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海洋工程装备行业发展分析

发布时间:2017-12-14



 

 

 

一、海洋工程装备的界定及分类

海洋工程装备主要指海洋资源(特别是海洋油气资源)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,具有高技术、高投入、高产出、高附加值、高风险的特点,是先进制造、信息、新材料等高新技术的综合体,产业辐射能力强,对国民经济带动作用大。

国际上通常将海洋工程装备分为三大类:海洋油气资源开发装备;其他海洋资源开发装备;海洋浮体结构物。海洋油气资源开发装备是海洋工程装备的主体,包括各类钻井平台、生产平台、浮式生产储油船、卸油船、起重船、铺管船、海底挖沟埋管船、潜水作业船等。

目前,世界上海洋工程装备主要包括:深水半潜式钻井平台、深水钻井浮船等钻井装备和浮(船)式生产储油卸油系统(FPSO)、半潜式平台生产系统(含张力腿平台生产系统)、自升式平台生产系统和驳船式生产系统等移动式海上采油(生产)装备、海上工程船舶(海洋地质勘探船、供应船、拖船、起重船、打捞救助船、海底电缆铺设船、铺管船)等等。

海洋工程装备是深海战略的基础,随着人类对海洋的开发不断深入,相应的装备也在不断升级,特别是近十年来,钻井深度、日产油量、最大可容纳井数、储油量、防潮汐防地震等性能都得到了极大的提高。

 

二、海洋工程装备行业发展概况

我国海洋工程装备制造业起步于20世纪七八十年代,实现快速发展是在进入21世纪以后。随着国内外海洋装备需求的增长,我国海洋工程装备制造业抓住市场高峰期的战略机遇,承接了一批具有较大影响力的订单,实现了快速发展,能力也明显提升。特别是近几年,我国先后自主设计建造了国内水深最大的近海导管架固定式平台,国内最大、设计最先进的30 吨浮式生产储油轮装置 FPSO,当代先进自升式钻井平台,具有国际先进水平的 3000 米深水半潜式平台等一批先进的海洋工程装备。

前海洋油气开发(特别是深水和超深水油气资源勘探开发)已经成为世界油气开采的重点领域,海洋石油开发推动海洋工程装备行业发展。在一个供大于求的需求经济时代,企业成功的关键就在于,是否能够在需求尚未形成之时就牢牢的锁定并捕捉到它。那些成功的公司往往都会倾尽毕生的精力及资源搜寻产业的当前需求、潜在需求以及新的需求!随着海洋工程装备行业竞争的不断加剧,大型海工装备企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的海工装备生产企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此,一大批国内优秀的海工装备品牌迅速崛起,逐渐成为海工装备行业中的翘楚。

海洋钻井平台概述:海洋钻井平台是进行海洋油气开采的主要设备,在实际的应用中,主要是用来支撑和存放巨大的钻机、为钻井人员提供居住地点、对开采的原油进行存储等。相比较具体的油气存储设备以及诸多的海上工程船舶,海洋钻井平台的存在更具基础性作用。海上钻井平台的造价非常高,原因主要有以下几个方面,第一,钻井平台所处的重要地位以及它自身构造的复杂性,使得在对它进行设计时必须投入更多的人力、物力和财力。第二,钻井平台一经入使用,就会常年经受海上的恶劣环境,诸如台风、潮汐、海浪等都会对钻井平台设备的主体造成一定程度上的侵蚀,为了保证钻井平台的正常使用,必须在建造的过程中加大对耐腐蚀、耐侵蚀等昂贵材料的应用。第三,钻井平台在使用的过程中,还会出现材料老化、地基土冲刷等问题,在进行周期性维护时,也必须加大一部分的资金投入。

海洋钻井平台模式:当前最常用的钻井平台模式有七种,分别是固定平台、坐底式钻井平台、自升式钻井平台、钻井船、半潜式钻井平台、张力腿式钻井平台以及牵索塔式钻井平台。

第一,固定平台,直接固定于海底的钻井平台,是通过管架结构在海底将平台固定,在整个使用寿命期内位置固定不变,不能再移动。主要用于有工业油流的油田,一般工作水深在 20m左右。某些钻采综合固定平台的工作水深超过 90m,但平台建造费用较高。固定式钻井平台的优点是稳定、海面气象条件对它的影响较小,而且完井后可作为采油平台,使用时间大大增加。但是,它的灵活性差,不能及时运移,而且造价高,不能在较深的水域工作。该钻井平台是一种较为传统和古老的平台形式。相比较其他三种钻井平台,它的优点就是一,结构构成简单,二,对高技术含量的设备应用少进而造价成本较低,三,由于作业的海域范围较小、海域深度较浅,所以在操作时风险也较小。随着固定式钻井平台技术的不断改进,克服了很多以前的操作瓶颈。当前对该钻井平台技术的应用,主要集中在一些经济和发展水平较低的国家和地区。

第二,坐底式钻井平台。该钻井平台的技术现状是沉浮箱的使用,实现了海面操控、海底作业。通过国内对该平台技术的作业状况进行分析后发现,其最大的优点就是在对油井采完油后,可以有拖船等直接拖航到其他的钻井地点,可以方便地进行移动。另外其平台底面处在海床面上,可以避免海洋恶劣环境的影响。坐底式钻井平台的缺点主要体现在两方面,一,其平台高度在确定之后,坐底式平台由于坐底式设备高度的限制只能在低于该平台的海域内进行作业,不能适时地调整平台高度和作业深度,运行的灵活性不高。二,对海底地基的要求非常高,为了确保钻井的稳定性,必须对海底地基进行事先的勘察。

第三,自升式钻井平台。该钻井平台又称为甲板升降式平台,其具体结构主要是桩腿、与桩腿相连的升降装置和平台_本体三部分。基于当前的技术,在进行具体操作时,必须先将桩腿插进海底,以此来实现对整个平台和设备的支撑,然后启动升降装置迸行海底作业。它的优点就是桩腿的使用,一方面保证了钻井平台的稳定性,另一方面实现了对平台上设备的高强度支撑。另外,该平台还具有升降灵活和便于移动的优点,非常适合深水域作业。但是它也存在一些缺点,诸如,第一,在进行拖航时会遇到一些问题,第二,桩腿的应用对深海的土壤要求非常严格,第三,对升降装置的操控要求非常严格,所以不能在更深的海区进行作业。

第四,钻井船,英文名:Drillship/ Drill Ship,用来在水上钻井并移位的船。钻井时漂浮水上,适于深、浅水作业。多将井架设在船的中央,以减小船体摇荡对钻井工作的影响。具自航能力,无自航能力的称为“钻井驳”。采用锚泊系统或动力定位系统,使船锚碇于海底井口上方进行钻井的装置。早期形式为钻井驳船,多用旧船改装,只适用于浅海风浪较小的海域。现代钻井船多为专门设计,全部钻井和生活设施都在船上,能自航并有向大型化发展的趋势。移动灵活、适应水深大、可变甲板载荷大,自持能力强。缺点是受风浪影响大、稳定性差。采取的技术措施有:1,设减摇鳍以减轻船的摇摆;2,采用 DP 动力定位,位置精度可达 5 米之内;,3,钻杆和升沉补偿装置等,以适应钻井船的摇摆、位移和升沉;4,配备水下防喷器,隔水管,采油树、ROV等水下设备;动力定位系统由声纳发生器、接收器、DGPS,信号传感器,电子计算机及全回转推进器组成。水下井口的声纳发生器发出信号,船底的接收器能测出船的偏移方位和数值; DGPS 天线接收的卫星定位信号; 风速仪,测速仪测得的信号一起输入计算机,计算机运算并自动控制相应的推进器运转发出推力使钻井船复位,不需抛锚。钻井船可简单分成 3 大基本部分,钻井模块,动力模块,生活模块;钻井模块集中在钻井船中部,主要因为动力定位系统和船舶稳性的影响,水下设备和钻杆通过船中的开口的 moon pool 月池下放入水。动力模块集中在尾部,推进器分布在船的首尾,为钻井船航行及钻井模块设备提供足够的能量;生活模块集中在首部,大型的钻井船生活区域的可居住容纳人数可达 200 人以上,配备直升机平台;为减少营运费用及加强安全,现阶段新式钻井船主要采取紧凑型设计,双井架 dualactivity;采用长度 90 尺隔水管,浮体直径 58 英寸;双 7 ram 水下防喷器;可变甲板载荷可达 15000 吨;工作水深 12000 英尺。

第五,半潜式钻井平台。该钻井平台由坐底式平台发展而来,上部为工作甲板,下部为两个下船体,用支撑立柱连接。半潜式钻井平台在深水区域作业,需依靠定位设备,一般为锚泊定位系统,常规的锚泊定位系统通常由辐射状布置的八个锚组成,用链条或钢绳与平台连接。水深超过 300500 米时,需要采用动力定位系统或深水锚泊定位系统。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度,水线面积小,波浪影响小,稳定性好、自持力强、工作水深大,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后,工作水深可达 900-1200 米。但它的不足之处就是,甲板能够利用的面积较小,对它的使用还极易受到海洋环境的影响,并且投资大,维持费用高,有效使用率低于自升式的钻井平台。半潜式钻井平台自上世纪 60 年代使用至今,进行了一系列的技术上的革新。到目前为止,半潜式钻井平台技术的深水域工作范围和钻井深度都己达到了较为先进的水平。

第六,张力腿式钻井平台。张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式,产生远大于结构自重的浮力,浮力除了抵消自重之外,剩余部分就称为剩余浮力,这部分剩余浮力与预张力平衡。 预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上,使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。较大的张力腿预张力使平台平面外的运动(横摇、纵摇和垂荡)较小,近似于刚性。张力腿将平台和海底固接在一起,为生产提供一个相对平稳安全的工作环境。另一方面,张力腿平台本体主要是直立浮筒结构,一般浮筒所受波浪力的水平方向分力较垂直方向分力大,因而通过张力腿在平面内的柔性,实现平台平面内的运动(纵荡、横荡和首摇),即为顺应式。这样,较大的环境载荷能够通过惯性力来平衡,而不需要通过结构内力来平衡。张力腿平台这样的结构形式使得结构具有良好的运动性能。张力腿平台的张力腿系统在初始位置是直立的,平台的纵荡运动将不引起纵摇,但一般会和平台的垂向运动相耦合,即纵荡引起垂荡。在运动过程中没有一个张力腿松弛,它们始终保持等长度平行状态。如果有任意一个张力腿未校准,则会破坏这种理想的平衡性质。因此在张力腿平台的设计中,张腿锚固位置容许的偏差量很重要。同时,设想使用非平行的张力腿,这样的张力腿虽然亦可将平台固定于某一空间位置,但不平行的张力腿必然会在空间相交于一点,这一点将是平台横荡引起首摇的旋转中心。张力腿平台在张力腿系泊系统张力变化和平台本体浮力变化控制下,平台平面内的运动固有频率低于波浪频率,而平面外的运动固有频率高于波浪频率。一座典型的张力腿平台,其垂荡运动的固有周期为 24s,而纵横荡运动的固有周期为 100200s;横摇、纵摇运动固有周期均低于 4s,而首摇的运动固有周期则高于 40s。整个结构的频率跨越在海浪的一阶频率谱两端,从而避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振,使平台结构受力合理,动力性能良好。迄今为止,张力腿平台有着良好的安全记录,这与结构设计上的成功是密不可分的。

第七,牵索塔式钻井平台。牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔,该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输,在深水中可用近海装油设施进行输送。埃克逊技术公司曾为欧洲北海350m 水深的环境设计牵索塔,该塔具有面积为 365m2 的四方形剖面的塔式结构,整个长度的剖面都一样,其一端承载平台设备,另一端停放在称为桩腿筒的竖向承载基础上,有16 根桩腿,另有 108cm 的钢缆 24 根作为导引索系统,每根钢缆通过旋转接头直到海底,分别与 165t 重的水泥块和 14m 长的桩连接拉紧。桩的分布半径约有 1000m,油井导管穿过桩腿筒,整个系统可容纳 30 个油井导管。塔是顺应式的,能随波浪力的响应稍微移动,其系泊系统能对塔提供足够的复原力,使它始终保持垂直状态。设计时允许塔的倾斜度在 2度以内。牵索塔式平台在波浪载荷作用下的动态响应数值分析指出,其桩基处的弯矩比塔的其它部分要小得多,整个系统上的水平力也主要由系缆系统承受。从其恢复力与塔的偏离平衡位置的关系曲线可以看出,当塔的偏离增大到一定程度时,系在牵索上原来固定在缆索上而沉于海底的重块被提起离开海底,从而使索内的张力增加变得缓慢,亦即比重块未被提起时吸收更多的能量。这样在遇到大幅值长周期的风暴波时,系统变软,更大的顺应性出现。由于这些优点,牵索塔式平台比导管架式平台、重力式平台更适合于深水海域作业,它的应用范围在 200m650m

海洋工程辅助船,Offshore SupplySupportVessel 简称 OSV。海洋工程辅助船是为海洋油气开发提供配套服务的工程船总称,主要负责运送人员、物资、设备以及调查、测量、安装、维护等工作,主要包括守护船、潜水作业船、起抛锚拖船、三用工作船、常规供应船、平台供应船、交通船、工作船、救助拖船、物理勘探船、大型近海起重船、导管架下水驳船、铺管船和救护船等。其中,三用工作船(AHTS)和平台供应船(PSV)是主要船型。海洋工程辅助船的最大特点是需求旺盛,毛利率高,周期波动性小且随着向深海的进一步进军,市场蛋糕会越来越大。作为具有特殊结构的装备,海洋工程辅助船舶与一般船舶相比,技术含量和附加值更高,投资回报也更加丰厚。最近,由于全球石油和天然气价格的持续高涨,将触动世界石油市场策略的调整并进一步刺激世界石油和天然气勘探开采的步伐。当前,海洋石油开发装置中的各类平台及供应船的租金和利用率在上升。据美国管理会计师协会(IMA)最近发表的一项市场调查报告显示,随着大型跨国石油公司油气开发向海洋特别是向深海延伸,今后海洋工程订单将激增。IMA预计,今后 5 年全球海洋工程装备订造量将达 130 套。随着油价走高,世界上一些大型跨国石油公司将目光转向深海区域的石油和天然气开发,因而深海作业的油气工程装备订造量不断增多。自去年以来,美孚埃克森、舍布伦、英国石油、皇家壳牌石油等公司都相继订造了海洋工程装备。实际上,当前全球石油能源及海油装备的强劲需求,将促进海洋工程装备及海洋辅助船市场的向前发展。目前,我国经济的快速发展极大地促进了对能源的需求,我国已成为了亚洲最大的石油消费国,同时也是亚洲最大的油气生产国。在从石油生产国向消费国转化的过程中,随着国内石油能源需求量以及国际原油价格的变化,海上石油与天然气的开发在我国油气开采活动中所占的比例将越来越大;我国海洋石油产业的发展正逐步走向兴旺,有望带动我国船舶工业及其相关配套产业的发展。

海洋工程作业船舶.海洋工程作业船舶是指能独立从事海洋工程作业,为海洋油气勘探开发工程系统提供配套装备工程作业和技术支持服务的工程船舶,主要包括有:海洋资源调查船、地球物理勘探船、天然气水合物综合调查船、海洋工程起重船、导管架下水驳、大型半潜运载船、深潜水作业支持船、海洋工程铺管/缆船、海底开沟埋管船、海洋工程综合勘察船、水下工程作业船、海洋工程综合检测船、海上油田运行维护支持船等。随着海洋油气勘探开发迅速发展,为海上工程提供配套装备工程作业和技术支持服务的工程船舶,得到了很大的发展,并逐渐趋向于多样化、复合化和智能化,成为海洋油气勘探开采工程中不可缺少的一个组成部分。特别是近几年来,海洋油气勘探开发从浅海逐步扩展到深海,满足深水作业要求的海洋工程作业船舶已成为当前急需开发研究的项目之一。海洋工程作业船舶船型品种较多,涉及范围较广,其不同船型品种特性,高新技术含量各不相同,船型个性化因素突击。

海洋资源调查船、地球物理勘探船、天然气水合物综合调查船是从事海底油气资源调查、天然气水合物调查、海洋地质调查、海上地震物理勘探、海洋工程地质取芯,地球物理调查的工程作业船。海洋工程起重船是从事特大、超大型海洋工程结构物、导管架、生活模块、特种物件等起吊、工程安装的工程作业船。导管架下水驳、大型半潜运载船是从事特大、超大型海洋工程结构物、导管架、生活模块、特种物件等运输、下水、起吊、工程安装的工程作业船。海洋工程铺管/缆船、海底开沟埋管船是从事海洋石油、天然气输送管道的铺设、海底开沟埋管、保障管道安全的工程作业船舶。深潜水作业支持船、水下工程作业船是从事海洋工程的水下工程作业、饱和深潜水支持、大型结构物安装、脐带缆/电缆/软管铺设、F50锚系处理的工程作业船舶。海洋工程综合勘察船、海洋工程综合检测船是从事模拟工程物探调查、海洋工程环境调查、工程地质钻孔、海底表层采样的工程作业船舶。海上油田运行维护支持船是从事海上油气田生产设施与装备的大型维修、改造、搬迁、抢修等运行维护、维修保障作业支持的特种工程作业船舶。

 

三、海洋工程装备市场规模分析

2015年我国海洋工程装备行业市场规模约1163.5亿元,同比2014年的1331.1亿元下降了12.6%

 

四、海洋工程装备需求结构分析

2015年我国海洋工程装备行业市场规模约1163.5亿元,其中海洋油气资源开发装备规模约652.4亿元,占比约56.07%

 

五、国内外海工装备设计及制造

目前大家通常所说的海洋工程装备多指油气类装备。油气类装备主要包括勘探装备、钻井装备、生产与加工装备、运输装备、海岸工程船舶装备、水下装备与水下系统装备等等。从钻井装备来看,主要有海洋钻井平台等;从生产装备来讲,主要有半潜式升降平台等。此外还有海洋工程船、水下的作业设备等。

谈及海洋工程装备的产业结构,从用户来看的话,则用户相对集中,其中石油公司占30%左右,钻探公司占60%左右。从海工装备的供应商来看,范围比较小,主要是工程的总承包商,如国外的一些大型承包商,国内的中海油、中石油等;此外还有装备的集成供应商,如国内的中船重工、海油工程、中远船务、中海工业等。

从当前全球海工装备建造的格局来看,欧美是第一梯队,掌握设计的核心技术,以高端海工产品为主;韩国、新加坡是第二梯队,具备工程的总承包能力,正在向深水高技术装备领域发展;我国已经具备了一定的基础条件,但产品还属于中低端,高技术是我国的薄弱环节。

就我国海工装备产业来看,目前产业布局已初步形成,但产品设计开发能力与国外差距较大,配套市场还被外国企业掌控。此外,目前我国的工程总包能力不足,且在高端海工装备设计建造领域基本还是空白。

从我国海工装备业的总体布局来看,目前建造力量集中在沿海几大区域,如环渤海有海洋工程装备制造基地,长三角有一批船舶制造企业,珠三角有海洋工程装备制造基地,此外海南有海工装备制造基地,武汉有海工装备配套基地。

从海洋工程装备制造技术的发展现状来看,目前欧美垄断了基本设计和关键技术,韩国、新加坡已形成先进制造技术,我国在中低端产品建造方面已具备一定技术积累,且海工船建造技术较成熟。具体来说,属于第一方阵的欧美已基本垄断了设计制造技术,如挪威、瑞典、荷兰、美国主要是在深水超深水技术及钻井平台、半潜平台等方面处于领先地位。从配套来看,也主要是美国、瑞士、德国在钻采、动力、电子等设备上处于垄断地位。

位于第二方阵的韩国、新加坡已形成了先进的制造技术,如韩国在钻井船、浮式生产储油装置(FPSO)、液化天然气(LNG)市场上占据了较大的份额;新加坡则在自升式、半潜式平台和FPSO改装方面都具有较强的实力。

我国海洋工程装备发展总体格局

全球海工装备制造业,从钻井装备来看,自升式钻井平台已经向深水化方向发展;半潜式钻井平台目前的主流作业水深为3000米,钻深为l2000米,工作环境由常规海况向恶劣海况及极区严寒环境发展。钻井船目前已发展到作业水深3600米、钻深l2000米、配备DP3级动力定位系统的第七代钻井船。FPSO则集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体,多采用单点系泊,在浅水和深水中均有良好适应性,目前正向深水发展。Spar平台采用干式采油,活动性能好,作业水深可达3000米。张力腿(TLP)平台采用干式采油,运动性能好,作业水深在1500米以内,目前已发展到三代,全球TLP平台共25座,基本在美国墨西哥海域服役。TLP平台的技术难点主要是张力腿张力筋腱的设计与建造,目前掌握其核心技术的企业只有3家。

就我国海洋工程装备技术的发展现状来看,目前我国在导管架、自升式、半潜式平台和FPSO、平台供应船等方面具备了一定的基础,主要是在自升式平台上形成了系列产品,如“海洋石油921”,其最大作业水深为60.96米,最大钻井深度为7000米,最大可变载荷2268吨。此外,“JU2000E”的最大作业水深是l22米,最大钻井深度超过l0000米,最大可变载荷6486吨。半潜式钻井平台“海洋石油981”的最大作业水深为3000米,最大钻井深度为10000米,动力定位系统为DP3级,该平台在1500米水深内可使用锚泊定位,最大可变载荷9000吨。此外我国的导管架技术发展较好,导管架平台最大重量达到32000吨,高度达210米,为亚洲第一。在FPSO领域,我国具有浅水FPSO船体和上部工艺处理模块的设计、建造能力,其最大载重量达30万吨。在海洋工程船方面,我国建造了铺管船“海洋石油201”,起重船“蓝鲸”号。

能源利用装备的发展前景广阔,但目前其技术仍处于研究阶段。在这一领域,目前我国在利用潮汐能、波浪能方面已开展研发。而在深海资源探测开发装备方面,我国研制了最大下潜深度达7062米的“蛟龙”号,实现中国载人深潜技术的重大突破,最近研制的“潜龙”号则是无人无缆的潜器。

一般而言,海洋工程总承包商旗下有多家海洋工程设备制造厂,可以为海洋平台生产提供多种设备,包括海洋工程装备关键配套装置如平台上部模块、深水动力定位系统、自升式平台升降系统、海上油气钻探系统及装备等。而具体设备涉及的范围非常广泛,而且很多设备不仅仅用在海洋工程上,其他工业方面基本上可以通用,如绞车、泥浆泵、顶驱、转盘、大型锚机、海水淡化设备等。