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突破深海油气工程的“卡脖子”技术必须靠不断创新来驱动-

发布时间:2020-10-02  分类:科技新闻  作者:dadiao  浏览:12

原标题:突破深海油气工程“卡脖子”技术,必须以持续创新为动力!

来源:中国石油大学,北京

我国近海油气资源丰富,但大多埋藏在深水区,相应的油气勘探开发工作面临诸多难题和工程技术挑战。《中国科学报》年9月30日,我院石油天然气工程国家重点学科负责人、中科院院士高德利教授发表了题为《深海天然气工程急需突破核心技术》的文章。高德利院士在文中就深海油气工程的特点、深水钻井技术和深海天然气工程的科技创新谈了自己的看法。


我国近海油气资源丰富,但大多埋藏在深水区,相应的油气勘探开发工作面临诸多难题和工程技术挑战。


经过多年的探索和实践,我国海上深水钻井工程实现了从浅水到超深水的飞跃,南海发现了丰富的天然气及其水合物资源,迫切需要安全高效的开发,因此对相应的开发工程模式及其技术支撑体系提出了很高的要求。


深海油气工程具有“四高”的特点


随着全球油气需求的不断增长和油气科技的不断进步,海上油气勘探开发正由浅水向亚深水、深水、超深水加速发展。


海洋深水区油气资源勘探开发日趋活跃,如墨西哥湾、西非、巴西、北海、澳大利亚、南海等。近10年来,全球重大油气发现有一半以上来自深海,深海将成为油气资源的重要接替区之一。


与此同时,深海油气勘探开发及其工程作业也面临着“入陆入海”的双重挑战,具有高技术、高风险、高投入、高回报的特点,其中“高回报”和巨大的附加利益吸引着世界上相关国家和公司进行持续高强度的投资和大规模的勘探开发活动。


由于深海油气工程具有“四高”的基本特征,任何作业事故都可能大大增加作业时间和成本,严重时甚至导致灾难性后果。因此,需要不断研究和实践与深海油气勘探开发相关的安全高效的作业模式及其技术支撑体系:一方面,掌握其基本科学规律和先进的勘探开发模式;另一方面,努力在相关工程技术和装备保障体系方面不断取得重大创新和突破。


南海油气资源丰富,但70%以上埋藏在深水中,相应的油气勘探开发和工程作业面临诸多技术难点和挑战。经过10多年的探索和实践,我国海上油气钻井最大水深已超过2600米,实现了从浅水到超深水的飞跃。与此同时,人们发现了丰富的深海天然气及其水合物资源,需要安全高效地开发利用。要积极探索创新驱动的安全高效发展模式,不断实现关键核心技术和装备的重大突破。


深水钻井技术创新是关键核心之一


与浅水或陆地相比,深海天然气工程最大的特点是需要浮式钻采作业、水下井口和合适的天然气生产和集输系统。这不仅增加了工程运行的潜在风险和技术系统的复杂性,也大大增加了工程成本。


因此,在深海天然气开发项目中,应尽可能减少水下井口及配套设施的数量,缩短浮运作业时间,单井n


考虑到深水钻井的客观约束和作业技术特点,我队提出了适用于深水井结构设计的不同作业安全系数选择方法和套管柱强度设计推荐做法,并给出了一套先进的深水井结构优化设计流程。根据深水钻井作业的特点,考虑立管段井筒传热、钻井液注入量增加、套管及其环空温度和压力效应等多种因素。建立了深水钻井套管环空循环温度预测计算模型和温度效应引起的环空增压计算模型,阐明了相关因素的影响规律,为深水井筒完整性设计和控制提供了一种新方法。


此外,深水导管入泥深度的设计和射流装置的控制研究也取得了新的进展。相关研究结果揭示了深水导管与海床土的相互作用机理。利用不同的桩土界面模型,对深水钻井导管的承载能力进行了计算和分析,揭示了深水导管作为“循环通道”和“保持结构”的动态力学特性。建立了射流法深水导管安装深度预测模型。


考虑到深水钻井隔水管安装过程中的特殊边界条件,建立深水钻井隔水管安装过程中的各种动态行为分析模型和控制方程也非常重要。利用传递矩阵和频谱分析方法,对深水钻井隔水管的顶部张力进行优化,得到不同作业参数下的最佳顶部张力值。


目前,我们团队已经形成了深水表层导管泥浆深度的预测和控制方法,以及深水隔水管综合力学分析和安全作业窗口预测方法,为深水钻井工程的安全高效作业提供了重要的技术支持。同时,建立了深海油气工程科技创新和人才培养基地,自主研发了深水钻井力学模拟实验装置,形成了“产、学、研、用”一体化的创新平台条件,推动了海上深水钻井行业的科技进步。


关于深海天然气工程科技创新的几点建议


南海深水区天然气及其水合物安全高效开发面临诸多技术挑战,迫切需要建立合适的工程模型及其技术支撑体系,寻求“地质-工程-市场”一体化解决方案。


对于深海常规天然气田,要积极试验建立“浮式生产、浮式钻井集输、水平井或结构复杂井完井水下钻采系统、FLNG加工系统船舶运输”的开发模式和技术支撑体系;对于邻近浅水区的深海天然气田,可以考虑大位移水平井的开发模式,将“水下井口”转移到浅水区的固定钻采平台,大大提高其综合开发效益。


为实现天然气水合物在海域的商业化开发,还应积极试验建立“浮式钻井和水平井或结构复杂井完井、管道或船舶运输天然气水合物原位分解开采”的开发模式及其技术支撑体系。


此外,由于天然气水合物埋藏在海床以下的浅层,水平井、U型水平井等复杂结构的井项目难以实施,因此考虑在水深较浅的海床上选择井位,通过实施大位移井项目进行安全高效的开发,或者采用吸力锚技术和设备建立水下井口。


未来,应通过不断创新,不断提升深水钻井、生产、储存、运输一体化技术体系的先进、安全、高效应用水平