世界海洋工程发展史简介

一、海洋工程的范围及内容

海洋工程,是以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的,并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。具体包括:人工岛、海底管道、海底电(光)缆工程、海洋矿产资源勘探开发及其附属工程、围填海、盐田、海水淡化等海水综合利用工程及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。可分为:海岸工程、近海工程和深海工程三大类。

海岸工程(Coastal engineering):海岸防护工程、围海工程、河口治理工程、沿海渔业设施工程、环境保护设施工程。

近海工程(offshore engineering)又称离岸工程,主要是在大陆架较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程,和在大陆架较深水域的建设工程,如浮船式平台、移动式半潜平台(mobile semi-submersible unit)、自升式平台(self-elevating unit)、石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂等项建设工程。

深海工程(deep-water offshore engineering):包括无人深潜的潜水器和摇控的海底采矿设施等建设工程。

二、世界海洋工程发展史

海洋油气勘探开发经历了由浅水到深水、由简易到复杂的发展过程。分为以下阶段。

1、萌芽期

海洋工程发展的初始阶段,主要采用土木工程技术建造木结构平台和人工岛,只能在近岸的海边和内湖开发石油资源,作业水深低于10米。

1887年,美国在加利福尼亚海岸,为开发由陆地延伸至海里的Summerland油田,美国人威廉姆斯从防波堤向海里搭建了一座762米长的木质栈桥,把钻机放在上面打井,在数米深的海域钻探了世界上第一口海上探井,拉开了海洋石油勘探的序幕。由于栈桥与陆地相连,物资供应就方便多了。另外,钻机在栈桥上可以随意浮动,从而在一个栈桥上可以打许多口井。

1897年,美国最先在加利福尼亚州西海岸用木栈桥打出第一口海上油井;

1920年,委内瑞拉在马拉开波湖发现油田。在3.5-4.3米水深中,建造了木质结构石油钻井平台,被认为是世界上第一座固定式海洋平台。

1936年美国为了开发墨西哥湾陆上油田的延续部分,钻成海上油井并建造了木制结构钻井平台。平台的甲板尺寸为100X300英尺,工作水深15英尺。1938年成功地开发了世界上第一个海洋油田。

1945年8月,马格诺利亚(Magrlolia)石油公司在路易斯安那州用338根木桩和52根工字钢建造了一座固定式钻井平台,从此,钢材开始取代木材用来建造钻井平台。

2、发展期

海洋工业的诞生通常被认为是1947年。在这一年,Kerr-McGee公司(科麦吉石油工业公司)在墨西哥湾安装了世界上第一个钢结构的海洋平台,钻出了世界上第一口海上商业性的油井,揭开了海底石油勘探与开采的新纪元。此井位于离路易斯安那海岸8KM、4.6米的水中。钻井塔架和绞车支持在长21.6米、宽11.6米的木质甲板平台上,平台建在16根打入海底31.7米的21in的桩柱上。

1954年,美国联邦政府颁发了第一部允许开发墨西哥海湾许可法,并提出新海洋平台理念,如简易自升式平台。第1艘自升式钻井平台于1954年4月投入使用。1958年墨西哥湾海上已经有36台钻井装置在工作。

加州西海岸与墨西哥湾不同,大陆架的坡度很陡。大陆(Coonoco)、联合(Unoco)、壳牌(shell Oil)、苏必利尔(superior)四家组成的CUSS集团研制的钻井船CUSS一1号浮式钻井船,在1955年投入使用。

1962年,布鲁斯·科里普Bruce Collipp(MIT/Shell)发明了半潜式平台“蓝水1号”,是用坐底式平台改造而成的。当年在墨西湾投入使用,可惜1964年被飓风刮倒沉没。1964年,凯撒公司为圣菲国际公司制造的“蓝水2号”又前进了一步,它有4条腿(立柱),工作水深达到900英尺。

1965年,英国在北海开辟了海洋石油工业的第二战场。由于欧洲当时缺乏经验,早期采用了美国的墨西哥湾海工技术。第一批进入北海作业的大体上都是自升式钻井平台。第一台是英国石油公司BP的“海上宝石”号,发现了北海第1个气田,但在搬迁到新的井位时,不幸在风浪中沉没,13人丧生。墨西哥湾海工技术在北海并不适用,激发在北海的新技术开发。为了适应北海恶劣的海洋环境,相继建造了更大的半潜式钻井平台。北海油田润育了海洋工程的新技术:优化的半潜式平台、水泥自重平台、单点系泊、FPSO等。半潜式平台的移动问题,导致了TLP的开发70年代中,半潜式平台得到了大发展;80年代初,半潜式平台又有第二次发展高峰。混凝土平台、柔性立管、重型海上浮吊技术革新巩固了北海在海洋工程领域的重要地位。

1966年开创了第一届世界著名的海洋技术国际会议(OTC),60年代海洋石油工业逐步走向专业化和国际化 。

4、反思期

在海洋油气钻井的历史上,全球大大小小各类安全事故不计其数,事故类型包括油气泄漏、爆炸起火、倾覆沉没等。海洋工程重大事故对海洋石油工业安全法规的冲击,业界在传统的规范和风险管理之间平衡中寻求技术更新。

20世纪80年代,两座半潜式平台倾覆并沉没:一座是居住和供应船Alexander Keilland(1980),另一座是Ocean Ranger(1982),这两起事故导致了几百人丧失。 1983年12月,美国阿科公司租用的“爪哇海”号钻井船在南海受台风袭击翻沉,这两次事故均造成严重的人员伤亡。

最严重的海上灾难发生在1988年,Piper Alpha石油和天然气平台发生火灾,225人中死亡167人。

2001年3月,世界上最大的浮式生产系统——巴西石油公司的P-36在Campos盆地失事沉没,导致10人丧失。

1979年11月,我国“渤海2号”钻井平台在井位迁移时倾覆。

1983年12月,美国阿科公司租用的“爪哇海”号钻井船在南海受台风袭击翻沉,这两次事故均造成严重的人员伤亡。

6、深水海洋工程蓬勃发展

 墨西哥湾、北海等地区的勘探,带动了钻井装置的迅速发展。而钻井装置的进步又帮助人们向更深的海洋进军。到20世纪90年代,美国的墨西哥湾,非洲西海岸,南美洲东海岸,油气勘探都越过1000英尺水深,甚至突破1000米。

国际海洋工程界并没有深水的统一定义,但较为公认的深水定义通常指大于500米水深的海域,超深水通常指超过1500米水深的海域。

近年海洋新增储量占比高,深水及超深水成为重点领域。从区域看,海上石油勘探开发形成三湾、两海、两湖(内海)的格局。“三湾”即波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾,“两海”即北海和南海,“两湖(内海)”即里海和马拉开波湖。波斯湾的沙特、卡塔尔和阿联酋,墨西哥湾的美国、墨西哥,里海沿岸的哈萨克斯坦、阿塞拜疆和伊朗,北海沿岸的英国和挪威,以及巴西、委内瑞拉、尼日利亚等,都是世界重要的海上油气勘探开发国。其中,巴西近海、美国墨西哥湾、安哥拉和尼日利亚近海是备受关注的世界四大深海油区,几乎集中了世界全部深海探井和新发现的储量。

据Infield公司预测,全球深水油气勘探开发投资占海洋油气勘探开发总投资的比例将从2012年的38%增加到2017年53%,深水勘探开发持续升温。近年来,巴西盐下、东地中海、东非等其他深水区相继取得突破,发现了一大批世界级的大油气田,成为国际大石油公司的投资热点。而深水海洋工程迎来了蓬勃发展的春天。作为国内海洋工程界的龙头,中国海洋石油总公司从2004年开始进行深水研究,通过打造“五型六船”深水开发舰队,逐步具备深水开发能力,并在国内外深水油气区块不断取得突破。

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