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1、海洋平台的设计、建造和安装,江苏科技大学 王威2011.11,2,主要内容,一、海洋油气工程发展回顾二、海洋油气开发工程模式三、海洋平台设计、建造和安装技术四、国内海洋油气工业展望五、中国海洋工程面临的技术挑战,3,一、海洋油气工程发展回顾,国外海洋油气工程的发展简介国内海洋油气工程的发展回顾,4,1.国外海洋油气工程的发展简介,世界油气工业统计,5,1.国外海洋油气工程的发展简介,地质调查 钻井勘探工程开发钻采和生产产品运输,近海石油作业,6,1.国外海洋油气工程的发展简介,1903年：第一个近海油田建成，码头式，距岸150M，油田位于美国CALIFORNIA 海岸。1910-1942年：木
2、质平台，水深小于5M，位于美国海岸。,海洋石油初期阶段,1947年：第一座开阔水域钢质平台建成，距岸8KM，位于美国LOUISIANA，水深6米，平台尺度 53MX23M，钢桩338根，建造周期60天，抗载能力：风：67M/S，最大波高：5.5M。,7,1.国外海洋油气工程的发展简介,1947年：第一座开阔水域钢质平台诞生。1947年：第一座双层甲板平台建成，距岸29KM ，水深6M ，平台尺度 53MX23M，桩径10寸。1955年：第一座30M水深的平台建成，平台尺度67MX32M，首次采用裙桩。1957年：导管架下水驳船首次应用，为大型导管架安装创造了条件；,钢质平台的诞生及发展,8,1
3、.国外海洋油气工程的发展简介,1959年：平台发展至63M水深。1965年：平台发展至87M水深。1967年：平台发展至104M水深。1975年：平台发展至144M水深。1976年：平台发展至260M水深。1978年：平台发展至312M水深。,钢质平台的诞生及发展,9,1.国外海洋油气工程的发展简介,早期的海上施工作业,导管架运输过程,导管架海上安装,10,1.国外海洋油气工程的发展简介,早期的海上施工作业,起桩作业,吊装作业,11,1.国外海洋油气工程的发展简介,70年代末具有代表性的三座200米以上水深的钢质导管架平台,“HONDO”导管架：位于CALIFORNIA海，水深260米，重量1
4、2200吨，28个井口，三层甲板（26mx52m)，8根48寸直径主桩，12根54寸直径群桩，1976年建成。特点：分两段陆上制造、分段驳运滑移下水、海面漂浮组装联结、压载扶正就位。,12,1.国外海洋油气工程的发展简介,“HONDO”导管架安装方案水深260米,导管架分段滑移下水-海上漂浮对接-扶正座底-打桩灌浆,13,1.国外海洋油气工程的发展简介,“COGNAC”导管架：位于GULF OF MEXICO，水深312米，24根48寸水下群桩，单根桩重450吨，62个井口，重量30386吨，1978年建成，该项工程被评为美国ASCE协会1980年度著名土木工程成果。特点：分三段陆上制造、驳运
5、滑移下水、浮吊吊装就位、分段海上吊装对接。,14,1.国外海洋油气工程的发展简介,“COGNAC”导管架安装方案水深312米,分三段滑移下水-浮吊吊装基座-基座打桩灌浆-吊装垂直对接,15,1.国外海洋油气工程的发展简介,“CERVEZA”导管架：位于GULF OF MEXICO，水深285米，重量26000吨， 40个井口， 8根60寸直径主桩， 16根72寸直径群桩， 1981年建成。特点：单段陆上制造、应用大型下水驳（42000吨、198mX52mX12m）滑移下水、压载扶正就位。,16,1.国外海洋油气工程的发展简介,导管架整段滑移下水-自由漂浮-压载扶正座底-打桩灌浆,“COGNAC
6、”导管架安装方案水深260米,17,1.国外海洋油气工程的发展简介,平台海上安装方式主要取决于浮吊能力,国外浮吊能力的发展,18,1.国外海洋油气工程的发展简介,国外浮吊能力的发展,19,1.国外海洋油气工程的发展简介,世界最大的组块吊装-13050吨,世界最大的导管架BULLWINKLE（SHELL），水深405米，重量49375吨,20,1.国外海洋油气工程的发展简介,21,1.国外海洋油气工程的发展简介,深水海洋工程面临更多的技术挑战,深水平台技术,水下技术,22,一、海洋油气工程发展回顾,国外海洋油气工程的发展简介国内海洋油气工程的发展回顾,23,2.国内海洋油气工程的发展回顾,国内海
7、上石油勘探和开发初期阶段（1957年-1980年）,重磁力测线：22万公里地震测线：26万公里探井：127口勘探面积：约70万平方公里石油地质储量：13151万吨天然气地质储量：4.58亿立方米,24,2.国内海洋油气工程的发展回顾,渤海湾总计建海上平台18座，海域水深从6.5米至25米，投产16座平台,国内海上石油勘探和开发初期阶段（1957年-1980年）,25,2.国内海洋油气工程的发展回顾,渤海油田开发初期阶段,钻井船拖航过程,渤海湾冬季严重冰情,26,2.国内海洋油气工程的发展回顾,早期的海洋平台浮运过程,27,2.国内海洋油气工程的发展回顾,自80年代中国海洋石油总公司成立以来，建
8、设投产海上油气田33个，油田建设从10米水深的浅海发展到330米的深海。,自营和对外合作并举阶段 （1981年以后）,28,2.国内海洋油气工程的发展回顾,自80年代中国海洋石油总公司成立以来，建设投产海上设施主要包括固定式平台、浮式平台、水下井口和海底管线,29,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油油气田分布,30,2.国内海洋油气工程的发展回顾,在1994年到1999年全国油气的增量部分中，海上石油和天然气分别占68.5%和47.2%。,31,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-渤海海域,渤海埕北油田水深：16米投产日期：1987年,32,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海
9、油海上油田-渤海海域,绥中36-1油田水深：31米投产日期：1993年（I期） 1998年（II期）,33,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-渤海海域,渤西油田水深：10米投产日期：1997年,陆上终端,34,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-渤海海域,JZ20-2气田水深：18米投产日期：1992年,气处理终端,生活动力和井口平台,35,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-渤海海域,JZ9-3油田水深：8米投产日期：1999年,JZ9-3油田西区,JZ9-3油田东区,36,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-渤海海域,BZ28-1油田水深：
10、22米投产日期：1989年,渤海友谊号FPSO,37,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-东海海域,平湖油气田水深：90米投产日期：1998年,38,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-东海海域,春晓气田水深：87米投产日期：在建，预计2004年投产,39,2.国内海洋油气工程的发展回顾,涠洲油田群水深：43米投产日期：1993年,中海油海上油田-南海西部海域,40,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-南海西部海域,文昌油田群水深：114米投产日期：2002年,南海奋进号FPSO,W13-1 井口平台,41,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-南
11、海西部海域,崖城13-1气田-中国海上最大气田水深：100米投产日期：1995年,42,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-南海西部海域,东方1-1气田水深：87米投产日期：2003年,43,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-南海东部海域,HZ26-1平台,HZ32-3平台,HZ21-1平台,惠州油田群水深： HZ21-1和HZ26-1 116米；HZ32-2/3 107米投产日期：1990年HZ21-1；1991年HZ26-1；1995年HZ32-2/3,44,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-南海东部海域,流花油田水深： 310米投产日期：1996年
12、,油田示意图,流花FPSO,流花平台,45,2.国内海洋油气工程的发展回顾,陆丰22-1油田水深： 330米投产日期：1997年,水下井口,FPSO,中海油海上油田-南海东部海域,46,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-南海东部海域,FPSO,FPSO,陆丰13-1油田水深： 146米投产日期：1993年,47,2.国内海洋油气工程的发展回顾,中海油海上油田-南海东部海域,西江油田水深： 100米投产日期：1994年,单点和FPSO,48,主要内容,一、海洋油气工程发展回顾二、海洋油气开发工程模式三、海洋平台设计、建造和安装技术四、国内海洋油气工业展望五、中国海洋工程面临的技术挑
13、战,49,二、海洋油气开发工程模式,海洋油气田开发工程模式海洋油气田主要工程设施,50,1.海洋油气田开发工程模式,全海式海洋油气田开发工程模式,半海半陆式海洋油气田开发工程模式,51,1.海洋油气田开发工程模式,模式一：中心平台+井口平台+储油平台+海底管线模式二：综合平台+井口平台+海底管线模式三：中心平台+井口平台+FPSO/SPM+海底管线模式四：FPSO/SPM+井口平台+海底管线模式五：FPSO/SPM+水下井口+海底管线,全海式海洋油气田开发工程模式,52,1.海洋油气田开发工程模式,全海式模式一：中心平台+井口平台+储油平台+海底管线,53,1.海洋油气田开发工程模式,全海式模
14、式二：综合平台+井口平台+海底管线,54,1.海洋油气田开发工程模式,全海式模式三：中心平台+井口平台+FPSO/SPM+海底管线,55,1.海洋油气田开发工程模式,全海式模式四： FPSO/SPM+井口平台+海底管线,56,1.海洋油气田开发工程模式,全海式模式五：FPSO/SPM+水下井口+海底管线,水下井口,57,1.海洋油气田开发工程模式,模式一：中心平台+井口平台+海底管线+陆上终端模式二：井口平台+FPSO/SPM+海底管线+陆上终端,半海半陆式海洋油气田开发工程模式,58,1.海洋油气田开发工程模式,半海半陆模式一：中心平台+井口平台+海底管线+陆上终端,59,1.海洋油气田开发
15、工程模式,半海半陆模式二：井口平台+FPSO/SPM+海底管线+陆上终端,60,二、海洋油气开发工程模式,海洋油气田开发工程模式海洋油气田主要工程设施,61,2.海洋油气田主要工程设施,海上平台浮式生产储油装置单点系泊系统海底管线水下生产系统陆上终端,62,2.海洋油气田开发的主要工程设施,海上平台类型,海上平台,浅水平台,深水平台,重力式,桩基式,组合式,塔式,导管架式,简易结构,半潜式,张力腿式,SPAR式,顺应式,系泊式,座底式,63,2.海洋油气田开发的主要工程设施,浅水平台导管架式,导管架,平台实景,三维模型,64,2.海洋油气田开发的主要工程设施,浅水平台组合式,65,2.海洋油气
16、田开发的主要工程设施,浅水平台简易式,SEA HORSE 系列,MOSS 系列,二腿三桩平台,三腿平台,66,2.海洋油气田开发的主要工程设施,深水平台系泊式,半潜式平台,桁架型SPAR,67,2.海洋油气田开发的主要工程设施,深水平台系泊式,常规TLP,小型TLP,68,2.海洋油气田开发的主要工程设施,深水平台座底式,顺应式平台,69,主要内容,一、海洋油气工程发展回顾二、海洋油气开发工程模式三、海洋平台设计、建造和安装四、国内海洋油气工业展望五、中国海洋工程面临的技术挑战,70,三、海洋平台设计、建造和安装,海洋平台设计海洋平台建造海洋平台安装,71,1.海洋平台设计,平台的组成设计基础
17、主要设计标准主要设计软件设计内容,72,1.海洋平台设计,平台的组成,火炬臂,生活楼直升机甲板,上部模块,栈桥,导管架和桩基,73,1.海洋平台设计,设计基础,总体布置,设备设施,工程地质,水文环境,作业要求,设计基础决定平台的选型和结构设计,74,1.海洋平台设计,总体布置,甲板尺度,井口数量,甲板标高,平台方位,设备位置,附属设施,钻修井布置,井口布置,安全通道,75,1.海洋平台设计,设备设施,重量重心,设备清单,设备尺度,76,1.海洋平台设计,水文环境,水深,海流,风速,海冰,地震,海生物,气温,水温,潮位,湿度,盐度,波浪,77,1.海洋平台设计,工程地质,工程钻孔,P-Y曲线,土
18、层性质,桩基承载力,Q-Z曲线,地基冲刷,土壤分层,土层液化,地层灾害因素,T-Z曲线,78,1.海洋平台设计,作业要求,钻井要求,维护要求,靠船要求,修井要求,潜力要求,登平台要求,79,1.海洋平台设计,设计标准,美国石油协会标准-API 美国钢结构协会标准-AISC美国焊接协会标准-AWS美国船级社标准-ABS挪威船级社标准-DNV中国船级社标准-CCS,中国石油天然气行业标准等同采用API RP 2A 作为海上固定平台设计、建造和安装的推荐标准，标准号为：SY/T 10030-2000,80,1.海洋平台设计,设计标准,1960年，墨西哥湾HILDA飓风89M/S，波高13M。1964
19、和1965年墨西哥湾又遭遇两次飓风袭击，据统计，1956年至1976年间，有19座平台完全损坏或丢失，其中10座平台是由1964和1965年的两次飓风直接造成的，因此，设计标准放弃了25年和50年重现期的设计，开始采用100年重现期进行设计。,引起设计标准变革墨西哥湾的飓风事故,81,1.海洋平台设计,设计软件,SACS-平台结构计算分析软件-美国EDI公司；MOSES-浮体稳性、运动响应分析软件-美国ULTRAMARINE公司；SESAM-大型海洋工程计算分析软件包-挪威船级社ABAQUS、ANSYS-通用有限元分析软件,82,1.海洋平台设计,设计内容,平台结构设计规划,平台结构整体计算-
20、在位分析,平台结构整体计算-施工分析,附属结构设计,局部强度计算分析,环境力和固定荷载分析,83,1.海洋平台设计,平台结构设计规划,主结构型式及主尺度结构构件布置及尺寸构件规格及材料选择桩基础型式及布置附属结构考虑,84,1.海洋平台设计,风力波流力浮力冰作用力地震惯性力,环境力和固定荷载分析,结构自重设备重量海生物重量储液重量活荷载,环境力,固定荷载,85,1.海洋平台设计,正常操作环境条件分析极端风暴环境条件分析海冰环境条件分析疲劳环境条件分析地震条件分析,平台结构整体计算-在位分析,86,1.海洋平台设计,装船分析运输分析吊装分析滑移下水分析漂浮扶正分析座底稳性分析,平台结构整体计算-
21、施工分析,87,1.海洋平台设计,防沉板吊点火矩臂靠船构件和登船平台立管泵护管电缆护管井口导向灌浆管线等等,附属结构设计,火矩臂,登船平台,88,1.海洋平台设计,复杂节点有限元分析船舶碰撞分析波浪拍击分析涡激振动分析吊点分析桩自由站立分析桩可打入性分析灌浆联结强度分析等等,局部强度计算分析,船舶碰撞分析,吊点有限元分析,89,三、海洋平台设计、建造和安装,海洋平台设计海洋平台建造海洋平台安装,90,2.海洋平台建造,加工设计建造场地及设备建造程序焊接与检验,91,2.海洋平台建造,加工设计,加工设计图纸及材料清单单件和分片预制方案组装方案焊接方法及焊接程序焊接检验方法及检验程序试验方法及试验
22、程序重控方法及重控程序施工方案的结构计算,92,2.海洋平台建造,建造场地及设备,码头水深6.56米（平均值）场地面积22万平方米,码头水深6.56米（平均值）场地面积22万平方米,码头水深6.56米，场地面积22万平方米,93,2.海洋平台建造,建造程序,材料加工,单件预制,完工,钢管卷制,结构涂装,分片预制,立片组装,结构总装,附件组装,94,2.海洋平台建造,建造程序,导管架建造,组块建造,95,2.海洋平台建造,焊接与检验,焊接,检验,手工焊半自动焊自动焊CO2保护焊氩气保护焊,超声波探伤X射线探伤磁粉探伤射线探伤,96,三、海洋平台设计、建造和安装,海洋平台设计海洋平台建造海洋平台安
23、装,97,3.海洋平台安装,海上安装大型装备导管架和组块装船导管架和组块运输导管架和组块下水导管架扶正座底导管架调平、打桩、灌浆上部设施安装,98,3.海洋平台安装,海上安装大型装备,99,3.海洋平台安装,海上起重船舶,海上安装船舶及设备,蓝疆号最大起重能力：3800吨,BH108最大起重能力：900吨,100,3.海洋平台安装,海上运输驳船,海上安装船舶及设备,BH308最大载重能力：15500吨,BH306/307最大载重能力：2000吨,101,3.海洋平台安装,海上运输/下水驳船,海上安装船舶及设备,海洋石油221最大载重能力：29300吨最大下水能力：8000吨,102,3.海洋平
24、台安装,海管铺设船舶,海上安装船舶及设备,蓝疆号铺管能力：4.5”-48”作业水深：150米,BH109铺管能力：4.5”-60”,103,3.海洋平台安装,其它海上施工设备,海上安装船舶及设备,灌浆机,打桩锤,ROV,挖沟机,104,3.海洋平台安装,导管架和组块装船,挂扣,启动,拖拉,上船,分吊装和滑移两种方式,105,3.海洋平台安装,导管架和组块装船,陆地吊装装船,106,3.海洋平台安装,导管架和组块运输,分浮运和驳运两种方式,浮运,驳运,107,3.海洋平台安装,导管架和组块下水,分吊装下水和滑移下水两种方式,滑移下水,吊装下水,108,3.海洋平台安装,导管架扶正座底,包括压载自
25、扶正、吊装压载扶正两种方式,109,3.海洋平台安装,导管架调平、打桩、灌浆,起桩,插桩,打桩,110,3.海洋平台安装,上部设施安装,生活楼安装,安装组块,111,主要内容,一、海洋油气工程发展回顾二、海洋油气开发工程模式三、海洋平台设计、建造和安装技术四、国内海洋油气工业展望五、中国海洋工程面临的技术挑战,112,四、国内海洋油气工业展望,十五期间，中国海洋石油将成为我国国民经济的一个新的增长点,2010年预计实现国内油气年产量五千至五千五百万方，将新（扩）建26个海上油气田,113,渤海原油年产达到2000万吨,南海原油年产稳在1000万吨,以南海西部为主的全海域天然气年产100亿方,累
26、计动用储量: 139935 *104t动用已探明储量: 66276 *104t动用可升级为探明储量: 73659 *104t,增加原油年产1000万吨,累计动用储量： 48437*104t动用已探明储量： 4313 5*104t动用可升级为探明储量：5302 *104t,累计动用储量: 3134*108m3动用已探明储量: 2859 *108m3动用可升级为探明储量: 275 *108m3,原油:累计动用储量: 188372 *104t动用已探明储量: 109411 *104t动用可升级为探明储量: 78961 *104t天然气:累计动用储量: 3134 *108m3动用已探明储量: 2859
27、 *108m3动用可升级为探明储量: 275 *108m3,114,四、国内海洋油气工业展望,预计需要新建海上设施：,115,主要内容,一、海洋油气工程发展回顾二、海洋油气开发工程模式三、海洋平台设计、建造和安装技术四、国内海洋油气工业展望五、中国海洋工程面临的技术挑战,116,五、中国海洋工程面临的技术挑战,深水油气田开发工程技术边际油气田开发工程技术海上平台安全保障特大型浅吃水FPSO船型优化海底管线监测、检测和维修,117,1.深水油气田开发工程技术,深水生产系统,水下生产系统,118,1.深水油气田开发工程技术,多系统深水平台耦合分析,119,1.深水油气田开发工程技术,深水平台系统的
28、水动力试验技术,120,五、中国海洋工程面临的技术挑战,深水油气田开发工程技术边际油气田开发工程技术海上平台安全保障特大型浅吃水FPSO船型优化海底管线监测、检测和维修,121,2.边际油气田开发工程技术,油气田简易工程设施,工艺流程简化结构设施简易海上安装简便可迁移和重复利用,投资费用低,122,五、中国海洋工程面临的技术挑战,深水油气田开发工程技术边际油气田开发工程技术海上平台安全保障特大型浅吃水FPSO船型优化海底管线监测、检测和维修,123,3.海上平台安全保障,海洋平台安全评定,结构构件确定性安全评定结构整体确定性安全评定结构构件可靠度评定结构整体可靠度评定结构损伤检测和评估海洋平台
29、维修决策,124,3.海上平台安全保障,海洋平台安全预警系统,125,五、中国海洋工程面临的技术挑战,深水油气田开发工程技术边际油气田开发工程技术海上平台安全保障特大型浅吃水FPSO船型优化海底管线监测、检测和维修,126,4.特大型浅吃水FPSO船型优化,特大型浅吃水FPSO开发,127,五、中国海洋工程面临的技术挑战,深水油气田开发工程技术边际油气田开发工程技术海上平台安全保障特大型浅吃水FPSO船型优化海底管线监测、检测和维修,128,5.海底管线监测、检测、维修,海底管线监测和检测,超声波检测,漏磁检测,129,5.海底管线监测、检测、维修,海底管线维修,海底管线湿式维修,海底管线干式维修,130,谢谢大家！,
