前 言
过去四十年，海洋开采石油已成为石油产业的一个特征。从竖立在浅水区域的简单木制钻井架到位于水深300米的墨西哥湾的壳牌石油公司Cogmc油井，深海的石油开采逐渐地有了开发和进展。尽管在其他地方有更大深度的采油，尽管在阿拉伯湾还有油田的集中开发，而且尽管克服了开发阿拉斯加和西伯利亚油田的严峻气候条件，但是，要说北海油田的开发比过去一个世纪内开发的同样地带更迅速地推进了采油技术，虽然不属于讨论范围，却完全是事实。本文探讨的是这种迅速进展的几个理由。
一、开发北海的主要动机
毫无疑问，原油价格事实上提高了三倍成为开发北海的主要动机。由于通货膨胀，价格无情地上涨，每桶折合6美元、7美元乃至10美元，因此，即使进行巨大的投资，也会达到收支平衡。BP公司的北海Forties油田在四年内就偿清了它的开发贷款，开发成本达到最初预算的几倍乃至十倍，但是，在政治方面比较稳定并靠近北海的环境条件下，公司自不待言，即使政府方面也明确地决定开采这种重要资源。
北海在世界上是航线最多、航行的船只也最多的区域，但是，具有讽刺意义的是几乎没有石油产业界所需要的确实数据。无论从气候方面，从地势方面，或是从水文地理学方面来看，北海是比世界上任何海域都更难于预测的地方。对北海的投资可以与宇宙开发计划相比拟，而且，具有讽刺意义的是，大气和宇宙空间的环境比北海的环境更能够预测。平时还可以观测到以1%的比例引起的高波，北极冷锋与流经英国周围的大西洋墨西哥湾的暖流结合而发生风暴。虽然它的凶暴程度没有飓风那样强烈，但是它时而突然袭来，时而突然消失，使人们惶恐不安。当发现北海中最初的采油钻台可以操作的平静天数在一年中间仅有五十天时，就可知道，迄今在英国人的头脑里萦绕着关于气候的概念确是事实。
为了与严酷的恶劣气候作斗争，促进了所有技术的发展。与诸如英国的Sea & Storm Service Specialist公司的人造地球卫星相结合的气候预测作业，目前已扩展到北海以外。在敷设管线时，根据海洋学的研究和调查的结果，把各个油田连接起来，但是，如像世界闻名的Decca Serveys和Hunting Serveys公司的专门技术，在北海中非常有用。此外，该公司为了替泰国天然气公司敷设世界上最长的管线，最近在暹罗湾作过调查。过去的地震探测系统自不待言，把从人造卫星、空中调查、固定浮标和固定的海底声波系统等得到的数据加以综合，这在北海的开发中无论如何是必要的。这是因为情势更加复杂和具有变动性的缘故。在北海水深30米处可以看到建造在管桩上的天然气钻台。这种桩子通过钻台的支柱内被打入海底的土壤中。这样的海域，海底一般是平坦而稳定的，是相对的不大变化的。在北方海域，高度为18米或18米以上的砂波急速地移动，冲刷的海流冲击着海底，在几个月内就会使袒裸的海底暴露出来。此外，在300米水深处，对有几百米海底沟的大断层构造来说，今后必须首先开发过去储藏的石油。
在这样的状况和条件下，为了获得良好成绩，就必须进一步改进实地勘探、打桩、钻井、采油、储藏和输送系统等，并重新设计。广泛使用变换器是不断取得进展的许多技术的关键。作为检查系统中使用的仪器，应变仪显示出构造部件的机能，为了进行石油勘探和采油作业，有恒位系统，在流体移送的控制地点有截流和流量调节系统。
二、活跃的新式机器
声波测深系统把高频信号发往海底，然后信号又回到收发波器。用40千赫的频率可绘出海底等高线图。用200千赫的频率可探知气体的泄漏。在海底面50米上工作的旁路扫描声呐装置能够观察幅度为1，000米的地带，探测磁场强度的海洋电磁计能够探知船的残余物和锚、管线以及像细电线那样的铁和钢等对照物。
为了有效地分离北海中常见的海中强反射音，必须把机器深深地拖航。由此可以减少声源和声呐接收机的异状动作。现已知这种深海拖航技术还能减少轮船所产生的噪音。为了很好地了解地质的环境状况，为了得到音的高度分离数据，可以补充地利用从深海地震调查中得到的数据。适当的地震体系规模的选择取决于所要求的音的透入深度、所要求的分解度以及地层构造的音的不传导性等。
UDI公司的地震探测船和Gardline and Hunting Serveys拥有探测宽频波谱的广谱音源。而且，它还拥有深海拖航的旁路扫描、拖航的海沟侧面图、补正船只上下移动的脉冲信号、水中雷达、浅海地震探测系统和声波探测航海系统。马可尼空间和防卫体系公司的造船和海洋部门研制了特别适合于北海海底调查条件的小型声纳。现已知小型声呐广泛地应用于管线的敷设和检查、采油装置的检查、潜水船的导航、海底形状的调查和物质的探索等。如采用小型声呐，则65公里内管线的详细检查可在60小时内完成。构成声纳的6个装置，即收发波器、监测器荧光屏和4个电子机器装载在船上时，也可以集中于一个地方或者分散开来。在深150米以上的地方进行管线的敷设和检查作业时，可以把这种装置安装在潜水船中，不将收发波器装置加压，作业就可以深达500米。小型声呐可以选择4个距离，最大为160米，分解度和精密度为±5米。此外，扫描范围为30°，分解度为0.8°。
三、解释人工地震的专家们
为了提供宽频率的声波，人工地震探测船上装有2 ~ 3种声源装置。但是，大家知道，为了用三维表现出地震的目标地点，用过去的地震表示法是有限度的。对解释日常的作业来说，一般由过去的地震表示法可以容易地推论出地质构造。但是，所见到的表示法是横断面的应变表现。应变比例地表现出背斜构造和向斜构造的程度，而且相应地表现出倾斜的反射变位的程度。当反射面的弯曲状态与投射的地震波前面的弯曲状态相同时，应变成为临界。这样，地震表示法中的应答带来变化，但无论如何不能认作是构造的详情。
为了确实地作出相位和振幅的应答，两维的进位（即相位和振幅移动）的控制仪Migpac已由英国S&A地球物理有限公司研究室研制出来。其中采用了补正失真用的滤波器。
大家知道，断层面状态的详细示意图之所以值得重视，原因在于：为了测量海底下的地层和构造，为了弄清楚海底下的地势图和露头的详细情况，特别是为了预测有背斜构造时的埋藏，量，利用这种进位技术是特别有利的。为了进行北海的作业，S&A公司组成了英国最大的解释人工地震的专家小组。而且，这个小组的活动遍及全世界。
四、对大陆架进行严密调查的必要性
根据北海的经验可以知道，关于南美和亚洲的新而深的大陆架，也有必要进行与北海相同的初期调查，但在初期调查以后，接着应对海底下的地质进行比过去更严密的调查。北海最大的钻井钻台是支持在打进海底下150米的桩上的。通常，钻台的主支柱是靠许多桩支撑住的，这些桩是靠导管连接在主构造体上。在打入这些桩时，必须打进50米至150米。因此，以这种深度在海底钻孔而取出土质标本，目前它简直成为了解土质构造、预测钻台的稳定性的标准条件。可以预测到，北海的新的重力型钻台的负荷，从开头的埃科非斯克油田的原油储藏装置的490吨开始，目前下一世代的重力犁钻台将超过800，000吨。这种宽度超过100米的构造物，不仅要经受住水平方向巨大波浪的压力，而且要不遭破坏地经受住一定程度的变形。
关于在恶劣的气候条件下建造这种构造物的问题，常用的是装配结构浮动式体系。这样一来，现场建筑作业就可减至最少。在建造这个系统时，必须具有相当精密度的航海系统和恒位系统。用计算机收集、记忆、处理和表示航海、航路学和海洋学方面的情报，就是Marconis Hydroplot系统的机能。除了初期调查和潜水船支援以外，在Beryl A Field油田中，这个系统被用作钻井架的标准数据监视系统，在拖航巨大的Thistle钻台时也使用了这个系统。虽然马可尼声波定位系统（Marconi Acoustic Positioning System）用于一般船舶的航海，但它对海底具有极高的精密度。在这个系统中，使用了设于海底的以一定间隔发出信号的自由发讯无线电指向标。采用船上的接收装置，可以探测到这个信号。计算机可以处理这些信号，甚至在最艰难的环境条#下，也能够确定平面上的位置。
五、下一代的钻井装置
最近北海的钻井装置和下一代的半潜水式采油装置，大概是依靠船位自动保持系统。而且，靠它把保持船位的计算机与推进系统相联结。其结果，即使在严峻的气候条件下，也可以使钻井装置或采油装置正确地保持定位。
作为目前北海的惯例，即使储藏设备成为可与主构造体费用相比拟的大型设备，但过去的套筒似乎还在使用。这个方式在水深100米至200米之间使用。从处于距离储藏设备中心地的几个卫星油井和海底设施，可以通过导管输送原油。在地质构造或石油储藏设备难以处理而且不能设置一个以上的老式钻台的地方，作为代替的方案，目前研制中的有海底设施群体系，其中设置了通至中央处理和油泵钻台的输油管。这些体系是由Shell，Mobile和Conoco公司在Cormorant、北Beryl和Murchison油田中研制出来的。这种海底体系的优点，是能从配置了10个井头的体系中，以比将来的钻台更少的时间，每天多采原油五至七万桶。
Vickers Aker、CJB Earle和Wright公司，目前正在研制半潜水式钻井架和海底井头系统，它们最适合于小规模的内海油田或更小规模的深海油田中埋藏量约3亿桶的油田。
六、半潜水式驳船的性能迅速提高
过去两年中，半潜水式驳船的性能大大提高。目前，在北海各个活动领域中工作的8000名或更多的操作者把这些驳船用作住房，此外，原来的石油钻井架装置或许将被过去的起重架驳船所取替。这些装置的作业效率很高，因此可以预测到北海半潜水式驳船的能力可与每年12座的钻台相比拟，并达到必要以上的数量。因此，半潜水式驳船的使用者正在探求新的海洋开发，例如墨西哥、巴西、印度、澳大利亚和亚洲周围的大陆架等。
由于北海的气候条件是严峻的，钻井公司正从一个钻台钻许多油井。在北海最北钻成的Thistle A有油井60 口，BP公司Forties油田从A和C钻台钻油井27口，深度也从2500米达到3500米。此外，正在从B和D钻台钻油井26口。油井是以垂直线55°的倾斜度钻的，因此，钻台下的开钻面积四方在5公里以上。
在这样钻井时，为了把钻台保持在原来的位置上，精密度是最重要的。为此，Ferranti公司采用了惯性导航装置。它本来是为军用而研制的，目前正在世界各国的海军中使用，但在海洋作业中也可发挥威力。盒式测量器内部装有由蓄电池驱动的惯性导航部件，并与钻井工具一起放进油井孔内，深度为1500米，精密度为±8厘米以内，被用于决定油井孔时中心线。这种装置在Brent、Auk和Piper油田中使用于测量油井。
七、惯性机器的研制
同样地，惯性导航原理还作为潜水船被用于制成水中导航装置。
高精度的水中惯性导航装置（HASINS），是内装有两个机组的可以移动的机器。在一个机组中有回转仪传感器，另一个机组中在控制盘上显示数据。海底导航无线电指向标和传送装置等也可在北海中移动或设置，借助于这种机器，潜水船可以正确地单独潜水航行。Ferranti公司把这个原理扩展到水面上的设备，研制了设在固定式钻台上的惯性机器，它连0.0025毫米的极小动作也可以探知。BP公司在北海Forties油田的钻台上使用了这种机器，在从平稳时到强风时的范围内进行测量，构造物的振动幅度从2.54毫米达到大风状态下的51毫米。
随着北海开发的进展，宇宙和一般飞机的操纵技术重新开始得到应用。New Mar Oil Ser-vice公司研制了北海直升飞机的给油和修理系统，无疑的，将来也许会扩展到开发中的油田和整个海洋。英国拥有的操纵飞机的专门知识和经验大概也将应用于北海。在构成Brent油田的4个钻台之间，拴住了一个半潜水式驳船，专门用作直升飞机基地和航空管制中心。1978年6月在Brent海域高达1,000米的上空中，飞机的活动达到一个月20，000次的惊人数字。这个数字可与世界上许多国际机场的飞行数字相比拟，也许还可见到超过的情形。此外，这个时期在Brent油田海域中活动的船舶达50艘。
八、新材料的出现
北海开发集中地进行而且具有复杂性，这对海洋产业的各级材料供给者来说，结果是把从来没有的大量制品送到市场。例如，作为GKN集团之一的英国BKL公司生产的无缝钢管，在气体生产设备中，在1,000个单位中被使用。几乎整个北海地区和在北海的管线登陆的Sullom Voe和St. Fergus的海岸终点站中使用了大量制品。在这个领域中，有20年经验的各种制品供给了美国、加拿大、法国、西班牙、尼日利亚、沙特阿拉伯、印尼和日本等国使用者，而且，在材料性质方面，印度、美国、瑞典和英国等原子能产业中使用的质量是被保证的，因此，当然能确保满足海洋产业者要求的质量保证。
九、“海明”用的波浪能机器
就收发波器那样小的部件的开发应用方面来说，英国在海洋方面名列前茅。作为Royal Worcester China集团之一的Strain Stall公司制作了非常精密的负荷测量用和系留负荷监视用的测微仪，这是值得惊异的。此外，在用于起重机和浮体的钩环和新开发油井的升降器的拉紧体系方面，世界上也广泛地使用该公司的制品。测微仪在Dunlin A那样的钻台的基板中也得到应用，而且，在北海上到处可以见到这些仪表被使用于拖船和起重机类，该公司特别自豪的是制作和供给了日本海洋调查船“海明号”的波浪能控制装置。
基于英国海洋产业的经验，进一步发展目前的技术并扩大它的应用范围，将对世界起着很大的作用。关于海中的技术有各种各样的议论，就下一世代的海洋钻井设备来说，已具有高度的革新要素，并正在进行研制。
十、有浮力的混凝土钻台
Arcolprod是Taylor Woodrow Construction公司海洋部研制的有浮力的节点结合的混凝土钻台（图1）。为了探测深海的原油资源，深感必须研制系统，这种设计由五个石油公司开始研制，而且得到EEC和英国资源部的支持。套筒式柱体在浅而受到保护的海域中建造并装备索具，然后以收拢的形状向深处拖航。首先把分成小室的混凝土基础放到海底并打进海底。然后，柱体下部柔软地与它结合起来。在柱体上部，设置了钻井装置、处理设备、居住区及其他一切装置。在分成小室的基础部分，包含与井头有关的各种装置和总管，下部柱体设计成可以储藏在油船装卸时生产的60,000桶原油。为了把基础打入海底，或许能采用油压千斤顶。由此可以抑制住作为浮体的柱体所引起的浮力。这个系统是根据15年中间千斤顶的经验而达成的，设计成比以前花相当少的作业时间就可以进行采油的海洋的安装工程。
作为设计上的技术革新，基础与柱体之间有非机械的接头。这是由高强度合成材料制成的柔软的“榫头”装置，而且由广泛的试验和长期的实用经验所证明。由于这种接头是简单的，因此克服了机械装置中的各种限制，设计成可以进行广泛范围的运动，并能对抗很大的浮力。在为了这些“榫头”装置而研制的系留法中，可以永远监视构造物的负荷，而且也可与适当的“榫头”装置互相替换。
构成接头的“榫头”装置，通过设于联结部周围的混凝土的防御物，保护来自外部的损伤和海中的生成物。现已知，根据详细的研究和模型试验，即使在百年一遇的严峻条件下，偏离垂直线的倾斜度也是10\在至少一个月一次的北海的一般暴风状态下，倾斜度是3°。在这种状况下，无论人或机械装置，都可以比大型半潜水式装置更顺利地工作，构造的特性是不会腐蚀和不会上下运动，因此，必然能促进钻井作业的发展。
[Ocean Age（日文）1979年1期。]