方華燦--中國(guó)石油大學(xué)（北京）教授
2011中國(guó)海洋油氣鉆采與工程裝備高峰論壇報(bào)道
方華燦——中國(guó)石油大學(xué)（北京）教授
【方華燦】：女士們、先生們，各位嘉賓，我今天匯報(bào)的題目是“深水海洋石油裝備的新進(jìn)展”。
這個(gè)題目主要包括四項(xiàng)內(nèi)容：深水用的新型鉆機(jī)；新鉆井工藝用裝備；新起重鋪管工程船；新型的平臺(tái)及井口。
先介紹第一個(gè)深水用的新型鉆機(jī)。首先要介紹的是雙作業(yè)鉆機(jī)。什么叫做雙作業(yè)鉆機(jī)呢？指的是同時(shí)可以并行或者協(xié)同進(jìn)行兩個(gè)以上鉆井作業(yè)的深水用的新型鉆機(jī)。這是一套正常鉆機(jī)，另外一套鉆機(jī)的同時(shí)，就可以進(jìn)行水下作業(yè)。等到井做完了，就可以把鉆柱提升了，一條鉆機(jī)。另外一條鉆機(jī)把平臺(tái)稍微移動(dòng)以下之后就可以了。這種雙作業(yè)鉆機(jī)可以分成兩種類型，第一種是一個(gè)半井架雙作業(yè)鉆機(jī)，兩個(gè)井架一高一低，分別安裝，在高的配備是主要的鉆機(jī)，低的配備的是輔助的鉆機(jī)，因?yàn)檩o助的鉆機(jī)啟動(dòng)能力低，而且沒有旋轉(zhuǎn)設(shè)備，所以我們不能進(jìn)行下放采油數(shù)或者是井口防噴組的重載裝備。這種雙作業(yè)鉆機(jī)，工作效率能提高20%�，F(xiàn)在全世界一共有10座一個(gè)半井架雙作業(yè)的鉆井。
現(xiàn)在我們所看到的一個(gè)半井架的雙作業(yè)鉆井。這是我們國(guó)家建造的第一艘“海洋石油981”半潛式鉆井平臺(tái)，在國(guó)內(nèi)首次配備了雙作業(yè)鉆機(jī)。第二種雙作業(yè)鉆井，是一井架裝有兩套鉆機(jī)設(shè)備。
這個(gè)圖就可以看得很清楚了，一個(gè)井架上頭有兩套鉆機(jī)兩套系統(tǒng)，全球在建的19座，正在服役的是有9座。
第二種介紹的是液壓缸式的鉆機(jī)，液壓鉆機(jī)只有一個(gè)架子，把這個(gè)液壓缸支持住，把液壓缸里面的液壓推動(dòng)活塞的上下啟動(dòng)。目前這種液壓缸式的鉆機(jī)已經(jīng)成為系列了，由美國(guó)和挪威合資的一個(gè)公司叫做海事公司，它已經(jīng)進(jìn)行了系統(tǒng)化的生產(chǎn)了，大鉤載荷1500-10000KN已成系列，頂驅(qū)裝置形成30米，提升速度2m/s，工作水深鉆井船為2438米，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆，可進(jìn)行升沉運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
今天令人興奮的消息，就是德國(guó)的全液壓智能鉆機(jī)在我國(guó)要出現(xiàn)了，2011年7月13日，在北京一個(gè)技術(shù)交流會(huì)上，德國(guó)的海瑞克股份公司表示，他們的全液壓深井智能鉆機(jī)，將進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。該鉆機(jī)無絞車、無鋼絲繩、無天車、無游車，從2005年開始，已經(jīng)應(yīng)用于石油、天然氣、地?zé)岬纳罹@井。
另外我們國(guó)家山東科瑞公司要制造液壓起升的鉆機(jī)已經(jīng)成功下線，在今年7月初成功下線，山東科瑞公司和德國(guó)的一家公司合作要做新型全智能鉆機(jī)FM1500及HR4000，一個(gè)可以應(yīng)用于高溫環(huán)境，一個(gè)可以應(yīng)用于低溫環(huán)境。它的重量在35噸以內(nèi)，HR4000可以在高寒地區(qū)，鉆井深度可以達(dá)到4000米。
第三種是井下自動(dòng)鉆機(jī)，用井下的發(fā)動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)往下鉆。這個(gè)鉆機(jī)是由挪威研制的，現(xiàn)在還沒有正式投產(chǎn)，據(jù)挪威人表示，在三年之內(nèi)這種鉆機(jī)可以投入生產(chǎn)。剛才我們看的那個(gè)圖，最底下是鉆頭，上面是井下電動(dòng)鉆具，然后是減速器，再上面是導(dǎo)向工具，再上面是隨鉆隨測(cè)系統(tǒng)，然后是電纜的存放和施放的裝置，再上頭是巖屑輸送及壓縮系統(tǒng)。技術(shù)性能可鉆井深3000到3500米，設(shè)計(jì)工作壽命2到6個(gè)月。它可以做到四不用，不用平臺(tái)，不用鉆機(jī)，不用桿管，不用泥漿，只要有一個(gè)動(dòng)力平臺(tái)發(fā)電，把這個(gè)電通過電纜輸送給它，自動(dòng)鉆井。
下面要介紹的是新的鉆井工藝用的裝備，就是深水要采用新的鉆井工藝。新的鉆井工藝在深水里叫做雙梯度鉆井工藝。因?yàn)樵瓉磴@井的時(shí)候只有一個(gè)壓力梯度，鉆井液的液柱從這個(gè)平臺(tái)上一直到井底都是一種密度，液柱在一種密度下的壓力。但如果在深水的話，上面有幾千米的水深，再加上井深，那么液柱就相當(dāng)高的，液柱的壓力就很大，容易把油層傷害，也容易把井壁壓坍塌了。所以我們采用壓力梯度一和壓力梯度二，就是雙梯度鉆井。
那么怎么樣實(shí)現(xiàn)壓力梯度一，首先注入空心球，把帶有空心球的鉆井液帶到海底，是的上面帶有空心球的鉆井液，壓力減低了，密度也降低了。再有用注入氣體構(gòu)成第一壓力梯度，把氮?dú)庾⑷氲礁羲�，里面有氣體了，壓力就減低了。再有一種方法是注入海水，海水的密度比泥漿的壓力低，這樣第一壓力梯度就產(chǎn)生了。這是一種新工藝。
下面介紹第二種新的工藝，就是隔水管鉆井的新工藝，就是無隔水管鉆井新工藝。這是海底的井口，這一段里面不要隔水管了，泥漿直接從鉆井泵液柱進(jìn)來，然后從中空返回，為了不讓它和海水混合，用另外的泵把它送上平臺(tái)，這個(gè)就是無隔水管的鉆井平臺(tái)。還有隔水管獨(dú)立懸浮的鉆井工藝。整個(gè)隔水管處，如果我上頭的平臺(tái)遇到“梅花”，那我這個(gè)平臺(tái)要撤走，按照傳統(tǒng)的辦法，上邊的接頭卸開，首先把下面的接頭卸開，一節(jié)一節(jié)的隔水管貼上去，如果我們的水深是幾千米的話，就要費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間提上去，等到你提上去之后，“梅花”臺(tái)風(fēng)也過去了，你的平臺(tái)也倒了，那不行。因此用隔水管獨(dú)立懸浮鉆井工藝，靠這上面有浮筒，馬上平臺(tái)撤走，等臺(tái)風(fēng)過去了，再過來回接。我們來看看它主要在下部有一個(gè)隔水管的浮力系統(tǒng)。
第三部分是新的起重鋪管工程船�，F(xiàn)在國(guó)際上主要的鋪管船主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是半潛式，我們起重工程船是半潛式，穩(wěn)定性提高了�，F(xiàn)在全球的起重船是Saipem公司做的，居于全球第二，這就是半潛式船體起重船，起重量達(dá)到1萬4千噸。另外一種是雙體型船體，穩(wěn)定性也很好，突出的優(yōu)點(diǎn)是什么呢？它的面積非常大�，F(xiàn)在全球最大的正在建造的雙體型的起重船起重能力達(dá)到2萬噸。
看看我們國(guó)家建造的海洋深水石油201深水鋪管船，具有動(dòng)力定位系統(tǒng)，適于深水鋪管工程，吊機(jī)起重能力較大，存在管件容量較大，配置新型提升系統(tǒng)，能夠進(jìn)行快速連接，能夠限制管道擺動(dòng)。它是專門與我國(guó)新建的“海洋石油981”號(hào)深水半潛式平臺(tái)配套而建造的。
看一下它的起升系統(tǒng)，這是限制機(jī)構(gòu)。這是固定機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)管徑不同通過液壓器來調(diào)整。
我們“海洋石油201”用在什么地方呢？首先用在荔灣氣田，位于珠江口盆地，水深1500米，是目前我們發(fā)現(xiàn)水最深地方的氣田，產(chǎn)量有望達(dá)到1000億立方米到1500億立方米，年產(chǎn)量可望達(dá)到50億立方米至80億立方米。因?yàn)榭拷箨懠�，所以從深海采出的氣先通過海底管道輸送到200米水深的淺海區(qū)，經(jīng)在此建立的6萬噸的油氣處理平臺(tái)處理后，再通過海底管道輸送到岸上。
再來看看“藍(lán)鯨”號(hào)，起重量比較大，達(dá)到了7500噸，比“海洋石油201”大。它也是可以進(jìn)行鋪管的。
“海洋石油681”深水工程船，它是國(guó)內(nèi)第一艘馬力最大的在深水用的工程船。水深達(dá)到3000米，也是跟“海洋石油981”半潛式平臺(tái)配套用的。于2011年5月23日在武漢下水的，它可以供應(yīng)各種需要的物品，可以進(jìn)行作業(yè)的支持，起重等等，可以配合“海洋石油981”進(jìn)行起錨和拋錨的作業(yè)，3000米也可以，1500米的更沒有問題了。這樣的話，配合我們“981”半潛式平臺(tái)，有了工程船，有了鋪管船，再加上半潛式平臺(tái)，可以說萬事俱備了。
最后介紹一下新型的平臺(tái)和井口。這個(gè)新型的井口是一個(gè)水中井口，我們現(xiàn)在在海底水下井口或者是在平臺(tái)上的井口，現(xiàn)在新型的一種叫做水中井口。我們?cè)谒杏幸粋�(gè)浮體，在這個(gè)浮體上裝上井口，上面跟平臺(tái)相連，下面跟井筒相連�，F(xiàn)在水中浮體的直徑15到20米，高度6米到10米，里面有加載艙，工作水深從400米到4000米。2009年4月27日我們?cè)谀虾Ｋ?76米處成功地完成了世界上第一口此種方式的井口。
第二種介紹一下多功能浮式平臺(tái)。這種多功能浮式平臺(tái)，它是圓筒型結(jié)構(gòu)的，由挪威SEVAN MARINE公司建成的，該平臺(tái)于2009年6月建成投產(chǎn)，由于鉆井、修井、油、氣、水分離處理、存儲(chǔ)以及卸油等工藝過程，全部均可在此浮式平臺(tái)上進(jìn)行，所以稱之為多功能浮式平臺(tái)。整個(gè)浮船上面油氣水的處理，鉆井，鉆井完了采油上來油氣水處理，然后合格了之后運(yùn)走。它主要的特點(diǎn)，浮式多功能平臺(tái)概念是挪威公司出的，但是整個(gè)平臺(tái)的建造是我們國(guó)家大連中遠(yuǎn)船務(wù)公司，2009年8月建成投產(chǎn)，現(xiàn)服役于西非剛果Azurite油田。
最后要介紹的就是我們國(guó)家研制的世界上首座最先進(jìn)的超深水的多功能圓筒型浮式平臺(tái)，這就是“SEVAN DRILLER”號(hào)，由南通的中遠(yuǎn)船務(wù)公司建成的，它可以在惡劣的海況下工作，并且可以存儲(chǔ)15萬噸的原油，可變載荷達(dá)到1萬5千噸，進(jìn)入世界上的先進(jìn)行列。
下面是“海洋石油981”，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入東海了。甲板面積相當(dāng)于一個(gè)足球場(chǎng)，自重3萬噸，高度45層樓，電纜總長(zhǎng)度800公里。它已經(jīng)在外高橋出塢了。這是它的中央控制室，“海洋981”具有六個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，第一個(gè)考慮了南海的內(nèi)波。第二個(gè)1500水深范圍內(nèi)用錨泊定位，可變載荷達(dá)到9000噸，它是一個(gè)科研平臺(tái)，它制造了高強(qiáng)度的錨鏈，最后，就是它安全型的水下防噴器，防止類似墨西哥灣事故的發(fā)生。它還首次應(yīng)用雙作業(yè)鉆機(jī)在國(guó)內(nèi)還有十項(xiàng)創(chuàng)新。
這就是我今天要介紹的各種新型的深水裝備。最后要說一下，我認(rèn)為我們中國(guó)海洋油氣鉆采與工程裝備高峰一定會(huì)到來！我雖然已經(jīng)是過了80歲了，不一定能看到，但是這次會(huì)議所提的“大力發(fā)展深海技術(shù)裝備 迎接海洋油氣開發(fā)新時(shí)代的目標(biāo)”一定能夠?qū)崿F(xiàn)！
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