深海開(kāi)發(fā):幾多難題待解

□ 文/本刊記者 李天星

據(jù)估算，全球深水區(qū)最終潛在石油儲(chǔ)量高達(dá)1000億桶，深水是世界油氣的重要接替區(qū)。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，海洋之爭(zhēng)關(guān)鍵還是高新技術(shù)之爭(zhēng)，特別是深海技術(shù)應(yīng)當(dāng)屬于國(guó)家的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

破解瓶頸 差距也是潛力

30年來(lái)，中國(guó)海油通過(guò)對(duì)外合作逐步積累深水經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)現(xiàn)深水油氣資源勘探開(kāi)發(fā)所需要的技術(shù)、裝備、資金和隊(duì)伍等難題，使我們的深水勘探開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期徘徊不前。挑戰(zhàn)多多，專家認(rèn)為集中體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是深水開(kāi)發(fā)工程裝備缺乏；二是深海環(huán)境條件惡劣、復(fù)雜；三是深水開(kāi)發(fā)工程技術(shù)的空白；四是深水油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)、高投入。

伴隨著“海洋石油981”的投入使用，我國(guó)形成了以深水鉆井平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)為代表的深水大型裝備建造關(guān)鍵技術(shù)體系，以及深水勘探開(kāi)發(fā)鉆完井關(guān)鍵技術(shù)體系，具備了進(jìn)軍深水區(qū)的能力和條件。而在此之前，中國(guó)深水鉆探的最大水深僅為505米。如今，中國(guó)海洋石油工程自主開(kāi)發(fā)能力也僅限于200米水深之內(nèi)，與國(guó)外相比大約有10年的差距。

深海海底具有豐富的油氣資源。如南海，這片我國(guó)面積最大、油氣資源最“富”的海域，石油資源約在230億-300億噸之間，天然氣總量約為16萬(wàn)億立方米，占我國(guó)油氣總資源量的1/3。但其中70%的資源，蘊(yùn)藏于153.7萬(wàn)平方公里的深水區(qū)域。

盡管海洋資源量巨大，但是目前由于深?？辈杉夹g(shù)未達(dá)到要求，以及海軍實(shí)力薄弱等原因，我國(guó)仍以近海石油勘采為主，90%以上的海上石油產(chǎn)量來(lái)自淺海。

兆金/供圖

現(xiàn)階段，中國(guó)海洋石油主要采自渤海、東海、黃海等海域，對(duì)于南海的油田開(kāi)發(fā)程度很低，究其原因就是中國(guó)在深海采油方面的技術(shù)力量過(guò)于薄弱，而南海地區(qū)油田普遍屬于深海油田，并且洋流復(fù)雜，不易開(kāi)采。然而，越南、菲律賓、馬來(lái)西亞等國(guó)家已經(jīng)在南海海域進(jìn)行了大規(guī)模的開(kāi)發(fā)，多次侵犯我國(guó)南海主權(quán)。因此我國(guó)亟待加大深海油氣田開(kāi)發(fā)的投入。

中國(guó)深海探索起步較晚，這是不爭(zhēng)的事實(shí)，“在中國(guó)剛開(kāi)始學(xué)會(huì)走的時(shí)候，西方發(fā)達(dá)國(guó)家早已開(kāi)始跑步前進(jìn)了。”據(jù)了解，中國(guó)的深海探索在“十五”計(jì)劃期間才真正提上議程，而在這5年并未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

巨大的勘測(cè)難度使深海勘測(cè)一直居于地球科學(xué)的前沿。由于這種探索要求大額投入和尖端技術(shù)，非發(fā)達(dá)國(guó)家難以問(wèn)津，這也成為中國(guó)發(fā)展深海探索的一個(gè)繞不過(guò)去的坎兒。

此外，我國(guó)“唯一”的深?？疾齑潘渴?600噸，而日本最大的大洋科考船排水量早已超過(guò)2萬(wàn)噸，國(guó)外同等檔次的船也已更新到了第三代。

“有需求、沒(méi)技術(shù)”，這已成為中國(guó)深海探索領(lǐng)域的一個(gè)普遍存在的短板。盡管國(guó)家“十五”、“十一五”計(jì)劃都為深海技術(shù)重點(diǎn)立項(xiàng)，“但相比我國(guó)深海探索的發(fā)展需要，這仍是杯水車薪”。

現(xiàn)代的深海競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上是高科技的競(jìng)爭(zhēng)，技術(shù)的嚴(yán)重短缺使中國(guó)在世界深海探索領(lǐng)域長(zhǎng)期處于“失語(yǔ)”狀態(tài)。

早有科學(xué)家預(yù)測(cè)，深海，這片迄今為止人類知之最少的“科學(xué)盲區(qū)”，將成為繼太空之后下一個(gè)關(guān)系到人類社會(huì)發(fā)展和政治格局的重要地域。而實(shí)際上，或出于政治目的，或著眼經(jīng)濟(jì)利益，或本著科研精神，世界強(qiáng)國(guó)早已開(kāi)始了一場(chǎng)關(guān)于奪取未來(lái)戰(zhàn)略制高點(diǎn)的深海暗戰(zhàn)。

裝備制造 需要再上高端

“工欲善其事，必先利其器?！睂＜冶硎?，深海的水壓大，給海上設(shè)施帶來(lái)密封、腐蝕等難題；而且海底地層的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度可能低，也可能高溫；深海的災(zāi)害性環(huán)境更多，對(duì)設(shè)備可靠性和人員操作能力要求更高，所以在淺海施工的鉆井船、鋪管船，在深海統(tǒng)統(tǒng)派不上用場(chǎng)。在“海洋石油981”等“深水利器”建造之前，中國(guó)在海洋石油開(kāi)采裝備制造業(yè)上，相對(duì)處于低端。

我國(guó)海上能源工程戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)和技術(shù)雖取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與世界先進(jìn)水平以及我國(guó)海上能源開(kāi)發(fā)的實(shí)際需求相比還有很大差距。一是深水工程裝備差距大：2011年我國(guó)建成部分深水工程重大裝備，但距離形成系統(tǒng)作業(yè)和施工作業(yè)深水作業(yè)船隊(duì)還有很大差距，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)南海深水開(kāi)發(fā)的實(shí)際需求，同時(shí)與之配套的深水作業(yè)能力還處于探索階段；二是深水油氣田勘探開(kāi)發(fā)工程技術(shù)、裝備差距大：我國(guó)在建深水油氣田開(kāi)發(fā)水深為1480米，而世界紀(jì)錄為2743米；三是海上應(yīng)急處理技術(shù)、裝備差距大：渤海蓬萊事故，說(shuō)明我們?cè)趹?yīng)對(duì)海上溢油等重大事故時(shí)，裝備和技術(shù)需要繼續(xù)加強(qiáng)，一些特殊技術(shù)需要加強(qiáng)研究，如輕質(zhì)油膜回收技術(shù)和裝備研制等。

“海洋石油981”填補(bǔ)了中國(guó)在深水鉆井特大型裝備項(xiàng)目上的空白，對(duì)增強(qiáng)我國(guó)深水作業(yè)能力，實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源戰(zhàn)略規(guī)劃等具有重要意義。然而，我國(guó)海工企業(yè)要參與國(guó)際角逐，并占有一席之地，還需實(shí)現(xiàn)從做大到做強(qiáng)的蛻變。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，我國(guó)海工行業(yè)必須抓住機(jī)遇，各方合力有效互補(bǔ)，在地域上形成一定產(chǎn)業(yè)集中度和規(guī)模效應(yīng)，從而提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球超過(guò)億噸級(jí)的大油氣田的發(fā)現(xiàn)，深海幾乎占到了40%-45%。而我國(guó)深海面積達(dá)到70多萬(wàn)平方公里，其資源量達(dá)到350億-500億噸。開(kāi)發(fā)深水，是中國(guó)“十二五”乃至“十三五”期間的一項(xiàng)重大而艱巨的工程。

按照“十二五”規(guī)劃的安排，我國(guó)將加快近海海域和深水油氣田勘探開(kāi)發(fā)。

然而，要開(kāi)發(fā)深海，沒(méi)有重大裝備是不行的。過(guò)去為什么沒(méi)有開(kāi)發(fā)，一個(gè)重要原因就是沒(méi)有深海的重大裝備，這樣的裝備每租用一天就是50多萬(wàn)美元，全世界這樣的深水鉆井船還為數(shù)不多。

“十二五”時(shí)期是中國(guó)船舶工業(yè)和海洋石油工業(yè)大有作為的重要發(fā)展時(shí)期。海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展已上升為國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)，中央提出“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，制定和實(shí)施海洋發(fā)展戰(zhàn)略，提高海洋開(kāi)發(fā)、控制、綜合管理能力”的要求，為加快海洋石油工業(yè)發(fā)展提供了重要戰(zhàn)略機(jī)遇。同時(shí)，國(guó)家將海洋工程裝備作為高端制造業(yè)的重要組成部分納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)扶持。

深海開(kāi)發(fā) 面臨諸多挑戰(zhàn)

我國(guó)南海深水環(huán)境條件惡劣，以百年一遇的風(fēng)浪條件做比較，我國(guó)南海波高為12.9米，與墨西哥灣相等，是西非海域的3倍，南海表面流速和風(fēng)速接近墨西哥灣的2倍。我國(guó)南海具有特有的內(nèi)波流、海底地質(zhì)條件復(fù)雜（包括海底滑坡、海底陡坎、濁流沉積層、碎屑流沉積等）。同時(shí)，我國(guó)南海油氣具有高粘、高凝、高含二氧化碳等特點(diǎn)，使深水低溫高壓環(huán)境下的遠(yuǎn)距離油氣輸送面臨巨大挑戰(zhàn)。

我國(guó)海洋工程自主實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)僅在200米水深之內(nèi)，與國(guó)外深水海洋工程技術(shù)的飛速發(fā)展形成巨大反差，已經(jīng)成為制約我國(guó)深水油氣資源開(kāi)發(fā)的瓶頸。一方面，目前深水核心技術(shù)僅掌握在少數(shù)幾個(gè)國(guó)家手中，引進(jìn)中存在技術(shù)壁壘；另一方面，我國(guó)南海特有的強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、內(nèi)波等災(zāi)害環(huán)境以及我國(guó)復(fù)雜原油物性及油氣藏特性，本身就是世界石油領(lǐng)域面臨的難題，這就決定了我國(guó)深水油氣田勘探開(kāi)發(fā)工程將面臨更多的挑戰(zhàn)，只有通過(guò)核心技術(shù)自主研發(fā)、盡快突破深水油氣田勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)才能獲得深水油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的主動(dòng)權(quán)。

海上油氣開(kāi)發(fā)投入高風(fēng)險(xiǎn)大。由于深海油氣勘探開(kāi)發(fā)需要一整套包括技術(shù)裝備、后勤供給、安全防控在內(nèi)的綜合體系，它所帶來(lái)的“高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高科技”的門(mén)檻讓能夠從事深海油氣勘探開(kāi)發(fā)的國(guó)家和公司屈指可數(shù)。海洋石油裝備建造需要巨大資金支持，比如建設(shè)一個(gè)遠(yuǎn)離大陸的中型深水油氣田（千萬(wàn)噸級(jí)），投資約需500億-600億元人民幣。

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)不斷向深水推進(jìn)，施工難度也相應(yīng)越來(lái)越高。

水深增加，要求隔水管更長(zhǎng)、鉆井液容積更大以及設(shè)備的壓力等級(jí)更高，這使得隔水管與防噴器的重量等均大幅增加，所以必須具有足夠的甲板負(fù)荷和甲板空間；另一方面，水深增加，加之深水惡劣的作業(yè)環(huán)境，使得鉆井非作業(yè)時(shí)間增加，這對(duì)設(shè)備的可靠性要求更加苛刻—在選擇深水鉆井裝置、設(shè)備和技術(shù)時(shí)都要針對(duì)水深程度進(jìn)行單獨(dú)校核。

同時(shí)，海底溫度低，但井底有可能高溫，這給鉆井作業(yè)帶來(lái)很多問(wèn)題。因?yàn)樵诘蜏丨h(huán)境下，鉆井液的黏度和切力大幅度上升，會(huì)導(dǎo)致顯著的膠凝現(xiàn)象發(fā)生，而且會(huì)增加形成天然氣水合物的風(fēng)險(xiǎn)。水深的增加，地層的破裂壓力梯度降低，致使破裂壓力梯度和地層孔隙壓力梯度之間的窗口較窄，極易導(dǎo)致井漏、井噴等復(fù)雜情況的發(fā)生。

要實(shí)現(xiàn)進(jìn)軍深水的夢(mèng)想，就必須建立完善的深水勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)體系。以勘探為例，要完成深水油氣藏資源的勘探，就需要深水裝備技術(shù)、長(zhǎng)纜地震信號(hào)測(cè)量和分析技術(shù)、多波場(chǎng)分析技術(shù)、深水大型儲(chǔ)集識(shí)別技術(shù)及隱蔽油氣藏識(shí)別技術(shù)等綜合的工程裝備技術(shù)體系。

因此，打造一批能夠完成深水作業(yè)的“利器”，就成了承載整個(gè)深水油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)體系的關(guān)鍵。

一般而言，深水勘探有幾個(gè)關(guān)鍵性因素不可忽略，即勘探理論、地質(zhì)資料、深水鉆井裝備和專業(yè)團(tuán)隊(duì)等。在國(guó)外，衡量一家公司是否具備深水作業(yè)能力，重要標(biāo)準(zhǔn)之一就是看該公司是否具有“被實(shí)踐證實(shí)”的深水技術(shù)。中國(guó)工程院院士曾恒一認(rèn)為，中國(guó)海油在300米內(nèi)水深區(qū)域的石油開(kāi)采技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平，而在300米-3000米這一深水區(qū)域卻是剛剛起步，深水技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比尚有較大差距。

安全環(huán)保 必須不斷加強(qiáng)

“最大的風(fēng)險(xiǎn)是被忽視的隱患，最大的困難是被輕視的艱險(xiǎn)。”我們必須清醒地意識(shí)到：深?？碧介_(kāi)發(fā)安全永遠(yuǎn)不可能一勞永逸。

海洋石油具有高風(fēng)險(xiǎn)特征。一是要面對(duì)海上各種嚴(yán)重的自然災(zāi)害—臺(tái)風(fēng)、海嘯、地震等。如2006年墨西哥颶風(fēng)中，50多座海上平臺(tái)遭受不同程度的損壞。2006年南海珍珠號(hào)臺(tái)風(fēng)，造成我國(guó)南海最大油氣田停產(chǎn)10個(gè)月，每天損失原油2萬(wàn)桶；二是海上油氣田開(kāi)發(fā)中作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。如2001年3月，巴西P36半潛式鉆采平臺(tái)(作業(yè)水深1350米)爆炸后翻沉。2011年，墨西哥灣BP石油公司“深水地平線”鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸，導(dǎo)致11名工人死亡，鉆井平臺(tái)沉入海底，大量原油泄漏到海洋中，海岸線受到嚴(yán)重污染。

作為世界深?？碧介_(kāi)發(fā)的后來(lái)者，中國(guó)海油吸取了前人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)?！昂Ｑ笫?81”首次采用了世界最先進(jìn)的本質(zhì)安全型水下防噴器系統(tǒng)，在緊急情況下可自動(dòng)關(guān)閉井口，其安全系數(shù)大大提高，能有效防止類似墨西哥灣事故的發(fā)生。

深水油氣勘探領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富的美國(guó)，在墨西哥灣事故發(fā)生后更加重視深水作業(yè)安全，并采取了一系列措施，包括實(shí)行更為嚴(yán)格的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)化深水鉆井應(yīng)急措施等。除此之外，美國(guó)政府還希望通過(guò)投資研發(fā)的手段，提升深水作業(yè)技術(shù)水平，確保深水作業(yè)的安全。

資料顯示，2011年11月22日，美國(guó)能源部（DOE）宣布資助了6個(gè)以減少超深水鉆井風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境保護(hù)為目的的油氣研發(fā)項(xiàng)目，總經(jīng)費(fèi)2640萬(wàn)美元，研發(fā)內(nèi)容包括通過(guò)改進(jìn)固井、連續(xù)管修井、流量控制等技術(shù)手段預(yù)防不可控的油流，通過(guò)水下機(jī)器人進(jìn)行3D激光成像實(shí)施監(jiān)測(cè)與檢查，通過(guò)特殊管道間接測(cè)量多相流，建立更有效的全電動(dòng)深水安全系統(tǒng)，以及海洋設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

這些研究非常具體務(wù)實(shí)，其中一個(gè)項(xiàng)目就是美國(guó)能源部聯(lián)合美研究院校，對(duì)北大西洋颶風(fēng)活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響進(jìn)行詳細(xì)分析，目的是增加對(duì)颶風(fēng)嚴(yán)重程度的了解，并設(shè)計(jì)可替換的海洋作業(yè)系統(tǒng)。

南海海域臺(tái)風(fēng)活躍，對(duì)深水作業(yè)的安全構(gòu)成了很大威脅。我國(guó)由于起步較晚，深水勘探規(guī)模較小，這一問(wèn)題尚未能從政府層面整合資源進(jìn)行研究，無(wú)論是研究投入還是深度都需要加強(qiáng)。

在進(jìn)軍海洋油氣領(lǐng)域的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染及破壞亦不容小覷。根據(jù)國(guó)家海洋局今年3月份發(fā)布的報(bào)告，石油類污染已然是海水中的主要污染物，并且污染量呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。污染的來(lái)源，除了陸域排放，海上開(kāi)發(fā)是另一主因。

海上平臺(tái)向海洋排放了大量的生產(chǎn)污水、鉆井泥漿、鉆屑等，對(duì)海面造成了非常嚴(yán)重的污染。除了生產(chǎn)活動(dòng)，因事故造成的海洋石油污染也很嚴(yán)重。在近30年間，我國(guó)沿海共發(fā)生船舶溢油事故2353起，平均3.5天發(fā)生一起，溢油總量達(dá)34，189噸。對(duì)此，如果不采取合適的預(yù)防以及管理措施，海洋石油污染問(wèn)題很有可能會(huì)隨著開(kāi)發(fā)力度的加大而加劇。