海洋深水石油工程標準體系設計及實施策略

譚越，連華，吳煒，葉兵

1.中海油研究總院有限責任公司（北京 100028）2.中國海洋石油集團有限公司（北京 100007）

0 引言

世界深水油氣勘探開發(fā)始于20 世紀70 年代，經過40 多年的發(fā)展，勘探成果層出不窮，開發(fā)規(guī)模和水深不斷增加，最大水深已經超過3 000 m[1]。據統(tǒng)計，2017 年全球油氣發(fā)現儲量中深水、超深水合計占比52%，2018 至2022 年全球深水投資將高達1 368億美元，深水資產成為全球油氣新發(fā)現的最主要來源。以BP、?？松梨?、殼牌、道達爾等為代表的國際油公司開發(fā)重點領域已經實現了由陸地向海洋深水領域的轉移[2]，深海石油開發(fā)成為全球石油戰(zhàn)略的重要前沿陣地[3]。近20年來，墨西哥灣、巴西、西非、中國南海成為深海油氣勘探開發(fā)的主要區(qū)域[4]，深海油氣資源的開發(fā)既是必然的趨勢，也是未來我國海洋石油開發(fā)的主戰(zhàn)場[5]。

只有加強核心技術自主研發(fā)，盡快突破深水油氣田勘探開發(fā)關鍵技術，形成自己的標準體系，才能獲得深水油氣資源勘探開發(fā)的主動權，進一步在世界舞臺與國際一流企業(yè)同臺競技。在國家海洋戰(zhàn)略的背景下，國家能源局批準成立能源行業(yè)海洋深水石油工程標準化技術委員會（NEA/TC28），負責在海洋深水（300 m以上水深）的石油勘探、開發(fā)、工程和裝備等領域標準。結合國內數十年已形成的經驗和成果，考慮現階段以及未來深水油氣開發(fā)工程中關鍵和重要的技術標準，能源行業(yè)深水石油工程技術標準化委員會圍繞構建推動高質量發(fā)展標準體系的需要，開展了深水油氣工程技術標準體系構建工作。

1 海洋深水石油工程標準體系設計

1.1 設計思路

標準體系是標準化工作的基礎和先導，標準體系結構是標準體系的“骨架”，發(fā)揮著理清體系建設脈絡、聯(lián)通信息“孤島”的關鍵作用，一般有層次結構、序列結構等表現形式[6]。標準體系結構是以特定方式將標準相互聯(lián)系而形成一個整體的“紐帶”，是標準體系中各要素的內在的有機聯(lián)系形式，一般包括設計目標、設計依據、設計原則等要素。

通過分析海洋深水石油工程標準體系建立的需求和要解決的問題，確定具體目標為以南海深水油氣田開發(fā)為重點，兼顧國內其他企業(yè)在海外的深水項目涉及的技術標準，以此為基礎設定了標準體系的范圍。

在海洋深水石油工程標準體系設計時，站在行業(yè)的角度，參考了《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《戰(zhàn)略性新興產業(yè)重點產品和服務指導目錄》《海洋工程裝備制造業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》《海洋工程裝備制造業(yè)持續(xù)健康發(fā)展行動計劃(2017—2020 年)》等指導性文件，體現了國家和行業(yè)主管部門、主管機構的要求及指導思想。

確立了分階段、抓重點的設計原則。分階段是由于建立海洋深水石油工程技術標準化體系是一項不斷優(yōu)化的工作，初期并不能一次性的建立一個完備的標準體系，而是要搭建一個框架，不單純追求體系的完整和形式，后期逐步完善[7]。先以“深水”為重點，以油公司使用的標準為重點，以設計標準為重點，以工程和裝備為重點。

1.2 體系結構

根據能源行業(yè)海洋深水石油工程標準化技術委員會的宗旨，選擇了標準體系結構設計通常使用的“分類法”[8]。根據設定的設計目標、依據、原則和方法，在確定體系構建維度和層級時綜合考慮了以下三方面因素：①只針對與“深水”直接相關的，對于和“淺水”共性的技術未列入；②體系結構的設計是基于國內當前的發(fā)展現狀、模式和技術水平；③與石油工業(yè)標準化技術委員會海洋石油工程的專業(yè)分類進行了對比[9]，以避免重復和交叉。

總體而言，深水油氣田開發(fā)過程與陸上或淺水基本相似，都要經歷勘探、開發(fā)、工程建設，生產等階段，每個階段又可以分解為多個作業(yè)步驟。但在不斷向深水領域挺進的過程中，出現了很多新的地質和環(huán)境問題，如深水沉積、復雜油氣藏、人工舉升、淺層氣災害、水合物堵塞、內波與環(huán)流、浮式平臺渦激運動和立管渦激振動等。在攻克這些技術難題的同時，形成了一套完整的產業(yè)鏈和相應的技術標準體系。

標準體系結構的設計過程中，充分考慮了市場需求，利用了既有的成果，也突出了工程和裝備這一重點領域?？紤]標準的通用和專用的有機結合，按深水石油工程專業(yè)屬性的差異分離進行分類設計，按技術上的隸屬關系進行縱向類別細分，初步提出了標準體系結構方案。針對技術標準，設計為3 個層次，按專業(yè)屬性劃分為5 個類別，16 個系列，如圖1所示。這是一套開放的體系構架，橫向上，隨著技術水平的提高，可進行補充；縱向上，可以細分至4個或5個層次。

圖1 海洋深水石油工程標準體系結構

由于對標準類別及層次細分認識的積累不夠，這并不是一個非常完善的標準體系結構。此外，深水油氣田開發(fā)的技術積累尚未達到很高的水平，在體現標準組成的系統(tǒng)性、匹配的協(xié)調性、定位的前瞻性、內容的先進性等方面尚存在不足。但任何一個標準體系在建立后，都會存在一定的問題，都是經過一定時期再逐步完善的。因此，現階段在標委會的技術范圍內，盡可能適應目前深水油氣田開發(fā)的現狀并滿足相關的技術需求，未來再進行系統(tǒng)性的優(yōu)化。

1.3 工程和裝備體系初步規(guī)劃

深水油氣田的開發(fā)被認為是高技術、高投入和高風險，其中開發(fā)投資的70%以上是工程和裝備。盡管與國際先進水平仍存在差距，但在設計和建造方面已經積累一定的經驗。在《中國制造2025》規(guī)劃中，明確大力推動十大重點領域突破發(fā)展，“海洋工程裝備和高技術船舶”為其中之一。因此，以工程和裝備7 個標準系列為重點，按照海洋深水石油工程標準體系編制的指導思想和思路，分別進行了初步規(guī)劃。

1.3.1 基礎標準

主要包括海洋深水油氣開發(fā)術語、深水油氣開發(fā)環(huán)境條件、環(huán)境荷載、工程地質勘察等作為設計、建造和安裝的基礎數據等方面的標準。除此之外，建議以風險分析為基礎，增加事故狀態(tài)下的安全和風險相關的技術標準，如落物撞擊、船舶碰撞、火災、爆炸等。

1.3.2 水下生產系統(tǒng)

水下生產系統(tǒng)作為開發(fā)海洋油氣田的一種主要模式，最早由國外提出并逐步推廣應用。在水下生產系統(tǒng)標準的制定方面國外的標準化組織起步也較早，早在1992 年美國石油學會（API）就建立了了第一套有關水下生產系統(tǒng)的標準體系框架，國際標準化組織（ISO）在20世紀末開始了水下生產系統(tǒng)相關標準的制定工作，并陸續(xù)頒布了一系列的標準[10]。目前我國還不全面具備水下生產系統(tǒng)關鍵設備的設計和制造能力[11]，已有標準主要與方案設計和設備選型相關，國家標準基本上是等同采用ISO 13628系列標準方式。

由于現階段水下生產系統(tǒng)相關標準仍以采用國際標準（簡稱采標）為主，推薦采標以API 系列標準為主，同時考慮挪威國家石油標準組織（NORSOK）的特色標準。采標形式基本上為等同采用，未對標準進行深入的適用性研究，此類標準應增加一章進行說明。建議今后新的、自主制定的水下生產系統(tǒng)相關標準逐步由能源行業(yè)海洋深水石油工程標準化技術委員會組織編制。

1.3.3 浮式生產裝置

浮式生產裝置是深水油氣田開發(fā)的重要設施，在世界范圍內已得到廣泛應用。浮式生產裝置的類型有多種，按結構形式分為：半潛式平臺、TLP 平臺、Spar平臺、FLNG，以及在上述類型基礎上開發(fā)出來的其他結構型式。按其主要功能又可分鉆井平臺、生產平臺、生產儲油/氣裝置，以及多功能綜合平臺（安裝鉆機的生產平臺、FDPSO 等）[12]。浮式生產裝置技術在國外已經發(fā)展成為成熟技術，并形成了相應的技術標準和規(guī)范，由于行業(yè)特點，船級社標準應用更為廣泛。

國內深水浮式生產裝置技術經過10 余年的研究，已經有了一定積累，在標準應用方面主要是直接采用國外標準，需要通過研究、分析國外標準體系，在引用國外標準的基礎上，建立自己的標準體系。我國已經具有了浮式生產裝置的設計和研發(fā)基礎，標準的制定在借鑒和參考國外先進標準的同時，結合中國南海的環(huán)境特點，自主制定標準。現階段有多個行業(yè)和團體的標準化委員會在編制與浮式裝置相關的標準，彼此之間界面交叉較為嚴重，建議能源行業(yè)海洋深水石油工程標準化技術委員會加快浮式生產裝置相關標準制定的力度。

1.3.4 柔性構件

立管、動態(tài)臍帶纜和電纜、系泊系統(tǒng)等深水柔性構件是我國重點發(fā)展的海洋工程裝備，基本上都是進口產品[13-14]，國外已形成比較完整的標準體系，涉及材料、設計、制造、運輸、安裝、測試、檢測等各個方面。標準制定組織有挪威DNV GL、美國API、美國機械工程師學會ASME、美國船級社ABS、國際標準化組織ISO 等，其中工程應用較多的是挪威DNV GL和美國API標準。

流動安全是深水海管設計的關鍵因素，在流動安全方面國際石油公司大都建立了本公司的標準做法，國內雖然在油氣管道設計、運行管理以及水下生產系統(tǒng)設計與操作等系列標準中涵蓋了部分流動安全相關內容，尚沒有正式發(fā)布的專門標準。需要根據國內海洋石油開發(fā)的需要獨立編制流動安全相關標準。建議流動安全保障相關標準作為海管設計的關鍵要素納入此部分。

深水柔性構件的標準化工作，要與“國產化”緊密結合，國外標準作為借鑒和參考，獨立編制，標準的主要技術指標均需按照國際先進水平確定，以標準來推動國產化，擺脫被國外長期壟斷的現狀。

1.3.5 深水裝備

深水工程裝備主要指深水油氣資源勘探、開采、加工、儲運、管理、后勤服務等方面的大型工程裝備和輔助裝備，如半潛運輸船、起重鋪管船、動力定位系統(tǒng)、升沉補償系統(tǒng)、水下切割檢測和維修機具、水下機器人（ROV）、水下設備安裝及維護系統(tǒng)、安全防護及監(jiān)測檢測系統(tǒng)，以及其他重大配套設備等[15]。由于國外進口的設備設施價格高，周期長，維修保養(yǎng)難[16]，目前急需推動海洋深水工程裝備的研制工作。

前瞻性海洋工程裝備是指代表當今國際海洋工程裝備新興技術，可能拓展當前海洋資源開發(fā)模式的新裝備，主要包括天然氣水合物等開采裝備，適用于北極地區(qū)油氣開發(fā)的工程裝備，以及其他新型裝備。

其他的行業(yè)或團體標準化組織也在開展此項工作，為此需加快推動深水工程裝備的技術標準研制，建議重點標準的研制超前于技術的發(fā)展，提前搶占技術制高點。

1.3.6 深水施工

中國的建造場地與國外的條件和設備特點有不同之處。以深水浮式平臺建造為例，重量控制，以及組塊與船體的對接是關鍵，與國外的合攏技術不同，中國建造場地有自身的特點。如中集來福士利用“泰山吊”；其他場地會采用浮吊或用傳統(tǒng)的搭積木方法；對于沒有大型龍門吊的船廠，會考慮與專業(yè)做分段液壓舉升的公司合作；另外，用半潛船浮托也有成功的案例。

深水安裝基本上都采用帶動力定位的安裝船，可完成水下生產系統(tǒng)安裝、工作級機器人施工、船對船大型物件吊裝、海管和臍帶纜鋪設等作業(yè)。目前我國已初步建成了深水艦隊[17]。但中國南海特殊的內波環(huán)境和陸坡地質條件與世界其他海域是截然不同的。

因此，需基于中國境內建造場地和深水安裝資源，借鑒國外的先進標準，獨立編寫深水施工的相關標準。

1.3.7 深水檢測試驗

海洋工程設備檢測主要用于檢驗產品是否達到合同要求，驗證產品性能是否滿足油氣田現場的實際要求，使海上工作人員了解和掌握相應的設備的功能、操作方式和故障診斷方法。測試應能模擬海上油氣田現場的實際操作條件，參考其操作維修手冊制定相應的檢測內容、程序和計劃。

深水模擬試驗技術包含對所有海洋深水油氣開發(fā)工程的各種裝備的模型或實體實驗。其中最具代表性的當屬各種類型的深海平臺，系泊系統(tǒng)、立管系統(tǒng)等柔性構件。其技術內容涉及深水平臺總體設計、系統(tǒng)集成、水動力性能、非線性流體動力特性、流固耦合、結構強度與疲勞，平臺海上運輸、就位、扶正與安裝等諸多方向，直接影響深海平臺的方案評估、系統(tǒng)配置、安全性論證、技術經濟評價等。

深水檢測試驗所涉及的技術范圍廣、內容多，因此應制定完整、周密的技術標準，建議根據我國現有場所和設施，結合具體的要求，自主制定深水試驗檢測系列標準。

2 實施策略

2.1 原則

根據《能源領域行業(yè)標準制定管理實施細則（試行）》中“以市場需求為導向，重點突出、科學合理；制定行業(yè)標準要有效采用國際標準和國外先進標準，有利于參與國際競爭，與產業(yè)政策、行業(yè)規(guī)劃相互協(xié)調，有利于科學技術成果的推廣應用，促進產業(yè)升級、結構優(yōu)化”的相關要求，提出現階段的海洋深水石油工程技術標準體系建設的原則：

1）統(tǒng)籌安排。從發(fā)展的角度，海洋深水石油工程標準體系的建立是從不完善到完善、從點到面、從局部到全局、從短期到長期的依次遞進和逐步提升的過程。以標準體系結構為指導性文件，按照相應步驟穩(wěn)步實施，分析市場需求程度，突出重點，首先解決標準缺失和滯后問題。

2）市場化。深海油氣開發(fā)涉及多個領域，石油公司、工程建造、配套設備生產企業(yè)均屬于產業(yè)的一部分，也都有標準的需求和參與制定標準的動力。制修訂標準應注重實效、確保其有效性，標準必須適應市場競爭，極大限度地滿足市場需要，并產生效益。

3）國際化。由于中國進軍深水石油開發(fā)的時間仍較短，標準化工作起步也較晚，積極采用國際標準和國外先進標準，通過采標積累經驗，實質性地參與國際標準的制定工作。在此基礎上，結合國情，自主制定標準，逐步形成國際影響力。

2.2 建議

在過去的20年里，我國的石油企業(yè)自主或合作開發(fā)了多個國內外的深水油氣田。因此，海洋深水石油工程標準體系的建設，并不是從零開始，要充分利用積累的經驗和技術成果，結合國內的現狀，提出以下建議。

1）標準體系的建立，要依托石油工業(yè)標準技術體系，其發(fā)展和完善，與海洋工程技術水平直接相關，即標準體系要與相應的技術水平匹配。對國內現有的、可用于深水油氣開發(fā)的行業(yè)標準進行評估和整合，并入本標準體系。

2）標準的編制應根據標準體系結構，從設計標準開始，逐步建立貫穿深海油氣開發(fā)從設計、建造、安裝、運營管理、延壽、退役等各個階段和各種設施覆蓋全生命周期的標準體系；以市場需求為導向，分階段實行，首先編制市場急需的標準，其次建立配套標準。

3）2019年，國家標準化管理委員要求分析確定國內外重點關注的國際標準情況，并提出轉化建議，確定亟需轉化的國際標準項目，研究提出“十四五”時期國際標準轉化項目的建議，在未來一段時期，國家標準體系中，ISO采標標準的數量將仍占大多數。

4）以權威的ISO 標準體系和較為完備的API 系列標準為主，以國際船級社為輔，同時考慮挪威國家石油標準組織（NORSOK）有特色標準進行采標[18]。充分利用國外現有成熟資源和目前已有的經驗，先期“國際標準本土化”再向“本土標準國際化”轉變。在借鑒國外標準經驗，特別是采標標準時，應注重內容在國內的適用性、與國內法規(guī)，政府規(guī)定，企業(yè)習慣等的符合性；同時在采標立項的過程中，須充分考慮合規(guī)性風險[19]。

5）形成產業(yè)統(tǒng)籌，保證體系內的各個標準以及標準的各使用方不發(fā)生沖突，在全行業(yè)內廣泛征求意見，包含油公司、工程公司、產品公司，船級社、咨詢公司，作業(yè)和服務公司等。特別是船級社根據入級和檢驗業(yè)務的需要制定相應的技術規(guī)范和標準，是重要的建立和維護海洋工程技術標準的機構，要積極推動國內船級社出臺產品認證的相關規(guī)范[20]。

3 結束語

在相對緊迫的形勢下，我國深水石油工程標準體系應加快建設速度，及時為深水石油開發(fā)、生產、經營以及走向海外提供所需的標準，盡可能在很短時間內，形成一個初步的標準體系，未來再根據深水油氣開發(fā)的發(fā)展要求和發(fā)展趨勢，進行系統(tǒng)性的優(yōu)化，以支持標準體系的提升、更新和優(yōu)化發(fā)展。

當前，巴西、墨西哥等資源國深水油氣區(qū)塊招標頻繁，吸引著我國各大石油公司積極投身于深水油氣的勘探開發(fā)工作。但由于所面臨的與陸地和淺海不同的技術問題，特別是工程方面，存在著巨大的挑戰(zhàn)。能源行業(yè)海洋深水石油工程標準體系的構建以滿足深海石油勘探開發(fā)生產、對外合作、參與國際競爭的需要為目的，以“先進、開放、協(xié)調、國際接軌”為方向，將進一步健全石油工業(yè)標準體系，是提高我國深水油氣田開發(fā)技術水平、深水裝備國際市場上占有率、工程技術服務企業(yè)國際競爭力的重要支撐。