中国工程科学 2016年 第18卷 第2期
海洋能源勘探开发技术现状与展望
周守为１ ，李清平２ ， 朱海山２ ，张厚和２，付强１，张理２
(1.中国海洋石油总公司，北京 100010；2.中海油研究总院，北京 100027)
摘要：本文简要梳理了世界深水油气勘探开发技术与深水工程重大装备的发展历程，以及世界各大海域亿吨级大型深水油气田的开发概况。回顾了我国海洋石油特别是1982年中国海洋石油总公司成立后至今约34年的飞速发展进程，明确了现阶段我国已具备300 m水深以浅的海洋石油勘探开发技术体系和装备能力，达到5×107 t年产能，初步建成以海洋石油981半潜式钻井平台为核心的深水重大工程装备，同时我国南海第一个深水气田荔湾3–1气田（水深1 480 m）成功投产。在此基础上，阐述了我国海洋能源开发面临着“南台北冰”恶劣的自然条件、高粘、易凝、高含CO2复杂油气藏特性、深水陆坡、远距离控制等巨大挑战，指出我国海洋能源工程的战略目标和战略重点。
关键词：海洋油气；海洋工程；海洋装备；深水油气田开发
中图分类号：TK7 文献标识码：A
The Current State and Future of Offshore Energy
Exploration and Development Technology
Zhou Shouwei1, Li Qingping2, Zhu Haishan2, Zhang Houhe2, Fu Qiang1, Zhang Li2
(1. China National Offshore Oil Corporation, Beijing 100010, China; 2. China National Offshore Oil Research
Institute, Beijing 100027, China)
Abstract: This paper briefly reviews the world’s current deep water petroleum exploration and development technology, primary equipment, and a overview of the development situation of huge deep water oil and gas fields all over the world. Meanwhile, this study also reviews the developmental history of Chinese offshore oil exploration and extraction from 34 years ago, which began after the establishment of China National Offshore Oil Corporation. At present, CNOOC has the ability to develop the offshore oil fields within water depth of 300 meters and produce about 50 million tons oil annually. The main deepwater engineering facilities such as HYSY981 Deepwater semi-submersible drilling platform were first built. In 2014, the first deep water gas field Liwan3-1 began production. How-ever, there are more challenges for Chinese offshore oil development efforts such as typhoons in South China Sea, ice in Bohai Bay, high viscosity and pour point, high content of CO2 complex reservoir characteristics, remote flow assurance and control, etc.. The stra-tegic development plan for China’s future offshore energy development is presented in this paper.
Key words: offshore oil and gas; offshore engineering; offshore equipment; deep sea oil and gas field development
收稿日期：2016-02-01；修回日期：2016-02-25
作者简介：周守为，中国海洋石油总公司，技术总顾问，中国工程院院士，研究方向为海上油田高效开发技术、水合物、深水工程 ；
E-mail: zhoushw@cnooc.com.cn
基金项目：中国工程院重大咨询项目“中国海洋工程与科技发展战略研究（II期）”(2014-ZD-5)
本刊网址：m.kkreddy.com
019
综合研究??海洋能源勘探开发技术现状与展望
一、我国海洋能源工程的战略需求
占地球表面约70 %的海洋是人类赖以生存的资源宝库[1]，蕴藏着丰富的油气资源、天然气水合物和海洋能资源，将成为21世纪人类未来重要的能源基地和战略空间。海洋能源在维护海洋权益和保障国家能源安全、缓解资源和环境的制约瓶颈、拓展国民经济和社会发展空间、建设海上丝绸之路等方面具有非常深远的战略意义和重大的现实意义。要战略
海洋能源开发利用既是保障国家能源安全的重要举措，又充分体现了一个国家的可持续发展能力和综合国力。对我国这样一个处于高速发展的国家而言，海洋能源是我国能源领域的重要发展空间和战略性资源宝库，大力发展海洋能源工程技术与装备对于维护我国海洋主权与权益、可持续利用海洋能源，扩展生存和发展空间，具有重大深远的战略意义。
我国经济的持续快速增长，使能源供需矛盾日益突出。我国油、气可采资源量仅占全世界的3.6 %、2.7 %[1]。1993年，我国首次成为石油净进口国，2009年我国原油进口依存度首次突破国际公认的50 %警戒线。2011年，我国超过美国成为第一大石油进口国和消费国，当年，官方公布的数据显示我国原油对外依存度达55.2 %，首次超越美国的53.5 %，2015年我国原油净进口量为3.28×108 t，对外依存度达到60.6 %[2]。根据中国工程院《中国可持续发展油气资源战略研究报告》，到2020年我国石油需求将达4.3×108~4.5×108 t [2]，对外依存度将进一步提高。石油供应安全被提高到非常重要的高度，已经成为国家三大经济安全问题之一。
目前我国海洋能源开发特别是油气开发主要集中在陆上和近海，因此在加大近海能源开发力度、开发范围的同时，挺进深水、自主实施深水油气资源开发、探索海洋能等海洋可再生资源开发技术是当前面临的主要任务。切实把握国际海洋能源科技迅速发展的态势和建设海洋强国、建设海上丝绸之路等战略机遇，大力发展海洋能源开发利用技术，实现海洋能源早日开发利用，有效缓解我国能源的供需矛盾，实现能源与环境的和谐发展已经成为保障国家能源安全的重要战略。
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（二）近海油气田的高效开发是充分利用海洋石油
资源的战略举措
根据新一轮全国油气资源评价的结果，我国近海石油地质资源量为1.074×1010 t，天然气地质资源量为8.1×1012 m3 [3]。经过近50年的勘探开发，我国近海石油已经具备了坚实的物质基础、技术保障和管理体系，已经具备300 m水深的海洋油气田勘探开发技术能力，初步建成以海洋石油981半潜式钻井平台为核心的深水重大工程装备。十一五、十二五期间我国石油的增量主要来自于海上。截至2013年年底，已投入开发的海上油气田为90个（油田82个，气田8个），累积产油5.3×108 t，累积产气1.365 8×1011 m3，2010年建成“海上大庆”。自2010年开始，国内近海油气当量一直稳定在5×107 t以上。当前我国近海油气田主要产量来自渤海，渤海油田现有在生产油气田42个，于2010年成功生产3×107 t，成为国家重要的能源基地，并为建设“海上大庆”奠定了坚实的基础。2014年4月我国南海第一个深水气田荔湾3–1（水深1 480 m）成功投产[4,5]。
（三）深水是我国海洋能源开发利用的重点领域和
维护国家海洋权益的前沿
我国是海洋大国，传统海域辖区总面积近3×106 km2 [2,6]。以300 m水深为界，浅水区面积约1.46×106 km2、深水区面积约1.54×106 km2 [1]。其中，南海、东海、黄海与周边国家争议区面积达1.87×106 km2，态势不容乐观。南海我国传统疆界内石油地质储量为1.643 9×1010 t、天然气地质资源量为1.402 9×1013 m3 [1]，油当量资源量约占我国总资源量的23 %，油气资源潜力巨大；其中300 m以下深水区盆地面积为5.818×105 km2，石油地质储量为8.304×109 t、天然气地质资源量为7.493×1012 m3[2,6]。目前我国在南海的油气勘探主要集中在北部4个盆地，面积约3.64×105 km2 [2, 6]。周边国家在南海大规模油气勘探始于20世纪50年代中期，特别是70年代以来，越南、印度尼西亚、马来西亚、文莱、菲律宾等国家采用产量分成合同模式吸引外国石油公司投资，勘探开发活动遍及整个南沙海域陆架区，并延伸至我国传统疆界线以内。周边国家越南、马来西亚、菲律宾等竞争态势严峻。同时南海的战略位置十分重要，既是太平洋和印度洋海运的要冲，又是优良的渔场，并蕴藏着丰富的
（一）开发利用海洋能源是保障国家能源安全的重
中国工程科学 2016年 第18卷 第2期
油气资源，在我国交通、国防和资源开发上都具有十分重要的地位。
遵照中国共产党第十八次全国代表大会作出的“海洋大开发”的重大决策，我国必须拓展经济发展的战略空间，“大力发展深海技术，努力提高深海资源勘探和开发技术的能力，维护我国在国际海底的权益” 。
（四）开发利用海洋能这一可再生资源是实现海洋
绿色环保可持续发展的有效途径
我国是海洋资源大国，大陆海岸线长1.8×104 km， 整个海域面积达3×106 km2，面积500 m2以上的海岛6 900多个。根据国家海洋局“908”专项的研究成果，我国近岸海洋能资源量约为6.97×108 kW，技术可开发量为7.621×107 kW[2]。
加大高效的海洋波浪能、洋流能、温差能等综合利用技术的研发力度，有效提高获能效率，有望在深远海油气开发项目和深水孤立海岛开发中实现绿色能源的自主供给。
（二）海洋工程技术和重大装备成为海洋能源开发部和西非三大深水区近10个沉积盆地，也称为世界深水油气勘探开发的金三角，当前世界石油产量的34 % 来自海洋[2]。
据国际能源数据库统计，截至2012年，深水区共发现油气田1 178个，其中深水油田682个，深水石油储量主要分布于墨西哥湾、西非海域、巴西海域；深水气田496个，分布更为广泛，但天然气储量主要集中于东非海域、地中海、北海、澳大利亚西北大陆架、东南亚等地区。从国外历年可采储量统计来看，近年来深水可采储量占比呈快速增长态势，其中2011年、2012年分别占总量的56 %和88 %（见图1）。2011年，国外10大油气发现中，有6个位于深水区，储量占74 %[2]；2012年，国外10大油气发现全部来自深水区。可见，深水区已成为储量增长的重要接替区。目前，墨西哥湾、巴西深水区产量超过浅水海域，深水海域正在成为海洋石油主要的增长点和世界石油工业可持续发展的重要领域。
二、世界海洋能源开发技术的现状
（一）海洋石油是世界油气储量增长的重要领域
世界海洋石油蕴藏量约1×1011 t，其中探明约3.8×1010 t。当前全世界100多个国家进行了海上油气勘探开发，其中约50个国家进行了深水油气的勘探，已在19个盆地获得33个亿吨级油气发现，其中约70 % 分布在墨西哥湾北部、巴西东南
的必备手段
20世纪80年代以来，随着海洋油气田开发规模的增大和水深的不断增加，海洋钻完井、海上平台、水下生产技术、流动安全保障与海底管道等海洋工程新技术不断涌现、各类海洋工程重大装备的研发和建造速度不断加快，人类开发海洋能源的进程不断加快，高技术、高风险、高投入成为海洋能源开发的主要特点。与此同时，围绕北海油气田的
7060可采储量/10亿桶油当量
50403020100
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百分比/%60
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时间/年
图1?1996—2012年国外历年可采储量
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综合研究??海洋能源勘探开发技术现状与展望开发，法国、挪威、英国等启动了海神计划、围绕墨西哥湾深水油气的开发，美国启动了海王星计划、围绕巴西深水油气田的开发，巴西石油公司等启动了PROCAP1000、PROCAP2000、PROCAP3000系列研究计划。借助于以上深水工程技术及装备的系列研究计划的实施，美国、挪威、英国、巴西、新加坡等初步形成了海洋油气勘探开发和施工装备技术体系及产业化基地，与此同时海洋油气田的开发模式由浅水单一固定平台、向水下生产设施+浮式生产设施等开发模式转变。采用水下生产技术进行开发的海上气田最远的多相混输回接距离约为143 km、海上油田最远的多相混输回接距离约为67 km[7]。
目前世界范围内已经建成3 000 m水深深水工程作业船队[2]：主要包括深水多缆地震勘探船、深水勘察船、深水钻井平台、深水起重铺管船、深水辅助工作船等深水油气资源勘探开发工程装备体系。截至2014年，全世界约有34艘深水多缆地震勘探船（最多为16缆），696座海上钻井平台（平均利用率74.8 %，见表1），290座深水半潜式钻井装置，同时单吊起重能力超过4×103 t的工程作业船约有5艘[2]。世界范围内钻井平台的分布见图2。
表1?全球海洋钻井平台的近况[2]
地域钻井平台总数/个
利用率/%美国墨西哥湾
12355.3南美13080.0欧洲/地中海
11584.3西非6675.8中东11976.5亚太
143
76.9
深水油气勘探开发工程技术发展迅速：海洋工程技术和装备飞速发展，浮式生产储油装置FPSO）、张力腿平台（TLP）、深水多功能半潜式平台（Semi-FPS）、深吃水立柱式平台（SPAR）等各种类型的深水浮式平台和水下生产设施已经成为深水油气田开发的主要装备。目前已建成水深大于305 m的各类深水平台163座、其中固定平台2座、顺应塔式平台4座、深吃水立柱式平台18座，示意图见图3、浮式生产储油装置90座、深水多功能半潜式平台27座、张力腿平台22座、水下井口6
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900
7006005004003002001000
钻井平台总数
世界范围内
图2?世界范围内钻井平台分布图
400套。深水油气田开发水深记录为2 943 m、钻探最深记录为3 095 m [2]。各国石油公司已把目光投向3 000 m以深的海域（见图4）[7,8]。
当前制约深水油气勘探开发的核心技术包括：深水大型油气田勘探技术，深水高温高压钻完井技术，深水浮式平台设计、建造及安装技术，深水水下远距离控制和供电技术，深水油气水多相油气处理与远距离集输过程流动安全保障技术，深水海底管线和立管等关键技术。
海洋能主要包括潮汐能、波浪能、潮流能、温差能、盐差能等，其最常见的利用方式就是发电。迄今为止，约有25个国家研制出数以百计的海洋能发电装置，目前主要参与研究的国家、装置种类和数量见图5。其中最早得到开发利用的为潮汐能，目前潮汐能发电技术已经成熟并实现商业化的应用，法国、加拿大、中国等都有潮汐能发电的成功案例，世界上最大的潮汐电站为韩国的始华湖潮汐电站，装机容量为254 MW；潮流能和波浪开发利用基础研究及应用研究基本完成，目前进入技术示范阶段，并启动了商业化的应用探索；美国、日本在温差能研究方面处于技术领先的地位，正在探索工业化应用示范，而盐差能起步较晚，仅荷兰和挪威进行了早期的技术示范。如何实现高的获能效率是海洋能得以开发的关键。
（三）海洋能的开发利用进入实质阶段?
（
中国工程科学 2016年 第18卷 第2期
(a) 深吃水立柱式平台(b) 张力腿平台(c)
深水多功能半潜式平台
图3?深吃水立柱式平台示意图
图4?深水油气田开发水深记录
[7,8]
图5?参与海洋能研究的国家和装置数量
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综合研究??海洋能源勘探开发技术现状与展望
三、我国海上能源勘探开发技术现状
（一）我国海洋石油工业的发展历程
我国海洋石油工业起步于20世纪50年代的莺歌海，1982年中国海洋石油总公司正式成立，标志着我国海洋石油工业跨上新台阶。
三十多年来，我国海洋石油工业实现了从无到有、从合作经营到自主开发、从上游到下游，从浅水到深水、从国内走向世界、从单一油气资源的开发到综合型能源开发利用的不断发展。1983年，我国第一个对外合作油田埕北油田建成投产，仅仅6年后，我国第一个自主开发的海上油气田锦州20–2建成投产，我国海洋石油实现了从对外合作到自主经营的转变，之后渤海绥中36–1、渤中油田群、蓬莱19–3、南海流花11–1等海上油气田相继投产，我国海洋石油用30年的时间实现了国外石油公司50年的跨越发展，年产量也从1982年成立之初的9×104 t迅速增加到2010年的5.185×107 t[3,4]，这一年我国建成“海上大庆”。当前我国海上油气田的开发区域主要包括渤海、东海、南海，以及海外墨西哥湾、西非、巴西等深水区块。我国海洋石油工业的发展历程见图6。在海洋石油工业34年的发展历程中，科技创新是助力我国海洋石油工业高速发展的源动力，目前我国已具备了300 m水深的海上油气田自主勘探开发工程建造、运行维护的技术能力，并带动形成了配套的产业化基
地，初步建立上下游一体化、10大技术系列，主要包括以下内容。
（二）?近海油气勘探开发技术体系不断的完善
1.我国近海油气资源开发的现状
我国近海油气资源丰富，截至2013年年底，我国近海累计发现三级石油地质储量为7.14×109 m3，三级天然气地质储量为1.753 4×1012 m3，运营在生产的油气田为90个，形成年产5×107 t油气当量的产能规模，按照运营计划，到2020年我国近海将形成7×107 t油当量的产能规模[3]。基于已发现油气资源的分布情况，建成四大海上油气生产基地：渤海油气开发区、南海西部油气开发区、南海东部油气开发区、东海油气开发区。渤海油气开发区主要以渤海盆地勘探开发为主，目前已建成3×107 t油气当量年产规模；南海西部油气开发区主要以北部湾盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地以及珠江口盆地西部的勘探开发为主，目前已建成1×107 t油气当量年产规模；南海东部油气开发区主要以珠江口盆地东部的勘探开发为主，目前已建成1 ×107 t油气当量年产规模；东海油气开发区主要以东海盆地的勘探开发为主，目前建成1×106 t油气当量年产规模[2,3]，随着新的勘探发现，未来增长潜力很大。
2.我国近海油气年产规模快速增长
我国近海油气田开发经历了两个主要的阶段：一是1996年之前，这一阶段海上油田开发处于起
万
吨油当量
19821986198819901992199519992000200120022003200420052009201020112012
时间/年
图6?我国海洋石油工业的发展历程
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中国工程科学 2016年 第18卷 第2期
步阶段，以开发海相砂岩油藏为主，1995年年产油气当量首次突破1×107 t大关，1996年油气当量接近2×107 t，其中仅南海海相砂岩油田产量就超过1×107 t，并自此一直稳定在1×107 t以上；二是1996年之后，这一阶段渤海的陆相砂岩油田开发迅猛增长，特别是稠油油藏。2004年国内近海油气当量突破3×107 t，2008年突破4×107 t，2010年油气当量突破5×107 t。陆相砂岩油田产量于2005年达千万吨以上，之后快速增长，2010年实现年产3×107 t [2]。目前，我国海洋石油形成了渤海海域以油为主，南海北部、东海海域油气并举的海上油气田开发格局，图7给出近海油气产量分布。同时海外合作区块也进入开发阶段。
3.海洋石油成为我国石油工业主要的增长点陆地油田经过长期的勘探开发，大部分已进入勘探开发的后期，受勘探资源枯竭以及油田开发规律的影响，陆地油田产量增长难度较大，不仅如此，
大庆油田、胜利油田等陆地典型老油田的产量已进入递减阶段。图8给出了1971年到2013年全国石油产量构成柱状图，全国石油产量整体上呈稳步增长的趋势，但中国石油天然气股份有限公司、中国石油化工集团公司等以陆地油田为主的公司年产油增长缓慢，自1990年以来，全国石油增长总量的60 %[2]来自中国海洋石油总公司。我国近海油气资源丰富，勘探开发的程度远低于陆地，尚处于蓬勃发展期，近海油气田将是我国油气产量主要的增长点。
当前中国海洋石油总公司年产油气当量规模在5×107 t，根据中国海洋石油总公司的%b
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