尽管当前的经济衰退导致了全球范围内能源需求的下降，但是大家都认为这只是暂时的情况，长远来说，能源需求还会持续增长。为了应对这种情况，如何高效地利用各种能源，也是一个紧迫的问题。
随着容易开发的石油的数量的减少，人们不得不开始着手开发一些非传统的资源，比如油砂，重油和油页岩，或者进军到恶劣的环境，寻找新的资源，比如超深海洋和北极等。本文将就石油天然气的超深水和北极地区的开发和生产所面临的技术挑战进行确认和讨论，并希望能提供技术解决方案，从而使这些地区的石油开发和生产具有持续的商业价值。
普遍认为北极地区含有大量的油气资源，但是，相对于其他油气产区，该地区的开发还处于初级阶段。迄今为止，北极地区的开发与生产主要集中在中等冰层的浅水区域，大多采用人工岛或重力沉降结构（GBS）或可解脱的浮式系统。 未来面临的主要挑战包括：
恶劣环境下的石油开发已经存在，比如英国苏格兰北部，挪威等地。 在这些地方，浮式生产设施的应用是成功的，但并不是没有一些技术难题，比如锚链的破损，立管的破坏，船体的破裂等。
竖立式深水设施
超深水一般定义为水深超过1500米的海域。比如墨西哥湾，巴西和非洲西部等地。在这些区域中，有些区块是重油，比如巴西的BS4。 而有些，比如墨西哥湾的Perdido，水深达到2500米，是低压油藏，需要人工举井。
如果一个油藏比较集中，可以只利用一个钻井中心，就可以达到各个富油区，生产系统一般采用竖立式（DVA）生产设施，这样能降低费用，钻井和完井都可以在DVA上完成，不需要租赁资源紧缺的深海钻船。深水浮筒平台（Spar）和深水半潜式平台可以应用在这些地方（比如非洲西部和南中国海）。
将Spar平台应用到更深海域的一个关键的制约是怎样才能容纳更多的立管。因为随着立管重量的增加，需要更大浮力的浮筒，最终影响筒体的尺寸。
壳牌的Perdido Spar项目大量采用技术革新，比较有效的解决了立管问题和油藏低压问题。 从几个井口流出的流体分流到位于Spar底部的沉箱式分离器，并在那里进行油气分离。然后液体利用电潜泵输送到立管，以提供一定的水头。
同时Perdido Spar上还有一个钻井立管，用来钻井和完井作业。利用Spar来钻井和修井将大大降低开发费用。
上面的技术革新提供了一个有效的完整的解决方案，来面对水深和低压的双重困难。并且大大降低钻井费用。相信随着这种技术的成熟，它将被应用到其他许多地方。
深水半潜式平台
如果将吃水深度提高到10－15米，传统的半潜式平台的运动特性能够得到提高，并且能保持半潜式平台在近海区域的优势。因为这种增强的运动性能，铁制悬链式立管可以应用在墨西哥湾和其他地区，而且这种性能也能使它应用在相对温和的环境中，必要南中国海和非洲西海岸。然而，上部预紧的立管必须能够承受大的冲击。
大冲击的张紧轮装置的概念已经提出来了，但是在应用之前需要额外的测试和认证。另外，立管张紧轮的硬度将会影响平台的移动，应该建立一个关于船体，锚系和立管的整体解决方案。
水下生产系统
对于海上石油来说，采用水下生产系统成为一个明显的趋势。不需要浮式生产设施，从海底到海岸的解决方案，已经在挪威一些地方得到了应用。他们都是气田，比较容易进行远距离输送。对于气田开发，下一步将是实现水底压缩，以满足气田的后期生产。一个试验型的海底压缩模块正在建造，如果顺利，将会实施安装应用，这样就避免了使用浮式压缩模块。
利用海底压缩模块的挑战是必须解决压缩机的维护修理问题，配件更换问题，系统的可靠性，电力供应和转换等等。
对于油田开发，可以利用水下分离技术，象上面提到的Perdido项目， 利用电潜泵来输送液体。这些技术将会更成熟从而使液体能够传输更远的距离以实现从海底到海岸的开发模式。
北极挑战和技术发展方向
对于北极地区的石油天然气开采，挑战主要来自两个方面。首先，必须克服北极地区独有的自然环境。其次，在应对自然环境的挑战过程中，如何满足法律法规的要求，满足社会对环境保护的期望和实现赢利。
对于第一个挑战，已经取得了巨大的进步，制定了ISO19906国际标准草案，来强调在北极和寒冷地区进行石油天然气开采时应该遵循的标准和规范，包括设计，建造，运输，安装和拆除海上设施等各个方面。对于北极地区开发，尤其还需要关注以下方面：
- 冰层和冰山的数据记录：需要长期和可靠的数据来预测极限情况和意外情况作为设计基础。现在的数据应该进一步优化和延伸以避免过于保守而不敢进入新的区块。而且，最近北极冰层冬夏季节性的变化也表明这种预测的可靠性。气候变暖也将加速冰山的裂变，从而增加浮冰存在的区域。
- 冰层运动对结构的影响：ISO 19906标准预测结构的影响上比较保守，需要更好的来预测对结构的影响，特别是轻型结构容易受到冰层的影响。 最后，还要克服冰山的影响。
- 深海和严重结冰情况：设计如何来同时应对深海和严重结冰海况是一个关键的技术挑战。 采用水下设施是可能的，如果油藏信息正确，并有足够长的无冻时间来进行钻井，检查，维护和修理。但挑战依然存在，比如如何保证流体流动， 如何防护冰层和冰山的压力，如何提高利用率，因为在冰封季节，无法对水下设施进行干预。
减少人类的影响
从法律法规的要求和社会期望来看，减少人类活动对环境的影响是一个重要内容。从广义来看，人类影响包括物理侵占，废气排放，废液排放，固体垃圾和噪音。尽管上面大多不是北极开发技术范围之内，但是，要想成功在北极进行开发，必须综合考虑这些因素。
减少人类影响也是一个进行技术革新，开发采用新技术的驱动力。Shell正在进行一项技术努力来减少噪音污染。
结束语
未来的时代，对能源的需求会持续增长，而容易获得的石油资源将会越来越少。深海水域和北极地区将会为未来的石油供应提供大量的机会。在这些地区进行石油天然气开采将面临许多技术挑战。本文列出了这些技术难题并介绍了一些解决方法。
对于深海开发，具体的技术解决方案包括：水下分离和电潜泵，浮筒式平台设施， 海底到海岸开发模式，以及应用于气田的水下压缩模块。
对于北极地区开发，具体的技术解决方案包括：克服恶劣自然环境的持续改进方案， 冰层对水下结构的影响，开发沉箱式结构。 而且这些方案还必须考虑减少人类活动对环境的影响。
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