海洋深水石油工程标准体系设计及实施策略

谭越，连华，吴炜，叶兵

1.中海油研究总院有限责任公司（北京 100028）2.中国海洋石油集团有限公司（北京 100007）

0 引言

世界深水油气勘探开发始于20 世纪70 年代，经过40 多年的发展，勘探成果层出不穷，开发规模和水深不断增加，最大水深已经超过3 000 m[1]。据统计，2017 年全球油气发现储量中深水、超深水合计占比52%，2018 至2022 年全球深水投资将高达1 368亿美元，深水资产成为全球油气新发现的最主要来源。以BP、埃克森美孚、壳牌、道达尔等为代表的国际油公司开发重点领域已经实现了由陆地向海洋深水领域的转移[2]，深海石油开发成为全球石油战略的重要前沿阵地[3]。近20年来，墨西哥湾、巴西、西非、中国南海成为深海油气勘探开发的主要区域[4]，深海油气资源的开发既是必然的趋势，也是未来我国海洋石油开发的主战场[5]。

只有加强核心技术自主研发，尽快突破深水油气田勘探开发关键技术，形成自己的标准体系，才能获得深水油气资源勘探开发的主动权，进一步在世界舞台与国际一流企业同台竞技。在国家海洋战略的背景下，国家能源局批准成立能源行业海洋深水石油工程标准化技术委员会（NEA/TC28），负责在海洋深水（300 m以上水深）的石油勘探、开发、工程和装备等领域标准。结合国内数十年已形成的经验和成果，考虑现阶段以及未来深水油气开发工程中关键和重要的技术标准，能源行业深水石油工程技术标准化委员会围绕构建推动高质量发展标准体系的需要，开展了深水油气工程技术标准体系构建工作。

1 海洋深水石油工程标准体系设计

1.1 设计思路

标准体系是标准化工作的基础和先导，标准体系结构是标准体系的“骨架”，发挥着理清体系建设脉络、联通信息“孤岛”的关键作用，一般有层次结构、序列结构等表现形式[6]。标准体系结构是以特定方式将标准相互联系而形成一个整体的“纽带”，是标准体系中各要素的内在的有机联系形式，一般包括设计目标、设计依据、设计原则等要素。

通过分析海洋深水石油工程标准体系建立的需求和要解决的问题，确定具体目标为以南海深水油气田开发为重点，兼顾国内其他企业在海外的深水项目涉及的技术标准，以此为基础设定了标准体系的范围。

在海洋深水石油工程标准体系设计时，站在行业的角度，参考了《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》《海洋工程装备制造业中长期发展规划》《海洋工程装备制造业持续健康发展行动计划(2017—2020 年)》等指导性文件，体现了国家和行业主管部门、主管机构的要求及指导思想。

确立了分阶段、抓重点的设计原则。分阶段是由于建立海洋深水石油工程技术标准化体系是一项不断优化的工作，初期并不能一次性的建立一个完备的标准体系，而是要搭建一个框架，不单纯追求体系的完整和形式，后期逐步完善[7]。先以“深水”为重点，以油公司使用的标准为重点，以设计标准为重点，以工程和装备为重点。

1.2 体系结构

根据能源行业海洋深水石油工程标准化技术委员会的宗旨，选择了标准体系结构设计通常使用的“分类法”[8]。根据设定的设计目标、依据、原则和方法，在确定体系构建维度和层级时综合考虑了以下三方面因素：①只针对与“深水”直接相关的，对于和“浅水”共性的技术未列入；②体系结构的设计是基于国内当前的发展现状、模式和技术水平；③与石油工业标准化技术委员会海洋石油工程的专业分类进行了对比[9]，以避免重复和交叉。

总体而言，深水油气田开发过程与陆上或浅水基本相似，都要经历勘探、开发、工程建设，生产等阶段，每个阶段又可以分解为多个作业步骤。但在不断向深水领域挺进的过程中，出现了很多新的地质和环境问题，如深水沉积、复杂油气藏、人工举升、浅层气灾害、水合物堵塞、内波与环流、浮式平台涡激运动和立管涡激振动等。在攻克这些技术难题的同时，形成了一套完整的产业链和相应的技术标准体系。

标准体系结构的设计过程中，充分考虑了市场需求，利用了既有的成果，也突出了工程和装备这一重点领域。考虑标准的通用和专用的有机结合，按深水石油工程专业属性的差异分离进行分类设计，按技术上的隶属关系进行纵向类别细分，初步提出了标准体系结构方案。针对技术标准，设计为3 个层次，按专业属性划分为5 个类别，16 个系列，如图1所示。这是一套开放的体系构架，横向上，随着技术水平的提高，可进行补充；纵向上，可以细分至4个或5个层次。

图1 海洋深水石油工程标准体系结构

由于对标准类别及层次细分认识的积累不够，这并不是一个非常完善的标准体系结构。此外，深水油气田开发的技术积累尚未达到很高的水平，在体现标准组成的系统性、匹配的协调性、定位的前瞻性、内容的先进性等方面尚存在不足。但任何一个标准体系在建立后，都会存在一定的问题，都是经过一定时期再逐步完善的。因此，现阶段在标委会的技术范围内，尽可能适应目前深水油气田开发的现状并满足相关的技术需求，未来再进行系统性的优化。

1.3 工程和装备体系初步规划

深水油气田的开发被认为是高技术、高投入和高风险，其中开发投资的70%以上是工程和装备。尽管与国际先进水平仍存在差距，但在设计和建造方面已经积累一定的经验。在《中国制造2025》规划中，明确大力推动十大重点领域突破发展，“海洋工程装备和高技术船舶”为其中之一。因此，以工程和装备7 个标准系列为重点，按照海洋深水石油工程标准体系编制的指导思想和思路，分别进行了初步规划。

1.3.1 基础标准

主要包括海洋深水油气开发术语、深水油气开发环境条件、环境荷载、工程地质勘察等作为设计、建造和安装的基础数据等方面的标准。除此之外，建议以风险分析为基础，增加事故状态下的安全和风险相关的技术标准，如落物撞击、船舶碰撞、火灾、爆炸等。

1.3.2 水下生产系统

水下生产系统作为开发海洋油气田的一种主要模式，最早由国外提出并逐步推广应用。在水下生产系统标准的制定方面国外的标准化组织起步也较早，早在1992 年美国石油学会（API）就建立了了第一套有关水下生产系统的标准体系框架，国际标准化组织（ISO）在20世纪末开始了水下生产系统相关标准的制定工作，并陆续颁布了一系列的标准[10]。目前我国还不全面具备水下生产系统关键设备的设计和制造能力[11]，已有标准主要与方案设计和设备选型相关，国家标准基本上是等同采用ISO 13628系列标准方式。

由于现阶段水下生产系统相关标准仍以采用国际标准（简称采标）为主，推荐采标以API 系列标准为主，同时考虑挪威国家石油标准组织（NORSOK）的特色标准。采标形式基本上为等同采用，未对标准进行深入的适用性研究，此类标准应增加一章进行说明。建议今后新的、自主制定的水下生产系统相关标准逐步由能源行业海洋深水石油工程标准化技术委员会组织编制。

1.3.3 浮式生产装置

浮式生产装置是深水油气田开发的重要设施，在世界范围内已得到广泛应用。浮式生产装置的类型有多种，按结构形式分为：半潜式平台、TLP 平台、Spar平台、FLNG，以及在上述类型基础上开发出来的其他结构型式。按其主要功能又可分钻井平台、生产平台、生产储油/气装置，以及多功能综合平台（安装钻机的生产平台、FDPSO 等）[12]。浮式生产装置技术在国外已经发展成为成熟技术，并形成了相应的技术标准和规范，由于行业特点，船级社标准应用更为广泛。

国内深水浮式生产装置技术经过10 余年的研究，已经有了一定积累，在标准应用方面主要是直接采用国外标准，需要通过研究、分析国外标准体系，在引用国外标准的基础上，建立自己的标准体系。我国已经具有了浮式生产装置的设计和研发基础，标准的制定在借鉴和参考国外先进标准的同时，结合中国南海的环境特点，自主制定标准。现阶段有多个行业和团体的标准化委员会在编制与浮式装置相关的标准，彼此之间界面交叉较为严重，建议能源行业海洋深水石油工程标准化技术委员会加快浮式生产装置相关标准制定的力度。

1.3.4 柔性构件

立管、动态脐带缆和电缆、系泊系统等深水柔性构件是我国重点发展的海洋工程装备，基本上都是进口产品[13-14]，国外已形成比较完整的标准体系，涉及材料、设计、制造、运输、安装、测试、检测等各个方面。标准制定组织有挪威DNV GL、美国API、美国机械工程师学会ASME、美国船级社ABS、国际标准化组织ISO 等，其中工程应用较多的是挪威DNV GL和美国API标准。

流动安全是深水海管设计的关键因素，在流动安全方面国际石油公司大都建立了本公司的标准做法，国内虽然在油气管道设计、运行管理以及水下生产系统设计与操作等系列标准中涵盖了部分流动安全相关内容，尚没有正式发布的专门标准。需要根据国内海洋石油开发的需要独立编制流动安全相关标准。建议流动安全保障相关标准作为海管设计的关键要素纳入此部分。

深水柔性构件的标准化工作，要与“国产化”紧密结合，国外标准作为借鉴和参考，独立编制，标准的主要技术指标均需按照国际先进水平确定，以标准来推动国产化，摆脱被国外长期垄断的现状。

1.3.5 深水装备

深水工程装备主要指深水油气资源勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等方面的大型工程装备和辅助装备，如半潜运输船、起重铺管船、动力定位系统、升沉补偿系统、水下切割检测和维修机具、水下机器人（ROV）、水下设备安装及维护系统、安全防护及监测检测系统，以及其他重大配套设备等[15]。由于国外进口的设备设施价格高，周期长，维修保养难[16]，目前急需推动海洋深水工程装备的研制工作。

前瞻性海洋工程装备是指代表当今国际海洋工程装备新兴技术，可能拓展当前海洋资源开发模式的新装备，主要包括天然气水合物等开采装备，适用于北极地区油气开发的工程装备，以及其他新型装备。

其他的行业或团体标准化组织也在开展此项工作，为此需加快推动深水工程装备的技术标准研制，建议重点标准的研制超前于技术的发展，提前抢占技术制高点。

1.3.6 深水施工

中国的建造场地与国外的条件和设备特点有不同之处。以深水浮式平台建造为例，重量控制，以及组块与船体的对接是关键，与国外的合拢技术不同，中国建造场地有自身的特点。如中集来福士利用“泰山吊”；其他场地会采用浮吊或用传统的搭积木方法；对于没有大型龙门吊的船厂，会考虑与专业做分段液压举升的公司合作；另外，用半潜船浮托也有成功的案例。

深水安装基本上都采用带动力定位的安装船，可完成水下生产系统安装、工作级机器人施工、船对船大型物件吊装、海管和脐带缆铺设等作业。目前我国已初步建成了深水舰队[17]。但中国南海特殊的内波环境和陆坡地质条件与世界其他海域是截然不同的。

因此，需基于中国境内建造场地和深水安装资源，借鉴国外的先进标准，独立编写深水施工的相关标准。

1.3.7 深水检测试验

海洋工程设备检测主要用于检验产品是否达到合同要求，验证产品性能是否满足油气田现场的实际要求，使海上工作人员了解和掌握相应的设备的功能、操作方式和故障诊断方法。测试应能模拟海上油气田现场的实际操作条件，参考其操作维修手册制定相应的检测内容、程序和计划。

深水模拟试验技术包含对所有海洋深水油气开发工程的各种装备的模型或实体实验。其中最具代表性的当属各种类型的深海平台，系泊系统、立管系统等柔性构件。其技术内容涉及深水平台总体设计、系统集成、水动力性能、非线性流体动力特性、流固耦合、结构强度与疲劳，平台海上运输、就位、扶正与安装等诸多方向，直接影响深海平台的方案评估、系统配置、安全性论证、技术经济评价等。

深水检测试验所涉及的技术范围广、内容多，因此应制定完整、周密的技术标准，建议根据我国现有场所和设施，结合具体的要求，自主制定深水试验检测系列标准。

2 实施策略

2.1 原则

根据《能源领域行业标准制定管理实施细则（试行）》中“以市场需求为导向，重点突出、科学合理；制定行业标准要有效采用国际标准和国外先进标准，有利于参与国际竞争，与产业政策、行业规划相互协调，有利于科学技术成果的推广应用，促进产业升级、结构优化”的相关要求，提出现阶段的海洋深水石油工程技术标准体系建设的原则：

1）统筹安排。从发展的角度，海洋深水石油工程标准体系的建立是从不完善到完善、从点到面、从局部到全局、从短期到长期的依次递进和逐步提升的过程。以标准体系结构为指导性文件，按照相应步骤稳步实施，分析市场需求程度，突出重点，首先解决标准缺失和滞后问题。

2）市场化。深海油气开发涉及多个领域，石油公司、工程建造、配套设备生产企业均属于产业的一部分，也都有标准的需求和参与制定标准的动力。制修订标准应注重实效、确保其有效性，标准必须适应市场竞争，极大限度地满足市场需要，并产生效益。

3）国际化。由于中国进军深水石油开发的时间仍较短，标准化工作起步也较晚，积极采用国际标准和国外先进标准，通过采标积累经验，实质性地参与国际标准的制定工作。在此基础上，结合国情，自主制定标准，逐步形成国际影响力。

2.2 建议

在过去的20年里，我国的石油企业自主或合作开发了多个国内外的深水油气田。因此，海洋深水石油工程标准体系的建设，并不是从零开始，要充分利用积累的经验和技术成果，结合国内的现状，提出以下建议。

1）标准体系的建立，要依托石油工业标准技术体系，其发展和完善，与海洋工程技术水平直接相关，即标准体系要与相应的技术水平匹配。对国内现有的、可用于深水油气开发的行业标准进行评估和整合，并入本标准体系。

2）标准的编制应根据标准体系结构，从设计标准开始，逐步建立贯穿深海油气开发从设计、建造、安装、运营管理、延寿、退役等各个阶段和各种设施覆盖全生命周期的标准体系；以市场需求为导向，分阶段实行，首先编制市场急需的标准，其次建立配套标准。

3）2019年，国家标准化管理委员要求分析确定国内外重点关注的国际标准情况，并提出转化建议，确定亟需转化的国际标准项目，研究提出“十四五”时期国际标准转化项目的建议，在未来一段时期，国家标准体系中，ISO采标标准的数量将仍占大多数。

4）以权威的ISO 标准体系和较为完备的API 系列标准为主，以国际船级社为辅，同时考虑挪威国家石油标准组织（NORSOK）有特色标准进行采标[18]。充分利用国外现有成熟资源和目前已有的经验，先期“国际标准本土化”再向“本土标准国际化”转变。在借鉴国外标准经验，特别是采标标准时，应注重内容在国内的适用性、与国内法规，政府规定，企业习惯等的符合性；同时在采标立项的过程中，须充分考虑合规性风险[19]。

5）形成产业统筹，保证体系内的各个标准以及标准的各使用方不发生冲突，在全行业内广泛征求意见，包含油公司、工程公司、产品公司，船级社、咨询公司，作业和服务公司等。特别是船级社根据入级和检验业务的需要制定相应的技术规范和标准，是重要的建立和维护海洋工程技术标准的机构，要积极推动国内船级社出台产品认证的相关规范[20]。

3 结束语

在相对紧迫的形势下，我国深水石油工程标准体系应加快建设速度，及时为深水石油开发、生产、经营以及走向海外提供所需的标准，尽可能在很短时间内，形成一个初步的标准体系，未来再根据深水油气开发的发展要求和发展趋势，进行系统性的优化，以支持标准体系的提升、更新和优化发展。

当前，巴西、墨西哥等资源国深水油气区块招标频繁，吸引着我国各大石油公司积极投身于深水油气的勘探开发工作。但由于所面临的与陆地和浅海不同的技术问题，特别是工程方面，存在着巨大的挑战。能源行业海洋深水石油工程标准体系的构建以满足深海石油勘探开发生产、对外合作、参与国际竞争的需要为目的，以“先进、开放、协调、国际接轨”为方向，将进一步健全石油工业标准体系，是提高我国深水油气田开发技术水平、深水装备国际市场上占有率、工程技术服务企业国际竞争力的重要支撑。