方華燦--中國石油大學（北京）教授
2011中國海洋油氣鉆采與工程裝備高峰論壇報道
方華燦——中國石油大學（北京）教授
【方華燦】：女士們、先生們，各位嘉賓，我今天匯報的題目是“深水海洋石油裝備的新進展”。
這個題目主要包括四項內(nèi)容：深水用的新型鉆機；新鉆井工藝用裝備；新起重鋪管工程船；新型的平臺及井口。
先介紹第一個深水用的新型鉆機。首先要介紹的是雙作業(yè)鉆機。什么叫做雙作業(yè)鉆機呢？指的是同時可以并行或者協(xié)同進行兩個以上鉆井作業(yè)的深水用的新型鉆機。這是一套正常鉆機，另外一套鉆機的同時，就可以進行水下作業(yè)。等到井做完了，就可以把鉆柱提升了，一條鉆機。另外一條鉆機把平臺稍微移動以下之后就可以了。這種雙作業(yè)鉆機可以分成兩種類型，第一種是一個半井架雙作業(yè)鉆機，兩個井架一高一低，分別安裝，在高的配備是主要的鉆機，低的配備的是輔助的鉆機，因為輔助的鉆機啟動能力低，而且沒有旋轉(zhuǎn)設備，所以我們不能進行下放采油數(shù)或者是井口防噴組的重載裝備。這種雙作業(yè)鉆機，工作效率能提高20%。現(xiàn)在全世界一共有10座一個半井架雙作業(yè)的鉆井。
現(xiàn)在我們所看到的一個半井架的雙作業(yè)鉆井。這是我們國家建造的第一艘“海洋石油981”半潛式鉆井平臺，在國內(nèi)首次配備了雙作業(yè)鉆機。第二種雙作業(yè)鉆井，是一井架裝有兩套鉆機設備。
這個圖就可以看得很清楚了，一個井架上頭有兩套鉆機兩套系統(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，液壓鉆機只有一個架子，把這個液壓缸支持住，把液壓缸里面的液壓推動活塞的上下啟動。目前這種液壓缸式的鉆機已經(jīng)成為系列了，由美國和挪威合資的一個公司叫做海事公司，它已經(jīng)進行了系統(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，可實現(xiàn)自動送鉆，可進行升沉運動補償。
今天令人興奮的消息，就是德國的全液壓智能鉆機在我國要出現(xiàn)了，2011年7月13日，在北京一個技術交流會上，德國的海瑞克股份公司表示，他們的全液壓深井智能鉆機，將進入中國市場。該鉆機無絞車、無鋼絲繩、無天車、無游車，從2005年開始，已經(jīng)應用于石油、天然氣、地熱的深井鉆井。
另外我們國家山東科瑞公司要制造液壓起升的鉆機已經(jīng)成功下線，在今年7月初成功下線，山東科瑞公司和德國的一家公司合作要做新型全智能鉆機FM1500及HR4000，一個可以應用于高溫環(huán)境，一個可以應用于低溫環(huán)境。它的重量在35噸以內(nèi)，HR4000可以在高寒地區(qū)，鉆井深度可以達到4000米。
第三種是井下自動鉆機，用井下的發(fā)動機來帶動往下鉆。這個鉆機是由挪威研制的，現(xiàn)在還沒有正式投產(chǎn)，據(jù)挪威人表示，在三年之內(nèi)這種鉆機可以投入生產(chǎn)。剛才我們看的那個圖，最底下是鉆頭，上面是井下電動鉆具，然后是減速器，再上面是導向工具，再上面是隨鉆隨測系統(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)。技術性能可鉆井深3000到3500米，設計工作壽命2到6個月。它可以做到四不用，不用平臺，不用鉆機，不用桿管，不用泥漿，只要有一個動力平臺發(fā)電，把這個電通過電纜輸送給它，自動鉆井。
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。因為原來鉆井的時候只有一個壓力梯度，鉆井液的液柱從這個平臺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。再有用注入氣體構成第一壓力梯度，把氮氣注入到隔水管，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，這個就是無隔水管的鉆井平臺。還有隔水管獨立懸浮的鉆井工藝。整個隔水管處，如果我上頭的平臺遇到“梅花”，那我這個平臺要撤走，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，就要費很長的時間提上去，等到你提上去之后，“梅花”臺風也過去了，你的平臺也倒了，那不行。因此用隔水管獨立懸浮鉆井工藝，靠這上面有浮筒，馬上平臺撤走，等臺風過去了，再過來回接。我們來看看它主要在下部有一個隔水管的浮力系統(tǒng)。
第三部分是新的起重鋪管工程船。現(xiàn)在國際上主要的鋪管船主要有兩種結構，一種是半潛式，我們起重工程船是半潛式，穩(wěn)定性提高了。現(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)點是什么呢？它的面積非常大。現(xiàn)在全球最大的正在建造的雙體型的起重船起重能力達到2萬噸。
看看我們國家建造的海洋深水石油201深水鋪管船，具有動力定位系統(tǒng)，適于深水鋪管工程，吊機起重能力較大，存在管件容量較大，配置新型提升系統(tǒng)，能夠進行快速連接，能夠限制管道擺動。它是專門與我國新建的“海洋石油981”號深水半潛式平臺配套而建造的。
看一下它的起升系統(tǒng)，這是限制機構。這是固定機構，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)量有望達到1000億立方米到1500億立方米，年產(chǎn)量可望達到50億立方米至80億立方米。因為靠近大陸架，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處理后，再通過海底管道輸送到岸上。
再來看看“藍鯨”號，起重量比較大，達到了7500噸，比“海洋石油201”大。它也是可以進行鋪管的。
“海洋石油681”深水工程船，它是國內(nèi)第一艘馬力最大的在深水用的工程船。水深達到3000米，也是跟“海洋石油981”半潛式平臺配套用的。于2011年5月23日在武漢下水的，它可以供應各種需要的物品，可以進行作業(yè)的支持，起重等等，可以配合“海洋石油981”進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，有了工程船，有了鋪管船，再加上半潛式平臺，可以說萬事俱備了。
最后介紹一下新型的平臺和井口。這個新型的井口是一個水中井口，我們現(xiàn)在在海底水下井口或者是在平臺上的井口，現(xiàn)在新型的一種叫做水中井口。我們在水中有一個浮體，在這個浮體上裝上井口，上面跟平臺相連，下面跟井筒相連。現(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日我們在南海水深476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。這種多功能浮式平臺，它是圓筒型結構的，由挪威SEVAN MARINE公司建成的，該平臺于2009年6月建成投產(chǎn)，由于鉆井、修井、油、氣、水分離處理、存儲以及卸油等工藝過程，全部均可在此浮式平臺上進行，所以稱之為多功能浮式平臺。整個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，然后合格了之后運走。它主要的特點，浮式多功能平臺概念是挪威公司出的，但是整個平臺的建造是我們國家大連中遠船務公司，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家研制的世界上首座最先進的超深水的多功能圓筒型浮式平臺，這就是“SEVAN DRILLER”號，由南通的中遠船務公司建成的，它可以在惡劣的海況下工作，并且可以存儲15萬噸的原油，可變載荷達到1萬5千噸，進入世界上的先進行列。
下面是“海洋石油981”，現(xiàn)在已經(jīng)進入東海了。甲板面積相當于一個足球場，自重3萬噸，高度45層樓，電纜總長度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”具有六個創(chuàng)新點，第一個考慮了南海的內(nèi)波。第二個1500水深范圍內(nèi)用錨泊定位，可變載荷達到9000噸，它是一個科研平臺，它制造了高強度的錨鏈，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。它還首次應用雙作業(yè)鉆機在國內(nèi)還有十項創(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，我認為我們中國海洋油氣鉆采與工程裝備高峰一定會到來！我雖然已經(jīng)是過了80歲了，不一定能看到，但是這次會議所提的“大力發(fā)展深海技術裝備 迎接海洋油氣開發(fā)新時代的目標”一定能夠?qū)崿F(xiàn)！
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