《石油工程与装备概论》课程论文

1、石油工程与装备概论课程论文【内容摘要】我国石油钻井技术的发展是较为迅速的，但是相对于发达国 家而言，我们的钻井技术无论在陆地上还是海洋上都冇些许不足。 随着人类对油气资源开发利用的深化，油气勘探开发从陆地转入 海洋。因此，钻井工程作业不再仅仅局限于陆地，必须向浩瀚的 海洋进行拓展。由于海上气候的多变、海洋的深度、海上风浪和 海底暗流等诸多不利环境，对海上钻井平台的稳定性和钻井技术 也提出了更高的要求。例如深水钻井、采油技术等等。因此，对 海洋石油装备的研究及开发就变得十分重要。所以，为了使我们 能对我国石油钻井技术做岀自己的贡献，我们进行了石油工程 与装备概论课程的学习，以便能更好的了解我国海

2、洋石油钻井 技术的现状，并鼓励我们贡献出自己的绵薄之力。【关键词】 石油钻井技术 钻井平台 钻机 深水采油【正文】一、石油钻井技术的发展简介我国石油钻井技术起源于20实际50年代。在初期阶段经济建设 对石油能源的局限性较大，依赖有限，因此石油钻井技术并没有 得到足够的重视，技术几乎没什么发展。一直到60年代，由于 社会经济建设的需要，石油钻井技术开始得到支持，当时主要是 依赖引进苏联的技术。到了 70年代初期，我国石油钻井技术迎 來了自主创新的新时期，尤其在70年代末大量引进国外的钻井 技术，这一阶段形成了喷射钻井技术。到了 80年代，钻井技术 在钻井速度上得到了提升。90年代以后，“五年计划

3、”屮注重石 油钻井技术的发展，进而形成了以短半径测井技术为重的技术研 发。到了 21世纪，我国钻井技术具有针对性，对不同的地质图 层进行研发钻井技术，突破收获较大。目前，现代石油技术发展 已经比较完善，技术较为成熟。二、海洋石油钻井装置海洋钻井平台(drilling platform)是在海洋上面创建一个供 钻井设备能够正常工作的平台。平台上装钻井、动力、通讯、导 航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发 不可缺少的手段。主要分为移动式平台和i古i定式平台两大类。其 中按结构乂可分为：1、移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平 台、张力腿式平台、牵索塔式平台。2、

4、同定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应 塔式平台。 坐底式钻井平台：坐底式钻井平台乂叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等30m 以下的浅水域。坐底式平台有两个船体，上船体乂叫工作甲板， 安置生活舱室和设备，通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是 沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。 两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到达作业地点后往 沉垫内注水，使其着底。因此从稳性和结构方而看，作业水深不 但有限，而口也受到海底基础（平坦及坚实程度）的制约。所以这 种平台发展缓慢。然而我国渤海沿岸的胜利油皿、大港油口和辽 河油田等向海中延仲的浅海海域，潮差大而海底坡度小，

5、对于开 发这类浅海区域的石油资源，坐底式平台仍有较大的发展而途。 自升式钻井平台：自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升 降，一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底，平台被抬起到 离开海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证平台遇到 风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海而，拔出桥腿并全部捉 起，整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。 钻井船是浮船式钻井平台；钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井 设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为 自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻 井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、屮央

6、转盘锚泊式和 动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向， 但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使 用。 半潜式钻井平台：半潜式钻井平台由坐底式平台发展而來，上部为工作甲板，下部 为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时卜船体潜入水中，甲板 处于水上安全高度，水线而积小，波浪影响小，稳定性好、自持 力强、工作水深大，新发展的动力定位技术用于半潜式平台后， 工作水深可达900-1200米。半潜式与自升式钻井平台相比，优 点是工作水深大，移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需冇 一套复杂的水卜器貝，有效使用率低于口升式钻井平台。 导管架式平台：钢质导管架式平台使用水深一般

7、小于300米，通过打桩的方法固 定于海底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。 混凝土重力式平台：混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱）， 用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的 巨大基础屮被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的 重量可达数十力吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海 底。不过由于混凝土平台口重很大，对地基妾求很高，使用受到 限制。三、海上钻井平台的选择及布置1、选择依据海上钻井装置的选择是一个涉及面很广的问题，需要综合考 虑各种因素。概括起来有以下几方面： 钻井作业要求，是钻勘探井还是生产井，是直井还是从式井以 及完井方式等； 作

8、业海区的环境条件，包括：水深、风、波、潮流等海况，海 底地质条件及离岸距离等； 经济因素，主要指各种装置的建造成本、租金及操作费用； 可供选择的钻井装置及其技术性能、使用条件。2、钻井装置的选择一般观点是：勘探阶段和早期开发阶段，用移动式钻井平台 为宜，这样可以灵活调动，重复使用；开发生产阶段，使用固定 式平台较好，可以一台多井，一台多用。一般在选择钻井装置吋， 应首先考虑水深情况。按水深范围选择平台的基木原则如卜':钻勘探井用的钻井平台 水深小于1015ni宜选用坐底式平台； 水深在15"75m宜选用自升式平台； 水深在75200m宜选用锚泊定位的半潜式平台或钻井船； 水深

9、在200m以上宜选用动力定位的半潜式平台或钻井船；钻生产井用的钻井平台 水深小于300m可选用桩基导管架式平台； 水深300"600m可选用绷绳塔式平台或张力腿平台； 水深小于160m,如果海底地形平坦，又有可建造混凝土重 力式平台的深水港湾和航道，可选用混凝土重力式平台。 若选用浮式生产系统或早期生产系统，可根据水深选用打探 井的活动式平台。3、海上钻井工艺布置的基木原则海上钻井工艺布置的基本原则有以下几方而： 保证平台工作时安全可靠各种工艺设施的布置要适合工艺作业的要求，各系统相对集 中，便于操作和维修；配备的设备要能力大、性能可靠、使用寿 命长，能在预定的工作环境条件下工作；对

10、平台钻机工作有直接 彩响的主要机组必须配备应急设备。 适应平台的结构强度和稳性各种工艺设施工作时的载荷要和平台的承载能力相适应。载 荷大的设备应冇局部加强结构，而月尽量对称布置，以使平台承 载均匀。分层布置时，层数不宜过多，以防平台稳性降低。 合理利用平台的面积空间海上平台的面积和空间十分有限，因此要尽可能选用技术先 进、体积小、重量轻、功率大、效率高的机械设备，尽量采用先 进的工艺程序，提高机械化、自动化程度。所选定的设备，可按 设备功能和工艺流程装在若干个组合模块里，以便平台的组装和 改造。组成模块时要考虑模块的外形尺寸和重量能够满足现有起 重船的起吊能力。 必须有完备的安全消防和防污染的

11、设施它包括可燃气体和火灾的探测与报警系统，通风和灭火系统， 应急进、岀口设施，各种救生器具等。在敞露的甲板上要设栏杆、 扶手和安全网，上下平台要有安全的移乘设备。平台上含油、含 化学药剂的物品和各种污油、污水要经处理设备处理后再排放。 要有良好的通信、靠船和直升飞机起降设施及生活设施平台上设置先进的对内对外通信联络设施，安全可靠的靠船 设施，生活区要和作业区严格地分隔开，而且要离振动和噪音大 的设备远些或有减振隔音的措施。另外还应有直升飞机起降设施。 满足有关建造规范的要求要满足海上移动式钻井船入级与建造规范中的冇关要求， 设备的选择和布置要尽量采用国际上通用的规范和标准，以提高 平台的竞争力

12、。4、海上钻井平台总体布置的一般程序及形式总体布置的一般程序大致可以按下面的程序进行: 根据平台建造基地至平台工作海区的海洋水文、气象、地质、 地貌等环境条件，初步确定平台能满足浮性、稳性的主尺度； 根据钻井工艺对钻探能力、 自持能力和驭动方式等要求，选 定钻井机械设备和动力设备的型号、数量，确定人员定额、应储 备的物资量和应具备的设施种类； 在所给出的平台主尺度范围，确定钻井主要机械设备和动力设备的位置； 按工艺布置的各项基本原则，分别布置其他各项工艺设施、物 资储库和生活设施； 按照平台在不同工作状态的需要， 确定各部位的工艺载荷； 综合在不同工作状态时，平台所承受的各方面的载荷，确定平

13、台结构的尺寸及其构件的规格型号。四、海上钻井装置的特殊问题1、平台定位问题目前采用的方法主要有两个： 锚泊定位这是常用的一种方法。锚泊定位系统主要由锚机、锚链（或 锚缆）、导链轮、锚等组成。在水深三百多米、屮等风浪的海区能满足定位要求。 动力定位动力定位是一种可以不用锚系而自动保持海上浮动装置的定 位方法。采用动力定位的海上浮动装置，在海上钻探作业时不需 要抛锚，这不仅减少了复杂的抛锚工序，而且工作的水深亦不受 锚系长度的限制，其至可以在水深大于1000米以上的深度进行 工作。动力定位的优点是调整时间短，工作水深大，缺点是设备 成木高，消耗燃料多。最大工作水深取决于声波发生器的功率噪 音干扰情

14、况。廿前，采用动力定位的钻井船工作水深已达到2. 5kmo2、升沉运动补偿问题较为简单的办法是用能伸缩的钻杆，将它安装在钻杆柱z间， 对船体起落的距离进行补偿。它是互相套着的钢管，内、外筒可 伸缩滑动，两筒口端有密封圈。因为内、外筒间只能沿键槽作轴 向滑动，所以能传递转矩。伸缩钻杆单根长度10m,伸缩行程约 2m,实际使用时往往要数个仲缩钻杆串联使用。3、装设水下器具问题水下器具的主要作用是：隔开海水，形成泥浆循环，提供钻具 下入和提出的通道；封闭井口、控制井喷、放喷和压井；补偿由 于风、波、潮、流所引起的浮式钻井装置的漂移、升沉和摇摆； 承托海底各类套管并保持密封；保持浮式钻井装置在升沉状态

15、中 各种水下张紧绳的恒定张力；便于下入和起出钻井工艺所要求的 各种井下器具水下器具是浮式钻井装置在海上正常钻井作业和保证平台本 身安全的必不可少的关键设备，也是和固定平台、坐底式平台在 海上钻井作业时的不同z处。4、海上井口回接问题海底井口装置的作用是固定海底井位、悬挂套管、导引钻具及 其他水下设备，主要包括井口盘、永久导向架、套管头组、专用 连接器等。5、防止海水腐蚀问题防止腐蚀的三种方式: 择耐腐蚀的材料； 设计合理的结构，易腐蚀处适当加厚； 用防腐蚀工艺；五、钻机的组成钻机由八大系统组成，分别是： 起升系统组成：天车、游车、大钩、绞车、滚筒、钢丝绳以及 吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等井口工具。

16、作用：下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井 眼；起卜钻、接单根和钻进时的钻压控制。 旋转系统组成：转盘、水龙头、钻头、钻柱。作用：保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的 旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。 循环系统组成：泥浆泵、地血管汇、泥浆罐、泥浆净化设备。 其屮地而管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括 振动筛、除砂器、除泥器、离心机等。作用：从井底清除岩屑；冷却钻头和润滑钻具。泥浆泵号称钻机 的“心脏”泥浆的循环流程：泥浆泵一地面高压管汇一立管一水 龙带一水龙头一钻柱（方钻杆、钻杆、钻铤）一钻头一环形空间 地而排出管线一固控设备一泥浆池一泥

17、浆泵起升系统、循环系 统和旋转系统是钻机的三大工作机组。 动力系统组成：柴油机、电动机。作用：为整套机组（三大工作机组及其他辅助机组）提供能量。 传动系统组成：联轴器、离合器、变速箱、皮带传动、链条传 动等装置作用：把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘（三大工作机） 控制系统组成：机械控制、气控制、电控制和液控制等。 作用：控制各系统、设备按工艺要求进行。司钻通过钻机上司钻 控制台可以完成儿乎所有的钻机控制：如总离合器的离合；各动 力机的并车；绞车、转盘和钻井泵的起、停；绞车的高低速控制 等。 钻机底座系统组成：钻台底座、机房底座。作用：支撑和安装各钻井设备和工具，提供钻井操作场所，方便 钻机设备的移运。 辅助设备系统组成：供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、 钻鼠洞设备及辅助起重设备等。作用：协助主系统工作，保证钻井的安全和正常进行。【总结】通过此次右油工程与装备概论课程的学习