自主設計和建造淺海鉆井、采油平臺的能力,基本具備深水鉆井平臺設計建造能力[1]。

隨著我國海洋勘探開發業務的擴大,國內主要鉆井裝備制造商整體的實力和競爭力得到很大提高,已開發出應用于各種淺海平臺配套的鉆井設備,并得到市場的認可,但國內在深海高端鉆井裝備和集成技術方面與國外先進水平還有較大差距,還不具備提供成套深海高端鉆井裝備的能力。

1 國產化裝備現狀[2-7]

寶雞石油機械有限責任公司(以下簡稱寶石機械公司)、蘭州蘭石國民油井石油工程有限公司、四川宏華石油設備有限公司等企業先后生產制造成套1 500～7 000 m系列陸地鉆機及其配套儀表。尤其是2008年,寶石機械公司研制成功陸地12 000 m鉆機和1 600 kW(2 200 hp)高壓泥漿泵后,國內可制造1 500～12 000 m全系列陸上鉆機及各種裝備,得到油氣勘探開發企業高度認可,目前中國已成為世界最大石油鉆采機械制造和出口國。

我國海洋石油裝備的研制始于20世紀70年代初期,20世紀80年代后,我國在海洋鉆井裝備研制方面有所突破,寶石機械公司在20世紀80年代研制的動態井架及泥漿泵配套在“勘探三號”半潛平臺上。進入21世紀后,我國石油裝備的研制進入一個新的空間,有了較快的發展。隨著我國海洋油氣的勘探開發,國內陸續研制成功了在灘海、近海等鉆深不超過7 000 m、水深不超過300 m區域進行鉆井作業的各種類型鉆井裝備,并具有淺水區域的鉆井平臺的設計、制造能力。

特別是寶石機械公司近10 a來研制出適合人工島鉆機、固定式鉆井平臺、坐底式鉆井平臺、自升式鉆井平臺等各種類型的海洋鉆井系統及裝備,并已設計制造三十余套,目前在用裝備使用狀況良好。上述各種鉆井裝備可滿足各種灘海、近海等海域的鉆井作業。

a) 人工島鉆機 就是在淺海地區利用人工吹砂填海、修建人工島,以叢式井進行開采,實現海洋石油陸采化的鉆機。國內已研制可鉆深7 000 m的人工島鉆機。寶石機械公司已向冀東油田提供5套人工島鉆機。

b) 固定式鉆井平臺 根據形式不同分為樁基式、重力式、繃繩塔式、張力腿式等,國內大多為樁基式固定式鉆井平臺,寶石機械公司已為惠州HZ19-3/2、春曉項目、南堡NB35-2、番禺 PY30-1、BZ28-2S等提供十余套模塊鉆井系統。

c) 自升式鉆井平臺 國內已制造60 m水深的平臺,可完成全部系統設計及設備制造,正在與船廠合作制造用于出口的90 m水深自升式鉆井平臺。寶石機械公司通過與國外公司的合作,已掌握適應水深121.92 m(400英尺)的自升式鉆井平臺的設計。至目前,寶石機械公司已為CPOE5～10、COSL等自升式平臺提供十余套鉆井系統。

寶石機械公司已完成 863計劃(課題編號: 2006AA09A104)“3 000 m水深半潛式平臺鉆井系統”的概念設計,并通過驗收。雖然該項目沒有進行工程建造,但是給國內企業提供了大量海洋鉆井裝備研發信息和經驗。

在深水鉆井方面,寶石機械公司已完成3 000 m水深的海洋勘察船鉆井系統的設計,該鉆井系統可滿足水深3 000 m、鉆深4 000 m的鉆井作業。該船由挪威維克(VIK-SANDVIK)公司負責船體基本設計,上海船舶研究設計院負責詳細設計,廣州黃埔船廠負責建造,其中寶石機械公司負責完成鉆井系統、取樣提升系統及水下基盤的設計與制造。該鉆井系統配套有具有升沉補償功能的鉆井絞車、游車型主動補償裝置、動態井架、遙控水下基盤、自動化的管子處理系統、一體化控制系統等鉆井裝備。該項目已經完成系統及設備的設計,部分設備已完成模擬試驗,并已進入生產試制階段,預計2011年可完成整個工程建造。勘察船的成功建造將標志著我國在深水鉆井系統及裝備研制方面有了新突破。

通過幾年的研究,我國已開發出大量可適應海洋鉆井的各種裝備。包括4 400 kW的大功率絞車、最大開口尺寸1 537 mm(60.5英寸)的轉盤、最大鉤載9 000 kN的頂驅及游吊設備、1 600 kW (2 200 hp)的高壓泥漿泵、載荷4 500 kN的動態井架等關鍵裝備。但是部分高端鉆井裝備的國產化還有待進一步的開發。雖然國內能夠完成諸如深水勘察船鉆井系統等設計,但是配套的升沉補償裝置等設備還需進口。我國國產化主要海洋鉆井裝備的參數如表1。

表1 國產化關鍵鉆井裝備主要數據

2 國產化研制思路

2.1 創新思想

我國正在逐步加大海洋石油勘探開發力度,需要大量相應的高端技術裝備,必須增強實施國產化的信心與決心,加快主要裝備的自主研發進度,加速提升裝備業整體技術水平。

國家正在實施走出去向深海要石油的戰略,相應地需要大量的鉆井裝備,實現相應裝備的國產化是實施走出去向深海要石油的物質技術基礎。

2.2 裝備海洋化的改造

國內制造企業在陸地鉆井裝備方面發展迅速,已覆蓋1 000～12 000 m全系列井深的各種鉆井裝備。絞車、鉆井泵、轉盤、頂驅等常規陸地鉆井裝備的性能與國外相差不大,也得到了國際用戶的認可。要將上述設備配套在海洋平臺上,就必須對這些設備進行更深層次的改進開發,以滿足海洋尤其是深海環境要求。例如,根據海洋氣候要求進行防腐方面的改造、根據平臺結構進行設備的輕量化改造等。

2.3 鉆井裝備的研制

海洋鉆井裝備不僅包括常規的起升、旋轉、泥漿等各系統裝備,還包括眾多能夠滿足海洋環境的裝備。例如浮式平臺鉆機無論性能高低都必須配有升沉補償裝置,而我國在這方面的研究還相當滯后,想在深海鉆井裝備市場有所作為,升沉補償技術是必須克服的瓶頸。海洋平臺由于補給困難,并為減少人力成本配套的鐵鉆工、管子處理工具等一系列自動化工具也是今后開發的重點。其他在國內作業平臺上配套的諸如為滿足鉆井需要的水下防噴器、隔水管系統、集成控制系統、張緊系統等幾乎全是進口設備。

2.4 先易后難重點突破

雖然海洋鉆井裝備眾多,但是部分與常規陸地鉆機裝備類似,例如絞車、泥漿泵、頂驅、轉盤等。在海洋鉆井中這些裝備需要大功率的設備,如4 400 kW(6 000 hp)絞車、9 000 kN頂驅、鐵鉆工等國產化裝備已開發成功,2 200 kW(3 000 hp)高壓泥漿泵、開口尺寸1 537 mm(60.5英寸)轉盤等裝備已在成熟的技術上進行了開發,目前已投入試制階段。其他諸如管子處理、隔水管系統等產品可逐步突破。

2.5 部分裝備技術引進

國產化并非一蹴而就,應有正確策略,應循序漸進,有所為,有所不為。對耗資大、一時難以掌握的高新技術產品,可通過引進、消化、吸收、創新等思路進行。例如,升沉補償裝置、水下防噴器等裝備。

3 國產化研制條件

設備的國產化不僅僅包括設備的研發能力,也包括設備的制造和試驗能力等多種工序。隨著我國鉆井裝備制造能力的提高,尤其是經過數個鉆井平臺的設計與建造,培養了一大批這方面的研發人員。目前國內海洋高端裝備的研制剛剛起步,還需在國家戰略指引下,各裝備企業整合國內外社會資源,通過企業聯合、國內相關科研院所合作進行聯合攻關,以攻克鉆井系統關鍵技術為突破口,自主研發各種鉆井裝備、系統集成技術及配套裝備。

在研發的同時也需要重視裝備的加工制造能力,加強試驗能力,包括一些加工設備的改進、加工工藝的改進等手段支持國產化的進程。

希望各鉆井作業企業盡可能支持裝備研發企業,為其工程依托和完成工業性試驗提供條件。

4 國產化裝備發展展望

4.1 市場前景

隨著石油勘探開發力度日益加大,陸地石油資源必將趨向枯竭,因此各國紛紛將勘探開發戰場轉向海洋。隨著我國國民經濟發展的快速增長,石油需求快速增加,陸上和淺海油田增產潛力相對較小,石油、天然氣進口量逐年增大,石油供應對外依存度過大已經成為影響國家經濟安全運行的重要因素之一。我國南海和東海廣闊的海域有著豐富的油氣資源,初步估計南海的地質石油儲量可達(200～300) ×108t[8]。目前中海油、中石油、中石化均有大力開發深海油氣的計劃,這為深海高端鉆井裝備國產化提供了廣闊的市場前景。

4.2 采購成本

目前,我國油氣勘探開發集中在淺海、近海區域,深海開發技術能力與國際水平差距較大,尤其是動力定位鉆井船和深水半潛式鉆井平臺關鍵裝備處于國外企業壟斷。例如,在外高橋船廠建造中海油981深海半潛平臺的鉆井裝備幾乎全部采用進口設備,由于缺少國內企業的競爭,采購和后期維護成本極高的情況給國產化鉆井裝備提供了有利的機遇。

4.3 技術提高的帶動作用

深海油氣開發裝備是一個高技術、先進制造業的代表,目前被國外公司高度壟斷。預計經過5～10 a,我國石油鉆采裝備企業必將實現我國在深海鉆井裝備關鍵設備全面重大的突破,這將打破西方國家對鉆井平臺關鍵設備的壟斷,結束我國依賴進口國外高端海洋鉆井裝備來滿足深海鉆井作業的需要,同時將促進我國石油勘探開發領域的裝備水平和競爭力上一個新臺階。

5 結語

當前,我國海洋石油的開發已進入重要時期,海洋石油裝備的國產化雖然進步較快,但在海洋高端鉆井裝備的研制方面還比較落后,鉆井平臺配套的高端裝備還需花巨資進口。隨著我國工程研究經驗的積累和制造水平的提高,相信在不久的將來,具有我國自主知識產權的高端鉆井裝備將會誕生。

[1] 侯福祥,張永紅,王 輝,等.深水鉆井關鍵裝備現狀與選擇[J].石油礦場機械,2009,38(10):1-4.

[2] 黃悅華,任可忍.我國海洋石油鉆井平臺現狀與技術發展分析[J].石油機械,2007,35(9):157-160.

[3] 楊軼普,肖文生,岳吉祥,等.深水半潛式平臺鉆井控制室設計[J].石油礦場機械,2009,38(3):68-72.

[4] 欒 蘇,韓成才,王維旭,等.半潛式海洋鉆井平臺的發展[J].石油礦場機械,2008,37(11):90-93.

[5] 崔學政,劉文慶,肖文生,等.海洋鉆井平臺立柱式排管機設計[J].石油礦場機械,2010,39(1):45-49.

[6] 趙洪山,劉新華,白立業.深水海洋石油鉆井裝備發展現狀[J].石油礦場機械,2010,39(5):68-74.

[7] 張用德,袁學強.我國海洋鉆井平臺發展現狀與趨勢[J].石油礦場機械,2008,37(9):14-17.

[8] 廖謨圣.海洋石油開發[M].北京:中國石化出版社,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

工信部高技術船舶科研計劃項目“深海半潛式鉆井平臺工程開發”(工信部裝[2009]381)

賴笑輝(1971-),男,四川遂寧人,工程師,主要從事石油機械研究與開發工作。