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(jīng)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(jīng)超過3 000 m[1]。據(jù)統(tǒng)計，2017 年全球油氣發(fā)現(xiàn)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(chǎn)成為全球油氣新發(fā)現(xiàn)的最主要來源。以BP、埃克森美孚、殼牌、道達爾等為代表的國際油公司開發(fā)重點領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)了由陸地向海洋深水領(lǐng)域的轉(zhuǎn)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(shù)自主研發(fā)，盡快突破深水油氣田勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，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(quán)，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(shù)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(lǐng)域標準。結(jié)合國內(nèi)數(shù)十年已形成的經(jīng)驗和成果，考慮現(xiàn)階段以及未來深水油氣開發(fā)工程中關(guān)鍵和重要的技術(shù)標準，能源行業(yè)深水石油工程技術(shù)標準化委員會圍繞構(gòu)建推動高質(zhì)量發(fā)展標準體系的需要，開展了深水油氣工程技術(shù)標準體系構(gòu)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(chǔ)和先導，標準體系結(jié)構(gòu)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(guān)鍵作用，一般有層次結(jié)構(gòu)、序列結(jié)構(gòu)等表現(xiàn)形式[6]。標準體系結(jié)構(gòu)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(nèi)在的有機聯(lián)系形式，一般包括設計目標、設計依據(jù)、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(nèi)其他企業(yè)在海外的深水項目涉及的技術(shù)標準，以此為基礎(chǔ)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(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)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(xiàn)了國家和行業(yè)主管部門、主管機構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)

根據(jù)能源行業(yè)海洋深水石油工程標準化技術(shù)委員會的宗旨，選擇了標準體系結(jié)構(gòu)設計通常使用的“分類法”[8]。根據(jù)設定的設計目標、依據(jù)、原則和方法，在確定體系構(gòu)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(guān)的，對于和“淺水”共性的技術(shù)未列入；②體系結(jié)構(gòu)的設計是基于國內(nèi)當前的發(fā)展現(xiàn)狀、模式和技術(shù)水平；③與石油工業(yè)標準化技術(shù)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(jīng)歷勘探、開發(fā)、工程建設，生產(chǎn)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(lǐng)域挺進的過程中，出現(xiàn)了很多新的地質(zhì)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(nèi)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(shù)難題的同時，形成了一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈和相應的技術(shù)標準體系。

標準體系結(jié)構(gòu)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(lǐng)域。考慮標準的通用和專用的有機結(jié)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(shù)上的隸屬關(guān)系進行縱向類別細分，初步提出了標準體系結(jié)構(gòu)方案。針對技術(shù)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(gòu)架，橫向上，隨著技術(shù)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(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)。此外，深水油氣田開發(fā)的技術(shù)積累尚未達到很高的水平，在體現(xiàn)標準組成的系統(tǒng)性、匹配的協(xié)調(diào)性、定位的前瞻性、內(nèi)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(jīng)過一定時期再逐步完善的。因此，現(xiàn)階段在標委會的技術(shù)范圍內(nèi)，盡可能適應目前深水油氣田開發(fā)的現(xiàn)狀并滿足相關(guān)的技術(shù)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(shù)、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(jīng)積累一定的經(jīng)驗。在《中國制造2025》規(guī)劃中，明確大力推動十大重點領(lǐng)域突破發(fā)展，“海洋工程裝備和高技術(shù)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(chǔ)標準

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

1.3.2 水下生產(chǎn)系統(tǒng)

水下生產(chǎn)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(chǎn)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(guān)水下生產(chǎn)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(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)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(chǎn)系統(tǒng)關(guān)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(guān)，國家標準基本上是等同采用ISO 13628系列標準方式。

由于現(xiàn)階段水下生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)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(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)標準逐步由能源行業(yè)海洋深水石油工程標準化技術(shù)委員會組織編制。

1.3.3 浮式生產(chǎn)裝置

浮式生產(chǎn)裝置是深水油氣田開發(fā)的重要設施，在世界范圍內(nèi)已得到廣泛應用。浮式生產(chǎn)裝置的類型有多種，按結(jié)構(gòu)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(chǔ)上開發(fā)出來的其他結(jié)構(gòu)型式。按其主要功能又可分鉆井平臺、生產(chǎn)平臺、生產(chǎn)儲油/氣裝置，以及多功能綜合平臺（安裝鉆機的生產(chǎn)平臺、FDPSO 等）[12]。浮式生產(chǎn)裝置技術(shù)在國外已經(jīng)發(fā)展成為成熟技術(shù)，并形成了相應的技術(shù)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(nèi)深水浮式生產(chǎn)裝置技術(shù)經(jīng)過10 余年的研究，已經(jīng)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(chǔ)上，建立自己的標準體系。我國已經(jīng)具有了浮式生產(chǎn)裝置的設計和研發(fā)基礎(chǔ)，標準的制定在借鑒和參考國外先進標準的同時，結(jié)合中國南海的環(huán)境特點，自主制定標準。現(xiàn)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(guān)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(shù)委員會加快浮式生產(chǎn)裝置相關(guān)標準制定的力度。

1.3.4 柔性構(gòu)件

立管、動態(tài)臍帶纜和電纜、系泊系統(tǒng)等深水柔性構(gòu)件是我國重點發(fā)展的海洋工程裝備，基本上都是進口產(chǎn)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(guān)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(nèi)雖然在油氣管道設計、運行管理以及水下生產(chǎn)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(guān)內(nèi)容，尚沒有正式發(fā)布的專門標準。需要根據(jù)國內(nèi)海洋石油開發(fā)的需要獨立編制流動安全相關(guān)標準。建議流動安全保障相關(guān)標準作為海管設計的關(guān)鍵要素納入此部分。

深水柔性構(gòu)件的標準化工作，要與“國產(chǎn)化”緊密結(jié)合，國外標準作為借鑒和參考，獨立編制，標準的主要技術(shù)指標均需按照國際先進水平確定，以標準來推動國產(chǎn)化，擺脫被國外長期壟斷的現(xiàn)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(shù)，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(shù)標準研制，建議重點標準的研制超前于技術(shù)的發(fā)展，提前搶占技術(shù)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(guān)鍵，與國外的合攏技術(shù)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(chǎn)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(nèi)波環(huán)境和陸坡地質(zhì)條件與世界其他海域是截然不同的。

因此，需基于中國境內(nèi)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(guān)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(chǎn)品是否達到合同要求，驗證產(chǎn)品性能是否滿足油氣田現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)容、程序和計劃。

深水模擬試驗技術(shù)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?qū)嶓w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(gòu)件。其技術(shù)內(nèi)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(jié)構(gòu)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(shù)經(jīng)濟評價等。

深水檢測試驗所涉及的技術(shù)范圍廣、內(nèi)容多，因此應制定完整、周密的技術(shù)標準，建議根據(jù)我國現(xiàn)有場所和設施，結(jié)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(jù)《能源領(lǐng)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(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)規(guī)劃相互協(xié)調(diào)，有利于科學技術(shù)成果的推廣應用，促進產(chǎn)業(yè)升級、結(jié)構(gòu)優(yōu)化”的相關(guān)要求，提出現(xiàn)階段的海洋深水石油工程技術(shù)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(jié)構(gòu)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(lǐng)域，石油公司、工程建造、配套設備生產(chǎn)企業(yè)均屬于產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)驗，實質(zhì)性地參與國際標準的制定工作。在此基礎(chǔ)上，結(jié)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(nèi)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(jīng)驗和技術(shù)成果，結(jié)合國內(nèi)的現(xiàn)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(shù)體系，其發(fā)展和完善，與海洋工程技術(shù)水平直接相關(guān)，即標準體系要與相應的技術(shù)水平匹配。對國內(nèi)現(xiàn)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(jù)標準體系結(jié)構(gòu)，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(nèi)外重點關(guān)注的國際標準情況，并提出轉(zhuǎn)化建議，確定亟需轉(zhuǎn)化的國際標準項目，研究提出“十四五”時期國際標準轉(zhuǎn)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(shù)量將仍占大多數(shù)。

4）以權(quán)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(xiàn)有成熟資源和目前已有的經(jīng)驗，先期“國際標準本土化”再向“本土標準國際化”轉(zhuǎn)變。在借鑒國外標準經(jīng)驗，特別是采標標準時，應注重內(nèi)容在國內(nèi)的適用性、與國內(nèi)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(chǎn)業(yè)統(tǒng)籌，保證體系內(nèi)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(nèi)廣泛征求意見，包含油公司、工程公司、產(chǎn)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(jù)入級和檢驗業(yè)務的需要制定相應的技術(shù)規(guī)范和標準，是重要的建立和維護海洋工程技術(shù)標準的機構(gòu)，要積極推動國內(nèi)船級社出臺產(chǎn)品認證的相關(guān)規(guī)范[20]。

3 結(jié)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(chǎn)、經(jīng)營以及走向海外提供所需的標準，盡可能在很短時間內(nèi)，形成一個初步的標準體系，未來再根據(jù)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(shù)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(gòu)建以滿足深海石油勘探開發(fā)生產(chǎn)、對外合作、參與國際競爭的需要為目的，以“先進、開放、協(xié)調(diào)、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(shù)水平、深水裝備國際市場上占有率、工程技術(shù)服務企業(yè)國際競爭力的重要支撐。