盡管當前的經濟衰退導致了全球范圍內能源需求的下降，但是大家都認為這只是暫時的情況，長遠來說，能源需求還會持續增長。為了應對這種情況，如何高效地利用各種能源，也是一個緊迫的問題。
隨著容易開發的石油的數量的減少，人們不得不開始著手開發一些非傳統的資源，比如油砂，重油和油頁巖，或者進軍到惡劣的環境，尋找新的資源，比如超深海洋和北極等。本文將就石油天然氣的超深水和北極地區的開發和生產所面臨的技術挑戰進行確認和討論，并希望能提供技術解決方案，從而使這些地區的石油開發和生產具有持續的商業價值。
普遍認為北極地區含有大量的油氣資源，但是，相對于其他油氣產區，該地區的開發還處于初級階段。迄今為止，北極地區的開發與生產主要集中在中等冰層的淺水區域，大多采用人工島或重力沉降結構（GBS）或可解脫的浮式系統。 未來面臨的主要挑戰包括：
惡劣環境下的石油開發已經存在，比如英國蘇格蘭北部，挪威等地。 在這些地方，浮式生產設施的應用是成功的，但并不是沒有一些技術難題，比如錨鏈的破損，立管的破壞，船體的破裂等。
豎立式深水設施
超深水一般定義為水深超過1500米的海域。比如墨西哥灣，巴西和非洲西部等地。在這些區域中，有些區塊是重油，比如巴西的BS4。 而有些，比如墨西哥灣的Perdido，水深達到2500米，是低壓油藏，需要人工舉井。
如果一個油藏比較集中，可以只利用一個鉆井中心，就可以達到各個富油區，生產系統一般采用豎立式（DVA）生產設施，這樣能降低費用，鉆井和完井都可以在DVA上完成，不需要租賃資源緊缺的深海鉆船。深水浮筒平臺（Spar）和深水半潛式平臺可以應用在這些地方（比如非洲西部和南中國海）。
將Spar平臺應用到更深海域的一個關鍵的制約是怎樣才能容納更多的立管。因為隨著立管重量的增加，需要更大浮力的浮筒，最終影響筒體的尺寸。
殼牌的Perdido Spar項目大量采用技術革新，比較有效的解決了立管問題和油藏低壓問題。 從幾個井口流出的流體分流到位于Spar底部的沉箱式分離器，并在那里進行油氣分離。然后液體利用電潛泵輸送到立管，以提供一定的水頭。
同時Perdido Spar上還有一個鉆井立管，用來鉆井和完井作業。利用Spar來鉆井和修井將大大降低開發費用。
上面的技術革新提供了一個有效的完整的解決方案，來面對水深和低壓的雙重困難。并且大大降低鉆井費用。相信隨著這種技術的成熟，它將被應用到其他許多地方。
深水半潛式平臺
如果將吃水深度提高到10－15米，傳統的半潛式平臺的運動特性能夠得到提高，并且能保持半潛式平臺在近海區域的優勢。因為這種增強的運動性能，鐵制懸鏈式立管可以應用在墨西哥灣和其他地區，而且這種性能也能使它應用在相對溫和的環境中，必要南中國海和非洲西海岸。然而，上部預緊的立管必須能夠承受大的沖擊。
大沖擊的張緊輪裝置的概念已經提出來了，但是在應用之前需要額外的測試和認證。另外，立管張緊輪的硬度將會影響平臺的移動，應該建立一個關于船體，錨系和立管的整體解決方案。
水下生產系統
對于海上石油來說，采用水下生產系統成為一個明顯的趨勢。不需要浮式生產設施，從海底到海岸的解決方案，已經在挪威一些地方得到了應用。他們都是氣田，比較容易進行遠距離輸送。對于氣田開發，下一步將是實現水底壓縮，以滿足氣田的后期生產。一個試驗型的海底壓縮模塊正在建造，如果順利，將會實施安裝應用，這樣就避免了使用浮式壓縮模塊。
利用海底壓縮模塊的挑戰是必須解決壓縮機的維護修理問題，配件更換問題，系統的可靠性，電力供應和轉換等等。
對于油田開發，可以利用水下分離技術，象上面提到的Perdido項目， 利用電潛泵來輸送液體。這些技術將會更成熟從而使液體能夠傳輸更遠的距離以實現從海底到海岸的開發模式。
北極挑戰和技術發展方向
對于北極地區的石油天然氣開采，挑戰主要來自兩個方面。首先，必須克服北極地區獨有的自然環境。其次，在應對自然環境的挑戰過程中，如何滿足法律法規的要求，滿足社會對環境保護的期望和實現贏利。
對于第一個挑戰，已經取得了巨大的進步，制定了ISO19906國際標準草案，來強調在北極和寒冷地區進行石油天然氣開采時應該遵循的標準和規范，包括設計，建造，運輸，安裝和拆除海上設施等各個方面。對于北極地區開發，尤其還需要關注以下方面：
- 冰層和冰山的數據記錄：需要長期和可靠的數據來預測極限情況和意外情況作為設計基礎。現在的數據應該進一步優化和延伸以避免過于保守而不敢進入新的區塊。而且，最近北極冰層冬夏季節性的變化也表明這種預測的可靠性。氣候變暖也將加速冰山的裂變，從而增加浮冰存在的區域。
- 冰層運動對結構的影響：ISO 19906標準預測結構的影響上比較保守，需要更好的來預測對結構的影響，特別是輕型結構容易受到冰層的影響。 最后，還要克服冰山的影響。
- 深海和嚴重結冰情況：設計如何來同時應對深海和嚴重結冰海況是一個關鍵的技術挑戰。 采用水下設施是可能的，如果油藏信息正確，并有足夠長的無凍時間來進行鉆井，檢查，維護和修理。但挑戰依然存在，比如如何保證流體流動， 如何防護冰層和冰山的壓力，如何提高利用率，因為在冰封季節，無法對水下設施進行干預。
減少人類的影響
從法律法規的要求和社會期望來看，減少人類活動對環境的影響是一個重要內容。從廣義來看，人類影響包括物理侵占，廢氣排放，廢液排放，固體垃圾和噪音。盡管上面大多不是北極開發技術范圍之內，但是，要想成功在北極進行開發，必須綜合考慮這些因素。
減少人類影響也是一個進行技術革新，開發采用新技術的驅動力。Shell正在進行一項技術努力來減少噪音污染。
結束語
未來的時代，對能源的需求會持續增長，而容易獲得的石油資源將會越來越少。深海水域和北極地區將會為未來的石油供應提供大量的機會。在這些地區進行石油天然氣開采將面臨許多技術挑戰。本文列出了這些技術難題并介紹了一些解決方法。
對于深海開發，具體的技術解決方案包括：水下分離和電潛泵，浮筒式平臺設施， 海底到海岸開發模式，以及應用于氣田的水下壓縮模塊。
對于北極地區開發，具體的技術解決方案包括：克服惡劣自然環境的持續改進方案， 冰層對水下結構的影響，開發沉箱式結構。 而且這些方案還必須考慮減少人類活動對環境的影響。
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