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1、第一章概述,贾光政,第一章 概述,东北石油大学机械科学与工程学院,2013年09月,海洋石油装备概论,第一章概述,1.1 海洋石油开发环境 1.2 海洋石油开发的特点 1.3 海洋石油平台简介1.4 水下石油装备简介 1.5 海洋石油装备发展简介,主要内容,第一章概述,地球表面积为 5.11亿平方公里，其中海洋面积约占地球表面积的70.9%，大约是3.62亿平方公里。,1.1 海洋石油开发环境,2002年在巴西召开的世界石油大会上，为了对海洋油气勘探开发以水深来进行划分，将水深在400m以内界定为常规水深，将水深4001500m界定为深水，将水深超过1500m界定为超深水。,全球海洋平均深度3
2、730m，水深在200m以内的近海大陆架水域面积占海洋总面积的7.5%，水深在30006000m的占海洋总面积的73.8%。,第一章概述,中国海岸线长约18000km，按联合国公约，属中国管辖的海域约有488万平方公里。南海面积约为200万平方公里，是世界上四大海洋油气聚集中心之一。南海石油储量估计约有230300亿吨；天然气储量约有338万亿立方米，70%在深水。,1.1 海洋石油开发环境,形势表明：深海油气资源勘探开发，必将成为中国未来的海洋石油、天然气的主战场。,海洋中蕴藏丰富的石油天然气资源，100多个国家和地区在海洋开展了石油钻采业务，已在海上发现1600多个油气田。,第一章概述,1
3、.1 海洋石油开发环境,1.海洋石油工程环境,海洋石油开发环境总体上比较恶劣，工程建设期间可能遇到的自然环境条件有：海风、海浪、海流、潮汐、海冰、地震、海啸等。还包括：雨雪、雾、霜、温度、地基土壤、海水腐蚀以及海生物附着等。,（1）自然环境条件,第一章概述,1.1 海洋石油开发环境,1.海洋石油工程环境,工作环境条件：是指海洋石油工程在建设期间以及建成投产运行期间，所经常出现的自然环境条件。工作环境条件的选定应以工程的正常施工作业和正常生产运行为标准。,（2）设计环境条件,极端环境条件：是指海洋石油工程在建成投产后使用年限内，极少出现的极端恶劣的自然环境条件。极端环境条件的选定应以保证工程的安
4、全为标准。,第一章概述,1.1 海洋石油开发环境,1.海洋石油工程环境,是指极端环境条件再次重新出现的时间的长短。对于海洋石油工程来说，一般以不小于50年为宜。对于海洋石油工程中的一些小型结构物，其重视期可以取为结构物的设计使用期限的23倍，但不宜小于30年。,（3）重视期,第一章概述,1.1 海洋石油开发环境,2.海洋环境载荷,海洋环境载荷是指海洋自然环境所施加给海洋石油工程的载荷。分为：环境载荷、使用载荷、施工载荷。,环境载荷：主要由海风、海浪、海流、海冰、地震等自然环境条件所引起的载荷。,使用载荷：是指海洋石油工程在服役期间所受到的除环境载荷以外的其他载荷。包括：固定载荷、活载荷、动力载
5、荷。,施工载荷：是指海洋石油工程施工作业期间所受到载荷。常常是特殊的临时性载荷。,第一章概述,海水 盐度高，导电率高对金属腐蚀比较强，特别是海水飞溅区，腐蚀最为严重。需要耐腐蚀强的材料和设备。,海风 是指气压在水平方向上分布不均匀而产生的空气从高压区向低压区的运动。主要用风向和风速表示风的特征。台风。我国南海台风较多，东海次之，黄海较少，渤海很少。海洋石油钻采装备与结构常以30年一遇或50年一遇的台风为设计标准。,1.1 海洋石油开发环境,海洋石油开发环境总体上比较恶劣，海水、风、海浪、海流、潮汐、海冰、海啸等,第一章概述,海浪 是大风掀起的，随着风的持续，海浪持续拍打海上平台等钻采设施，会产
6、生持续载荷，因此需要高强度的材料来抵御海浪。,海流 是海水大规模相对稳定的沿着一定方向、路线连续不断的流动。海面上的风所引起的影响深度仅仅几百米，是表层流，它的流动随深度而减弱。海水温度与盐度变化导致海水密度分布变化，并决定海洋压力场的海水流动。海流不仅使平台桩柱或基础周围的海底发生冲刷和淤积，还会对桩柱本身产生一定的冲击力，会影响水下的结构和设施。,1.1 海洋石油开发环境,第一章概述,潮汐 是由于太阳和月球引力引发的海水周期性的涨落。包括两种运动：一种是垂直性涨落，另一种是水平方向的流动。由于潮汐的运动，平台会上下浮动，左右摆动，对于钻井定位和钻进深度有较大影响。,海冰 是在高纬度地区特有
7、的水文现象。海冰是由于海水温度过低而形成的。海冰破坏力极大，海冰可以推移油轮，挤压船体，搁浅船只，推倒平台。,1.1 海洋石油开发环境,第一章概述,海啸 是由海底地震、海底火山喷发、海底崩塌、海岸的岸坡塌方及滑坡引起的。海啸从中心开始，波高很小，一般几十厘米，波长却极大，移动速度可高达800 km/h。对近海钻井采油装备影响是致命的。,1.1 海洋石油开发环境,第一章概述,1.2 海洋石油开发特点,海上油田开发工程涉及了海上物探工程技术、海上油藏工程技术、海上钻井工程技术、海上采油工程技术、海上油气集输工程技术、海上建筑工程技术、海上施工技术、海上定位导航技术、海上搜救技术，海场保护技术、海上
8、通信遥控技术、海上安全保障技术、海上运输、海洋气象、海上工程地质以及现代工程技术管理等诸多技术领域。,海洋石油工程开发是一个知识、资金、技术密集而又具有风险的系统工程。,（1）技术复杂、难度大,第一章概述,1.2 海洋石油开发特点,开发海上油田，要在恶劣的海洋环境中建造平台、铺设海底管道，确保海上油气生产作业的安全，这不仅技术复杂，而且所需的设备质量高，使得海上油田投资巨大。,据统计，海上油田投资额将随海区环境以及水深的不同而比陆地上高出 310 倍。,（2）投资巨大,第一章概述,1.2 海洋石油开发特点,由于恶劣的海洋环境会给海洋石油开发带来灾害，所以开发海洋石油具有一定的风险。尤其是海洋环
9、境具有很强的区域特性，人们难以沿用其他海区的开发经验，同时在开发过程中会出现一些难以预料的问题，因此风险大。,（3）风险大,第一章概述,1.2 海洋石油开发特点,海上油田从勘探到开发一般需3到5年，从开发到投产需3到4年，总建设期长达 610 年（陆上油田建设周期一般在2年以内）。,在油田投入开发后，考虑到在恶劣的海洋环境中作业，存在海上平台的腐蚀及结构的疲劳问题，以及昂贵的海上操作费用，一般采用加快开采速率的办法，尽可能缩短在风险环境中的作业时间。因此，海上油田开发寿命比较短，中、小油田一般都在 810 年左右。,（4）开发建设周期长，油田寿命短,第一章概述,1.2 海洋石油开发特点,由于海
10、上石油平台的空间有限，在发生事故后逃生的途径相对较少，救援工作也非常困难，只能依靠守护船舶和直升机，离较远的平台直升机从陆地起飞到平台需要几个小时，还要受到天气和海况的限制。,1979年11月25日凌晨3时30分左右，石油部海洋石油勘探局的渤海二号钻井船，在渤海湾迁往新井位的拖航中翻沉。因为风浪大、天气寒冷，当时船上74人，72人死亡，直接经济损失3700万元。,（5）救援工作难度大,第一章概述,海上石油装备主要包括：海上钻井设备系统，海上油气开采设备系统，海上油气集输设备系统，海上修井设备系统等。,1.3 海洋石油装备简介,海上钻井设备系统主要是钻井平台，钻井平台分为移动式钻井平台和固定式钻
11、井平台。,海上油气开采设备系统包括固定平台开采系统，浮式开采系统和水下开采系统。,海上油气集输系统主要包括生产管汇，测试管汇，油气汇集系统，油气处理系统，注水系统，储运系统等。,海上修井设备主要包括固定平台修井装置，自带支持系统修井装置，修井辅助装置、泵送工具等。,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,海洋平台是在海洋上进行石油钻探与生产作业所需的平台，主要分钻井平台和生产平台两大类。在钻井平台上设钻井设备，在生产平台上设采油设备。平台与海底井口有立管相通。,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,导管架海洋平台(Jacket),钢桩穿过导管打入海底，并由若干根导管组合成导管架。,适用于浅近海。
12、,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,坐底式海洋平台,平台分本体与下体（即浮箱），由若干立柱连接平台本体与下体，平台上设置钻井设备、工作场所、储藏与生活舱室等。,坐底式钻井平台是早期在浅水区域作业的一种移动式钻井平台。,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,自升式海洋平台(Jack-up),由一个上层平台和数个能够升降的可接地的桩腿所组成的海上平台。,平台既要满足拖航移位时的浮性、稳性方面的要求，又要满足作业时着底稳性和强度的要求，以及升降平台和升降桩腿的要求。,适用于不同海底土壤条件和较大的水深范围。,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,半潜式海洋平台（Semi）,大部分浮体沉没于水中的
13、一种小水线面的移动式平台，由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。,平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳性，所以又有立柱稳定式之称。,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,张力腿海洋平台（TLP）,张力腿式平台利用绷紧状态下的锚索链产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡。,张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力可依靠锚索向下的拉力来补偿，且此拉力应大于波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,Spar海洋平台,主体是单圆柱结构，垂直悬浮于
14、水中，特别适宜于深水作业，在深水环境中运动稳定、安全性良好。,第一章概述,1.3 海洋石油平台简介,左到右依次是导管架平台，自升式平台，半潜式平台，钻井船，张力腿平台。,第一章概述,钻井隔水管系统从钻井平台一直延伸到水下防喷器，形成了钻井液的循环通道。其主要作用是隔离海水，支撑各种控制管线（主要包括节流和压井管线、钻井液补充管线、液压传输管线等），吊装水下防喷器，为钻杆、钻具顺利下入井口提供导向。,1.4 水下石油装备简介,国外主要生产商有 Vet-Co、Cameron、AkerKvaerner等公司。,（1）钻井隔水管系统,第一章概述,水下防喷器是海洋石油钻井过程中的重要设备，它能够有效防止
15、井喷事故发生，是石油勘探钻井过程中的安全保障。水下防喷器组一般由46部单双闸板防喷器和1部环形防喷器组成，上部连接隔水管装置，下部连接海底井口装置。与陆地防喷器相比，水下防喷器具有通径大、耐高压、防腐蚀、耐冲击、自动化控制程度高、安全性好、可靠性高等特点。,1.4 水下石油装备简介,国外主要生产商有Cameron、Shaffer、Hydril等公司。,（2）水下防喷器,第一章概述,水下采油树的使用始于1967年。至今已有l 200多套水下采油树应用在250多个采油项目中。它需要满足海水压力、腐蚀、风浪、暗流等复杂环境的使用要求，工作压力较高，采用电、液控制。,1.4 水下石油装备简介,国外主要
16、生产商有FMC、Vetco、AkerKvaemer、Cameron、Dill-Quip等公司。,（3）水下采油树,第一章概述,水下集输系统是指在钻完井后，用于油气集输的生产管线、出油管、井口之间的连接设备。其主要功能是：提供生产管线、出油管线和钻井的交互界面；注入气体和化学物质，控制流体；分配电力和液力控制系统；支撑管汇、出油管线以及缆线；保护管线和阀门正常工作；在水下机器人操作过程中提供支撑平台。,1.4 水下石油装备简介,（4）水下集输系统,国外主要生产商有FMC、Vetco、AkerKvaemer、Cameron、Dill-Quip等公司。,第一章概述,1897年，世界首次进入海洋钻井，
17、美国加利福尼亚州Summerland离岸约76m，木架码头。,1.5 国内外发展概述,1911年，世界第一座固定平台钻井装置竖立在美国路易桑纳州Caddo湖上。,1925年，苏联在里海建造人工岛进行石油钻井。,1932年，世界首次浮船钻井（钻井驳船Mcbride号），在美国路易桑纳州Garden湾。,1933年，世界首座坐底式平台（Giliasso号），在美国路易桑纳州Pelto湖。,第一章概述,海洋石油981深水半潜式钻井平台于2008年4月28日开工建造，是中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台，由中国海洋石油总公司全额投资建造，整合了全球一流的设计理念和一流的装备，是世界上首次
18、按照南海恶劣海况设计的，能抵御200年一遇的台风；选用DP3动力定位系统，1500米水深内锚泊定位，入级CCS（中国船级社）和ABS（美国船级社）双船籍。整个项目按照中国海洋石油总公司的需求和设计理念引领完成，中国海油拥有该船型自主知识产权。该平台的建成，标志着中国在海洋工程装备领域已经具备了自主研发能力和国际竞争能力。,1.5 国内外发展概述,第一章概述,“海洋石油981”，是中国海油深海油气开发“五型六船”之一，是根据中国海洋石油总公司（简称“中海油”）的需求和设计理念，由中国船舶工业集团公司第七八研究所设计、上海外高桥造船有限公司承建的，耗资60亿元，中海油拥有自主知识产权，由中海油服租
19、赁并运营管理。2012年5月9日，“海洋石油981”在南海海域正式开钻，是中国石油公司首次独立进行深水油气的勘探，标志着中国海洋石油工业的深水战略迈出了实质性的步伐。,1.5 国内外发展概述,第一章概述,1.5 国内外发展概述,第一章概述,1.5 国内外发展概述,第一章概述,1.5 国内外发展概述,第一章概述,“海洋石油981”的6个世界首次：1、首次采用南海200年一遇的环境参数作为设计条件，大大提高了平台抵御环境灾害的能力；2、首次采用3000米水深范围DP3动力定位、1500米水深范围锚泊定位的组合定位系统；3、首次突破半潜式平台可变载荷9000吨，为世界半潜式平台之最，大大提高了远海作
20、业能力；4、中国国内首次成功研发世界顶级超高强度R5级锚链，引领国际规范的制定5、首次在船体的关键部位系统地安装了传感器监测系统，为研究半潜式平台的运动性能、关键结构应力分布、锚泊张力范围等建立了系统的海上科研平台，为中国在半潜式平台应用于深海的开发提供了更宝贵和更科学的设计依据；6、首次采用了最先进的本质安全型水下防喷器系统，在紧急情况下可自动关闭井口，能有效防止类似墨西哥湾事故的发生。,1.5 国内外发展概述,第一章概述,参考资料,1 方华灿 编著.海洋石油工程（上、下册），石油工业出版社，20102 姜伟 著.海洋石油钻井工程力学研究与实践，石油工业出版社，20083 廖谟圣 编著.海洋石油钻采工程技术与装备，中国石化出版社，20104 董艳秋 著.深海采油平台波浪载荷及响应，天津大学出版社，2005,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
