中国海洋平台的现状与发展浅析

摘要：

未来的油气能源将继续在世界能源需求中占据主导地位， 海洋石油已成为未 来世界石油开采的主要来源。 在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞 争的形势下， 须高度重视对深海平台技术的研究。 目前主要投入使用的海洋平台 主要有四种：张力腿平台，半潜式平台，浮式平台，单柱式平台（ spar ）。近年 来我国虽然在海洋平台建造及技术研究方面做了大量工作，并取得了可喜的成 绩，但就海洋装备技术实力和技术水平而言， 我国与发达国家之间还存在着很大 的差距。因此，我国必须加快科研步伐，早日步入世界海洋石油装备强国行列。

1 世界海洋石油资源的背景

目前， 世界石油工业正面临着极大的挑战。 全球油气储量增长乏力， 远远无 法弥补每年的产量。 然而全球的油气消耗量仍将以较快的速度增长。 根据国际能 源署发布的世界能源展望预测， 世界石油需求在 2030 年之前将保持年均 1.6％的 增长，到 2030 年达到 57.69 亿吨。天然气需求在 2030年之前将保持年均 2.4％ 的增长，到 2030 年达到 42.03 亿吨油当量。未来的油气能源将继续在世界能源 需求中占据主导地位，到 2030 年油气需求将占世界能源总需求的 65％。天然气 资源估计将在 2015 年超过煤炭资源成为第二大能源种类．随着陆上石油资源的 日渐枯竭，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源。 随着中国经济的发展， 特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展， 石油和天然气供应不足 的矛盾日益突出。我国从 1993 年开始，原油供应皿满足不了市场需求，因而从 石油出口国变为石油进口国。

2 海洋平台技术的价值

己探明的世界海洋石油储量的80%以上在水深500m以内，而全部海洋面积 的90%以上水深在200 一 6000m之间，因而大量的海域而积有待探明。此外， 世界上除了少数海域以外， 大部分地区的近海油气资源己口趋减少， 向深海发展 己成必然趋势， 深海平台技术己成为国际海洋工程界的一个热点， 进行了大量的 研究，新的深海平台结构不断涌现。 图 l 给出了用于海洋油气开发的典型的海洋 平台型式。我国拥有300万km2的海疆，深海油气资源十分丰富。然而，目前油 气资源开发主要是在200m水深以下的海域，深海平台技术的研究尚处于起步阶 段，在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞争的形势下， 须高度重视 对深海平台技术的研究。

深水油气勘探正成为油气勘探开发的热点领域，虽然技术难度大，风险大， 但投资回报率高， 且相关技术日趋成熟， 成本不断降低， 近年来不断取得的深水 油气发现，己成为全球油气增长的重要一极．我国海洋油气勘探开发业务起步 晚．深海油气开发技术与国外先进技术存在很大的差距。 目前，我国深水钻探的 最大水深只有505m已开发深海油气田的最大水深只有 333m铺管最大水深只 有 30 肠．．我国深水油气勘探开发的装备和技术都很欠缺甚至是空白， 深水区域 特殊的自然环境和复杂的油气储存条件将使我国深水油气开发在钻探、开发工 程、建造等方面面临诸多

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技术难题。 技术上的巨大差距是我国深水油气田开发面 临的最大挑战． 此外，我国南海海域与周边 8 个国家存在领土争议， 这些国家与 西方石油公司合作，已经发现了 100 多了油气田，每年开采 t 达到 3000万到 50 亿万吨， 而我国在南沙海域还没有建过一个平台。 随着国民经济的高速发展， 能 源缺口和对外依存度也越来越大． 鉴于国内外的形势， 鱼需开发我国海域特别是 深水区丰的油气资源。

3 海洋平台发展现状

3.1 开发状况

3.1.1 国外深海油气勘探开发现状

国外深水油气勘探始于上世纪 70年代末，经过近 30 年的勘探，在南美、西 非大西洋沿岸、西哥沟、北海、巴伦支海、喀拉海以及东南亚、澳大利亚西北大 陆架等海域相继发现了很多大型油气田，其勘探领域已扩展到水深3000m的深海 区。．西哥海、南大西洋两岸的巴西与西非海城己成为世界油气勘探的热点．被 称为深水油气勘探的金三角，这里集中了当前世界大约已知的深水油气勘探活 动。随着深海油田的不断发现． 石油工业界对开发深海石油的生产处理的兴趣日 益增长．并且创新了一些适用于深海开发的海上石油生产处理装置。 这些海上石 油的生产处理装大多为浮式的海上石油生产系统。 由于深海的环境条件相对比较 恶劣以及投资成本的加剧． 人们在降低投资及减少海上结构物的受力等方面做出 了不断的努力。虽然深水油气勘探在全球广泛开展并己成为石油公司勘探的热点 领域．但当前全球深水油气业务主要集中在美国、英国、法国、巴西等国的石油 公司手中。 3.1.2 国内深海油气勘探开发现状

我国的石油资源并不丰富。世界人均的石油可采资源是 68吨．我国人均 12 吨．相当于世界平均水平的 l/5 ．天然气的世界平均水平是 7 万方，我国的人均 水平只有 l 万方，相当于世界平均水平的 In 。但相对来说，我国的沿海和深海 的油气资源还是比较丰的．我国拥有 1000万平方公里的海洋田上，深海油气资 源十分丰富， 特别是我国南海海城具有丰富的油气资源和天然气水合物资源． 石 油地质储量约为 230 亿到 300 亿吨．占我国油气总资滋 t 的三分之一。 3.2 我国深海平台技术研究现状

就海洋工程的科研力量来说． 我国现已有专门的海洋工程设计公司， 研究所， 大专院校及海洋工程国家实验室等， 多年来， 在海洋环境及荷载、 平台结构响应 分析、管道分析、关节点的应力与疲劳、海洋平台用铭、海工结构的无损检侧等 方面都取得了有成效的研究工作。 随着研究的深入， 研究已显示出以下特点： 从 平台构件的研究向平台整体分析的研究： 从确定性的研究向可东性的研究： 从理 想化的分析向计及构件缺陷的分析： 从当前浅海平台分析向深海平台的研究． 例 如，目前对固定式平台整体的结构分析、 可扭性分析、 疲劳分析等都有了相当多 的成果，计及检测缺陷后考虑可盆度更舒的平台评估也进行了研究． 。但总体来 说，我国海洋工程界对FPSO与半潜式平台的了解较多，技术也相对成熟。而对 Spar 平台却了解较少，也没有设计、建造和使用的经脸．

4 海洋平台技术种类

海洋平台按使用功能分类可分为钻井平台、 生产平台、生活平台、 储油平台、 近海平台等；按运动方式分类，如图 1：

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桩式(导管架式)

固定式

亶力式

船式 半浮式

降洋平台

潜式

坐底式 甘升式 牵索塔式 张力腿式

移谕式 座底式

顺应置

图1 海洋平台按运动方式分类

下面分别介绍四种常用的海洋平台，分别为：张力腿平台 (Te nsion Leg Platform ， TLP)，半潜式平台(Semi-submersibles,Semis)，浮式平台 (FloatingProduction Storage and Offloading System ， FPSO，单柱式平台 (spar)，

4.1张力腿平台

4.1.1张力腿平台概述

19年，美国R.O.Marsh率先提出采用倾斜系泊索群固定海洋平台的方案， 被公认为张力腿平台的鼻祖，在各国学者对张力腿平台的理论研究和试验探索 下，取得了巨大的进展。CONOCO司于1984年在北海157m深的Hutton油田安 装了第一座张力腿平台。随着科技的发展和工程探索的进步， Con ocoPhillips 公司在1 425 m的深海中成功使用了张力腿平台，此平台也是目前张力腿平台工 作水深最深的平台。 4.2半潜式平台

半潜式平台又称立柱德定式平台，是浮式海洋平台中的一种常见类型. 它一 般由平台本体，立柱和下体或浮箱组成。此外，在下体与下体，立柱与立柱，立 柱与平台之间还有一些支持与斜撑连接。平台上设有钻井机械设备，器材和生活 舱室等，供钻井工作用•平台本体高出水面一定高度•以免波浪的冲击：下体或 浮箱提供浮力，沉没于水下以减少波浪的扰动力： 平台本体与下体之间连接的立 柱•具有小水线面的例面，立柱与立柱之间相隔适当距离，以保证平台的德性， 所以又有立柱德定式之称。

4.3浮式平台

浮式生产储却油系统FPSC将集油计、油气水处理、储油、装卸运输 4种功 能综合在一个油轮上实现。在一条改装或专门建造的船甲板上安装有油、 气、水 处理系统、供电设备以及生活设施，浮船多由转塔式锚泊系统定位，船上有旋转 伸缩接头与输油立管相连接。

目前，FPSO的应用已经很普遥，在全世界己有近百艘 FPSC正在操作运行。 现在世界上的FPSO已可以在水深十几米到几千米范围内工作,FPSO具有很强的 抗

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风浪能力，因此被广泛地应用在环境条件比较恶劣的海域。 它适用于冰情较严， 的海域，如加本大海域和中国动海；适用于台风频发的海域，如中国南海；适用 于环境恶劣的北海． 它还适用于各种不同的油田， 如从近岸油田到距岸几百千米 的边远油田．

4.4 单柱式平台 随着海洋开发事业的迅速发展， 人类石油勘探的范围已经逐渐由浅海、 近海扩展 到了深海区域。 传统的海上采油平台已不再满足深海采油的需求， 一种新型的海 上采油平台—— Spar 应时而生，并显示出了强大的生命力。 当前世界上在役和在建的 Spar 平台可分为三代，按其发展的时间顺序排列分 别是： ClassicSpar 、 TrussSpar 和 CellSpar 4.4.1 第一代 Spar-ClassicSpar

经典式 Spar(ClassicSpar) ，又称为箱式 Spar(CaissonSpar) ，是最早出现的 Spar 深海采油平台，该型

Spar 平台最主要的特征就是主体为封闭式单柱圆筒结构，体形比较巨大，主体 长度一般都有215m直径都在23m以上。 4.4.2 第二代 Spar-TrussSpar

构架式 Spar 是第二代 Spar 采油平台，它与第一代 Spar 平台最大的不同在于它 的主体分为了三个部分，上部和 C.lassicSpar 一样为封闭式圆柱体，中部为开 放式构架结构，下部是底部压载舱。 4.4.3 第三代 Spar-CellSpar

Cell Spar 的平台体由若 干个中空的圆型柱体构成， 这种构造结构使得平台的建造更方便， 结构的改进使 得 Cell Spar 平台重量更轻，体积更小，与前两种平台相比提高了平台的承载能 力。综上所述Spar平台适宜深水作业、灵活性好、经济性好，已是目前第二大 主力平台类型。

5 我们现今的海洋平台技术水平

5.1 我国海洋石油钻井装备产业取得骄人业绩我国油气开发装备技术在引进、消 化、吸收、再创新以及国产化方面取得了长足进步。 (1) 建造技术比较成熟海洋石油钻井平台是钻井设备立足海上的基础。从 1970 年至今， 国内共建造移动式钻采平台 53座，已经退役 7座， 在用 46座。目前我 国在海洋石油装备建造方面技术已经日趋成熟 .

(2) 部分配套设备性能稳定海洋钻井平台配套设备设计制造技术与陆上钻井装备 类似，但在配置、可靠性及自动化程度等方面都比陆上钻井装备要求更苛刻。

(3) 深海油气开发装备研制进入新阶段日前，我国海洋油气资源的开发主要集中 在Zoom水深以内的近海海域，尚不具备超过 500m深水作业的能力。

5.2 我国与世界先进海洋石油钻井平台的主要差距，主要表现在以下方面： 1) 钻井平台类型单一，技术含量低我国目前主要采用导管架式、坐底式、自升 式钻采装置，结构简单，功能单一，新型张力腿平台 (TLP，单柱平台(SPAR、 顺应式平台．及其它多功能综合性平台的设计和建造技术还是空白。 2) 现有钻井平台不适应深水需求目前我国的石油开采装备大多只能在 300In 深 以内的海域工作，急需深海移动式钻采平台（船） ；海底基篮、水下并口

及水下 采油维修设备；水深大于 500。的浮式生产系统，海底管线安全检测及维修装备 （水下机器人）；天然气水合物勘探及采收技术装备．配套深水作业的定位、通 讯、运输保障、安全求生、环保设备。

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6 海洋平台未来发展趋势

随着当前世界各国对石油重要性的认识和现代高科技的飞速发展， 预计海洋 钻井平台将会朝着以下几个方面发展．

6.1 海洋钻井平台被少数国家长期垄断的局面将逐渐被打破

在海洋钻井平台技术发展过程中， 美国、娜威等西方发达国家由于起步早己 积累了一定经验， 尤其在海洋深水技术开发方面一直处于领先和垄断地位， 但随 着近几年世界多个国家涉足海洋勘探开发领域，尤其是中国、巴西、韩国、日本 等国家的崛起， 今后海洋装备技术将呈现出多渠道、 多国化， 百花齐放的发展局 面。 6.2 海洋钻井平台将向离可靠性、自动化方向发展 面对风、浪、流等各种复杂的海洋作业环境及海上安全与技术规范条款的要 求等， 石油装备的高可靠性是保证海洋油气能否顺利开发的先决条件。 同时，为 了提高乎台作业效率， 降低劳动强度及减小手工操作的误差率， 海洋装备的自动 化、智能化控制技术己得到较好的应用。 但对发展中国家而言，尚需对0P3定位 系统、自动化管子处理系统以及海洋水下设备下人工具等做进一步研究． 6.3 海 洋钻井平台向多功能化方向发展趋势明显 2。部分钻井平台开始向多功能化方向发展。

新型的多功能海洋平台不仅具有钻井功能， 同时还具备修井、 采油、生活和 动力定位等多种功能。如具有动力定位装置的 FPSO不仅完全具备上述功能， 而且还可以作为穿梭油轮， 实现一条船开发一个海上大型油田的目标。 多功能半 潜式钻井平台不仅可用作钻井平台，也可用作生产平台、起重平台、铺管平台、 生活平台以及海上科研基地，甚至可用作导弹发射平台等，适用范围越来越广。 6.4 海洋钻并平台向深水领域发展必将成为新的发展方向世界主要海洋装备制造 强国均己开始研究并制造大型化的海洋油气开发装备，作业水深己由早先的 10~25 米发展到当今的 3000 米以上，海洋油气开发装备的最大钻井深度可达 12000米。目前，第 5 代、第 6 代超深水半潜式平台己成为发展潮流。根据美国 权威机构统计分析， 200 卜 2007 年全世界投入的海洋油气开发项目为 434 个， 其中水深大于 500In 的深水项目占 48%，水深大于 1200。的超深水项目达到 22%， 各大石油公司在深海领域的投资有不断增加的趋势， 海洋钻井平台正不断向深水 领域发展。 7 总结与展望

当前，海洋石油勘探开发已进入到一个新的时代， 世界各国对海洋油气资源 勘探开发的力度不断加大。 近年来我国虽然在海洋平台建造及技术研究方面做了 大量工作， 并取得了可喜的成绩， 但就海洋装备技术实力和技术水平而言， 我国 仍处于一个比较落后的位置。 现在，国内建造的多个平台和船体上用的主机、 动 力系统、专用设备、自动化工具等仍需花巨资向发达国家购买。在海洋钻井、平 台定位、 系统控制、 自动检测和事故处理等技术方面， 我国与发达国家之间还存 在着很大的差距。因此，我国必须加快科研步伐，奋力迫赶西方发达国家，早日 步入世界海洋石油装备强国行列。

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