深海油氣的開採難度和淺海油氣的開採難度的主要差別在哪?目前中國有沒有開採深海油氣的能力? | 知乎問答精選

 

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深海油氣的開採難度和淺海油氣的開採難度的主要差別在哪?目前中國有沒有開採深海油氣的能力?

2018年10月15日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 7 ℃ 次

【李泊的回答(46票)】:

趁著圓桌期間就多答幾發吧。

以前看知乎上一些其餘回答,似乎並沒有區分鑽井平台(drilling)和采油平台(production)。兩者的用途、設計標準是很不一樣的。

深水油氣開採,已經是一個極其龐大也漫長的產業鏈。其中涉及到的產業不計其數。涉及到海洋工程的部分,大體follow以下路徑:

石油公司看重一個區塊,首先做地震勘探。有油公司自己做,也可以外包給專業服務公司,比如在休斯頓出了名的CGG。地球物理學家做地震波反演,地質學家通過地球物理結果做出地質解釋,指出哪兒可能是油氣藏。打個比方,如果地質學家是醫生,那麼地球物理就是照X光的。

找到哪兒可能有油了,然後吶?開始打洞唄!這時候就要僱傭drilling公司開始打井了,比如Transocean, Seadrill之類,租他們一條鑽井船或鑽井平台,嘗試著打幾個井。然後是測井、固井等步驟(這是石油工程的範疇,不那麼瞭解)。

關於到這一步, @劉陶陶 的一個回答已經說的很好了:如何勘探、採集位於海洋中的油田? - 石油

我就接著他的內容,說說打完井後該怎麼辦。

首先提一下鑽井平台和采油平台的設計標準區別。眾所周知,打一口井不需要太多時間,所以鑽井船、鑽井平台並不需要在一個地方呆太久,頂多幾個月吧?所以碰上極端天氣的概率不大。俗話說打一個炮換一個地方,說的就是這貨:(drill-ship)

或者這貨 (semi-submersible drilling rig)或者這貨 (semi-submersible drilling rig)

但采油平台們可不像鑽井平台那麼瀟灑。都是呆在一個地方哼哧哼哧地采油好多年的,可能一呆就是十幾年。在它有限的生命裡,多多少少要經歷諸如卡特裡娜颶風那樣的挑戰。還真是苦逼啊!但采油平台們可不像鑽井平台那麼瀟灑。都是呆在一個地方哼哧哼哧地采油好多年的,可能一呆就是十幾年。在它有限的生命裡,多多少少要經歷諸如卡特裡娜颶風那樣的挑戰。還真是苦逼啊!

列幾個前幾年石油公司新上馬的項目:

(i) Shell的Malikai TLP (tension leg platform)

海面下大概這個模樣:海面下大概這個模樣:

TLP的特徵就是,平台和海底由很多叫tendon的鋼管相連。巨大的浮力撐緊了tendon,也保持了平台的穩定。

(ii) Anadarko石油公司的Lucius Spar:

記住了嘛凡是有著這長長的邪惡的圓柱體的平台,都叫Spar,不是你洗浴中心裡的spa!記住了嘛凡是有著這長長的邪惡的圓柱體的平台,都叫Spar,不是你洗浴中心裡的spa!

Spar的海面下,往往長這樣:

(iii) 以及還是Anadarko公司的半潛式生產平台:Independence Hub(iii) 以及還是Anadarko公司的半潛式生產平台:Independence Hub

海面下是這個樣子的:海面下是這個樣子的:

再來一張更廣角的:再來一張更廣角的:

小結:TLP, Spar, Semi-submersible,構成了幾種最常見的平台形式,以及FPSO (Floating Production, Storage & Offloading):

這是一種船型的設備,使用單點系泊系統。這是一種船型的設備,使用單點系泊系統。

從平台的設計、製造、設備的購買、安裝,以及現場的安裝,生產的維護,每個步驟往往都對應有專門的公司來做。再加上平台上用到的不計其數的設備,海底五花八門的管線和海底設備。每個設備、每條管子,都有專門的公司來提供,根據特定的標準來設計。夠麻煩的吧!

比如上圖中連接海底和平台的垂在海中間的管子,以及Lucius Spar中那幾條黃黃綠綠的線,工業界稱生產立管(riser)。看似很簡單,實際上這管子內部要承受油氣的高溫高壓,外部要承受深海巨大的水壓、低溫、以及海水腐蝕。最要命的是,上面的平台他尼瑪是會動的啊!

可以想像一下,這幾根脆弱的鋼管被上面的平台東拉西扯,遇上風暴了平台晃得更厲害。這種情況下還要堅挺好多年,真不容易- - 當然了,現在也有柔性的立管,但是單價貴很多,而且內部金屬層的疲勞問題依然存在。

好了,說完挑戰,這項目總得開始。

第一步是Conceptual Design。就是你先選好哪種生產形式。一般設計公司給出幾種方案以及成本,然後石油公司拍板做決定。

第二步是FEED (Front-End Engineering Design)。也是石油公司外包給設計公司。這相對於第一步會更細節一點。這一步決定了最終拍板定價以及各種預算明細,工業界也俗稱feasibility analysis或者early project planning

第三步就是詳細設計了。著名的設計公司包括了法國企業Technip, SBM Offshore,挪威企業Aker Solution等。比如設計一個spar,詳細的尺寸,吃水,上面topside怎麼安排,直升機停上來了重心浮心會怎麼變,錨鏈拉幾根,錨鏈能撐多久,遇上千年一遇的風暴錨鏈會斷嗎。如果斷了一根平台會翻嗎,如果一個倉進水了平台會傾斜多少度。掛幾根生產立管,管道怎麼安排,怎麼把海底那些零零散散的油井給聯繫起來。如果旁邊還停了艘油輪,遇上大的風暴和油輪會撞起來嘛,兩貨該保持多少距離?

一口氣打了這麼多,但詳細設計裡的問題實在太多了。。

按照我們公司的部門分類,大概可以分這樣幾塊:

Stability(穩定性,保證不翻);

Global Performance/Mooring(錨定系統,保證平台可以撐在那兒好多年);

Structure(包括船體hull和上部結構topside,結構得夠強啊,總不能像泰坦尼克那樣被冰山攔腰斬斷吧);

Riser/Pipeline(立管、管道,立管按作用又分injection, import, export等等,比如要往岩層裡注酸注水,就得通過injection riser往地下注射);

Equipment(平台上各種設備,才上來的油三相分離,油如何import/export, 多出來的氣是燒掉吶還是通過管道運出去還是壓縮成液體裝到LNG裡;海底的各種設備,wet tree, pipeline manifold啥的);

Electrical(電氣系統);

Safety (防火設備,救生設備)等等等等。

這是一個如此繁複龐大的系統工程,而其中的任何一步都至關重要。如果一步出差錯,那就又是一個深水地平線式的震驚世界的事故。

這裡舉一個頗為滑稽的例子,說明stability, global performance搞不好會怎麼樣:

這貨叫mini-TLP。曾經有一個mini TLP, 在遭遇了2005年一場叫rita的風暴以後,變成了下圖所示:這貨叫mini-TLP。曾經有一個mini TLP, 在遭遇了2005年一場叫rita的風暴以後,變成了下圖所示:

怎麼感覺菊花朝天好無辜的樣子- -怎麼感覺菊花朝天好無辜的樣子- -

還好那次人員撤離的早,油井也早就被切斷了。沒有造成人員傷亡和原油洩露的事故。

所以知道這些總體設計是多麼重要了嘛!這可不是3D打印也不是樂高積木,可不能由著你性子來啊!弄不好不僅保持不了優雅的姿勢,還要分分鐘出洋相的啊!

設計完了,你得找船廠(shipyard)去造。還要亂其八糟的各種設備,你得到全世界各地的設備製造商去買。比如油井上的防井噴系統(BOP),你可以買Cameron的;Riser的那些管道,你可以去NOV買;海底的那些亂其八糟的設備,啥wellhead connector, subsea manifold,這些設備製造商又包括GE oil & gas, Siemens, ABB, FMC technology。這些subsea設備,現場安裝的時候,也得去找專門的公司,比如專門鋪管道的公司、專門提供ROV安裝海底設備在海底擰螺絲的公司。

插播一句,如果是鑽井平台,其實在船體設計階段和采油平台是差不多的,頂多部分部件設計標準低一點,比如立管、錨鏈只要抗個十年一遇的風暴就算你過關。但鑽井平台上的設備和采油平台完全不一樣。鑽井平台往往是一整套的drilling package:travelling block, top drive, drilling riser, BOP, LMRP, Wellhead,choke & kill system, mud return system, cementing unit等等。幾乎每一個部分都有一個專門擅長的公司,比如哈利伯頓的泥漿單元,全球就無出其右(這裡石油工程專業的同學可以深入展開)。

好了,設備也買完了。別忘了還有平台的運輸和安裝,這時候Installation,transportation公司就上場了。比如荷蘭王牌Dockwise尤為擅長。這些公司的責任就是把平台運到指定的地點進行進一步設備安裝或者拉到真正的海區開始安裝作業。

平台的運輸也很有意思,那麼大的一玩意在海裡拖那麼遠,可怎麼辦?半潛船就派上了用場:

第二張圖中半潛船運的東西是一個遠海雷達站。這種雷達站可以分佈在全球的任何一個角落。第二張圖中半潛船運的東西是一個遠海雷達站。這種雷達站可以分佈在全球的任何一個角落。

至於運輸過程中間的穩定性,又是重中之重。假如一不留神上面載的和整個船都翻了。。好吧那畫面太美我不敢看。

可以想像一下到達地點後怎麼把這些龐然大物卸下來?沒那麼大的起重機啊- -

聰明的人類所以才發明了半潛船這個神奇的物種。先往壓載艙注水,半潛船會自己慢慢往下沉。沉到一定地步,上面那一坨不就自己漂起來了嘛!

安裝完之後,之前那些鑽井船打的井現在也終於重見天日了。采油平台重新連接了原先被封好的井口,從此擼出了第一桶油。源源不斷的油氣被生產出來,先送到平台上來進行三相分離,初級原油再通過巨型油輪或海底管道送到沿岸的化工廠,生產出汽油、柴油、航空燃油、瀝青、乙烯等各種各樣的產品,驅動著這個世界上無數的飛機、汽車、輪船,鋪了世界上無數的馬路,也被當作有機化工業的原料,生產出大家的化纖衣物、農田里的農藥化肥、無數的塑料製品、高分子化合物製品。

這就是我們的文明。即使是現在頗博眼球的互聯網技術、虛擬現實技術,所謂的比特世界,再酷炫也不會脫離原子世界的基礎。而石油,你可以嫌他髒,但不得不承認這是整個現代文明的血液。

這樣一個龐大的工程,每一步——設計,設備、製造、安裝,每個小部件,都對應有不同的公司。這樣就組成了深水石油這樣一個龐大的產業鏈。

關於深水石油產業國內現狀

相信當你看到那個雷達站的時候就會感覺到我們和美帝之間的差距。別人的軍事基地遍佈世界各地,建個雷達可以拖到全世界任何一個角,咱們還在家門口的南海填海造陸,還不時受別人挑釁一下,這不欺負人麼!

下面我就以深水石油這個產業,大概說明一下我們差在哪裡,也回答一下這個問題的第二小問。

從概念設計到詳細設計,中國目前沒有一家公司能做。耳熟能詳的海洋石油981,還是休斯頓某個設計公司設計的。對了提醒一下,981是鑽井平台,並非采油平台。前一段時間的那個大新聞,只是981去那個海域打幾口井試驗一下,逗逗越南。至於什麼時候能出油,還早著呢。說實話我都懷疑是不是真的探出有油了。

不過設計這個環節倒不用太擔心。在海外從事這個環節的中國人專家非常多。三桶油要有誠意,挖幾個專家回來完全不在話下,或者乾脆收購個公司。這樣至少能形成自己的設計團隊。

個人覺得中國這一塊沒有發展起來也是有原因的。因為還沒有那樣水深的需求。原來在渤海東海家門口玩玩就行了,最深的也就東海的春曉和平湖,不需要浮式的平台。現在國內油不夠用了,大量從中東進口,energy security越來越燙手,開始明白原來南海這麼重要,明白原來走出去到西非巴西北冰洋搶資源也不能落下歐美公司太遠,終於開始搶島礁建航母了,也把海洋工程作為十三五規劃重點。

接著是設備的環節。從上文也可以看出,大大小小的核心設備完全被歐美的公司壟斷。這意味著就算我們把總體設計做好,在自己的船廠按照設計把平台殼造好(海洋981在外高橋船廠建造應該就是這步),那些亂七八糟的設備,我們還得到國際上去買。

也許有人認為這沒什麼大不了的嘛。國際分工這麼明確我們就買別人的好啦,何必自己從頭開始研發,質量還不一定有別人的好?這話的確在理。但傳說中的產業升級呢?高端製造業呢?從別人那兒買東西定價權永遠在別人。有時候不知道怎麼用,壞了不知道怎麼修,這些都是別人可以漫天要價的時候。不得不承認這是由於我們整個工業體系的落後、工業底蘊的欠缺。相同的問題存在於航空發動機、芯片等製造領域。

舉個再簡單不過的例子——材料。據我們公司在上海分部的同事講,海洋工程包括其餘領域經常用到的高強度鋼,API 5L X70,我們自己沒有企業能生產,都是從日本買。你相信麼?我也不願意相信。很難相信現在萬眾創業的中國,以BAT為代表的企業分分鐘碾壓歐美的節奏,高鐵也伴隨著一帶一路的號角被輸出到全球的架勢,GDP碾壓日本緊追美帝,就一種材料還要去日本買?

話說回來,想趕上也並非無路可走,還是挖人啊。。相信那些設備製造商的公司裡中國人也是有不少的,總有願意回國的吧。國內也有不少上進的企業在進行各種國際併購雄心勃勃。我們也相信研究所裡那些兢兢業業的研究人員。這幾年我天朝取得的成就其實還是不少的。

當然了,這需要企業專注實業,不去玩股市房市;國家和企業給研發人員提高待遇,別人才全跑去玩金融互聯網創業。重視基礎研究,盯緊國際前沿,大幾十年以後海洋石油越采越少,那就去整點頁岩氣啊(陸上海裡都有),甚至可燃冰啊之類。

事實上海洋頁岩氣,人家腐國人已經在搞了- -Fracking the Irish Sea。

可燃冰啊大家也都開始蠢蠢欲動了可燃冰技術進展如何,哪些國家領先,離大規模應用還有多遠? - 電力

在我在未來海洋能量能得到充分利用嗎?以什麼方式實現? - 知乎用戶的回答一問中也大概說明了下海洋利用的未來大概包含幾個方面。

不定時更。由於整個產業鏈太龐大,也只是粗略地介紹介紹,難免會有不準確之處。如果有其餘行內人士歡迎補充。也希望整個行業的寒冬早點過去啊,油價都低位一年多了。。在這麼下去產油國一起完蛋好吧!至於油價為什麼會跌、何時回升等宏觀經濟問題,可以去參考 @PhilippeS@Jonna Zhou 兩位關注能源行業的金融從業者的若干答案。

【知乎用戶的回答(1票)】:

械妖。

難度在於更複雜的環境影響,這直接導致技術門檻和資金門檻比淺海要高很多。

中國目前還不具備深海采油的能力;在Jackup方面有不少家中國企業在做,但目前沒聽說有哪家在做FPSO。

國外知名公司有Schlumberger、Halliburton、Subsea7。

以上三點的細節以後有時間再詳述。

【知乎用戶的回答(0票)】:

淺水井口在水面以上,深水井口等設備都在水下。裝備能力是關鍵。

最近中海油的981在南海的深水已經打了兩口井了。

標籤:-能源 -石油 -海洋工程 -油氣開採


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