北極深水鉆井關(guān)鍵裝備及發(fā)展展望

孫寶江

(中國石油大學(華東)石油工程學院，山東青島 266580)

?專家視點?

北極深水鉆井關(guān)鍵裝備及發(fā)展展望

孫寶江

(中國石油大學(華東)石油工程學院，山東青島 266580)

隨著國際常規(guī)油氣資源日漸枯竭和國際油價的日益攀升，越來越多的國家和石油公司開始關(guān)注北極地區(qū)儲量豐富的油氣資源。我國的冷深海鉆井技術(shù)尚處于探索階段，了解北極深海鉆井技術(shù)進展，對推動我國海洋油氣鉆井技術(shù)進步、保障能源供給安全具有重要的意義。北極深水油氣勘探面臨海洋環(huán)境惡劣、后勤保障困難、生態(tài)環(huán)境脆弱等難題，使北極深水油氣勘探困難重重。通過大量文獻調(diào)研和技術(shù)跟蹤，概述了國外北極深水鉆井關(guān)鍵裝備的主要進展，并從極地破冰船、供給船、鉆井船、鉆井平臺、海冰控制系統(tǒng)、低溫鉆機等方面，對北極深水油氣鉆探的關(guān)鍵裝備進行了介紹，對北極深水鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了分析，提出了一些探索性的觀點和建議。

北極 深水鉆井 鉆井裝備 發(fā)展趨勢

2009年美國地質(zhì)調(diào)查局的調(diào)查資料顯示，北極地區(qū)原油儲量約120×108m3(800億桶)，天然氣儲量47×1014m3，分別占全球尚未開發(fā)石油和天然氣儲量的13％和30％[1]。據(jù)俄羅斯等國的調(diào)查資料，北極地區(qū)原油儲量約為400×108m3(2 500億桶)，相當于目前全球探明原油儲量的25％，天然氣儲量約為80×1012m3，占全球天然氣儲量的41％。這些油氣儲量的84％都在海底，僅阿拉斯加海域油氣儲量就可能占總儲量的20％[2]。

在國際油價日益攀升、原油供給鏈條日顯脆弱的今天，越來越多的國家和石油公司開始把目光投向北極地區(qū)。科學與工程技術(shù)的不斷發(fā)展、北極冰川的不斷消融，使北極油氣開采變成可能，并逐漸成為油氣勘探開發(fā)的熱點。俄羅斯政府已經(jīng)對北極地區(qū)油氣資源開發(fā)工作進行了部署，荷蘭皇家殼牌、英荷能源集團、?？松梨谑偷葒H能源公司，也紛紛游說各自政府，爭取為北極油氣開發(fā)提供資金、技術(shù)和政策支持。挪威國家石油公司Statoil與俄羅斯石油公司Rosneft簽署合約，共同開發(fā)北極周圍海域油氣資源[3]。?？松梨谑凸九c俄羅斯石油公司達成協(xié)議，攜手勘探北極圈邊?？Ｊ唾Y源[4]。

然而，由于北極地區(qū)氣溫低、暴風雪多、位置偏遠、基礎(chǔ)設(shè)施匱乏、缺乏海洋環(huán)境數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境敏感，使在該地區(qū)鉆井困難重重[5-6]。筆者通過調(diào)研大量文獻，總結(jié)了北極深水鉆井面臨的挑戰(zhàn)及關(guān)鍵技術(shù)，并分析了北極深水鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢，以期為我國深海鉆井技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。

1 北極深海油氣鉆探主要難題

相比于常規(guī)深水鉆井，北極深水鉆井面臨的技術(shù)難題更多。例如，北極的海洋環(huán)境不同于低緯度地區(qū)的海洋環(huán)境，需要克服航線長、成本高的后勤保障，易破壞、難恢復的生態(tài)環(huán)境以及其他問題。

1.1 惡劣的海洋環(huán)境

北極氣候寒冷，冬季始于十一月，歷時半年之久，溫度為-20～-40 ℃，八月份的平均氣溫最高也僅有-8 ℃[7]。 所以，在北極進行鉆井作業(yè)首先要做好防寒措施以保證人員的生命安全；其次，嚴寒會使鉆井平臺操作困難、鉆機設(shè)備難以安全承載和正常運轉(zhuǎn)、鉆井管柱容易產(chǎn)生脆性破壞[8-10]。

由于格陵蘭島、北美及歐亞大陸北部冬季的冷高壓，北冰洋海域時常會出現(xiàn)猛烈的暴風雪[7]，北極冬季沿岸的平均風速達到10 m/s。 這有可能引起鉆井船的移位，導致隔水管發(fā)生變形和渦激振動，因此對其疲勞強度提出了更高的要求[11]。

浮冰對鉆井作業(yè)的時間及鉆井平臺的抗載強度有限制并提出了很高的要求，而且浮冰的影響范圍很廣，北極大部分海域的開放水域時間在很大程度上都受到浮冰的影響。北極地區(qū)海冰面積和范圍均具有明顯的季節(jié)變化，冬季平均海冰面積為夏季的2倍[12]，浮冰一般在六月中旬到七月上旬融化。在夏季，鉆井作業(yè)經(jīng)常會因多年積冰而中斷。新冰通常在十月開始形成，需要破冰船來輔助作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，北極地區(qū)全年可鉆井時間有85～150 d，平均作業(yè)時間為100 d，由于天氣變化等的影響，有效作業(yè)時間又會縮短至約87 d[13-14]。

1.2 艱難的后勤保障

北極地方偏遠，人跡罕至，缺少基礎(chǔ)設(shè)施。大型設(shè)備難以運輸，后勤保障困難。后勤保障出現(xiàn)問題付出的代價將遠高于其他任何地方，可能導致鉆井工期大大延長甚至鉆完井工程失敗[8]。鉆井平臺的甲板面積有限，進行重新補充的花費(租賃工具、管道、鉆井液、水泥和備用部分)很大，該問題在冬季顯得格外突出，因為與最近碼頭的距離也會非常遠。因此，在比較偏遠的Beaufort 海域的大陸架上部署鉆井船比部署半潛式鉆井平臺進行油氣勘探更為有利[15]。所以，北極深海鉆井在進行鉆井設(shè)計時必須高度重視后勤保障，充分認識其影響因素并制定相應(yīng)的解決方案，以保證鉆井作業(yè)的順利完成。

1.3 脆弱的生態(tài)環(huán)境

低溫條件下生態(tài)環(huán)境遭污染后恢復緩慢，加上北極地區(qū)高度季節(jié)性生態(tài)環(huán)境的影響，北極的生態(tài)環(huán)境極易因人類的油氣勘探和開發(fā)活動而遭到破壞。尤其是原油泄漏對北極地區(qū)造成的危害巨大：一是北極地區(qū)海平面下存在冰山的海域，如泄露原油則清潔工作十分困難；二是原油泄漏可能會導致大量生物死亡，并對該地區(qū)的人口和生態(tài)環(huán)境造成長期污染，其影響甚至會持續(xù)數(shù)十年[16]。

在墨西哥灣溢油事件發(fā)生后，深水鉆井中溢油的應(yīng)對方法開始成為一個十分受關(guān)注的問題。北極深海鉆井中，傳統(tǒng)的防原油泄漏技術(shù)(如建設(shè)防油柵)，在厚實冰層中難以實現(xiàn)。風浪會將厚厚的浮油打散，油濺入碎冰塊中與冰一起移動，給浮油定位與清潔帶來困難[17]。同時北極冬季缺少光照，氣候嚴寒，石油也可能會被封存在海洋冰層里，這意味著泄漏的石油被環(huán)境稀釋和降解需要經(jīng)歷更長時間。

1.4 其他問題

與其他海域一樣，北極深海鉆井也存在海底淺層欠壓實、安全密度窗口窄、井壁不穩(wěn)定、遇到淺層氣易形成天然氣水合物等一系列問題，如果不引起足夠的重視，容易導致井壁坍塌、井漏等井下故障的發(fā)生。

由于氣候和設(shè)備的限制，北極海域油氣勘探還處于初級階段，鉆井液及水泥漿等需要適應(yīng)北極寒冷的氣候并滿足由此帶來的使用上的限制條件。據(jù)估計，北極地區(qū)每桶原油的生產(chǎn)成本約為中東地區(qū)的十倍，因而需要投入大量的資金，并且北極深海鉆井配套技術(shù)尚不完善[1]。這導致北極地區(qū)的鉆井作業(yè)面臨更高的風險。

2 北極深海鉆井關(guān)鍵裝備

2.1 破冰船

破冰船是一種專門用于冰面上開辟航道的特種船舶。其主要特點是船體寬(縱向短，橫向?qū)?、船殼厚、功率大，且船體各區(qū)域設(shè)有不同的壓水艙，動力多采用對稱的多軸、多螺旋槳配置。破冰船是北極深水區(qū)域鉆井作業(yè)的保障，鉆井過程中需要有破冰船破冰并且清除浮冰。目前，全球破冰船隊中，功率超過7 350 kW的破冰船有50艘，多數(shù)在波羅的海作業(yè)。俄羅斯擁有最大的破冰船隊，其中包括7艘核動力破冰船。芬蘭、加拿大和瑞典各有6～7艘破冰船，美國擁有4艘，日本、德國、阿根廷、澳大利亞、挪威和荷蘭各有1～3艘。俄羅斯和美國均擁有推進功率大于22 000 kW的破冰船[18]。目前世界上最大的核動力破冰船是俄羅斯的“50 years of Victory”號，該船推進系統(tǒng)采用2個核反應(yīng)堆，功率達到55 125 kW；船長159 m，寬30 m；吃水11.08 m，在無冰水域的最高航速為21.4 kn，排水量為25 000 t；該船的冰帶寬度為5 m，采用不銹鋼材料建造，破冰能力可以達到2.5 m[19]。2012年3月，美國Edison Chouest 海洋公司向Shell公司交付了新建的“M/V Aiviq”號北極破冰船，船長110 m，額定最低作業(yè)溫度-40 ℃，可破碎厚0.9 m的海冰，該船被部署在阿拉斯加極地海域從事油氣鉆探活動[5]。俄羅斯Krylov造船研究所計劃建造北極鉆井船，該船可在北極風暴中航行，破冰能力可達1.5 m，并可在北極地區(qū)獨自作業(yè)長達3個月時間[6]。中國目前的“雪龍”號極地科考船只相當于俄羅斯最高級的抗冰船，還不是真正意義上的破冰船。

2.2 極地供給船

后勤保障對于北極地區(qū)鉆井作業(yè)的順利進行至關(guān)重要，而極地供給船是確保后勤保障的關(guān)鍵。首先，由于全年可鉆井時間短，鉆探成本高，需要保證鉆井裝置物資的持續(xù)供應(yīng)以實現(xiàn)鉆井作業(yè)的連續(xù)進行；其次，由于供給船要穿越冰區(qū)，這就對供給船的抗載強度、破冰能力等性能提出了更高的要求。從公開發(fā)表的資料來看，現(xiàn)有的極地供給船類型很少，具有代表性的是AARC(阿克爾北極技術(shù)公司)開發(fā)的“ARC105”型破冰平臺供應(yīng)船，主要用于為海洋平臺和鉆井船提供物資及設(shè)備，進行破冰/冰區(qū)管理作業(yè)，具備初步的防火和救援能力，為海洋結(jié)構(gòu)物的安裝提供救援和守護服務(wù)。該船具備較佳的破冰能力和冰區(qū)管理能力，船尾破冰能力分別為1.8 m/kn、1.6 m/3kn、0.9 m/7kn，船首破冰能力分別為1.2 m/3kn、0.6 m/8kn，具備在厚度達12 m的碎冰環(huán)境中連續(xù)航行的能力。該船采用環(huán)保型設(shè)計，船殼附近不設(shè)置油艙，船員生活環(huán)境的舒適性和安全性好，6名船員均擁有獨立單間，7個客艙最多可以容納12人，噪聲和振動設(shè)計等方面均執(zhí)行DNV標準[19]。

2.3 海冰控制系統(tǒng)

在北極海域鉆井，鉆井平臺(鉆井船)需要在溫度低于0 ℃的惡劣天氣以及在浮冰和冰山的沖擊下能保持其方位[20]，因此，通常應(yīng)用海冰控制系統(tǒng)來控制其附近約1.6 km的冰川和冰山。圖1為一個整套的海冰控制系統(tǒng)[15]，在鉆井平臺上游1.6～5.0 km處布置1～2艘破冰船(具體是1艘還是2艘，根據(jù)海冰嚴重程度和工程大小確定)進行巡航，采用多種技術(shù)來監(jiān)測海冰移動情況，包括人工觀察、直升機勘測、機載雷達和衛(wèi)星成像等。一旦發(fā)現(xiàn)海冰對鉆井平臺(鉆井船)有威脅，1艘破冰船便會破碎大塊冰川；另2艘較小但靈活性強的破冰船及時破碎流向鉆井平臺(鉆井船)方向的小冰川；如有必要可以使用一些較小船只拖曳冰山。這樣，整套海冰控制系統(tǒng)就可以將浮冰對鉆井平臺(鉆井船)的威脅降至最低。最后，如果冰情嚴重而難以控制，需斷開隔水管與防噴器的連接，收回鉆柱，迅速撤離。

圖1 北極海域海冰控制解決方案Fig.1 Ice management and control scheme in Arctic Sea

2.4 極地鉆井船和鉆井平臺

在選擇北極海域鉆井裝置時，必須要盡可能地將所有困難和極端環(huán)境參數(shù)考慮在內(nèi)，最基本的參數(shù)是水深、海洋氣象、環(huán)境條件和作業(yè)時間。其次，要充分考慮作業(yè)區(qū)域海冰的影響，比如主要的冰特征(岸冰，極地冰，冰山，浮冰)和冰的漂流速度。根據(jù)這些參數(shù)來選擇鉆井裝置、海冰控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、鉆井裝置組件，比如舉升系統(tǒng)和水下設(shè)備、耐寒材料等，以確保鉆井裝置的可靠性和完整性[15-21]。

圖2為3類(分別標示為①、②和③)用于北極深海環(huán)境下的鉆井裝置：前2種是具有防冰裝置的鉆井船和半潛式鉆井平臺;后1種是概念設(shè)計，可全年工作的圓形鉆井平臺。在一般深水區(qū)域，半潛式鉆井平臺由于其穩(wěn)定性好被廣泛應(yīng)用，而在有浮冰和冰脊存在的北極海域中,鉆井船因為甲板承載能力大受到作業(yè)者的青睞。同時，由于船舶甲板面積大，供應(yīng)成本低，使鉆井船可以遠離補給碼頭進行作業(yè)。當然，鉆井船的船體結(jié)構(gòu)要能夠攜帶大量燃料、設(shè)備、鉆井液、備件，以保證自給自足。③號是圓形鉆井平臺,目前處于概念設(shè)計階段，圓形的船體設(shè)計可提高抵抗冰荷載的能力，同時其內(nèi)部空間還可用來儲油。

圖2 北極深水鉆井裝置特點比較Fig.2 Comparison of deep water drilling equipment for Arctic

世界上第一艘冰區(qū)超深水鉆井船為韓國三星重工建造的“Stena DRILLMAX ICE”號，造價11.5億美元，設(shè)計作業(yè)水深3 000 m，最大鉆井深度10 000 m。該船長228 m，寬42 m，高19 m，排水量9.7×104t，可以在-40 ℃的溫度、16 m的海浪和41 m/s的海風環(huán)境下作業(yè)，配備動力定位系統(tǒng)，采用了雙井架。GustoMSC公司在20世紀70年代就開發(fā)了可以在冰區(qū)作業(yè)的“Pelican”級鉆井船，該公司最近開發(fā)的“PRD 12000冰區(qū)”型鉆井船適合在北極航行和作業(yè)，滿足 ICE-05 船級符號要求。新加坡吉寶船廠為Frontier 鉆井公司和殼牌公司總裝的2艘“Bully”級鉆井船就采用了“PRD 12 000冰區(qū)”型設(shè)計方案，首艘船“Bully 1”號于2010年交付。此外，大宇造船與海洋工程公司目前正在開發(fā)能夠在北極作業(yè)的鉆井船。該船采用球鼻艏設(shè)計，適合在無冰水域和薄冰區(qū)域航行；船尾采用加強結(jié)構(gòu)，以適于厚冰區(qū)域操作。該船安裝有2個Azipod裝置和4個可收縮方位推進器，以提高船舶操作和動力定位能力。該船的作業(yè)環(huán)境為0.5～1.5 m厚冰區(qū)，在薄冰區(qū)域的穿透度為90％以上，在厚冰區(qū)域的穿透度為50％[19]。

2.5 極地低溫鉆機

低溫鉆機是一種能在極低溫度環(huán)境下工作的鉆機，與常規(guī)鉆機相同，低溫鉆機也是由井架、底座、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)以及液、氣、電控制系統(tǒng)等組成的，除通用的外購件外，其余部件如井架、底座、起升系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)等，主要用金屬材料制造而成，主要包括鑄鋼件、結(jié)構(gòu)件和軸類件[22]。由于北極地處高緯度，氣候嚴寒，因此鉆機在布局時應(yīng)盡可能減少熱量損失，采用集中供熱，對于需要保溫的裝置緊密布置，以減少熱量損失。選擇鉆機材料時要能保證鉆機在低溫環(huán)境下的工作，同時為了降低成本，露天工作的設(shè)備，如井架、底座和天車等，采用耐低溫材料；有保溫措施的部件，如后臺、固控等采用常用材料；鉆機搬遷、安裝拆卸過程中由于吊裝和井架起升中受力較大的部件采用低溫材料。研究表明，Q345E級鋼在常溫、0 ℃和-20 ℃溫度下的縱向沖擊功均超過60 J，-40 ℃以下的沖擊功不低于40 J，冷脆轉(zhuǎn)化溫度不低于-60 ℃，其力學性能、化學成分等完全滿足前蘇聯(lián)國家標準推薦的井架用C345鋼的性能要求。因此，對于井架的主要部件選用Q345E鋼[23]。我國南陽二機集團作為研制石油鉆采裝備的骨干企業(yè)，在國內(nèi)率先進行了低溫材料的研制和應(yīng)用，2005年以來該公司先后研制出能夠滿足-45 ℃高寒地區(qū)鉆井作業(yè)要求的1 000～5 000 m系列低溫鉆機，產(chǎn)品批量出口俄羅斯和加拿大等國[24]。

3 北極深海鉆探工程進展

作為全球最大的能源企業(yè)之一，殼牌公司一直在努力推動北極海域的石油鉆探工作。截至2012年，殼牌公司在北極海上的鉆探作業(yè)已經(jīng)進行了7年并耗資40多億美元，還要面對阿拉斯加土著人的反對、環(huán)保團體的抗議以及墨西哥灣漏油事件帶來的巨大壓力。2012年7月初，殼牌公司的“Kulluk”鉆井船駛向阿拉斯加北極地區(qū)，計劃在Beaufort海的一個海域(距離阿拉斯加州海岸大約32 km)鉆2口探井，在Chukchi海的一個海域(距離阿拉斯加州海岸大約112 km)鉆3口探井。其主要目的是對這2個區(qū)域做進一步的勘探和研究，而不是開采石油[25]。2013年1月1號，該鉆井船在拖航中遭遇風暴，船體和設(shè)備受到損壞，不得不返回船塢整修。2013年2月12日，殼牌公司宣布暫停北極石油勘探鉆井活動[26]。

4 發(fā)展趨勢與展望

北極的環(huán)境特點是氣候嚴寒，冰層厚，可鉆井時間短(每年只有三四個月時間)，油氣鉆探的主要瓶頸是裝備系統(tǒng)。研究分析認為，北極鉆井裝備的發(fā)展趨勢主要有：1)基于裝備運行和人員安全考慮，船載鉆井裝備及操作區(qū)趨向于采用全封閉設(shè)計；2)基于最大限度降低北極海域流冰對鉆井裝備帶來的風險，鉆井船和隔水管系統(tǒng)需有較強的抵抗暴風雪和冰荷載的能力； 3)基于自動化安全控制和運輸及模塊化裝備高效安裝考慮，鉆井裝備趨于采用輕質(zhì)耐低溫的新型材料制造；4)基于延長每年在北極的作業(yè)期和增加冰期的活動能力考慮，需研發(fā)破冰能力強的鉆井破冰船和供給船；5)為了降低惡劣環(huán)境的影響，海底鉆機的研制與應(yīng)用也可能是北極海水鉆井的發(fā)展方向。

我國的石油消費位居世界前列，進口依賴程度達到50％以上，因此，北極油氣資源對我國的重要意義不言而喻。所以我國應(yīng)重視跟蹤北極地區(qū)油氣勘探開發(fā)進展，加強抗冰船舶的設(shè)計和研發(fā)力度，研究冰區(qū)航行和作業(yè)經(jīng)驗，為在北極海域進行油氣勘探做好準備。我國石油企業(yè)應(yīng)尋求與世界大型石油公司的合作機會，通過注資、技術(shù)入股、設(shè)備出口等方式積極參與北極油氣資源的勘探開發(fā)。

隨著新材料、制造技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊和氣象科學技術(shù)的不斷發(fā)展，及鉆井作業(yè)的機械化、自動化和信息化程度不斷提高，鉆機作業(yè)將實現(xiàn)完全自動化，鉆井效率與成功率極大提高，并將惡劣氣候?qū)︺@井作業(yè)的不利影響降至最低，從而逐步提高北極深海鉆探生產(chǎn)的安全性。北極深海的石油天然氣開采一定會在不遠的將來成為可能。

[1]馮丹，陸朝榮，周山丹.北極石油開發(fā)的爭奪與障礙[J].節(jié)能技術(shù)，2009，27(4)：355-357.

Feng Dan，Lu Chaorong，Zhou Shandan.Petroleum exploitation in the Arctic Region：competition and obstacles[J].Energy Conservation Technology，2009，27(4)：355-357.

[2]白振瑞，李明巖，楊國豐.北極地區(qū)油氣資源潛力和勘探開發(fā)動向[J].當代石油石化，2011，19(9)：39-44.

Bai Zhenrui，Li Mingyan，Yang Guofeng.Potential of oil and gas resources and exploitation trend in Arctic Area[J].Petroleum & Petrochemical Today，2011，19(9)：39-44.

[3]國際能源網(wǎng).挪威與俄羅斯合作勘探北極石油資源[EB/OL].[2013-03-20].http://www.in-en.com/article/html/energy_08450845701396968.html.

International Energy.Norway and America cooperate to explore oil resources in Arctic[EB/OL].[2013-03-20].http://www.in-en.com/article/html/energy_08450845701396968.html.

[4]國際能源網(wǎng).美俄合作勘探北極圈海域石油[EB/OL].[2013-03-20].http://www.in-en.com/article/html/energy_081708 17421570558.html.

International Energy.Russia and America cooperate to explore oil resources in sea area of Arctic Circle[EB/OL].[2013-03-20].http://www.in-en.com/article/html/energy_08170817 421570558.html.

[5]孫琦，紀國棟，汪海閣，等.極地鉆井裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢淺析[J].石油鉆探技術(shù)，2012，40(6)：43-46.

Sun Qi，Ji Guodong，Wang Haige，et al.Status and development trend of Arctic drilling equipment[J].Petroleum Drilling Techniques，2012，40(6)：43-46.

[6]中國海洋工程網(wǎng).俄羅斯Krylov將建造破冰厚度1.5米北極鉆井船[EB/OL].[2013-03-20].http://www.21offshore.com/news/d697256.html.

China Ocean Industry.Russian Krylov will build an Arctic drilling ship which can break one meter and a half height ice[EB/OL].[2013-03-20].http://www.21offshore.com/news/d697256.html.

[7]中國數(shù)字科技館.北極的氣候[EB/OL].[2013-03-20].http://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/kexuekaocha/kksd/bj/bjgk/bjwz/abc109.html.

China Digital Science and Technology Museum.Climate of Arctic[EB/OL].[2013-03-20].http://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/kexuekaocha/kksd/bj/bjgk/bjwz/abc109.html.

[8]Hamilton Jed M.The challenges of deep water Arctic development[R].ISOPE 11-21-4-241，2011.

[9]王福貴，賈秉彥，周忠祥.基于低溫鉆機管匯應(yīng)用的電伴熱系統(tǒng)設(shè)計[J].天然氣與石油，2011，29(3)：76-78.

Wang Fugui，Jia Bingyan，Zhou Zhongxiang.Design of electrical heat tracing system based on low temperature drilling rig manifold[J].Natural Gas and Oil,2011,29(3)：76-78.

[10]Gulick，Jonathan F.Transportation requirements for drilling operations on the Arctic North Slope of Alaska[R].SPE 10755，1983.

[11]孫寶江，曹式敬，李昊，等.深水鉆井技術(shù)裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油鉆探技術(shù)，2011,39(2)：8-15.

Sun Baojiang，Cao Shijing，Li Hao，et al.Status and development trend of deepwater drilling technology and equipment[J].Petroleum Drilling Techniques，2011，39(2)：8-15.

[12]魏立新.北極海冰變化及其氣候效應(yīng)研究[D].青島：中國海洋大學，2008.

Wei Lixin.Study on the variation of Arctic sea ice and its effect on global climate[D].Qingdao:Ocean University of China,2008.

[13]Jahns H O.Arctic drilling systems[R].WPC 20204,1983.

[14]Hippman A，Kelly W.The single steel drilling caisson: a new Arctic drilling unit[R].SPE 12000，1985.

[15]Pilisi N，Maes M，Lewis D B.Deepwater drilling for Arctic oil and gas resources development: a conceptual study in the Beaufort Sea[R].OTC 22092，2011.

[16]李浩武，童曉光.北極地區(qū)油氣資源及勘探潛力分析[J].中國石油勘探，2010，15(3)：73-82.

Li Haowu, Tong Xiaoguang.Exploration potential analysis of oil and gas resource in Arctic Regions[J].China Petroleum Exploration，2010，15(3)：73-82.

[17]Skeie G M， Bj?rnbom E， Thorbj?rnsen S，et al.High resolution oil spill response planning for operations in a sensitive Arctic environment.sharing information between operators, national authorities, local oil spill response groups and the general public[R].SPE 98593，2006.

[18]沈權(quán)，趙炎平.破冰船技術(shù)及幾種破冰方法[J].航海技術(shù), 2010(1):5-7.

Shen Quan，Zhao Yanping.Icebreaker technology and several ice-breaking ways[J].Marine Technology，2010(1):5-7.

[19]中船集團第七〇八所.冰區(qū)船靚麗風景線[EB/OL].[2013-03-20].http://www.shipol.com.cn/jszl/lwbg/157381.htm.

CSSC 708thInstitution.Ship in zone of ice forming remarkable scenery line[EB/OL].[2013-03-20].http://www.shipol.com.cn/jszl/lwbg/157381.htm.

[20]Rajiv Aggarwal，Richard D’Souza.Deepwater Arctic:technical challenges and solutions[R].OTC 22155，2011.

[21]Thomas Kipker，Bentec GmbH.Drilling rigs in Arctic deep temperature environments:design an operation challenges[R].OTC 22093，2011.

[22]汪金桃.低溫鉆機金屬材料性能與工藝研究[J].石油機械，2008，36(9)：117-120.

Wang Jintao.Research of metal material of drilling with regard to ability and technology in low temperature[J].China Petroleum Machinery，2008，36(9)：117-120.

[23]張東濤，秦曉峰，廖昌建，等.ZJ50/3150DB型低溫石油鉆機設(shè)計[J].石油礦場機械，2009，38(9)：84-87.

Zhang Dongtao，Qin Xiaofeng，Liao Changjian，et al.Design of ZJ50/3150DB drilling rig low temperature region[J].Oil Field Equipment，2009，38(9):84-87.

[24]崔玉平.國內(nèi)首臺7000米低溫鉆機研制成功[EB/OL].[2013-03-20].http://www.cinn.cn/xw/xcpxjs/156905.shtml.

Cui Yuping.The first domestic 7000 meter drilling rig was developed in low temperature[EB/OL].[2013-03-20].http://www.cinn.cn/xw/xcpxjs/156905.shtml.

[25]趙紀東.殼牌公司有望第一個實現(xiàn)北極鉆探[N].科學研究動態(tài)監(jiān)測快報，2012-08-01(15).

Zhao Jidong.Shell company is likely to be the first one to accomplish Arctic drilling [N].Letter of Scientific Research of Dynamics Monitor，2012-08-01(15).

[26]Tom Fowler.Shell may cancel second summer of Arctic drilling due to rig damages[EB/OL].[2013-03-20].http:∥www.worldoil.com/Challenges_may_threaten_Shell_drilling_in_Arctic.html.

ProgressandProspectofKeyEquipmentsforArcticDeepwaterDrilling

SunBaojiang

(SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(Huadong)，Qingdao，Shandong，266580，China)

With the depletion of conventional oil and gas resources and the increase of oil prices,more and more countries and oil companies begin to pay attention to the Arctic area for its rich oil and gas resouces.Cold deepwater drilling technology in China is now in the exploratory stage,it is very important to know the advancement in Arctic drilling,which can promote technological advancement in deepwater drilling and ensure the safety and security of energy supply in China.But it is very difficult to realize drilling in Arctic due to the harsh marine environment,a remote location with difficult logistics,and sensitive ecological environment.Through investigation and extensive review of literatures,this paper summarized the progress of key technologies and equipment in Arctic deepwater drilling,including icebreaker,store ship,drilling ship,drilling platform,ice management system and low temperature drilling rig,etc.Some tentative viewpoints and suggestions were proposed in Arctic deepwater drilling technologies.

Arctic；deepwater drilling；drilling equipment；development trend

2013-04-23；改回日期2013-05-17。

孫寶江(1963—)，男，山東高青人，1985年畢業(yè)于華東石油學院鉆井工程專業(yè)，1999年獲北京大學流體力學專業(yè)博士學位，教授，博士生導師，教育部長江學者特聘教授，主要從事海洋石油工程、油氣井流體力學與工程領(lǐng)域的研究工作。

聯(lián)系方式：(0532)86983017，sunbj1128@126.com。

國家科技重大專項子課題“深水鉆井水力學及井控關(guān)鍵技術(shù)”(編號：2011ZX05026-001-02)、教育部“長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”項目“海洋油氣井鉆完井理論與工程”(編號： IRT1086)及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目“海洋油氣鉆探中的安全保障基礎(chǔ)問題研究 ”(編號：13CX05006A)聯(lián)合資助。

10.3969/j.issn.1001-0890.2013.03.002

TE52

A

1001-0890(2013)03-0007-06

[編輯 陳會年]