许嘉
（启东中远海运海洋工程有限公司 江苏启东，226251）
摘要：海洋工程和海洋资源开发作为世界经济的支柱产业，具有广阔的发展前景和巨大的发展潜力。海洋油气开发是目前对国民经济影响最大、经济效益最明显和最具战略意义的海洋工程领域。本文概述了海洋油气开发装备的技术体系；介绍了目前国内外海洋油气开发装备的现状和技术发展趋势；分析了海洋油气开发装备的技术特点和设计建造的关键技术；面对海洋工程装备市场的广阔前景和巨大的发展机遇，造船企业应采取措施。
关键词：海洋工程 海洋油气开发 技术装备
1.前言
当前海洋权益、海洋资源、海洋能源、海洋交通、海洋空间以及海洋环境保护和海洋安全已成为世界各国竞相关注的焦点。世界海洋产业总产值由1964年的130亿美元上升到1992年的6700亿美元，到2000年已达到15000亿美元。近年来，我国海洋事业发展很快，海洋开发总产值，平均每年都以30%以上的速度在增长，海洋经济已经成为整个国民经济发展的一个新的增长点。因此，海洋工程和海洋资源开发作为未来世界经济的支柱产业，具有广阔的发展前景和巨大的发展潜力。
随着世界经济的发展对能源需求的持续增长，各国普遍加紧了对海洋资源，特别是海洋油气资源的开发。资料表明，全球海底石油总蕴藏量约1400～2000亿吨，占陆地石油储量的30%～50%，海洋天然气储量约有140万亿立方米。目前已发现的海上油气田有1600个，已有200多个油气田投产，海上油气产量在全球油气产量中所占的比例已由1970年的10%迅速地增加到2000年的40%（13亿吨），而且海洋油气产量还在逐年增加。我国的海上油气产量也从1982年的9万吨，增加到2002年的2500万吨（占全国油气总产量的16%）。海上油气田开发从勘探、钻井、开采和油气集输到处理的全过程，几乎都离不开高新技术和海洋工程结构物的支持。
船舶工业作为面向海洋的装备制造工业，在海洋工程结构物的开发和建造方面具有天然优势。最近20年中，世界船舶工业在进军近海石油工程制造业方面已经取得重大进展，大量的海洋石油平台、浮式生产系统和海洋石油开发专用船舶大多出自传统的船舶工业。随着海洋产业的高速兴起，对各种海洋开发装备和海洋构筑物的需求也将大幅上升，船舶工业将面临着一次新的重大发展机遇。
2.海洋工程技术装备体系
海洋工程大多属于“四高”（高技术、高投资、高风险、高收益）工程。因此,为了在开发和利用海洋的竞争中取得主动，一些发达国家不断进行技术创新，投入了大量的人力、财力用于海洋高技术的开发研究，在获得可观经济利益的同时，在海洋高技术领域取得了引人瞩目的成就。海洋资源的开发利用需要先进的海洋工程技术和装备支撑。众所周知，海洋环境条件十分恶劣，海洋工程装备的技术要求高，涉及的学科和行业面广，品种繁多，是一个庞大的工程体系。
2.1 海洋油气开发技术装备体系
海洋油气开发是目前对国民经济影响最大、经济效益最明显和最具战略意义的海洋工程领域。海洋油气资源开发需要各种类型的海洋石油平台、设备、工艺模块和工程船舶等，现将主要的海洋工程技术装备体系总结如下：
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图1 海洋油气开发技术装备体系
2.3 海洋石油平台
海洋油气的开采也从最初的浅海、近海，向深海方向发展，所需的技术装备也随水深的增加，其技术水平和要求越来越高，图2是适用于不同水深的各种海洋石油开发平台。
3发展现状与市场前景
3.1 国内外发展现状
当前世界经济发展所需的石油、天然气等资源将逐步转移到海洋，特别是深海开采石油和天然气，是世界油气工业发展的大趋势。世界上一些国家如美国、挪威、英国、丹麦、加拿大、巴西、印度、泰国，以及一些阿拉伯国家早在70年代就开始开发近海石油。一些造船大国如日本、美国、英国、韩国、挪威、丹麦等也开始了同步建造海洋平台的竞争。因此海洋石油开发技术水平越来越高。
国外海洋工程技术装备的设计和建造几十年来一直在发展。在设计方面，各种产品已形成系列，如各类移动式钻井平台、浮式生产系统、FPSO、FLNG、高精度地质勘探船等。这些产品的设计基本是由为数不多的国际专业设计公司设计，主要是在日本、韩国、法国、挪威、新加坡等国建造。特别注意的是，韩国、新加坡经过多年的技术研发，并依靠先进的制造技术和管理经验，在海洋工程制造领域发展较快。我国目前承接和建造了一些先进的半潜式钻井平台和大型FPSO，并且逐步具有了海洋工程建造的总承包能力。
我国海上石油开发从1964年开始钻出第一井，为了适应我国海上石油开发的需要，多年来曾先后向国外引进了一些钻井平台及相关设备。但从70年代起，我国一直不懈地贯彻引进和开发相结合的方针，自主开发和建造了的一些海洋石油平台和FPSO，如表1所示：
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我国的海洋工程制造业在促进海洋开发方面已经取得了一定成绩，几十年来，我国建成了一批先进海洋科研考察船和包括先进深潜器具在内的海洋开发设备。在海洋油气开采设备方面建造了一系列海洋油气开采和生产平台、以及平台模块，但从当前的发展需要看还远远不够。同世界发展相比，我国海洋工程制造技术同世界先进水平有不小差距。
上海船厂上世纪八十年代建造的半潜式钻井平台“勘探三号”，是我国自主设计的第一艘钻井平台，处于第二代、第三代之间，而目前世界上最先进的“蓝鲸1号”半潜式钻井平台，虽然是在中国建造，已经可以称之为第七代半潜式钻井平台，但基本设计是Frigstad Engineering公司的Frigstad D90。
上海船厂2016年交付的“Tiger 1”、“Tiger 2”号钻井船，是由中国船舶与海洋工程设计院（MARIC）自主设计，上海船厂建造的，我国第一艘具有自主知识产权的钻井船，填补了我国钻井船的技术空白，但与国际上先进的钻井船设计相比，依然存在一定的差距。
国内很多大型船厂都有建造FPSO的业绩，如COSCO、上海外高桥造船有限公司、沪东中华集团、江南造船集团、大连新厂等，但这些建造合同绝大部分来自国内，并且是中小型FPSO，在建造大型FPSO以及国际市场上的竞争能力还比较欠缺。
COSCO于2017年交付的“希望6号” DANA FPSO，是国内目前第一个EPC的总包项目，包括上部模块、船体的全部详细设计、生产设计和建造调试，但该船型的基本设计方是SEVAN SSP。
3.2 市场前景
全球海洋工程方兴未艾，稳定的石油以及天然气的需求和较为低迷的船市现状，使得高端的海洋工程装备建造市场依然可以是一个热点。
据统计，2009年全球服役的FPSO为151艘，截止到2018年年底，全球服役的FPSO达到了201艘，净增加了33%。预计2019年年内还将服役5艘FPSO，考虑到2019年年内没有退役FPSO，因而今年年底全球部署的FPSO将达到创纪录的206艘。
2009～2018年全球共授出96艘FPSO，但这里需要指出，这十年跨越了历史最高油价也经历了油价暴跌。2010年全年授出了创纪录的22艘FPSO这其中有8艘（两艘取消）由巴油授出。2016年全年没有FPSO订单授出。2018年授出9艘FPSO订单，2018年授出的9艘FPSO服役水深涵盖了32m（Area1 FPSO）～1700m（Tanin/Karish FPSO），这9艘FPSO中有6艘新建FPSO（包括SBM在外高桥建造的首艘Fast4Ward）3艘油轮改装FPSO。
据OE Digital的统计：目前共有216个浮式生产项目在规划中，并且这个数字在2019年一直在上升。据称，“目前有47个浮式生产平台在订购中，302个浮式生产平台在使用中，35个浮式生产平台可用于重新部署合同”。
在低碳环保的大背景下，涉及天然气的装备总会成为热点。FSRU自2005年诞生，其集LNG接收、存储、转运及再气化外输等多种功能于一体，可以系泊于码头作为LNG接受终端。至2018年3月，全球共有28座FSRU在役，另有建造订单10余座（不完全统计）。可见FSRU的发展大概经历了两个飞速发展阶段，分别是2008~2009和2013~2014，而这两个节点原油价格都经历了剧烈波动，油价高企可能一定程度上促进了天然气需求的放大。而这一轮油价下跌以来，主要能源巨头开始调整能源战略，将天然气作为主流能源，高举低碳环保大旗大肆宣传，带动了天然气需求的持续放大，进而带动了促使FSRU的快速发展。
石油与天然气是我国经济发展最重要的能源，目前全国石油供应的大约一半需要依赖进口，而石油作为不可再生性能源，具有重要的战略价值，而海洋石油业的发展将带动多项产业。
大型海洋工程结构物的建造是技术密集和资金密集的高技术工程项目, 具有建造技术复杂、安全、质量严格、价格昂贵等一系列特点，大量专用设备在整个工程造价中占有很高的比例。如能形成国内设计、配套加上国际采购关键设备的模式，可大大降低海洋石油开发装备的造价。对大型海洋石油开发装备的研究、开发、设计与建造涉及机械、电子、信息、石油、材料、焊接、结构、流体、推进、水声等众多的学科和行业。因此，大型海洋石油开发装备的研发和建造必将推动高新技术的发展，海洋油气田开发等海洋工程技术是我国“国家产业技术政策”中重点发展的高新技术。
从国内情况来看，这十几年大发展，我国海洋工程技术装备的设计和建造方面有了很大的突破。我国已拥有一批设施完善的海工企业，已完成一些高附加值的海工产品的建造，包括各类海洋平台、FPSO、钻井船等，取得了相当的成绩，得到了国际海工行业的认可。从国外情况来看，由于国内建造技术的进步，世界上知名的海上油气业主和承包商，也在向国内转移设计和建造的总承包。
4 技术发展趋势
向海洋和深海要油气，发展新一代的海洋石油开发装备，采用新的开发设备与技术，增加海上作业安全性，降低海洋油气开采成本，减小投资风险，是世界油气工业发展的不断追求。这意味着包括钻井平台、钻井船、FPSO、FLNG和各种浮式生产系统等各类海洋油气开发装备的设计及建造技术也在不断的发展和创新。
（1）自升式平台：浅海油田开发适应范围广，既适用于浅海及极浅海的钻井作业，也适用于作业水深90m甚至120m的较深海的钻井作业，并且也被用于浅海小型边际油田的生产平台。其发展趋势如下：
采用高强度和甚高强度钢，提高平台可变载荷与平台自重比；
增大甲板的可变载荷、甲板空间和作业的安全可靠性；
具有钻井及修井的功能；
用于浅海早期油田、小型边际油田的生产平台；
未来工作水深将增至150～180m。
（2）半潜式钻井平台和FPU：目前已发展到第7代，其技术发展特点为：
采用甚高强度钢和优良的设计，其可变载荷与总排水量的比值将超过0.20以上；
大的甲板可变载荷和大的甲板空间；
少节点、无斜撑的简单外形结构以减少建造费用；
良好的船体安全性和抗风暴能力，具备全球全天候的工作能力和长的自持能力；
更大的工作水深（3000～4000m）；
（3）FPSO和FLNG ：FPSO和FLNG的日生产油（气）能力和储油（LNG）能力也越来越大， FPSO和FLNG的主要特点和发展如下：
工作水深向深水推移，工作水深更深；
采用甚高强度钢，以减轻自重和造价；
系泊系统有更高的强度和更大的系泊能力，要求单点多路旋转接头高度可靠，便于维修；
FLNG上部模块LNG的生产工艺更加成熟和简化；
向大型化发展，30万吨级，甚至50万吨级。
（4）FSRU：全世界范围内投入使用或即将投入使用的FSRU逐渐增多，FSRU按液舱型式不同可分为GTT型、Moss型、SPB型、C型。未来FSRU的主要特点和发展如下：
FSRU逐步大型化的趋势,上部模块再气化的能力更强；
产业链延伸，集LNG加注、存储、再气化和发电一体化功能；
从安全角度考虑，远离海岸的单点系泊式的FSRU将逐步成为主流；
良好的船体安全性和抗风暴能力；
5 技术难点和关键技术
海洋工程与传统的造船相比，它有更高的标准及规范要求以及更高的质量要求，这对造船工业来说是一个新的挑战。
5.1 海洋工程装备技术难点
海洋工程装备是固定在海底或由单点、多点永久系泊在海上的结构物，除了要经受风、浪、流的作用外，还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境力的作用，因此，要求更高的强度和更长的疲劳寿命（一般要求25 ~ 40 年）；由于海洋工程装备在油田寿命期内要长期生产作业，并对一些浮式生产系统（如FPSO、半潜式生产平台等）要满足20-30 年不进坞的要求, 因此，海洋工程装备对结构设计、建造工艺以及防腐保护等均提出了更高要求；此外，海洋工程装备是危险源高度集中的载体，因此，对它的安全系统以及结构和系统的可靠性也提出了更高的要求。
5.2海洋工程装备的关键技术
针对海洋石油开发工程技术装备的特点和国内外市场的需求,结合我国实际的开发、设计和建造水平,目前在海洋工程领域的关键技术主要有：
基于安全考虑的大型海洋工程装备的总体设计；
大型海洋工程装备结构优化及疲劳设计；
大型海洋工程装备主要工艺流程优化与模块化设计、建造技术；
FLNG/FSRU防火防爆系统技术研发；
FLNG/FSRU防低温泄漏技术研发；
海洋工程技术装备的开发和建造是一项长期存在的技术开发，会一直伴随着海洋油气资源的开发技术，新材料和新的信息化技术的发展，逐步产生更新更高端的海洋工程技术装备，以适应国际海洋油气资源的开发利用。
6 结语
海洋工程装备的建造是一个综合性的产业，近年来已经形成了新的产业链，如钢铁、机械、动力设备、石油设备、仪表、电子以及一系列海上服务保障行业。随着国内一些大型海工基地的崛起，如中远海运重工集团启东海洋工程基地、上海外高桥船厂、来福士、招商海门基地等一批具有一流设施的海工企业，是建造各种大型海洋工程大型装备的理想基地。因此，国内海工企业要充分发挥自身的优势，针对海洋油气产业的高标准要求，加快企业产品的升级，以应对新形势新技术下的海洋油气资源的开发。
海洋石油产业装备作为海洋工程行业的支柱产品，要努力开发海洋工程发展新的增长点，如深海探矿、天然气水合物开采装备等高端的海洋装备作为重点的发展方向。