北極油氣開發(fā)現(xiàn)狀及裝備技術(shù)最新動向

劉方琦

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12×109m3（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%。據(jù)俄羅斯等國的調(diào)查資料，北極地區(qū)原油儲量約為4×1010m3（2500億桶），相當(dāng)于目前全球探明原油儲量的25%，天然氣儲量約為8×1013m3，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20%。隨著鉆探技術(shù)的進步，加上易開采油氣資源變少，北極地區(qū)在各大油氣公司的開發(fā)名單上越來越靠前。然而，近年來，許多公司在北極的油氣項目進展都不順利，唱衰北極油氣開發(fā)的聲音也此起彼伏。

根據(jù)Offshore統(tǒng)計，21世紀以來，特別是近十年，全球在極地開發(fā)作業(yè)的平臺與船舶越來越多，2014年達到高潮，隨后隨著國際原油價格下降等原因而逐漸減少。主要采用半潛式鉆井平臺進行鉆井，采用重力式平臺和FSPO進行生產(chǎn)。

其中不同裝備類型在不同冰情下的作業(yè)能力是完全不同的，例如坐底式結(jié)構(gòu)中的重力式平臺（GBS）可以在一年冰、多年冰甚至冰脊等多種冰情下操作，固定式導(dǎo)管架或自升式平臺多數(shù)不能在多年冰或冰脊環(huán)境中操作，浮式結(jié)構(gòu)物例如FPSO、半潛式平臺TLP或SPAR等裝備亦可在（或技術(shù)考慮可行）不同冰情下操作。

北極各國戰(zhàn)略及態(tài)度

1、俄羅斯

作為北極圈內(nèi)的石油和天然氣大國，石油產(chǎn)業(yè)可謂是俄羅斯的支柱產(chǎn)業(yè)，石油開采和加工企業(yè)的收入占俄羅斯全國稅收的近一半，外匯收入的三分之一也是來自石油企業(yè)。由于石油價格的下跌，直接造成2015年俄羅斯GDP增速為-3.7%。隨著陸地儲量的逐漸消耗，俄羅斯的北極海上油氣開發(fā)需求愈發(fā)緊迫，威爾遜中心的報告稱俄羅斯越來越依賴東西伯利亞和北極海域的油氣產(chǎn)量以完成其年度目標和預(yù)算。

2014年，歐盟和美國都進行了針對俄羅斯石油產(chǎn)業(yè)的制裁，包括限制歐盟內(nèi)所有實體向俄羅斯石油部門的深海鉆井、北極圈石油勘探和頁巖油開發(fā)進行新的投資、提供關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)出口，并停止相關(guān)企業(yè)的融資業(yè)務(wù)，隨后又將這一禁令延伸至已經(jīng)簽訂的合作項目。俄羅斯石油公司（Rosneft）與荷蘭殼牌、意大利埃尼以及美國?？松梨诠居胁煌潭鹊暮献?，甚至許多剛剛開工的鉆探工作都因為制裁而中止，因而受到不小的沖擊。有消息稱，今年6月，Rosneft與挪威國家石油公司（Statoil）在鄂霍次克海開始合作勘探。俄羅斯最大獨立天然氣生產(chǎn)商Novatek的Yamal LNG項目受制裁影響不大，至2016年5月1日，項目19個區(qū)塊208口氣井中已有50口開采完成，一期生產(chǎn)線進度達64.4%，預(yù)計可于2017年按期投產(chǎn)。

2、挪威

除俄羅斯外，對北極開發(fā)積極性最高漲的國家當(dāng)屬挪威，Statoil也是目前仍在堅持鉆探開發(fā)的幾家公司之一。

挪威也是石油和天然氣資源大國，油氣出口占挪威出口總額的60%以上，是挪威經(jīng)濟崛起的根源，也是社會福利開支的重要資金支柱。挪威企業(yè)在北極地區(qū)石油資源開發(fā)和船舶海工設(shè)計建造方面經(jīng)驗豐富，無論從資金和技術(shù)方面都比俄羅斯企業(yè)實力更強，相關(guān)開發(fā)活動也代表了最高程度的健康、安全和環(huán)境標準。

同樣地，挪威油氣企業(yè)也深受低油價負面影響，營業(yè)收入銳減，大批海工平臺閑置，油氣勘探領(lǐng)域投資也大幅下降。盡管如此，這些企業(yè)也并未停止北極油氣開發(fā)的腳步。6月，Statoil宣布與Rosneft在鄂霍次克海進行共同勘探，鉆探位置距離馬加丹港450km，海深不超過150米。另外，在今年的挪威北極探油許可競拍中，殼牌臨時退出申請，因此最后共授予10個探油許可，其中3個緊鄰與俄羅斯的爭議邊界，由Statoil和DNV GL獲得，2017年將開始勘探。

3、美國

英國實行礦業(yè)開發(fā)許可證制度，從門檻上確保開發(fā)行為的有序進行，并以環(huán)境管理體系認證、發(fā)布環(huán)境年報等措施加強礦業(yè)監(jiān)管，充分發(fā)揮礦業(yè)行業(yè)中介組織的作用。荷蘭設(shè)立“綠色基金計劃”，對投資者給予稅收激勵政策，調(diào)動其發(fā)展綠色礦業(yè)的積極性。美國極其重視礦產(chǎn)開發(fā)中的生態(tài)恢復(fù)，要求礦山企業(yè)在開發(fā)前須提交相關(guān)環(huán)境報告，并征求地方政府及當(dāng)?shù)鼐用竦囊庖?，每年用于環(huán)境事業(yè)的金額達數(shù)十億美元[9]。

一百多年前，美國從俄羅斯手中買下了阿拉斯加州，使得美國獲得了通往北極油氣資源和海上戰(zhàn)略通道的重要跳板。然而，目前美國的北極開發(fā)力度遠遠落后于俄羅斯等國。

首先，美國政府對北極開發(fā)的態(tài)度并不明確，一方面呼吁北極資源開發(fā)對氣候變暖的不利影響，另一方面又通過批準勘探計劃、建造破冰船積極布局北極。2015年3月，美國剛剛有條件地批準殼牌阿拉斯加北極海域鉆探計劃，9月底殼牌就宣布無限期推遲在楚科奇海和泛美北極圈內(nèi)的石油開采項目，10月美國內(nèi)政部又宣布擱淺北極計劃，暫停出售2016年至2017年阿拉斯加北部北極圈海域的油氣開發(fā)經(jīng)營權(quán)，同時也不再對上述海域現(xiàn)有油氣開發(fā)經(jīng)營權(quán)給予延期。這一系列變化既反映出北極開發(fā)的挑戰(zhàn)性之大，同時也體現(xiàn)了美國政府監(jiān)管環(huán)境的不可預(yù)測性。

2016年7月，美國政府內(nèi)閣頒布了最新的針對北極地區(qū)油氣開采的環(huán)保和安全法規(guī)，這也是這屆政府任期內(nèi)頒布的一系列油氣開發(fā)法規(guī)中的最后一個。法規(guī)對油氣公司的泄漏應(yīng)對機制提出了較高要求，其中部分措施已在2015年殼牌的開發(fā)許可中有所體現(xiàn)，如當(dāng)開采井失控時，石油公司能及時調(diào)動一座鉆井平臺用于救援鉆井，另外石油公司還應(yīng)當(dāng)有能力為泄漏井口修建圍堵蓋。

4、加拿大

加拿大是北極圈內(nèi)一個重要的國家，不僅是最早開始北極油氣資源勘探開發(fā)的國家之一，同時還是北極理事會的發(fā)起國之一。然而，加拿大的北極戰(zhàn)略似乎更側(cè)重于北極主權(quán)。2013年，加拿大在擔(dān)任為期兩年的北極理事會輪值主席國期間提出，其任內(nèi)的工作重點主要為促進極地航運的發(fā)展。

加拿大的油氣資源主要位于波弗特海的北極大陸架，上世紀曾對這里的油氣盆地進行了積極的地質(zhì)勘探，后鉆井工作由于環(huán)境和儲量原因暫停。近年來，加拿大油氣公司開始積極努力獲取北極海域開發(fā)許可證，包括1000m或更深的海域。另外，雪佛龍、帝國石油和BP這樣的國際大公司也獲得了波弗特海的開采權(quán)，但在過去兩年由于油價、開發(fā)技術(shù)和周期等原因而擱淺。

北極油氣裝備技術(shù)發(fā)展

2016年4月，一項由美國安全和環(huán)境執(zhí)法局（BSEE）及阿拉斯加大學(xué)聯(lián)合進行的研究顯示，目前的海工裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計可滿足極端北極海況。

該項研究分別收集了2年、16季的楚科奇海和波弗特海的海冰信息，分析得出了年度變化范圍。為現(xiàn)有的標準或建議如ISO19906等，提供補充。研究還給出了臨界龍骨深度，并評估了ISO19906預(yù)測全球范圍內(nèi)冰對海洋結(jié)構(gòu)物作用力的適用性。通過對收集到的數(shù)據(jù)進一步分析，研究人員認為目前依據(jù)ISO19906標準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計是保守的，完全能夠滿足北極海冰的需求。

隨著石油開采技術(shù)的發(fā)展，深水和極端寒冷海域（如俄羅斯庫頁島）的石油開采已成為可能，大型石油公司也越來越傾向于使用擁有先進鉆探能力和更高靈活性的鉆井船來進行鉆探作業(yè)。

Cat-I 極地鉆井船

挪威Inocean公司為Statoil所做的Cat-I鉆井船概念設(shè)計，在其INO-80鉆井船的基礎(chǔ)上，增加了耐寒裝置等，從而設(shè)計為適合在極地工作的船舶，其對環(huán)境的影響能實現(xiàn)最小化，并可以實現(xiàn)對健康、安全與環(huán)境管理體系（HSE）關(guān)注的最大化。

船長232米，寬40米，深19米，工作排水量為89800t，有效載重量為22400t。

船上配備有堅固、高效的旋轉(zhuǎn)臺，盡量減小主甲板開孔尺寸，降低鉆臺高度，危險區(qū)域和噪音遠離生活區(qū)，不僅適合極地使用，在任何開敞水域的鉆井效率都得到優(yōu)化提升。

該船船體進行了冰區(qū)加強，采用動力定位時可抵抗16m的冰脊，錨泊定位時可抵抗水下8m的浮冰。同時，具有一定的破冰航行能力，可在3～4kn航速下穿越1.2m厚的冰層。

工作水深為100～1500m，可進行鉆井、完井、水下維護、電纜測井以及試井等工作。北極地區(qū)的鉆井深度為5000m，自持力120天。開敞水域的鉆井深度可達8500m。

“Sevan1000”圓筒型極地FPSO

Sevan Marine一直致力于圓筒型鉆井裝置的研發(fā)，已設(shè)計研發(fā)多座用于北海、墨西哥灣和巴西的鉆井、浮式生產(chǎn)和生活平臺。

2013年，Sevan Marine還將這一設(shè)計應(yīng)用于“Sevan1000”FPSO的研發(fā)工作，該FPSO專門為Eni公司位于挪威北部亞北極巴倫支海Goliat油田設(shè)計，該地區(qū)氣候寒冷，亟需性能更佳的FPSO。該裝置由韓國現(xiàn)代蔚山船廠建造，2015年完工交付，隨后由于各種原因，于今年3月開始投入生產(chǎn)。

圖1：Cat-I鉆井船布置示意圖

該FPSO最大日均產(chǎn)量為10萬桶/天，水下生產(chǎn)系統(tǒng)由22口井組成，分別為12口生產(chǎn)井，7口注水井和3口注氣井。在巴倫支海的Goliat油田，該FPSO可以在自給自足的條件下作業(yè)60天，為承受浮冰載荷，船體還具備了永久性系泊的能力。

圖2：“Goliat”圓筒型FPSO

圓筒型平臺裝置有明顯的成本優(yōu)勢，它的造價較低，與傳統(tǒng)船型相比，圓筒型裝置能夠節(jié)約15～25%的費用。也不像一般船型裝置那樣需要一個在冰面進行轉(zhuǎn)向的復(fù)雜轉(zhuǎn)塔，通常船型裝置會要求轉(zhuǎn)塔內(nèi)同時放置系泊纜繩和鉆井設(shè)備，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)塔內(nèi)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜和密集。

另外，“Sevan1000”的系泊纜繩均進行了封裝保護，并可以通過受保護的井筒進行生產(chǎn)作業(yè)。上部模塊，包括管道和電纜，均封入防凍罩。上部模塊還有一個迅速撤離系泊系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)冰山或在極度寒冷的情況下，能夠迅速撤離。

與常規(guī)船型相比，圓筒型結(jié)構(gòu)能夠更好地承受不同漂移方向的浮冰壓力，同時避免漂移浮冰對半潛式船體造成損害。而與一般的平臺裝置相比，圓筒型平臺下部空間可以用來儲存更多石油。正是由于圓筒型鉆井船的這種內(nèi)在優(yōu)勢，它不僅有較強的甲板載荷能力，并且在惡劣環(huán)境中的穩(wěn)定性也更好。

當(dāng)然，冬季時，該FPSO能否在溫度低至零下50℃的環(huán)境下正常進行作業(yè)，依然是一個重大的挑戰(zhàn)。圓筒型船體設(shè)計在Goliat油田進行了成功應(yīng)用，并積累了豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，船體配有一個全封閉的上部模塊，同時加熱系統(tǒng)能夠?qū)﹃P(guān)鍵設(shè)備和區(qū)域起到除冰作用。此外，通風(fēng)板還能夠起到隔離作用，從而阻止了風(fēng)雪的侵襲，在氣體泄漏的情況下，又能夠?qū)崿F(xiàn)自動通風(fēng)。

另外近期還有許多針對北極區(qū)環(huán)保問題的研究，如溢油處理、鉆井活動對北極生態(tài)系統(tǒng)的影響等。

盡管在目前的經(jīng)濟環(huán)境下，北極油氣開發(fā)并非迫不及待，但相關(guān)國家對這一地區(qū)的關(guān)注程度非常高。北極開發(fā)的重要意義，不僅在于控制油氣資源本身，更體現(xiàn)了工業(yè)界對于技術(shù)創(chuàng)新的永恒追求。而在技術(shù)能力方面的引領(lǐng)，又能反過來提升在北極地區(qū)法律、法規(guī)及體系構(gòu)建時的話語權(quán)。

另外，北極地區(qū)環(huán)境條件復(fù)雜嚴苛，極地裝備的開發(fā)不僅僅與船型有關(guān)，而且與設(shè)備有關(guān)，更與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)特別是環(huán)境數(shù)據(jù)有關(guān)。因此，我國未來極地裝備開發(fā)的強強聯(lián)合勢在必行，考慮到北極主權(quán)因素影響，現(xiàn)階段與歐洲和俄羅斯等國家進行合作開發(fā)，是一種可行性較高的推進方式。