北极油气开发现状及装备技术最新动向

刘方琦

2009年美国地质调查局的调查资料显示，北极地区原油储量约12×109m3（800亿桶），天然气储量47×1014m3，分别占全球尚未开发石油和天然气储量的13%和30%。据俄罗斯等国的调查资料，北极地区原油储量约为4×1010m3（2500亿桶），相当于目前全球探明原油储量的25%，天然气储量约为8×1013m3，占全球天然气储量的41%。这些油气储量的84%都在海底，仅阿拉斯加海域油气储量就可能占总储量20%。随着钻探技术的进步，加上易开采油气资源变少，北极地区在各大油气公司的开发名单上越来越靠前。然而，近年来，许多公司在北极的油气项目进展都不顺利，唱衰北极油气开发的声音也此起彼伏。

根据Offshore统计，21世纪以来，特别是近十年，全球在极地开发作业的平台与船舶越来越多，2014年达到高潮，随后随着国际原油价格下降等原因而逐渐减少。主要采用半潜式钻井平台进行钻井，采用重力式平台和FSPO进行生产。

其中不同装备类型在不同冰情下的作业能力是完全不同的，例如坐底式结构中的重力式平台（GBS）可以在一年冰、多年冰甚至冰脊等多种冰情下操作，固定式导管架或自升式平台多数不能在多年冰或冰脊环境中操作，浮式结构物例如FPSO、半潜式平台TLP或SPAR等装备亦可在（或技术考虑可行）不同冰情下操作。

北极各国战略及态度

1、俄罗斯

作为北极圈内的石油和天然气大国，石油产业可谓是俄罗斯的支柱产业，石油开采和加工企业的收入占俄罗斯全国税收的近一半，外汇收入的三分之一也是来自石油企业。由于石油价格的下跌，直接造成2015年俄罗斯GDP增速为-3.7%。随着陆地储量的逐渐消耗，俄罗斯的北极海上油气开发需求愈发紧迫，威尔逊中心的报告称俄罗斯越来越依赖东西伯利亚和北极海域的油气产量以完成其年度目标和预算。

2014年，欧盟和美国都进行了针对俄罗斯石油产业的制裁，包括限制欧盟内所有实体向俄罗斯石油部门的深海钻井、北极圈石油勘探和页岩油开发进行新的投资、提供关键设备和技术出口，并停止相关企业的融资业务，随后又将这一禁令延伸至已经签订的合作项目。俄罗斯石油公司（Rosneft）与荷兰壳牌、意大利埃尼以及美国埃克森美孚公司有不同程度的合作，甚至许多刚刚开工的钻探工作都因为制裁而中止，因而受到不小的冲击。有消息称，今年6月，Rosneft与挪威国家石油公司（Statoil）在鄂霍次克海开始合作勘探。俄罗斯最大独立天然气生产商Novatek的Yamal LNG项目受制裁影响不大，至2016年5月1日，项目19个区块208口气井中已有50口开采完成，一期生产线进度达64.4%，预计可于2017年按期投产。

2、挪威

除俄罗斯外，对北极开发积极性最高涨的国家当属挪威，Statoil也是目前仍在坚持钻探开发的几家公司之一。

挪威也是石油和天然气资源大国，油气出口占挪威出口总额的60%以上，是挪威经济崛起的根源，也是社会福利开支的重要资金支柱。挪威企业在北极地区石油资源开发和船舶海工设计建造方面经验丰富，无论从资金和技术方面都比俄罗斯企业实力更强，相关开发活动也代表了最高程度的健康、安全和环境标准。

同样地，挪威油气企业也深受低油价负面影响，营业收入锐减，大批海工平台闲置，油气勘探领域投资也大幅下降。尽管如此，这些企业也并未停止北极油气开发的脚步。6月，Statoil宣布与Rosneft在鄂霍次克海进行共同勘探，钻探位置距离马加丹港450km，海深不超过150米。另外，在今年的挪威北极探油许可竞拍中，壳牌临时退出申请，因此最后共授予10个探油许可，其中3个紧邻与俄罗斯的争议边界，由Statoil和DNV GL获得，2017年将开始勘探。

3、美国

英国实行矿业开发许可证制度，从门槛上确保开发行为的有序进行，并以环境管理体系认证、发布环境年报等措施加强矿业监管，充分发挥矿业行业中介组织的作用。荷兰设立“绿色基金计划”，对投资者给予税收激励政策，调动其发展绿色矿业的积极性。美国极其重视矿产开发中的生态恢复，要求矿山企业在开发前须提交相关环境报告，并征求地方政府及当地居民的意见，每年用于环境事业的金额达数十亿美元[9]。

一百多年前，美国从俄罗斯手中买下了阿拉斯加州，使得美国获得了通往北极油气资源和海上战略通道的重要跳板。然而，目前美国的北极开发力度远远落后于俄罗斯等国。

首先，美国政府对北极开发的态度并不明确，一方面呼吁北极资源开发对气候变暖的不利影响，另一方面又通过批准勘探计划、建造破冰船积极布局北极。2015年3月，美国刚刚有条件地批准壳牌阿拉斯加北极海域钻探计划，9月底壳牌就宣布无限期推迟在楚科奇海和泛美北极圈内的石油开采项目，10月美国内政部又宣布搁浅北极计划，暂停出售2016年至2017年阿拉斯加北部北极圈海域的油气开发经营权，同时也不再对上述海域现有油气开发经营权给予延期。这一系列变化既反映出北极开发的挑战性之大，同时也体现了美国政府监管环境的不可预测性。

2016年7月，美国政府内阁颁布了最新的针对北极地区油气开采的环保和安全法规，这也是这届政府任期内颁布的一系列油气开发法规中的最后一个。法规对油气公司的泄漏应对机制提出了较高要求，其中部分措施已在2015年壳牌的开发许可中有所体现，如当开采井失控时，石油公司能及时调动一座钻井平台用于救援钻井，另外石油公司还应当有能力为泄漏井口修建围堵盖。

4、加拿大

加拿大是北极圈内一个重要的国家，不仅是最早开始北极油气资源勘探开发的国家之一，同时还是北极理事会的发起国之一。然而，加拿大的北极战略似乎更侧重于北极主权。2013年，加拿大在担任为期两年的北极理事会轮值主席国期间提出，其任内的工作重点主要为促进极地航运的发展。

加拿大的油气资源主要位于波弗特海的北极大陆架，上世纪曾对这里的油气盆地进行了积极的地质勘探，后钻井工作由于环境和储量原因暂停。近年来，加拿大油气公司开始积极努力获取北极海域开发许可证，包括1000m或更深的海域。另外，雪佛龙、帝国石油和BP这样的国际大公司也获得了波弗特海的开采权，但在过去两年由于油价、开发技术和周期等原因而搁浅。

北极油气装备技术发展

2016年4月，一项由美国安全和环境执法局（BSEE）及阿拉斯加大学联合进行的研究显示，目前的海工装置结构设计可满足极端北极海况。

该项研究分别收集了2年、16季的楚科奇海和波弗特海的海冰信息，分析得出了年度变化范围。为现有的标准或建议如ISO19906等，提供补充。研究还给出了临界龙骨深度，并评估了ISO19906预测全球范围内冰对海洋结构物作用力的适用性。通过对收集到的数据进一步分析，研究人员认为目前依据ISO19906标准进行结构设计是保守的，完全能够满足北极海冰的需求。

随着石油开采技术的发展，深水和极端寒冷海域（如俄罗斯库页岛）的石油开采已成为可能，大型石油公司也越来越倾向于使用拥有先进钻探能力和更高灵活性的钻井船来进行钻探作业。

Cat-I 极地钻井船

挪威Inocean公司为Statoil所做的Cat-I钻井船概念设计，在其INO-80钻井船的基础上，增加了耐寒装置等，从而设计为适合在极地工作的船舶，其对环境的影响能实现最小化，并可以实现对健康、安全与环境管理体系（HSE）关注的最大化。

船长232米，宽40米，深19米，工作排水量为89800t，有效载重量为22400t。

船上配备有坚固、高效的旋转台，尽量减小主甲板开孔尺寸，降低钻台高度，危险区域和噪音远离生活区，不仅适合极地使用，在任何开敞水域的钻井效率都得到优化提升。

该船船体进行了冰区加强，采用动力定位时可抵抗16m的冰脊，锚泊定位时可抵抗水下8m的浮冰。同时，具有一定的破冰航行能力，可在3～4kn航速下穿越1.2m厚的冰层。

工作水深为100～1500m，可进行钻井、完井、水下维护、电缆测井以及试井等工作。北极地区的钻井深度为5000m，自持力120天。开敞水域的钻井深度可达8500m。

“Sevan1000”圆筒型极地FPSO

Sevan Marine一直致力于圆筒型钻井装置的研发，已设计研发多座用于北海、墨西哥湾和巴西的钻井、浮式生产和生活平台。

2013年，Sevan Marine还将这一设计应用于“Sevan1000”FPSO的研发工作，该FPSO专门为Eni公司位于挪威北部亚北极巴伦支海Goliat油田设计，该地区气候寒冷，亟需性能更佳的FPSO。该装置由韩国现代蔚山船厂建造，2015年完工交付，随后由于各种原因，于今年3月开始投入生产。

图1：Cat-I钻井船布置示意图

该FPSO最大日均产量为10万桶/天，水下生产系统由22口井组成，分别为12口生产井，7口注水井和3口注气井。在巴伦支海的Goliat油田，该FPSO可以在自给自足的条件下作业60天，为承受浮冰载荷，船体还具备了永久性系泊的能力。

图2：“Goliat”圆筒型FPSO

圆筒型平台装置有明显的成本优势，它的造价较低，与传统船型相比，圆筒型装置能够节约15～25%的费用。也不像一般船型装置那样需要一个在冰面进行转向的复杂转塔，通常船型装置会要求转塔内同时放置系泊缆绳和钻井设备，这将导致转塔内的结构更为复杂和密集。

另外，“Sevan1000”的系泊缆绳均进行了封装保护，并可以通过受保护的井筒进行生产作业。上部模块，包括管道和电缆，均封入防冻罩。上部模块还有一个迅速撤离系泊系统，当出现冰山或在极度寒冷的情况下，能够迅速撤离。

与常规船型相比，圆筒型结构能够更好地承受不同漂移方向的浮冰压力，同时避免漂移浮冰对半潜式船体造成损害。而与一般的平台装置相比，圆筒型平台下部空间可以用来储存更多石油。正是由于圆筒型钻井船的这种内在优势，它不仅有较强的甲板载荷能力，并且在恶劣环境中的稳定性也更好。

当然，冬季时，该FPSO能否在温度低至零下50℃的环境下正常进行作业，依然是一个重大的挑战。圆筒型船体设计在Goliat油田进行了成功应用，并积累了丰富的现场经验，船体配有一个全封闭的上部模块，同时加热系统能够对关键设备和区域起到除冰作用。此外，通风板还能够起到隔离作用，从而阻止了风雪的侵袭，在气体泄漏的情况下，又能够实现自动通风。

另外近期还有许多针对北极区环保问题的研究，如溢油处理、钻井活动对北极生态系统的影响等。

尽管在目前的经济环境下，北极油气开发并非迫不及待，但相关国家对这一地区的关注程度非常高。北极开发的重要意义，不仅在于控制油气资源本身，更体现了工业界对于技术创新的永恒追求。而在技术能力方面的引领，又能反过来提升在北极地区法律、法规及体系构建时的话语权。

另外，北极地区环境条件复杂严苛，极地装备的开发不仅仅与船型有关，而且与设备有关，更与基础数据特别是环境数据有关。因此，我国未来极地装备开发的强强联合势在必行，考虑到北极主权因素影响，现阶段与欧洲和俄罗斯等国家进行合作开发，是一种可行性较高的推进方式。