蔣世全，王 蓉，劉賢權(quán)，田立鋒，王 屹

（1.上海海洋工程裝備制造業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，上海 201306；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引 言

1 研究配備深水鉆井船，在深遠(yuǎn)海鉆井發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用

在現(xiàn)有深水鉆井平臺(tái)船隊(duì)基礎(chǔ)上，研究建造和配備深水鉆井船在深遠(yuǎn)海鉆完井工程作業(yè)的優(yōu)勢(shì)和可行性，形成在南海九段線內(nèi)中國(guó)區(qū)域附近遠(yuǎn)海進(jìn)行石油資源的勘探開發(fā)能力。

最近10多年來，由于鉆井平臺(tái)的穩(wěn)性和操作舒適性，國(guó)內(nèi)大量的企業(yè)和學(xué)者關(guān)注了半潛式鉆井平臺(tái)的研究和制造技術(shù)，建造企業(yè)半潛式平臺(tái)的訂單不斷增加，海洋鉆井服務(wù)公司也不斷擴(kuò)充平臺(tái)數(shù)量，投入滿足了國(guó)內(nèi)海域目前深水勘探和開發(fā)鉆井的需要。隨著南海深遠(yuǎn)海石油勘探的需要，在深遠(yuǎn)海鉆井和遠(yuǎn)航方面，鉆井船的優(yōu)勢(shì)突顯出來。鉆井平臺(tái)自航速度為5～10 kn，而鉆井船自航速度可達(dá)10～15 kn，鉆井平臺(tái)的自航速度是鉆井船的1/3～2/3。大型鉆井平臺(tái)HYSY981可變負(fù)荷為9 000 t，藍(lán)鯨1號(hào)、2號(hào)鉆井平臺(tái)可變負(fù)荷為15000t，而大型深水鉆井船可變負(fù)荷為2萬(wàn)噸以上。深水鉆井平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是自航速度較慢、動(dòng)復(fù)員成本較高，作業(yè)時(shí)需要2～3條守護(hù)船支持，綜合成本更高。而在深遠(yuǎn)海作業(yè)，深水鉆井船可以獨(dú)立完成1～2口井的作業(yè)，同時(shí)減少了遠(yuǎn)距離鉆井后勤供應(yīng)的難度，在應(yīng)急撤離時(shí)更加快捷。有必要較深入研究其應(yīng)用的可行性和比較其優(yōu)勢(shì)。我國(guó)船舶制造業(yè)的訂單，在各種半潛式平臺(tái)（鉆井平臺(tái)、生產(chǎn)平臺(tái)、生活支持平臺(tái)等）制造訂單較多，大約為50艘，建造經(jīng)驗(yàn)豐富，而對(duì)鉆井船的建造經(jīng)驗(yàn)還較少，關(guān)注不夠。無(wú)論從建造和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，還是從國(guó)內(nèi)鉆井公司裝備適當(dāng)配備而言，深水鉆井船裝備，對(duì)國(guó)家加強(qiáng)勘探和開發(fā)我國(guó)深海油氣資源的廣度，都具有一定的戰(zhàn)略意義（見圖1～圖3）。

圖1 深水鉆井船航行（圖片來自world oil）Fig.1 Deepwater drilling vessel sailing（Source：world oil）

圖2 深水半潛式平臺(tái)遠(yuǎn)距離移運(yùn)需要拖航（圖片來自world oil）Fig.2 Towing required for long-distance transportation of deepwater semi-submersible platforms（Source：world oil）

圖3 大型鉆井船與鉆井平臺(tái)的體量比較（圖片來自world oil）Fig.3 Volume comparison of a large drilling vessel and drilling platform（Source：world oil）

2 加大智能完井工程樣機(jī)，為搭建深水遠(yuǎn)程智能化油田打下基礎(chǔ)

對(duì)深水水下采油樹及水下工程裝備國(guó)產(chǎn)化的不斷研發(fā)投入，多家公司參與研發(fā)，初步形成制造能力，成效初顯。“十四五”需要加強(qiáng)深水油井井下智能工具的研發(fā)投入，為未來搭建深水遠(yuǎn)程智能化油田生產(chǎn)管理打下基礎(chǔ)。

水下采油樹系統(tǒng)是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要包括水下采油樹、油管掛和控制系統(tǒng)3個(gè)部分，其主要功能是對(duì)生產(chǎn)的油氣或注入儲(chǔ)層的水/氣進(jìn)行流量控制，并和水下井口系統(tǒng)一起構(gòu)成井下儲(chǔ)層與環(huán)境之間的壓力屏障。國(guó)內(nèi)10多年以來，已有多家國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)了自己的水下采油樹系統(tǒng)［1，3］，完成了500 m水深及1 500 m水深的立式及臥式水下采油樹的樣機(jī)制造。美鉆能源科技（上海）有限公司，在國(guó)內(nèi)首先完成水下采油樹的設(shè)計(jì)和制造，在海上300 m水深油田得到應(yīng)用。美鉆能源科技（上海）有限公司產(chǎn)品在國(guó)際第三方全程見證和中海油的監(jiān)造下，完成生產(chǎn)500 m設(shè)計(jì)水深的液壓控制型水下采油樹，從2013年起已交付中海油深圳分公司10套，在流花11-1油田先后下水安裝運(yùn)行。1 500 m設(shè)計(jì)水深，70 MPa電液復(fù)合式控制型水下采油樹一套（可對(duì)采油樹內(nèi)部及井下壓力、溫度、流量等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控），2016年交付中海油深圳分公司一套，應(yīng)用于番禺35-2/35-1油田項(xiàng)目，形成了國(guó)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。重慶前衛(wèi)海洋石油工程設(shè)備有限公司位于中海油東方1-1油田100 m水深設(shè)計(jì)制造的一套水下采油樹和一套流花油田300 m水深水下采油樹，于2021年10月前交貨并用于生產(chǎn)。寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司完成了可滿足1 500 m工作水深的水下臥式采油樹及配套工具的研制，2018年底進(jìn)行了一定條件的水下臥式采油樹淺水測(cè)試［4-5］。江漢石油鉆頭股份有限公司［1］、上海神開石油設(shè)備有限公司等企業(yè)，也分別完成了各自的水下立式或臥式采油樹系統(tǒng)及成套設(shè)備的研發(fā)和試制。多家企業(yè)參與水下采油樹的研發(fā)制造和競(jìng)爭(zhēng)，有利于國(guó)家海洋深水設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的快速發(fā)展。

“十四五”期間，我國(guó)還要繼續(xù)推動(dòng)這些水下采油樹的深水海試和應(yīng)用。需要指出的是，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的各個(gè)廠家的水下采油樹形式各異，自成系統(tǒng)，部件不能互換，如果對(duì)一定規(guī)格和壓力的水下采油樹關(guān)鍵部件采取行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化和互換，定能加速國(guó)內(nèi)水下技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。另外，與水下采油樹直接相連的水下井口系統(tǒng)，包括高壓和低壓水下井口系統(tǒng)，是我們國(guó)內(nèi)制造研發(fā)的短板，在已有樣機(jī)的基礎(chǔ)上，也需要加強(qiáng)海試和推動(dòng)應(yīng)用等。

國(guó)家各級(jí)科研項(xiàng)目對(duì)水下采油樹及相關(guān)水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的研發(fā)提供了很多支持，取得了很大的進(jìn)步。但是，對(duì)相關(guān)深水油田的井下設(shè)備，如對(duì)深水井下智能完井控制設(shè)備，先進(jìn)的井下溫度、壓力、流量等信息測(cè)量傳輸設(shè)備的研究方向支持力度不夠。目前有兩家單位完成了智能完井控制設(shè)備樣機(jī)［1］，其中西南石油大學(xué)機(jī)電學(xué)院在中海油支持下，在國(guó)內(nèi)于2007年率先開展研究，2020年完成了深水智能完井系統(tǒng)工程海試樣機(jī)，并已于2020年5月在南海恩平油田完井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，成功地完成了試驗(yàn)性應(yīng)用（見圖4）。

圖4 液壓式井下流量控制系統(tǒng)Fig.4 Hydraulic downhole flow control system

智能完井系統(tǒng)是一種閉環(huán)的井筒流動(dòng)控制系統(tǒng)，在不起出油管的情況下可連續(xù)、實(shí)時(shí)地進(jìn)行井筒生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)控制和管理，在國(guó)外得到了較廣泛的應(yīng)用。深水智能完井能夠在線調(diào)整井筒注采、分采模式，避免動(dòng)用平臺(tái)，大幅減少修井成本，提高了油氣田生產(chǎn)的水平。國(guó)外智能完井技術(shù)被Halliburton等4家公司壟斷，相關(guān)產(chǎn)品及現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的費(fèi)用很高，制約了智能完井技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用和發(fā)展。如果水下采油樹與智能完井設(shè)備一起使用，就需要擴(kuò)展現(xiàn)有水下采油樹樣機(jī)系統(tǒng)的功能、擴(kuò)展通道研制接口來滿足與智能完井設(shè)備控制管線的連接和井下信息傳輸?shù)男枰?，在海上中心平臺(tái)對(duì)多個(gè)水下采油生產(chǎn)系統(tǒng)和井下多油層油藏生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及智能控制是一個(gè)極大挑戰(zhàn)［6］?！笆濉逼陂g，井下智能完井樣機(jī)設(shè)備雖然進(jìn)行了海試試驗(yàn)，但要達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用，還需要增加投入和加大項(xiàng)目的支持力度。

（2）各地區(qū)的政府應(yīng)合理控制人口城鎮(zhèn)化進(jìn)程，特別是人口城鎮(zhèn)化程度較低、人口結(jié)構(gòu)還不穩(wěn)定的中、西部地區(qū)的省份，政府可制定一定的人口政策保證人口向城鎮(zhèn)地區(qū)的合理流動(dòng)，防止因?yàn)槌擎?zhèn)人口的爆炸式增長(zhǎng)而導(dǎo)致水資源消耗的急劇增長(zhǎng)。

3 力爭(zhēng)深水鉆井關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化“十四五”實(shí)現(xiàn)突破

對(duì)深水鉆井設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，如水下防噴器、鉆井隔水管等關(guān)鍵鉆井設(shè)備離最后一公里還有一定距離，整個(gè)鉆井設(shè)備系統(tǒng)的研發(fā)，需要系統(tǒng)規(guī)劃，有待加大投入，加大行業(yè)的參與，力爭(zhēng)“十四五”取得突破。

海洋深水鉆井系統(tǒng)一般主要包括如下幾個(gè)方面：①鉆井設(shè)備（如鉆機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)、游動(dòng)滑車、頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤、司鉆控制房、鉆機(jī)子結(jié)構(gòu)等14種設(shè)備）；②鉆井管串處理設(shè)備（如鉆柱及下入設(shè)備、隔水管處理系統(tǒng)、管柱及隔水管排管等7種設(shè)備）；③鉆井井口設(shè)備和系統(tǒng)（如水下防噴器組、防噴器測(cè)試裝置、防噴器和采油樹移運(yùn)設(shè)備、鉆井隔水管和分流器、隔水管張力系統(tǒng)、節(jié)流及壓井和立管系統(tǒng)、井控系統(tǒng)等12種設(shè)備）；④鉆井過程處理系統(tǒng)（如泥漿系統(tǒng)、注水泥系統(tǒng)等6種設(shè)備）；⑤其他各種設(shè)備（業(yè)主（油公司）設(shè)備如第三方設(shè)備等，業(yè)主設(shè)備如水下井口設(shè)備等（業(yè)主購(gòu)買入井的消耗設(shè)備），第三方服務(wù)設(shè)備如測(cè)井設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、泥漿錄井設(shè)備、水下ROV設(shè)備等）。本文主要針對(duì)深水鉆機(jī)主要關(guān)鍵設(shè)備及研發(fā)廠家承擔(dān)的工作分別進(jìn)行闡述（3.1節(jié)和3.2節(jié)的內(nèi)容按研發(fā)制造單位承擔(dān)內(nèi)容闡述）。

我們看到，在深水半潛式鉆井平臺(tái)設(shè)備的配備方面，除高壓泥漿泵等少數(shù)設(shè)備外，80%～90%以上的鉆完井設(shè)備都是外國(guó)制造的?！笆晃濉币詠?，我國(guó)在深水鉆完井設(shè)備研發(fā)制造科研方面也取得了一些進(jìn)步，完成了一批樣機(jī)制造，如18-3/4in水下防噴器組合系統(tǒng)中的一套環(huán)形防噴器和一套雙閘板防噴器樣機(jī)制造［2］；21in深水鉆井隔水管2種連接形式各3個(gè)單根的制造；300 m水深10 000 psi水下井口頭樣機(jī)的制造；海洋鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)試驗(yàn)樣機(jī)等。其中，深水棄井切割工具系列樣機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)制造并在海上鉆井中得到了應(yīng)用。其余大部分樣機(jī)沒有成功完成海上試驗(yàn)和應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)深水海洋油氣工程設(shè)備制造能力的提升，還需要整個(gè)行業(yè)協(xié)作，費(fèi)大力氣，才能逐步實(shí)現(xiàn)。對(duì)于國(guó)內(nèi)“十四五”期間深水鉆井設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的現(xiàn)狀，本文提出幾點(diǎn)改進(jìn)意見，以供探討。

3.1 系統(tǒng)性突破水下防噴器組的研發(fā)和制造

從系統(tǒng)的完整性出發(fā)，以水下防噴器（雙閘板和環(huán)形防噴器及水下控制箱等關(guān)鍵單元設(shè)備）樣機(jī)為起點(diǎn)，以擴(kuò)展工廠測(cè)試（EFAT）和系統(tǒng)測(cè)試（SIT）為重點(diǎn)，完善成套化樣機(jī)的基礎(chǔ)和能力，實(shí)現(xiàn)整套水下防噴器系統(tǒng)樣機(jī)的制造和海試［1-2］及應(yīng)用。

水下防噴器是保證海洋石油鉆井安全的重要設(shè)備之一。它是設(shè)置在海底、用來控制和防止井噴的一種水下井口設(shè)備。通常由1～2個(gè)環(huán)形防噴器、5～6個(gè)閘板式防噴器、帶控制閥組的壓井、放噴管線及控制系統(tǒng)組成水下防噴器組合。水下防噴器組從結(jié)構(gòu)上分為兩部分，下部隔水管總成（lower marine riser package，LMRP）和防噴器組，這也是水下防噴器組與陸地防噴器組在結(jié)構(gòu)上最大的不同，如圖5所示。下部隔水管總成放置在防噴器組的上方，通過可快速解鎖的液壓連接器與防噴器組連接［2］。

圖5 水下防噴器組（圖片來自world oil）Fig.5 Subsea BOP stack（Source：world oil）

水下防噴器的控制系統(tǒng)可分為4套控制系統(tǒng)，分別是多功能電纜主控系統(tǒng)、聲控系統(tǒng)、緊急液壓備用系統(tǒng)和ROV控制系統(tǒng)。這4套系統(tǒng)在不同的工況下使用，其具備抗干擾性能好、防噴器動(dòng)作響應(yīng)快、控制技術(shù)可靠性高等特點(diǎn)。大型深水鉆井平臺(tái)的水下防噴器系統(tǒng)的完整配置重量超過300 t，總高度達(dá)17 m。水下防噴器系統(tǒng)復(fù)雜的多路電液冗余水下控制系統(tǒng)（地面設(shè)備和水下設(shè)備）的研制是其中的關(guān)鍵，在應(yīng)急情況下，地面發(fā)出指令，機(jī)、電、液系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在3 000 m水深距離給定45～60 s內(nèi)完成下部隔水管總成應(yīng)急解脫等快速響應(yīng)等。國(guó)際上，對(duì)深水水下系統(tǒng)，往往把設(shè)備和控制系統(tǒng)分開闡述［14］，在美國(guó)墨西哥灣鉆井事故后，在2013年修訂的API96《深水井設(shè)計(jì)和建井》規(guī)范中，分別對(duì)水下防噴器系統(tǒng)和水下防噴器控制系統(tǒng)的問題進(jìn)行了提示和建議；水下防噴器系統(tǒng)和水下防噴器控制系統(tǒng)是一個(gè)整體的2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。水下防噴器系統(tǒng)除了多個(gè)機(jī)械制造單元和密封關(guān)鍵單元外，結(jié)構(gòu)中還有防噴器支撐框架的結(jié)構(gòu)完整性問題，它在海底承受巨大拉力和彎矩的情況下，防止防噴器支撐框架結(jié)構(gòu)的破壞，這種破壞可導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰［14］；在新修訂的規(guī)范中，強(qiáng)調(diào)了整機(jī)系統(tǒng)的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)問題；在水下防噴器控制系統(tǒng)中，分別對(duì)遠(yuǎn)程控制儀表盤、聲吶系統(tǒng)、應(yīng)急解脫程序、死機(jī)、自動(dòng)剪切等關(guān)鍵點(diǎn)提出了要求。

國(guó)內(nèi)華北石油榮盛機(jī)械制造有限公司在國(guó)家的支持下研制了18.75 in深水F48-70環(huán)形防噴器（70 MPa）和2FZ48-70雙閘板防噴器（105 MPa）、多功能水下應(yīng)急控制箱等深水水下防噴器關(guān)鍵配套設(shè)備工程樣機(jī)［68］。近期中海油與該廠家合作，在上述部分防噴器樣機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)完善成海上應(yīng)急救援水下封井器設(shè)備，在2021年完成了海上應(yīng)急救援水下封井器的海上相關(guān)水下測(cè)試試驗(yàn)。

下一步研制工作應(yīng)從系統(tǒng)的完整性出發(fā)，以海試為目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)問題，完善研制成套化樣機(jī)的基礎(chǔ)和能力（在實(shí)驗(yàn)室如何系統(tǒng)驗(yàn)證地面系統(tǒng)和水下系統(tǒng)雙向通信與防噴器組的聯(lián)動(dòng)控制及快速響應(yīng)可靠性等基礎(chǔ)性驗(yàn)證），在突破已有關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制工作如下：①對(duì)相配套的撓性隔水管轉(zhuǎn)換接頭、水下井口連接器、水下儲(chǔ)能器等（對(duì)于陸地設(shè)備制造企業(yè)應(yīng)該深入了解防噴器及其組件在水下的功能和要求）進(jìn)行對(duì)標(biāo)，找出短板，研制攻克深水水下專用閥件的設(shè)計(jì)制造等難題；②研究水下防噴器支撐架結(jié)構(gòu)的安全性，實(shí)現(xiàn)全套系統(tǒng)的地面安裝，形成完整水下防噴器系統(tǒng)集成撬裝；③完善實(shí)驗(yàn)和成套設(shè)備的測(cè)試條件，在FAT（工廠測(cè)試）基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)EFAT（擴(kuò)展的工廠驗(yàn)收測(cè)試試驗(yàn)）和SIT（場(chǎng)地測(cè)試）試驗(yàn)等［2］。水下防噴器組從2007年立項(xiàng)研究，經(jīng)歷了整整15年時(shí)間，還沒有形成一套完整的系統(tǒng)。因此，要形成一整套水下防噴器系統(tǒng)的研發(fā)和配套是一項(xiàng)大工程，國(guó)內(nèi)制造廠商僅憑一家之力很難完成，需要用戶和制造廠家等共同合作及國(guó)家項(xiàng)目和資金的支持才能完成。

3.2 完善鉆井隔水管系統(tǒng)所有組件的研發(fā)制造實(shí)現(xiàn)海試

從鉆井隔水管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性出發(fā)，在鉆井隔水管單元樣機(jī)的基礎(chǔ)上，完善形成深水（3 000 m水深）隔水管各組件及形成成套系統(tǒng)樣機(jī)，推動(dòng)海試和實(shí)現(xiàn)海上應(yīng)用。

海洋鉆井隔水管是一條從海洋鉆井平臺(tái)（或鉆井船）通往海底防噴器（防噴器）的液體輸送管道。它主要用來隔離外界海水，用于鉆井液循環(huán)、安裝水下防噴器、支撐輔助管線，以及起到鉆桿、鉆井工具從鉆臺(tái)到海底井口裝置的導(dǎo)向作用。海洋鉆井隔水管系統(tǒng)通常由海洋鉆井隔水管單根、節(jié)流/壓井管線、輔助管線、隔水管短節(jié)、卡盤、分流器、伸縮接頭、張緊環(huán)、終端適配器、撓性接頭、填充閥等主要部件組成［2］。它是一個(gè)在海洋中滿足升沉和彎曲、提供拉力、承受內(nèi)外壓力及抗振動(dòng)的超強(qiáng)柔性結(jié)構(gòu)和力學(xué)系統(tǒng)。海洋鉆井隔水管系統(tǒng)如圖6所示，海洋鉆井隔水管系統(tǒng)的典型配置如圖7所示。

圖6 海洋鉆井隔水管系統(tǒng)（圖片來自world oil）Fig.6 Offshore drilling riser system（Source world oil）

圖7 海洋鉆井隔水管典型配置（圖片來自world oil）Fig.7 Typical configuration of offshore drilling risers（Source：world oil）

一艘深水鉆井平臺(tái)的隔水管系統(tǒng)配套，如21 in鉆井隔水管按照75 ft單根計(jì)算，每根重量達(dá)23 t（包括接頭），以配備1 500 m的鉆井隔水管為例，需要65個(gè)單根，總重量超過600 t。隔水管系統(tǒng)主要部件達(dá)到10種以上，如隔水管系統(tǒng)的上部和下部（海底）柔性短節(jié)、隔水管伸縮短節(jié)等的研發(fā)和制造；為了減輕隔水管在水中重量的需要，還有56 in隔水管浮力塊的配套制造等；還有在水下支撐整個(gè)近千噸鉆井隔水管重量的隔水管張力系統(tǒng)（具備承受4.8 million lb（2 400 t）張力的能力），需要它的液壓作用補(bǔ)償海浪的升沉運(yùn)動(dòng)，使隔水管與鉆柱保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)（station keeping）。

截至2019年，國(guó)內(nèi)廠商有兩家已主要完成了適應(yīng)300～500 m水深的21 in隔水管的研制，寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司研制了2種連接形式（E級(jí)、H級(jí)）各3個(gè)全尺寸單根等的制造；完成了隔水管其他關(guān)鍵單元：隔水管張力環(huán)、隔水管、伸縮節(jié)柔性短節(jié)的設(shè)計(jì)、相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究和其中部分樣機(jī)制造［9-11］。另一家企業(yè)完成了多節(jié)隔水管與鎖緊機(jī)構(gòu)、浮力塊固定裝置、張力環(huán)、卡盤的研制等。寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司研制的樣機(jī)在完成了拉伸試驗(yàn)、螺紋加載試驗(yàn)等廠內(nèi)試驗(yàn)后，被送往美國(guó)應(yīng)力工程公司進(jìn)行疲勞試驗(yàn)［2］。

現(xiàn)在的主要問題是如何在形成整套隔水管系統(tǒng)關(guān)鍵樣機(jī)的基礎(chǔ)上，隔水管單根樣機(jī)及相應(yīng)關(guān)鍵部件（分流器、伸縮接頭、上中下柔性接頭、浮力塊等，其中3種柔性短節(jié)要具備承受最大張力3 000 kips（1 362 t）），如何在海上完成相應(yīng)的水下試驗(yàn)的能力［1］?？傊P者認(rèn)為還需要：①按深水國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，完成深水隔水管系統(tǒng)所有關(guān)鍵單元樣機(jī)的制造及相關(guān)認(rèn)證；②油公司和服務(wù)公司參與的各個(gè)關(guān)鍵組件的關(guān)鍵能力測(cè)試；③在國(guó)家政策引導(dǎo)下，油公司和鉆井服務(wù)公司共同協(xié)作，完成系統(tǒng)的海上試驗(yàn)和應(yīng)用。

3.3 系統(tǒng)規(guī)劃深水平臺(tái)鉆井機(jī)械研發(fā)，突破隔水管張力系統(tǒng)和鉆機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的制造

我國(guó)陸地鉆機(jī)和設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司9 000 m的深井鉆機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，一些國(guó)內(nèi)油田研究機(jī)構(gòu)也研究成功和配備了鉆機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，中國(guó)已成為陸地鉆機(jī)制造大國(guó)。近年來，經(jīng)過努力，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了自升式鉆井平臺(tái)鉆機(jī)和導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)的模塊鉆機(jī)和設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，海上已達(dá)到上百臺(tái)套的應(yīng)用。但是，對(duì)于深水半潛式平臺(tái)鉆機(jī)，由于海上惡劣的海況承受的載荷更大，深水平臺(tái)海上作業(yè)日費(fèi)可達(dá)50萬(wàn)美元，對(duì)鉆機(jī)的作業(yè)效率和自動(dòng)化程度要求很高，尤其是像隔水管張力系統(tǒng)一樣，鉆機(jī)需要升沉補(bǔ)償系統(tǒng)（天車補(bǔ)償系統(tǒng)或絞車補(bǔ)償系統(tǒng)等），隔水管張力系統(tǒng)和鉆機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)是陸地鉆機(jī)與深水鉆機(jī)的最主要區(qū)別。

我國(guó)鉆機(jī)廠商寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司開展了深水鉆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與理論研究，并完成了一套適應(yīng)3 000 m水深的深水鉆機(jī)基本設(shè)計(jì)與關(guān)鍵裝備試制［1，12］，通過陸地鉆機(jī)和海上平臺(tái)鉆機(jī)的制造經(jīng)驗(yàn)，制造了小載荷（120 t，4.5 m補(bǔ)償行程，用于工程鉆機(jī)）的天車升沉補(bǔ)償裝置、60.5 in的井口轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)套管輸送裝置等工程樣機(jī)［1］，其中，3 000 hp鉆井泥漿泵樣機(jī)、自動(dòng)化管柱操作系統(tǒng)等技術(shù)通過技術(shù)移植到陸地鉆機(jī)使用，深水補(bǔ)償設(shè)計(jì)等技術(shù)已在中海油708勘察船項(xiàng)目中得到應(yīng)用。深水鉆機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)及在半潛式鉆井平臺(tái)的井口和甲板機(jī)械也比陸地鉆機(jī)體量大，并且功能有所不同，如水下防噴器進(jìn)口專用移運(yùn)車、水下采油樹進(jìn)口專用移運(yùn)車；深水鉆機(jī)集成控制系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)另一制造廠家的水下防噴器系統(tǒng)的對(duì)接和調(diào)試；隔水管的排放與下入及連接設(shè)備為連接隔水管下入防噴器以提高鉆機(jī)效率，通常采用一個(gè)半或雙井架，這些設(shè)計(jì)如何突破國(guó)外專利實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)。從目前的相關(guān)資料來看［2，8］，國(guó)內(nèi)廠家還沒有完成形成深水鉆井平臺(tái)整套井口設(shè)備工程樣機(jī)的制造能力?？傊钏脚_(tái)鉆機(jī)及機(jī)械大型設(shè)備需求量不大，研發(fā)制造成本高，制造廠家積極性不高。因此，深水半潛式平臺(tái)鉆機(jī)及平臺(tái)機(jī)械的制造需要國(guó)家政策資金支持、油公司和海上油田服務(wù)公司的協(xié)作和積極參與才能完成。

4 南海深水控壓鉆井設(shè)備研發(fā)制造勢(shì)在必行

“十四五”期間，南海深水高溫高壓井對(duì)控壓鉆井設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用提出了需求，需要國(guó)家的支持和投入。

隨著南海陵水17-2深水千億方氣田、陵水25-1深水高溫高壓氣田的開發(fā)，深水超高溫高壓井、窄密度窗口井逐年增加，鉆井溫度近200℃、地層壓力系數(shù)近2.3，窄密度窗口安全鉆井問題越來越突出，鉆井復(fù)雜情況頻發(fā)，已成為影響和制約南海超深水勘探和開發(fā)的重要技術(shù)瓶頸。深水控壓鉆井裝備的需求日益突出。旋轉(zhuǎn)控制頭是其關(guān)鍵設(shè)備，如果是自升式平臺(tái)，它安裝在井口防噴器組的最上端，用以密封鉆桿，并其在允許的井口壓力條件下轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具和旋轉(zhuǎn)鉆井，在實(shí)施帶壓（不壓井）起下鉆具作業(yè)及其他帶壓作業(yè)中，用以封隔井口環(huán)空，并能通過規(guī)定尺寸的鉆具及其接頭。我國(guó)陸地油田控壓鉆井裝備實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并在國(guó)內(nèi)新疆、四川等各大油田得到了推廣應(yīng)用。海上控壓鉆井在渤海油田得到了推廣應(yīng)用。南海西部油田目前正在進(jìn)行自升式平臺(tái)控壓鉆井設(shè)備的配套和國(guó)產(chǎn)化研究。深水及半潛式平臺(tái)控壓鉆井的關(guān)鍵設(shè)備——旋轉(zhuǎn)控制頭，與自升式平臺(tái)的設(shè)備完全不一樣，自升式平臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制頭是在井口防噴器上方與之相連，與常規(guī)陸地井旋轉(zhuǎn)控制頭是一樣的，只是型號(hào)和壓力等級(jí)選取不一樣。由于深水防噴器在海底，旋轉(zhuǎn)控制頭要安裝在隔水管系統(tǒng)張力環(huán)的附近靠近海平面的位置，惡劣的海況、與隔水管系統(tǒng)的連接以及與平臺(tái)上部節(jié)流控制系統(tǒng)的連接與安全給設(shè)計(jì)和制造帶來了挑戰(zhàn)，國(guó)外只有威德福等少數(shù)公司具有這項(xiàng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)在研發(fā)第7代鉆井平臺(tái)項(xiàng)目時(shí)，把控壓鉆井設(shè)備作為標(biāo)準(zhǔn)配置并預(yù)留了固定安裝位置。如能推動(dòng)深水控壓鉆井在南海的應(yīng)用及進(jìn)行設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，對(duì)南海深水及高溫高壓氣田的勘探與開發(fā)具有重要意義。

5 實(shí)現(xiàn)海洋深海鉆采設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，走完最后一公里海試方案的思考

對(duì)于現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)化工程樣機(jī)，另一個(gè)技術(shù)瓶頸就是這些企業(yè)多是陸地石油設(shè)備制造企業(yè)下海，沒有海洋水下設(shè)備的制造及成功失敗經(jīng)驗(yàn)，所以研發(fā)要多走一些彎路，無(wú)法完成最后一公里的海試，難以達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的條件，這是國(guó)家管理機(jī)構(gòu)有關(guān)部門和國(guó)家油氣公司要重視的問題。本文提出幾點(diǎn)思考意見：

（1）對(duì)目前各個(gè)廠家的水下采油樹工程樣機(jī)，可利用中海油南海東部流花油田（330 m左右水深）鉆修井生產(chǎn)平臺(tái)，利用現(xiàn)有的水下井口設(shè)施，作為水下采油樹和水下生產(chǎn)設(shè)備的測(cè)試試驗(yàn)基地，比重新建設(shè)水下試驗(yàn)基地，更具可行性和經(jīng)濟(jì)性。由于水下測(cè)試試驗(yàn)的測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)用平臺(tái)設(shè)備費(fèi)用高，且離岸較遠(yuǎn)，動(dòng)復(fù)員成本較高，需要國(guó)家相關(guān)政策和專用資金引導(dǎo)，國(guó)家油氣公司應(yīng)肩負(fù)起責(zé)任，支持建立國(guó)家級(jí)海上水下設(shè)備試驗(yàn)基地。

（2）對(duì)于水下防噴器、鉆井隔水管等大型鉆井水下設(shè)備，可利用中海油田服務(wù)有限公司的半潛式鉆井平臺(tái)以及離岸較近廢舊井口，在國(guó)家相關(guān)政策和專用資金引導(dǎo)下，由油公司及服務(wù)公司積極參與水下試驗(yàn)基地建設(shè)。

（3）由于我國(guó)的海洋石油工程水下設(shè)備是從國(guó)外學(xué)習(xí)和技術(shù)引進(jìn)的，國(guó)家沒有建立起相應(yīng)的水下工程技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)和國(guó)家級(jí)認(rèn)證技術(shù)體系。由于海洋石油工程是高投資、高技術(shù)和高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，制造企業(yè)研發(fā)的首套樣機(jī)或產(chǎn)品，油公司往往不敢大膽使用。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，海工領(lǐng)域吳有生院士、曾恒一院士和有關(guān)專家倡導(dǎo)：在國(guó)家政策的支持下，建設(shè)國(guó)家級(jí)海洋水下工程裝備試驗(yàn)基地和國(guó)家級(jí)海洋及水下工程裝備認(rèn)證機(jī)構(gòu)，來彌補(bǔ)我國(guó)海洋工程及石油水下設(shè)備海試試驗(yàn)和認(rèn)可認(rèn)證的短板，目前已制定了相應(yīng)的技術(shù)路線圖。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文主要總結(jié)了近15年來，針對(duì)國(guó)家科技部、工信部等科研項(xiàng)目，以國(guó)內(nèi)海洋深水鉆采工程裝備和水下設(shè)備的研發(fā)制造現(xiàn)狀為對(duì)象，闡述了項(xiàng)目目前的進(jìn)展概況；從陳述水下設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成及研究的重要性出發(fā)，指出了在水下防噴器組系統(tǒng)、鉆井隔水管系統(tǒng)、平臺(tái)鉆機(jī)系統(tǒng)研制中，系統(tǒng)性工作的不足和相關(guān)改進(jìn)意見，提出了對(duì)水下采油樹應(yīng)用深化及與智能完井相結(jié)合的建議，以及對(duì)深遠(yuǎn)海鉆井船配備和深?？貕恒@井設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的需求。最后，對(duì)深水鉆采設(shè)備國(guó)產(chǎn)化“最后一公里”的海試問題提出了思考方案。

海洋深水工程水下設(shè)備包括諸多大型和重型設(shè)備，種類多，是一個(gè)較龐大的設(shè)備體系，涉計(jì)行業(yè)很多專業(yè)，從鉆井采油工程專業(yè)來說，有很多深水設(shè)備需要攻關(guān)和制造，來避免卡脖子問題的出現(xiàn)。如應(yīng)對(duì)深水鉆完井井控安全風(fēng)險(xiǎn)問題的深水鉆井應(yīng)急救援裝備的研發(fā)和制造；深水水下測(cè)試樹的研發(fā)和地面系統(tǒng)設(shè)備的配套；深水干式完井及采油方式的采油樹生產(chǎn)系統(tǒng)、完井/修井隔水管系統(tǒng)等的研發(fā)與制造，難以概全，這些都是海上深水鉆采專業(yè)的關(guān)鍵和核心技術(shù)設(shè)備，需要一項(xiàng)項(xiàng)攻關(guān)。這些研究方向和制造課題，需要國(guó)家的支持和制造企業(yè)的理解和關(guān)注，同時(shí)，需要行業(yè)合作，才有可能在幾年或十多年的時(shí)間內(nèi)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為保障國(guó)家海洋石油的能源安全，提供技術(shù)支撐。