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[油气田] 一支深海舰队的诞生( 作者: 星球研究所 )

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发表于 2022-4-12 13:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
中国如何走向深海?( P1 f5 C6 I- Y+ {# v
作者: 星球研究所8 p8 v( q* a# S: M: C. F
        海洋,面积辽阔,物产丰富,蕴藏着这颗星球上超过34%的石油和天然气。然而,这些油气资源却并非触手可及,其中更有44%深埋于水深超过300米的深海之下,在中国也同样如此。尤其是在我国南海,在这片平均水深超过1000米的海域,55%的油气资源都埋在深深的海底。
3 `( S2 N, z6 x/ z/ ^4 q: z$ r& t
7 A, W1 ]4 Z1 N/ O; l6 ], H* m 83c17f05ly4h125qcveosj20u01eek16.jpg
) u1 F/ E( r) G7 z5 V/ j  _
1 L0 p9 S& v. ]8 c+ `0 p, M$ y6 [( e/ [
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 楼主| 发表于 2022-4-12 14:30 | 显示全部楼层
但这就是
这支深海舰队的日常

5 m! K0 a1 h8 b7 q9 H& K
正因如此
在我国对进口石油和天然气的依赖
依然高达73%和43%的今天
海洋油气的增产量占比
已经连续三年
达到全国增量的近80%
成为我国能源增长的新引擎
& p0 E' K' C0 m6 Q' g+ i: A( ~& w# p
当然
未来的道路依然漫长
因为中国当前的海洋油气产量
仅占全国油气总产量的18%
距离30%的世界平均水平
仍有不小的差距

! d  q# z, B. c5 V' H
但也正因如此
我们才必须继续走向深海
走向更广阔的深海
0011.jpg 0012.jpg 0013.jpg 0014.jpg
7 Z, k" b, N- u0 D" ^8 K4 f
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:03 | 显示全部楼层
     (国际上划分深水区的标准有>300米、>400米、>500米等不同方案,本文采用>300米的分级标准,其中水深在300米以内的海域为浅水,300-1500米为深水,大于1500米为超深水。下图为中国海域地形图,制图@郑艺/星球研究所)
; p! Z# K7 o+ h# y% l
83c17f05ly4h125qe08vmj20u01crqv7.jpg
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:06 | 显示全部楼层
       但是海洋环境却极其复杂、极其恶劣,水深每增加一米,资源开采难度将呈几何级数增长,以致于在过去的漫长岁月中,面对近在家门口的宝藏,我们始终举步维艰。直到近些年来,我们终于依靠自己的力量,相继实现了第一次深海勘探、第一次深海钻井,更建成了第一座水深达1500米的大气田,正式开启了中国海上油气开采的超深水时代。! s9 ?5 l; j1 {2 i
83c17f05ly4h125qcsr8yj20u01kxq8s.jpg
" [  P7 |% U1 c$ R8 @8 A; F2021年6月,中国首个自营的1500米水深的天然气田“深海一号”正式投产,画面中的庞然大物为中国最大生产储卸油平台,摄影师@韩庆)
2 {  \5 R5 c* _; d1 H8 I6 K5 T- R- h9 A9 W$ e* O
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:09 | 显示全部楼层
而放眼全国
我们的渤海、东海、南海之上
145个油气田不分昼夜
将来自海洋深处的能源
源源不断地送往全国
作业能力也从数十米
飞跃至3000米之多

7 Q$ b; k( z4 V  k2 G6 z( p
为什么
走向深海的道路会如此艰难?
我们又是如何做到的呢?

$ q6 T1 t1 M  h( w) r- M) |: g2 V
01
炼一双“火眼金睛”
想要走向深海
我们首先必须知道
海底的油气资源
究竟在哪里
8 D, F3 S6 H7 D7 N8 e2 h
可是
深海之中如同一团迷雾
地层之下更是深不可测
除非拥有一双
能够穿透海水、穿透地层的
火眼金睛
(涠洲岛镶嵌在一望无垠的大海中,摄影师@陈肖
83c17f05ly4h125qasfrgj20qh112wi5.jpg
. v7 [  S, u) w1 L: V
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:15 | 显示全部楼层
在陆地上
人们可以向地下发射人造声波
通过接收和分析
不同地层的反射波
便能反推出地层的分布规律
从而推断出油气资源的分布
2 Y" C( e. H  {- _1 G
类似的探测方法
同样适用于海上
只不过海上毫无立足之地
若要安放所有设备、人员
人们必须要有一艘特殊的
能够进行物理勘探的大船
人称物探船
(这种利用声波等物理手段来研究地层信息的手段,称为地球物理勘探,简称物探。人造声波也称为人造地震波,其勘探方式则被业内称为地震勘探。海上地震勘探原理示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所)
83c17f05ly4h125qd59uag20u01sthdt.gif
' T3 C- F0 N: [8 l& Q8 Q
这种船最鲜明的特征就是尾部拖行的超长电缆,它们用于接收海底反射的声波,相当于每一条电缆都扫描了地层的一个切面
8 b  }* h4 |. e; n8 O  }5 [' ^& [(单条电缆勘探示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所)/ g0 U; [) X( Z. D/ @: V) J7 _6 W4 ^
83c17f05ly4h125qdt97jg20rs15px6s.gif 3 a  W/ T$ J4 W" X
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:21 | 显示全部楼层
        但仅凭一个切面做出的判断显然不够准确,倘若能同时扫描更多地层切面并将它们拼合起来一个三维地层模型,便跃然眼前。隐藏其中的油气线索也将一一显现! a2 u! g1 E" @  d' N5 s# j7 E- N
(多条平行电缆勘探示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所)
" y6 D" O+ q1 N 83c17f05ly4h125qafpl1g20tz190b2e.gif . o  O0 H: X! J$ }, T
这也意味着当一艘船拖带的电缆长度越长、数量越多一次扫过的面积就越大,若再有更快的航速以及超长的续航扫描效率自然就越高  ~4 F( `  S) |! |4 }' h8 H
(地震船以及拖拽的长长的电缆,摄影师@赵仲兴)  h) h/ `' _9 B6 o0 f/ S/ I  e
83c17f05ly4h125qbn8qgj20tg1gd7i9.jpg
3 l/ C+ ?) C+ O0 Z8 H' L; D. A+ c
; _, U1 x& m# X+ W- h) a1 b* z1 u
5 ?8 ?; H* Q2 O3 B! @8 o' D( a9 d( `1 y) v
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:24 | 显示全部楼层
但要拥有这样一艘物探船
却并非易事
以致于在我国海上油气开采的初期
人们只能用塑料袋装满炸药
来激发声波
只能用胶布包裹电缆
甚至用气球悬浮电缆
才好不容易将一艘旧船
改造成了简陋的物探船

4 ~& O4 ~, k) T" X3 c' y7 p
但自此以后
一场长达50多年的升级之路
拉开帷幕

: w" F+ ^; h* a9 W% u0 D5 P) n+ U
从中外合建的
装备4条6000米长电缆的
“东方明珠号”物探船

1 A4 r5 |! l8 Q6 E
再到自行改装的
装备8条6000米长电缆的
“海洋石油719”物探船

! ]0 I+ I# @/ H
最终
装备12条8000米长电缆的
“海洋石油720”深水物探船
终于诞生
当其尾部电缆展开后
覆盖的海域面积之大
甚至相当于1200多个标准足球场
(左边小船正在为右边大船提供物资补给,其中大船为物探船海洋石油720,摄影师@陈志玮
83c17f05ly4h125qarbdoj20u00mi78j.jpg
不仅如此
其航行速度、续航里程
抗风浪以及破冰等能力
均大幅提升
不但可以抵抗南海的狂风巨浪
还可以驰骋于北极等极寒海域
因此它也一举成为
亚洲最先进、作业能力最强的物探船
(请横屏观看,作业中的海洋石油720,注意图中的电缆长度与船本身大小的对比,摄影师@陈志玮
83c17f05ly4h125qa35pfj20u01hc0xb.jpg
- f4 [3 w8 {% |1 v+ j+ t$ a8 b
至此
一艘艘物探船
如同一双双“火眼金睛
在中国各大海域往来穿行
由它们扫描收集的水下信息
经地质学家分析后
从中发现了众多的油气分布区域
# n7 ?# n9 k1 ^" q% n. k  I
但仅到这里
我们依然无法走向深海
因为这些被探明的区域
究竟是否具有开采价值
只有真正将钻井钻入地层
才能一探究竟
7 _. c( `' n+ N4 l/ _+ d
然而
要从波涛滚滚的海面
将钻井向下打入数千米深的海底
又谈何容易?

  F  \; h- g: D" E8 h; d+ w8 J8 l6 \5 N
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:26 | 显示全部楼层
02
造一座“海上堡垒”
要在海上打井
前提是我们必须造一座
海上堡垒

$ o, t# |. F$ G
有了堡垒
装备和人员才有立足之地
而堡垒越坚固
钻井作业才能够应对
海风、海浪、海流、海冰等
各种恶劣的海洋环境
(汹涌的海浪冲击海岸,摄影师@胡颖
83c17f05ly4h125qcxxymj20u0190qa6.jpg

% j" u+ P* n) }9 D$ v
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:27 | 显示全部楼层
起初
人们利用钢管
搭建从海上直插海底的导管架
其上再铺设甲板、放置设备
  a* y0 z/ m4 T. c8 \8 I% h
固定式钻井平台

2 c% [$ R  O3 F" c
便诞生了
(固定式钻井平台示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所)
83c17f05ly4h125qbk3oij20u01b3n45.jpg
2 O( S) |: n( d$ T( V# g! m" L
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:30 | 显示全部楼层
但这种“固定堡垒”
一经安装便无法移动
对于需要重复使用的钻井平台而言
实在没有太多优势
所以除了一些特定环境外
如今已几乎销声匿迹
取而代之的是
一种“移动堡垒”

& o1 r+ q" y1 e8 w) ^4 x% a, M' ~
它由
一个平台、数条桩腿
以及特殊的升降装置
组合而成

# `$ B1 Q0 K, k+ ~
在升降装置的作用下
平台和桩腿可以垂直升降
从而实现
固定时钻井,浮动时转移
这便是
自升式钻井平台
(自升式钻井平台示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所)
000.gif
( e8 l# q- Y. H/ R6 r
6 g+ ~/ ^" `# f% Z7 v) ?
它凭借
灵活移动、重复使用等优势
很快便成为钻井平台家族的
主角之一
(请横屏观看,在拖船的牵引下,自升式钻井平台正在转移位置,摄影师@王振宇
83c17f05ly4h125qautpxj20u01iadlb.jpg

+ g! `' I- q/ _
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:32 | 显示全部楼层
不过
这种堡垒也并非十全十美
其最大的弱点
便是高高竖立的桩腿

, C7 N* \6 g; t
因为要适应更大的水深
桩腿的长度、尺寸、重量
必将不断增大
平台结构也因此变得越发复杂
使其难以应对恶劣的海洋环境

% J7 L4 k& C7 ~3 Z
所以
在目前中国建造的此类平台中

& ~4 A4 ?! k% I% Z
122米
+ G% N7 w% t  i- U" E
已经达到其工作水深的极限
(“海洋石油944”自升式钻井平台,其桩腿底部装有特制的大“靴子”,能够在松软的海底区域“脚踏实地”,摄影师@王振宇
944.jpg

9 ]+ y. c5 @' F+ ]5 c- c: [
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:35 | 显示全部楼层
/ C; b$ ?/ O8 h+ S& [
于是
一种更加灵活的“海上堡垒”
应运而生

  \6 l5 @# J6 i/ V  `1 p
它由上部平台、下部浮体
以及中间连接的立柱
三个部分组成
拖航时像一艘大船浮于海面
工作时由下部浮体充水下潜
故而得名
半潜式钻井平台
(稳立于海浪中的半潜式钻井平台,摄影师@郑建富
83c17f05ly4h125qavpo6j20u0190tfu.jpg

/ E% R* \( q; ]6 O+ z- k, \; U6 J
这样的半潜状态
既可以让平台的重心下移
保持平台垂直方向的稳定
平台四个角上安装的锚链
又能保持前后左右的稳定
(半潜式钻井平台示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所)
bq.gif
' ?4 Y( c/ O# p
- F' _1 [+ L/ n/ a
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:36 | 显示全部楼层
1978年
中国从挪威引进的
第一座半潜式钻井平台
“南海2号”
最大作业水深就达到
3 Q, L9 k6 m* ?# |
200米
" e# O$ j& p8 U; {: ?
(南海2号,摄影师@宫瑞卿
n2.jpg

- X& I0 E! t# |7 j
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 楼主| 发表于 2022-4-12 13:38 | 显示全部楼层

0 ?6 v+ k9 E/ y& O3 V. g" e
而自2010年起
随着技术的不断突破
一众中国自行建造的深水钻井平台
纷纷登上历史舞台
甚至一次又一次打破
工作水深的世界纪录

6 n8 Q) ?. F$ j  O
从“创新号”半潜式钻井平台的
+ K, V7 @& R- C& V. `" M( @: G4 ^
750米
* x1 `. l8 J1 P& w  |& l+ H; z
到“兴旺号”半潜式钻井平台的
; R+ g( T& I; `7 l4 h, ^
1500米

6 o+ Z- m  n4 @% H8 y
(“兴旺号”半潜式钻井平台,摄影师@李佑坤
001.jpg 4 N6 _  t+ L4 D$ [; G
再到“海洋石油981”半潜式钻井平台的

* y8 Q' x: N* w4 y" b
3000米

" Y8 @6 h8 |4 a9 V$ s! D
以及“蓝鲸1号”半潜式钻井平台的
! O7 M7 F8 |4 B" E1 T# `
3658米

3 \: k$ S" N( N( ~. ^' l5 v# L! o" O
(请横屏观看,多艘半潜式钻井平台同框,摄影师@唐克/视觉中国)
83c17f05ly4h125qcze9jj20u01rcdu9.jpg

9 j9 k2 v5 X" W( e( m( _
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 楼主| 发表于 2022-4-12 14:02 | 显示全部楼层

0 |) K* m( k( z6 R, L8 e% N9 v. O
为了更好地适应深水环境
有的半潜式钻井平台
不仅拥有巨大的锚链
还在平台下部加装了
可以360°旋转的大马力推进器
再辅以卫星定位、气象监测等
即使没有锚链
依然可以在惊涛骇浪中稳如泰山
(待安装的推进器,图片来源@中国海油
83c17f05ly4h125qd3hhnj20u013ztdn.jpg

2 V+ X5 H3 D2 t" |. L- M) Y5 _
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 楼主| 发表于 2022-4-12 14:02 | 显示全部楼层
例如作业水深达3000米的
海洋石油981
就可以在水深小于1500米时
使用锚链来稳定平台
水深大于1500米时
则启用推进器
(拖航中的“海洋石油981”半潜式钻井平台,摄影师@茅亚林
83c17f05ly4h125qcvjzlj20u019046b.jpg
& f5 W) X& w3 `% c$ W
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 楼主| 发表于 2022-4-12 14:04 | 显示全部楼层

/ q9 s* @! O! a
就这样
茫茫海面之上
中国人终于建成了
一座座稳定而坚实的“海上堡垒

1 r- e$ c! R! _' y
巨型堡垒之上
井架竖立,钻机轰鸣
(工人们正在下钻作业,摄影师@王振宇
83c17f05ly4h125qb4scbj20u019010t.jpg 4 D! l/ F, k& Z: _* r5 \$ o
堡垒之下
半米粗的隔水钢管直插海底
硕大的钻头
则沿着钢管钻入地下
最大深度超过15000米
(海洋石油981正在进行钻井作业,白色管道为隔水管,钻杆从隔水管中间直插海底,摄影师@赵亮
83c17f05ly4h125qcsg7bj20u01907fe.jpg
4 j- e9 L0 a1 b- Y# z& ]
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 楼主| 发表于 2022-4-12 14:05 | 显示全部楼层

/ x) O. @+ l0 c
于是
在被探明的油气区域内
经过一次次钻井的验证
包括中国最大的海上油田
蓬莱19-3
中国最大的海上气田
崖城13-1
在内的数百个油气田终于显露真容
(中国海域主要油气田分布示意,制图@郑艺/星球研究所)
83c17f05ly4h125qe72zfj20u01l0x6q.jpg

1 z5 f. b4 |/ W2 U7 v% F  v3 R
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发表于 2022-4-12 14:05 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2022-4-12 14:07 | 显示全部楼层
) r4 T! G2 L7 H9 }! J( ]
但是
这些“海上堡垒”
并无法实现持续不断的油气生产
完成钻井后
它们便将前往新的油气田
继续自己的使命
9 j! C2 G# c- n) ]. B
因此
若要真正实现深海采油
我们还需要建造一座昼夜不休的
海上工厂
6 M) C  F# _, r* X1 ]9 t4 Y* U1 l
03
建一座“海上工厂”

3 d, k) e3 L7 S" U% n9 |. K
这座“海上工厂”
是一个兼备油气生产加工
而且使用寿命长达数十年的
超级组合体
为此
无法重复使用
但却能长期提供稳定支撑的导管架
重新进入人们的视线

+ n* J7 m8 Y* P7 L9 ]7 A; o
和固定式钻井平台类似
人们以导管架为基座
在上方安装生产设备
便得到了一个固定式生产平台
(海上生产示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所)
003.gif
而结构复杂、功能多样
所需空间更大的加工环节
则被部署在陆地上
(海南南山陆地原油处理终端,摄影师@宫瑞卿
83c17f05ly4h125qaxlpkj20u00k0acc.jpg

: W+ p* J% o  c! q6 V. i/ H6 e% b
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