海洋石油工程+

1、主讲教师：王主讲教师：王 林林028-88117956028-88117956注意事项注意事项z请大家上课注意听讲，并记好笔记。请大家上课注意听讲，并记好笔记。z作业较少，请大家课后复习笔记并教材，作业较少，请大家课后复习笔记并教材，并到图书馆参阅有关文献、书籍。并到图书馆参阅有关文献、书籍。z请上课不要讲话、不要迟到早退。请上课不要讲话、不要迟到早退。主要参考书主要参考书 1 1、近海移动式平台、近海移动式平台 马志良马志良 罗德涛罗德涛 主编主编 海洋出版社海洋出版社 2 2、半潜式钻井平台南海二号综述、半潜式钻井平台南海二号综述 兰州石油机兰州石油机械研究所械研究所 编编 3 3、近海钢

2、质桩基平台、近海钢质桩基平台 胡瑞华胡瑞华 编编 海洋出版海洋出版社社 4 4、海洋石油钻采设备、海洋石油钻采设备 华东石油学院编写华东石油学院编写 5 5、我国海上石油开发设备近况、我国海上石油开发设备近况 兰州石油机械研兰州石油机械研究所究所第一章第一章 海洋钻井概况及主要特点海洋钻井概况及主要特点z海洋石油工业概况海洋石油工业概况z海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点时间海洋石油产量占世界总产量六十年代初 1.94亿吨11%1971年4.57亿吨18.70%1975年4.13亿吨15.70%1983年7.09亿吨26%第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况一一. .海洋石油工业的

3、发展史海洋石油工业的发展史z 海洋石油开发是从海洋石油开发是从1887年美国在加利福年美国在加利福利亚州西海岸架木质栈桥打井开始的。利亚州西海岸架木质栈桥打井开始的。z 六十年代进入飞跃发展阶段：六十年代进入飞跃发展阶段：第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况z1984年海上十大产油国年海上十大产油国z英国英国 11700万吨万吨 沙沙 特特 11250万吨万吨 美国美国 8900万吨万吨 墨西哥墨西哥 8600万吨万吨 委内瑞拉委内瑞拉 5625万吨万吨 挪挪 威威 3275万吨万吨 埃埃 及及 2515万吨万吨 印印 尼尼 2210万吨万吨 马来西亚马来西亚 1870万吨万吨 巴巴

4、 西西 1725万吨万吨第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况z1999年十大产油国年十大产油国(德国德国每日镜报每日镜报)z沙特沙特41300万吨万吨 美国美国 35400万吨万吨 俄罗斯俄罗斯 30400万吨万吨 伊朗伊朗 18000万吨万吨 墨西哥墨西哥 16700万吨万吨 中国中国 16000万吨万吨 委内瑞拉委内瑞拉15500万吨万吨 挪威挪威 14700万吨万吨 英国英国 13800万吨万吨 伊拉克伊拉克 13300万吨万吨第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况z1999年十五大天然气生产国排名年十五大天然气生产国排名z独联体、美国、加拿大、英国、荷兰、印度独联体、

5、美国、加拿大、英国、荷兰、印度尼西亚、阿尔及利亚、墨西哥、挪威、阿根尼西亚、阿尔及利亚、墨西哥、挪威、阿根廷、沙特、伊朗、澳大利亚、委内瑞拉、中廷、沙特、伊朗、澳大利亚、委内瑞拉、中国。国。z99年我国产天然气年我国产天然气243.37亿亿m3。95年排名年排名22位，位， 96年排名年排名21位，位， 97年排名年排名19位，位， 98年排名年排名18位，位， 99年排名年排名15位。位。世界海洋石油钻井的热点地区仍在墨西哥亚湾、北海，世界海洋石油钻井的热点地区仍在墨西哥亚湾、北海，其次为东南亚近海和巴西近海其次为东南亚近海和巴西近海据统计，2001年在美国墨西哥湾完成海洋钻井968口，占美

6、国当年完成海洋钻井1,029口的94.07%，占全世界当年完成海洋钻井3,108口的31.15%;2002年预计在美国墨西哥湾将钻井767口，占美国当年预计海洋钻井822口的93.31%，占全世界预计海洋钻井3,103口的24.72%。 另外，在北海地区英国和挪威2001年共完成钻井524口，占全世界当年完成海洋钻井3,108口的16.86%;2002年预计在北海地区英国和挪威将钻井560口，占全世界预计海洋钻井3,103口的18.05%。 地处东南亚近海的印尼、马来西亚和泰国，2001年共完成海洋钻井401口，占全世界当年完成海洋钻井数的12.9%；2002年预计在该海区将钻井544口，占全

7、世界预计海洋钻井数的17.53%世界各国世界各国2002年和年和2001年海洋钻井及装置分布简况及其特点年海洋钻井及装置分布简况及其特点 美国海洋石油钻井装置数和海上钻井数仍高居榜首从世界各国2002年和2001年海洋钻井及装置一览表可知：2001年美国海洋石油钻井装置数为203艘，占当年全球拥有量635艘的31.96%；同年美国海洋石油钻井数为1,029口井，占当年全球石油钻井数3,108口井的33.11%;2002年美国海洋石油钻井口数预计为822 口井占本年全球石油钻井预计数3,103口井的26.50%。 世界各国世界各国2002年和年和2001年海洋钻井及装置分布简况及其特点年海洋钻井

8、及装置分布简况及其特点其它主要国家钻井数2002年均比2001年有所增加 英国和挪威无论在拥有本国的海洋移动式钻井装置数和海上钻井数方面均拥有仅次于美国的实力。马来西亚和英国2002年海上钻井活动将比去年有显著增加，其中马来西亚将比去年增加369。4%，英国增加12。5%。我国海上钻井数2002年预计比去年增加23.2%，但海上钻井数仅列世界笫10位，不但落后于美、英、挪威，还显著少于印尼、马来西亚、泰国和印度（如下表所示；）。 中海油田服务股份有限公司海外成功中标连获缅甸、澳大利亚两钻井作业合同 z中海油田服务股份有限公司2005.11.23宣布分别获得位于缅甸和澳大利亚两个区块的钻井作业合

9、同。大宇国际公司（Daewoo International Corporation）和Woodside Energy Ltd分别与公司签订合同，而分别中标、出国作业的是公司半潜式钻井船南海二号和南海六号。近日，公司的南海二号钻井船即将被拖航至缅甸大宇国际公司的具体井位，合同期60天，作业水深约150米，合同金额约600万美元。位于澳大利亚的Woodside Energy Ltd的作业合同在明年4月份左右开始执行，届时公司的南海六号将被拖航至澳大利亚相关海域作业。此合同作业期1年，合同金额约4,000万美元。合同期满后，在合同双方同意的前提下，合同可以继续执行1年。 第一节第一节 海洋石油工业概

10、况海洋石油工业概况z1958年起有十多个国家对我国沿海进行了年起有十多个国家对我国沿海进行了多次大规模的地质调查和勘探。多次大规模的地质调查和勘探。z我国自己也对沿海有关海域进行了勘探开发。我国自己也对沿海有关海域进行了勘探开发。z 南海海域南海海域：58年在莺歌海坳陷区域打顿钻发现原油；年在莺歌海坳陷区域打顿钻发现原油； 63年用座底式平台钻了第一口海上井；年用座底式平台钻了第一口海上井；75年用自升式钻井年用自升式钻井平台在莺歌海平台在莺歌海号构造打井，发现工业油流。号构造打井，发现工业油流。z 黄海海域黄海海域：7474年开始，地质部在黄海打了勘探井，发年开始，地质部在黄海打了勘探井，发

11、现了含油、气坳陷和多个可能的油藏。现了含油、气坳陷和多个可能的油藏。第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况z渤海海域：渤海海域：66年用固定式平台钻了第一口探井，年用固定式平台钻了第一口探井，67年年3月获得工业性油流，到目前已有多个油田（海四井油田、月获得工业性油流，到目前已有多个油田（海四井油田、埕北油田等）投入采油，已发现多个高产含油区。埕北油田等）投入采油，已发现多个高产含油区。84年年11月渤海石油公司使用月渤海石油公司使用“渤海渤海7号号”自升式钻井平台在辽自升式钻井平台在辽东湾地区打成了一口日产凝析油东湾地区打成了一口日产凝析油226方和天然气方和天然气53万方万方的探井

12、。的探井。z东海海域：东海海域：74年我国第一海洋调查大队地质概查工作，年我国第一海洋调查大队地质概查工作，并于并于82年钻井发现了多层高压天然气和油砂层。第年钻井发现了多层高压天然气和油砂层。第11界界世界石油大会认为我国东海可能是世界石油大会认为我国东海可能是“第二个中东第二个中东”。 我国海洋石油工业已经取得了令人瞩目的成果，渤海、东海 、南海西部、南海东部等四大海洋石油基地，2001年生产的石油和天然气，折合油气当量2329万吨，约占全国石油产量1.5亿吨的1/6左右。 1987年 中国海域累计发现石油地质储量7.95亿吨 1996年 形成了海上勘探开发十大配套技术，油气产量达到177

13、0万吨 2001年 累计石油地质储量跃升到33.6亿吨，石油天然气产量增加到2300万吨。 2003年中国海洋石油产量为3336万吨 2004年渤海海域油气产量首次突破1000万立方米，这标志着渤海油田已经成为中国北方重要的能源生产基地。中国近海蕴藏着丰富的油气资源，根据勘探预测，在渤海、黄海、东海及南海北部大陆架海域，石油资源量达到 275.3亿吨，天然气资源量达到10.6万亿立方米，而目前原油的发现率仅为9.2%，因此中国近海海域极具勘探开发潜力。在今年中海油股份的半年报中称：2005年上半年，中海油股份公司在中国近海共取得4个油气新发现，其中3个为自营发现，并成功完成了4个油气田的评价。

14、此外，两个新油田旅大4-2、旅大10-1也已顺利投产。第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况二二. .海洋石油资源海洋石油资源z地质学家地质学家 L.G.威克斯估计威克斯估计 海洋石油有海洋石油有2500亿吨亿吨 ，占世界预测油气总地质储量，占世界预测油气总地质储量8200亿吨的亿吨的30%多点多点 z由第九届世界石油会议资料由第九届世界石油会议资料 水深小于水深小于200M的的海上油田已证实储量为海上油田已证实储量为280亿吨亿吨z近海近海杂志杂志1974年估计年估计 海上石油储量为海上石油储量为213亿吨亿吨,天然气天然气13.5万亿万亿m3z联合国资料联合国资料 水深超过水深超过

15、200M的深海区，石油与的深海区，石油与天然气储量相当于天然气储量相当于3100 亿吨石油亿吨石油第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况二二. .海洋石油资源海洋石油资源z美国石油咨询会议报道：海洋石油储量中有55-70%是在水深200m之内的大陆架范围内。从水深大于200m的大陆坡，石油储量约占海洋总储量的28-35%，大洋床的石油储量，到目前为止，被发现的还是极少，仅占海洋石油储量的2-10%。第一节第一节 海洋石油工业概海洋石油工业概况况z我国：沿海海域面积约我国：沿海海域面积约463万万km2,大陆架大陆架 （水深（水深200m）140万万km2(渤海渤海 7.3万万km2,黄

16、海黄海26.4万万km2,东海东海40.2万万km2,南海南海66.2万万km2), 占我国海域面积占我国海域面积30%左右，占世界大陆架面积的左右，占世界大陆架面积的5.2%。z南海东、西部公司以东经南海东、西部公司以东经11250为界为界第一节第一节 海洋石油工业概海洋石油工业概况况z我国海上油气资源是比较丰富的。石油地质学家我国海上油气资源是比较丰富的。石油地质学家李四光指出：李四光指出：“从地质学条件上看，海上石油的从地质学条件上看，海上石油的远景在东海远景在东海”而且而且“以钓鱼岛附近海域为中心以钓鱼岛附近海域为中心”。z东海（第三纪地层厚度最大东海（第三纪地层厚度最大6000m）z

17、渤海（冲积沉积层厚）渤海（冲积沉积层厚）z南海（沉积岩厚度都在南海（沉积岩厚度都在4000m以上，最厚达以上，最厚达10000m 。）。）我国海洋石油资源量约我国海洋石油资源量约240亿吨，天然气资源量亿吨，天然气资源量14万亿立方米万亿立方米 （国务院关于印发全国海洋经济发展规划纲要的通知国务院关于印发全国海洋经济发展规划纲要的通知）第二节第二节 海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点一一. .海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点要有坚不可摧的井场要有坚不可摧的井场要有隔水、引导、防喷系统、套管头要有隔水、引导、防喷系统、套管头要有定位系统和升沉补偿装置要有定位系统和升沉补偿装置先进的交通、通

18、讯及良好的生活保障先进的交通、通讯及良好的生活保障有一套防腐措施和设备有一套防腐措施和设备普遍采用普遍采用丛式井丛式井（定向井）技术（定向井）技术井身结构复杂，套管尺寸大，层次多井身结构复杂，套管尺寸大，层次多注意安全注意安全遵守海洋、环境法规遵守海洋、环境法规“渤海渤海7号号”打的井打的井30”导管导管 50M20”表层导管表层导管 445M13 3/8 ”技术套管技术套管 1775米米 9 5/8 ”技术套管技术套管 2505米米7” 尾管尾管 3500米米标准井深结构类型标准井深结构类型可用于一般的深井和超深井可用于一般的深井和超深井z 毫米毫米 914.4 660.4 444.5 31

19、1.15 215.9 152.4z 井眼尺寸井眼尺寸z 英寸英寸 36 26 17 1/2 12 1/4 8 1/2 6z 毫米毫米 762.0 508.0 339.73 244.48 177.8 114.3z 套管尺寸套管尺寸z 英寸英寸 30 20 13 3/8 9 5/8 7 4 1/2z 套管名称套管名称 表层导管表层导管 表层套管表层套管 中间导管中间导管 尾管尾管井深结构的强化类型井深结构的强化类型用于复杂的高温高压深井用于复杂的高温高压深井z 毫米毫米 914.4 660.4 444.5 355.6 311.15 215.9 152.4z 井眼尺寸井眼尺寸z 英寸英寸 36 26

20、 17 1/2 14 12 1/4 8 1/2 6z 毫米毫米 762.0 508.0 339.73 298.45 244.48 177.8 114.3z 套管尺寸套管尺寸z 英寸英寸 30 20 13 3/8 113/4 9 5/8 7 4 1/2z 套管名称套管名称 表层导管表层导管 表层套管表层套管 中间导管中间导管 尾管尾管第二节第二节 海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点二二. .海上投资海上投资海上石油投资是较大的（通常情况下，投资的大小，跟油田海上石油投资是较大的（通常情况下，投资的大小，跟油田的水深和离岸远近有密切的关系。而影响费用的主要因素是的水深和离岸远近有密切的关系。而影

21、响费用的主要因素是水深水深），同类大小的油田，海上是陆地投资的），同类大小的油田，海上是陆地投资的3 3 5 5倍。倍。海上油气田开发费用随水深增加而增加海上油气田开发费用随水深增加而增加 墨西哥海上油田开发费用墨西哥海上油田开发费用 水深水深 30m 30m 比陆地油田高比陆地油田高1 1倍倍 水深水深 180m 180m 比陆地油田高比陆地油田高1-2.51-2.5倍倍 水深水深 300m 300m 比陆地油田高比陆地油田高2-82-8倍倍开发费用这么大，为什么各石油公司还要把钱往水里扔呢？开发费用这么大，为什么各石油公司还要把钱往水里扔呢？海上每米进尺的探明储量比陆上高海上每米进尺的探明

22、储量比陆上高2727倍倍海上每吨储量的探明成本比陆上低海上每吨储量的探明成本比陆上低6.7-236.7-23倍倍第二节第二节 海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点三三. .海洋石油勘探开发的几项最高纪录海洋石油勘探开发的几项最高纪录最深的海洋钻井最深的海洋钻井 钻于路易斯安那西三角钻于路易斯安那西三角2727区块区块 69836983M M最深的海上采油井最深的海上采油井 位于路易斯安那州近海位于路易斯安那州近海 深度深度61736173米米钻井最大钻井最大水深水深 19831983年美国东海年美国东海 水深水深23862386米米水深最大的固定平台水深最大的固定平台 壳牌石油公司建于墨西哥湾

23、的壳牌石油公司建于墨西哥湾的CognacCognac 平台平台 水深水深312.5312.5M M最重的钻采平台最重的钻采平台 雪弗龙公司的北海雪弗龙公司的北海NinianNinian混凝土平台混凝土平台 重达重达6060多万吨多万吨 高高167167M M钻井最多的平台钻井最多的平台 加利福利亚圣巴巴拉海峡的加利福利亚圣巴巴拉海峡的GildaGilda平台平台 可钻可钻9696口井口井产量最高的海上油田产量最高的海上油田 19511951年在沙特发现的年在沙特发现的SafaniyahSafaniyah油田油田 最大油轮最大油轮 5555万吨万吨( (法国）法国）第二章第二章 海上钻井装置海上

24、钻井装置海上钻井平台应满足下面三个条件海上钻井平台应满足下面三个条件适应海洋钻井区域环境且安全适应海洋钻井区域环境且安全成本较低，讲求经济效益成本较低，讲求经济效益满足钻井、采油、测试等各项作业的要求满足钻井、采油、测试等各项作业的要求应能安装所需的各种设备（包括现在的和应能安装所需的各种设备（包括现在的和将来要用的设备）将来要用的设备）第二章第二章 海上钻井装置海上钻井装置海上钻井平台的分类海上钻井平台的分类桩基式平台重力式平台张力式平台固定式座底式平台自升式平台着底式半潜式平台浮式钻井船浮动式移动式海上钻井装置第二章第二章 海上钻井装置海上钻井装置 优点：优点：稳定性好稳定性好海面气象条件

25、对钻井海面气象条件对钻井工作影响小工作影响小如有工业性油气，可如有工业性油气，可很快转换成采油平很快转换成采油平台台固定式与移动式平台比较情况固定式与移动式平台比较情况 缺点：缺点：不能够移动和重不能够移动和重复使用复使用造价较高，其成造价较高，其成本随水深增加本随水深增加而急剧增加而急剧增加第一节 导管架桩基平台 固定式钻井固定式钻井平台中用的最多平台中用的最多的就是导管架桩的就是导管架桩基平台。它的优基平台。它的优点是：施工快，点是：施工快，整体性好。其主整体性好。其主要缺点是抗海水要缺点是抗海水腐蚀性能差。腐蚀性能差。导管架桩基平台主导管架桩基平台主要由导管架、桩基和上要由导管架、桩基和

26、上部结构组成。部结构组成。导管架：是由若干导管架：是由若干直立的和具有一定斜度直立的和具有一定斜度的导管由横向、斜向拉的导管由横向、斜向拉筋连成一体的框架结构。筋连成一体的框架结构。导管的数目和位置与桩导管的数目和位置与桩的数目和位置相同，导的数目和位置相同，导管的内径略大于桩的外管的内径略大于桩的外径。径。一一. .结构组成结构组成导管架的作用导管架的作用支承上部结构支承上部结构作为打桩定位和导作为打桩定位和导向的工具向的工具将平台上面的负荷将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩比较均匀地传递到桩上上可安装系靠船的设可安装系靠船的设备备可作为安装上部结可作为安装上部结构时的临时工作平台构时的临时

27、工作平台第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台桩：桩： 用于承受平台的用于承受平台的垂直重量及水平环境推力垂直重量及水平环境推力 轴向承载力的大小取决于桩的长短、桩的轴向承载力的大小取决于桩的长短、桩的截面形状和材料，同时也取决于地基土壤的截面形状和材料，同时也取决于地基土壤的性质。性质。 支承桩（支承桩（轴向承载力靠海底不深处的硬地层支承的桩） 摩擦桩（摩擦桩（轴向承载力靠桩身四周和土壤的摩擦力来提供的桩） 抵抗水平环境推力水平环境推力的方法是将四周的桩都的方法是将四周的桩都改成向外倾斜（最大斜度为改成向外倾斜（最大斜度为1:8-1:11左右）左

28、右）第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台上部结构：上部结构：由承受作业机由承受作业机械（机器）和其它载荷的械（机器）和其它载荷的各类桁架及平台甲板组成。各类桁架及平台甲板组成。上层平台：用作安放井架、上层平台：用作安放井架、绞车、钻具堆放场地及宿舍绞车、钻具堆放场地及宿舍等等下层平台：安放泥浆泵、下层平台：安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、泥浆池、防喷器、发电房、固井设备、仓库等固井设备、仓库等二二.导管架的运送、就位及安装导管架的运送、就位及安装第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台z 提升法：水深提升法：水深30M以内以内z 滑入法滑入

29、法+起重机：水深起重机：水深30-70M（如图如图）z 滑入法滑入法+控制压载机：控制压载机： 水深水深70-120Mz 浮运法：水深浮运法：水深120M以以上上z打桩：少则四根，多则打桩：少则四根，多则 十多根，打入深度少则十多根，打入深度少则50M，多则几百米，多则几百米z铺设平台上部结构铺设平台上部结构y整体铺设整体铺设y分块铺设分块铺设 z井架的移位井架的移位井架的移位井架的移位6M2M6M2M10128456793111213141615第二节第二节 其它固定式平台其它固定式平台z重力式平台重力式平台z张力（腿）式平台张力（腿）式平台z绷绳塔架式平台绷绳塔架式平台重力式平台重力式平台

30、 七十年代初出现，它七十年代初出现，它完全借助于其本身的重完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底量直接稳定地座在海底 根据建造材料的不同，根据建造材料的不同，分为混凝土重力式平台分为混凝土重力式平台和和钢质重力式平台钢质重力式平台重力式平台重力式平台 混凝土重力式平台是海上固定混凝土重力式平台是海上固定式平台的一个发展趋势，在英国北式平台的一个发展趋势，在英国北海油田已采用了一定数量的此平台，海油田已采用了一定数量的此平台，此种平台此种平台1973年出现年出现。1 1、混凝土重力式平台、混凝土重力式平台 重力式平台由沉垫、重力式平台由沉垫、立柱、甲板三部分组立柱、甲板三部分组成。成。 沉垫有

31、多种形式：圆沉垫有多种形式：圆形、六角形、正方形。形、六角形、正方形。 立柱有：三腿、四立柱有：三腿、四腿、独腿等几种。腿、独腿等几种。 甲板有钢质和混凝甲板有钢质和混凝土两种。土两种。康迪普型平台康迪普型平台此种平台此种平台1973年出现年出现。1 1、混凝土重力式平台、混凝土重力式平台塞尔默型平台塞尔默型平台1、结构、结构2、优缺点、优缺点地基受力明确地基受力明确基础下面的水或淤泥易基础下面的水或淤泥易于排出于排出拖航阻力小拖航阻力小储油量小储油量小混凝土重力式平台混凝土重力式平台与导管架平台相比，具有以下优缺点与导管架平台相比，具有以下优缺点z优：优：不需打桩不需打桩 具有相当的贮油能力

32、具有相当的贮油能力 节省钢材，防火、防腐性较好，维节省钢材，防火、防腐性较好，维 修费用低，寿命长修费用低，寿命长z缺：对地质条件要求高缺：对地质条件要求高 出现缺陷后修复较困难出现缺陷后修复较困难2 2、钢质重力式平台、钢质重力式平台1971年意大利首造，水深年意大利首造，水深90米，米，称洛安高平台称洛安高平台 整个平台由沉箱、支承框架、整个平台由沉箱、支承框架、甲板三部分组成，沉箱可作贮甲板三部分组成，沉箱可作贮油罐油罐 重量比混凝土平台轻重量比混凝土平台轻预制过程中对水域深度要求不预制过程中对水域深度要求不高高拖船马力小拖船马力小对地基承载力要求不高对地基承载力要求不高 贮油量小贮油量

33、小 用钢多，易腐蚀，隔热性差用钢多，易腐蚀，隔热性差优优缺缺世界最大的钢质重力式平台世界最大的钢质重力式平台 是英国北海莫林（是英国北海莫林（Maureen)Maureen)油田油田的一个平台，水深的一个平台，水深98M98M，平台结构钢重，平台结构钢重4 4万吨，造价万吨，造价3.23.2亿美元；固体压舱物重亿美元；固体压舱物重5.15.1万吨，甲板、组块和设备重万吨，甲板、组块和设备重1620016200吨，吨，钻井导管重钻井导管重490490吨，平台储油能力为吨，平台储油能力为6565万桶，平台建造时间万桶，平台建造时间3636个月，于个月，于8383年夏年夏安装就位安装就位 张力（腿）

34、式平台张力（腿）式平台TLPTLP (Tension Leg Platform)(Tension Leg Platform) 英国北海赫顿（英国北海赫顿（Hutton）油田）油田首次于生产中使用此平台，首次于生产中使用此平台，1983年安装，年安装，84年投产年投产z张力式平台主要由甲板、立柱张力式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索及系缆桩组成（大浮体）、缆索及系缆桩组成z它是今后深水用主要平台它是今后深水用主要平台z优点：受力合理（大腿受拉力，优点：受力合理（大腿受拉力，不产生屈曲）、用钢少、成本低、不产生屈曲）、用钢少、成本低、适用于深水（适用于深水（300米以上，一般米以上，一般100

35、02000米）、对海洋环境米）、对海洋环境适应性大适应性大绷绳塔架式平台绷绳塔架式平台z研究证明：绷绳塔架式平台研究证明：绷绳塔架式平台最经济的工作水深范围在最经济的工作水深范围在240480米之间米之间z与钢质桩基相比，优点如下与钢质桩基相比，优点如下y节省钢材（成本低）节省钢材（成本低）y井口装置可设置于水面上井口装置可设置于水面上 该种平台该种平台1976年已经在美国年已经在美国墨西哥湾海上墨西哥湾海上100m水深处进行现水深处进行现场试验并获成功。预期可能在水场试验并获成功。预期可能在水深深300600米处作业，最大水深米处作业，最大水深限度则取决于该地区的具体气候限度则取决于该地区的

36、具体气候和波浪条件。和波浪条件。第三节第三节 移动式钻井平台移动式钻井平台z1949年出现第一台移动式钻井装置年出现第一台移动式钻井装置“环球钻机环球钻机40”，它是一台座底式钻，它是一台座底式钻井平台井平台z1953年出现第一台自升式钻井平台年出现第一台自升式钻井平台z1953年出现了浮式钻井船年出现了浮式钻井船z1961年出现了半潜式钻井平台年出现了半潜式钻井平台移动式钻井平台分类移动式钻井平台分类z座底式钻井平台座底式钻井平台z自升式钻井平台自升式钻井平台z半潜式钻井平台半潜式钻井平台z浮式钻井船浮式钻井船座底式钻井平台座底式钻井平台z结构组成结构组成y沉垫浮沉垫浮箱箱y工作平台工作平台

37、y中间支撑中间支撑座底式钻井平台座底式钻井平台优缺点优缺点z优点：优点：y钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响y完井后移动灵活完井后移动灵活z缺点：缺点：y工作高度恒定，不能调节工作高度恒定，不能调节y对海底地基要求高对海底地基要求高y工作水深较浅工作水深较浅“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介 它由上海交通大学和胜利油田钻采设它由上海交通大学和胜利油田钻采设计研究院联合设计的世界上第一座计研究院联合设计的世界上第一座极浅海极浅海步行式石油钻井平台，于步行式石油钻井平台，于8888年年9 9月月1919日在日在青岛北海船厂下水。这是我国也是

38、国际造青岛北海船厂下水。这是我国也是国际造船史上的一项重大突破。船史上的一项重大突破。“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介 19881988年秋，一座世界上独一无二的极浅海步行坐年秋，一座世界上独一无二的极浅海步行坐底式钻井平台、一座比能容纳千人的大礼堂还要大得多底式钻井平台、一座比能容纳千人的大礼堂还要大得多的重量达的重量达50005000吨的庞然大物吨的庞然大物“胜利胜利2 2号号”在青岛海湾在青岛海湾自己一步一步走着下水了。它的诞生开辟了自己一步一步走着下水了。它的诞生开辟了“步行爬滩步行爬滩技术技术”这一海洋高科技新领域，使渤海湾沿岸极浅海和这一海洋高科技新领

39、域，使渤海湾沿岸极浅海和海滩的石油资源得到逐步开发。该项成果海滩的石油资源得到逐步开发。该项成果19901990年获得中年获得中国发明专利授权，国发明专利授权，19911991年获得中国专利金奖，被评为年获得中国专利金奖，被评为19921992年全国十大科技成就之一，年全国十大科技成就之一，19961996年获国家发明二年获国家发明二等奖。等奖。 “ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介 平台船体结构象火柴盒，有内体和外体。在拖平台船体结构象火柴盒，有内体和外体。在拖航、沉浮、座底等情况下，内外体由锁紧装置连接，航、沉浮、座底等情况下，内外体由锁紧装置连接，平台在陆上移动

40、时脱开锁紧装置，内外体在微机控平台在陆上移动时脱开锁紧装置，内外体在微机控制下分别起降升落，并借助于液压步行机械系统，制下分别起降升落，并借助于液压步行机械系统，实行内外体交替移动。实行内外体交替移动。“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介设计环境条件：设计环境条件： 最大作业水深最大作业水深6.8m6.8m（包括潮高），（包括潮高），最小工作水深为最小工作水深为0m0m（海滩）。（海滩）。 最大设计风速最大设计风速45m/s45m/s，最大波高，最大波高3.5m3.5m，最大潮流流速，最大潮流流速2 2knkn。 海床地基要求平坦，海底坡度较缓。海床地基要求平坦，海底

41、坡度较缓。“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介主要性能及参数：主要性能及参数：1.1.最大钻井深度最大钻井深度45004500mm。2.2.排水量及平均吃水：空船排水量排水量及平均吃水：空船排水量4144t4144t，平均吃水，平均吃水1.5m1.5m。远距离拖航排水量。远距离拖航排水量5014t5014t，平均吃水，平均吃水1.811.81mm。3.3.可变载荷：近距离拖航为可变载荷：近距离拖航为46404640kNkN，远距离拖航为，远距离拖航为19401940kNkN，步行时（不包括备用锚、救生艇及其艇架、，步行时（不包括备用锚、救生艇及其艇架、防喷器、橡胶护舷

42、、试油燃烧架等）为防喷器、橡胶护舷、试油燃烧架等）为19381938kNkN，坐，坐底钻井时为底钻井时为1100011000kNkN（不包括大钩负荷）。风暴自（不包括大钩负荷）。风暴自存时为存时为1100011000kNkN. .“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介 “ “胜利胜利2 2号号”钻井平台长钻井平台长72m72m，宽，宽42.5m42.5m，主甲板高，主甲板高12.612.6mm。该平台。该平台“一步一步”可跨可跨1010mm，“步行步行”平均速度为每小时平均速度为每小时6060至至100m100m。步行区海床坡度不大于。步行区海床坡度不大于2.5 2.5

43、 ，海，海沟宽度不大于沟宽度不大于3.0m3.0m，沉垫对海床地基压力不，沉垫对海床地基压力不大于大于5555kNkN/m/m。“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台正视图座底式钻井平台正视图上层平台上层平台 立柱立柱 沉垫沉垫 抗滑桩抗滑桩“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台主甲板座底式钻井平台主甲板钻杆堆场钻杆堆场 泥浆槽泥浆槽 重晶石罐重晶石罐 除砂器除砂器 除泥器除泥器 应急发电机应急发电机 电测绞车房电测绞车房 支架支架“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台机舱甲板座底式钻井平台机舱甲板内体内体 外体外体 油气分离机油气分离机 计量罐计量罐 起重机座起重机座 轨道轨道 牵引油

44、缸牵引油缸顶升油缸顶升油缸 帆揽舱帆揽舱 抗滑桩抗滑桩 支架支架 泥浆池泥浆池 泥浆泵泥浆泵 主发电机主发电机 泥浆罐泥浆罐 机舱电动控制室机舱电动控制室 液压站液压站 生活区生活区“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台沉垫甲板及分舱座底式钻井平台沉垫甲板及分舱内体内体 外体外体 锁紧装置锁紧装置 导向装置导向装置 支架支架 抗滑桩抗滑桩 支柱支柱 压载舱压载舱 淡水舱淡水舱 燃油舱燃油舱 内体泵舱内体泵舱 外体泵舱外体泵舱自升式钻井平台自升式钻井平台德朗德朗1号号结构组成结构组成自升式平台由工作平台、桩腿和升降自升式平台由工作平台、桩腿和升降机构组成机构组成z工作平台的作用是安放各种钻井及

45、工作平台的作用是安放各种钻井及其他设备其他设备z工作平台的形状有三角形、四边形、工作平台的形状有三角形、四边形、五角形等多种形状（目前用的最多五角形等多种形状（目前用的最多的是三角形和四边形平台）的是三角形和四边形平台）桩腿桩腿z桩腿数目有桩腿数目有3,4,5,6,12,14,18腿等多种腿等多种z桩腿直径从两米多到十多米不等桩腿直径从两米多到十多米不等z桩腿外形桩腿外形z桩腿箱和底垫桩腿箱和底垫柱型柱型桁架型桁架型矩形矩形三角形三角形四边形四边形圆筒形圆筒形桩腿的作用是在钻井时，将整个平台支承起，离开海面，以桩腿的作用是在钻井时，将整个平台支承起，离开海面，以免受海流、海浪的推力。免受海流、

46、海浪的推力。升降机构升降机构z升降机构的作用是升降平升降机构的作用是升降平台和拔桩。它分为两类：台和拔桩。它分为两类：一类是孔穴插销液压升降一类是孔穴插销液压升降装置，另一类是齿轮齿条装置，另一类是齿轮齿条式电动升降装置式电动升降装置升降机构升降机构孔孔穴穴插插销销液液压压升升降降装装置置升降机构升降机构齿轮齿条式电动升降装齿轮齿条式电动升降装置置自升式平台的安置与撤离自升式平台的安置与撤离 ( ( 降、拔、拖、压、升五项作业降、拔、拖、压、升五项作业）z降下平台降下平台y固定活动部件，关闭密封舱门，注意天气预固定活动部件，关闭密封舱门，注意天气预报，检查升降机构，降到最大吃水报，检查升降机构

47、，降到最大吃水y抛锚抛锚 下降速度下降速度1ft/minz拔起桩腿拔起桩腿y冲桩（几个桩同时或轮番冲桩）冲桩（几个桩同时或轮番冲桩） 迅速同时迅速同时提桩提桩 固桩固桩z拖航拖航y拖航方式有串联和并联拖航方式有串联和并联自升式平台的安置与撤离自升式平台的安置与撤离z 压载（可高出正常载荷的压载（可高出正常载荷的1/3）y压载有两种：压载有两种：一种是靠自身重量压载，一种是靠自身重量压载，另一种是压载舱压载另一种是压载舱压载(P4-26)z 升起平台升起平台y平台纵向和横向倾斜不能大于平台纵向和横向倾斜不能大于1度度y平台离开水面高度一般在平台离开水面高度一般在618m之间之间 若桩腿入泥深度增

48、加，则最大工作水深将相应减小，若桩腿入泥深度增加，则最大工作水深将相应减小，但桩腿入泥深度减小，决不能认为最大工作水深可但桩腿入泥深度减小，决不能认为最大工作水深可以增加。以增加。自升式平台的优缺点自升式平台的优缺点z对水深适应性强对水深适应性强z无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低z在出现意外的高海浪时，平台可增大离水面的距离在出现意外的高海浪时，平台可增大离水面的距离z桩脚插入海底时，有良好的抗侧向移动性桩脚插入海底时，有良好的抗侧向移动性z平台离开水面后，可维修整个船体平台离开水面后，可维修整个船体z桩腿下部有底垫时，容易造成整个装置的飘移桩腿下部有底垫时，容

49、易造成整个装置的飘移z不适于更深海域不适于更深海域z拖航时，易遭风暴的袭击拖航时，易遭风暴的袭击优优缺缺“渤海5号”自升式钻井平台 “渤海5号”为渤海石油公司设计，1983年大连造船厂建造，它是一艘圆柱型桩腿、液压圆柱型桩腿、液压升降、非自航升降、非自航的自升式石油钻井平台，其船体为矩形驳船式，共有4条桩腿，由于它是针对我国渤海海域设计的，最大工作水深为40m，（与该平台同型的尚有“渤海7号”，亦为大连造船厂建造），该平台具有中国和挪威船级社的双重船级。“渤海5号”自升式钻井平台设计环境条件：平台工作水深为5.540m。极限风浪条件：风速45m/s，波高11m，潮流速度4kn。升船风浪条件：风

50、速89m/s，波高1m。拖航风浪条件：风速17m/s，波高s,故故0(l-s)/h1。P194图图22200180sin180cosiiiisllsiiiihhslhsl180cos/180sin0222)1*(*180cos/0iihhslhsl移动式平台锚泊定位系统静力分析移动式平台锚泊定位系统静力分析式（式（1 1）表明平台移动后锚链线的松弛）表明平台移动后锚链线的松弛度可根据其预张状态的松弛度和方位角，度可根据其预张状态的松弛度和方位角，以及平台的移动方向和距离算出。这相当以及平台的移动方向和距离算出。这相当于补充了一个条件。在已知预张状态参数于补充了一个条件。在已知预张状态参数的情况

51、下，即可根据此式和前述锚泊线公的情况下，即可根据此式和前述锚泊线公式计算锚泊系统各锚泊线在平台移动后的式计算锚泊系统各锚泊线在平台移动后的状态参数。进而可计算锚泊线移位后的方状态参数。进而可计算锚泊线移位后的方向角向角 和锚泊系统的回复力（系泊力）和锚泊系统的回复力（系泊力）QQ。i移动式平台锚泊定位系统静力分析移动式平台锚泊定位系统静力分析由图可知由图可知锚泊系统回复力锚泊系统回复力Q可根据各锚泊线上端张力可根据各锚泊线上端张力的水平分力的水平分力Qi（即前述锚泊线公式中的水平外（即前述锚泊线公式中的水平外力）与方向角力）与方向角 求得，即求得，即Q的方向角为的方向角为P194图图iiiS/

52、sinsin1iiii)2(*cossin2121niiiniiiQQQ)3(*cos/sin111niiiniiiQQtg第四章第四章 海上钻井特殊工艺和装置海上钻井特殊工艺和装置z水下井口装置水下井口装置z升沉补偿装置升沉补偿装置z钻井施工和水下井口安装钻井施工和水下井口安装z绳索作业及完井方法绳索作业及完井方法第一节第一节 水下井口装置水下井口装置z水下井口装置的功用及组成水下井口装置的功用及组成z水下井口装置各部件的作用水下井口装置各部件的作用水下井口装置的水下井口装置的功 用 、 组 成功 用 、 组 成z功用功用y隔绝海水、引入钻具、导出泥浆隔绝海水、引入钻具、导出泥浆y适应升沉、

53、漂移和摇适应升沉、漂移和摇 摆的工作环境摆的工作环境y控制井口控制井口z组成组成y导向装置导向装置y套管头组套管头组y防喷器组防喷器组y隔水管柱隔水管柱y连接器连接器y其它其它水下井口装置各部件的作用水下井口装置各部件的作用（由下到上）（由下到上）z井口盘：其作用是井口盘：其作用是固定海底井口位置，固定海底井口位置，确定一个开钻基点，确定一个开钻基点，并承受井口的重量并承受井口的重量z导引架导引架：其作用是：其作用是引导其它水下工具引导其它水下工具就位就位水下井口装置各部件的作用水下井口装置各部件的作用z导引绳张紧器导引绳张紧器：其作用：其作用是保持导引绳的张力恒是保持导引绳的张力恒定，使其不

54、受平台升沉定，使其不受平台升沉的影响的影响z套管头套管头组：其作用是悬组：其作用是悬持套管持套管z连接器：其作用是便于连接器：其作用是便于某些水下器具间的快速某些水下器具间的快速连接与拆卸连接与拆卸水下井口装置各部件的作用水下井口装置各部件的作用z防喷器组：其作用在于开启和封闭井口，以便处防喷器组：其作用在于开启和封闭井口，以便处理和控制井内复杂情况，防止井喷理和控制井内复杂情况，防止井喷z球形、挠性球形、挠性接头接头：其作用是使隔水管适应钻井船：其作用是使隔水管适应钻井船的摇摆、漂移运动，防止隔水管弯曲的摇摆、漂移运动，防止隔水管弯曲水下井口装置各部件的作用水下井口装置各部件的作用z隔水管隔

55、水管 其主要作用是隔绝海水、导引钻具，造成其主要作用是隔绝海水、导引钻具，造成泥浆的回路泥浆的回路防止隔水管因自重压弯的四种方法：防止隔水管因自重压弯的四种方法：y平衡锤法平衡锤法y用漂浮材料用漂浮材料y装同心充气筒装同心充气筒y隔水管张紧器隔水管张紧器z伸缩隔水管：其作用是适应钻井船的升沉运动，伸缩隔水管：其作用是适应钻井船的升沉运动，使水下器具不受钻井船上下升沉的影响使水下器具不受钻井船上下升沉的影响。第二节第二节 升沉补偿装置升沉补偿装置z使用伸缩钻杆使用伸缩钻杆z钻柱升沉补偿装置钻柱升沉补偿装置z死绳恒张力补偿装置死绳恒张力补偿装置z天车恒张力补偿装置天车恒张力补偿装置使用伸缩钻使用伸

56、缩钻杆杆z结构结构z位置位置 安装于钻铤的上面安装于钻铤的上面z原理原理z使用伸缩钻杆的优缺点使用伸缩钻杆的优缺点 优：结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求优：结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求 缺：钻压不能调节缺：钻压不能调节 承载条件恶劣承载条件恶劣 增加防喷器芯件的磨损增加防喷器芯件的磨损 难以准确确定井深难以准确确定井深钻柱升沉补偿装置钻柱升沉补偿装置73年研制成功年研制成功z位置位置：在游车与大：在游车与大钩之间钩之间z结构组成结构组成：y液缸液缸y活塞（杆）活塞（杆）y储能器储能器y锁紧装置锁紧装置y空气动力空气动力储罐储罐z工作原理工作原理钻柱升沉补

57、偿装置工作原理钻柱升沉补偿装置工作原理 当平台上升时，游车带动液缸上行，链当平台上升时，游车带动液缸上行，链条因液缸上行而放松，链条放松后，来自链条因液缸上行而放松，链条放松后，来自链轮及活塞杆的载荷减小，失去平衡，因而活轮及活塞杆的载荷减小，失去平衡，因而活塞下端液体压力大于活塞杆上外载荷，于是，塞下端液体压力大于活塞杆上外载荷，于是，液体压力推动活塞上行，固定在活塞杆上的液体压力推动活塞上行，固定在活塞杆上的链轮也随之上升，这样就可使链条继续保持链轮也随之上升，这样就可使链条继续保持张紧状态，大钩处于基本无运动。从而不影张紧状态，大钩处于基本无运动。从而不影响钻压变化，保持正常钻井。平台下

58、沉时，响钻压变化，保持正常钻井。平台下沉时，正与上述相反，原理相同。正与上述相反，原理相同。钻柱升沉补偿装置钻柱升沉补偿装置z钻压的调节钻压的调节 正常钻井时，向上力正常钻井时，向上力=向下力向下力 即即 则则 要调节要调节Pb，只要调节储气罐中的压力以改变液缸中只要调节储气罐中的压力以改变液缸中的液体压力的液体压力P就可实现。就可实现。 （自动送钻）（自动送钻）z存在的问题存在的问题 大钩还有少许位移大钩还有少许位移 原因原因y工作缸中液体的摩擦影响工作缸中液体的摩擦影响y机械摩擦影响机械摩擦影响y活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压力的影活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压

59、力的影响响wPPAb 2PAwPb2 nnVPVP2211 死绳恒张力装置死绳恒张力装置z结构结构7272年研制成功年研制成功主要由定主要由定滑轮组、滑轮组、动滑轮组、动滑轮组、液缸、高液缸、高低压储能低压储能器、控制器、控制台等组成台等组成死绳恒张力装置死绳恒张力装置工作原理工作原理 死绳自天车引出后，先经过一个传感死绳自天车引出后，先经过一个传感滑轮，将拉力大小变成电信号，输送到电滑轮，将拉力大小变成电信号，输送到电控系统和指重表。当平台下沉时，死绳上控系统和指重表。当平台下沉时，死绳上拉力减少，于是传感滑轮发出讯号，指令拉力减少，于是传感滑轮发出讯号，指令阀动作，使液缸活塞右端压力增加，

60、推动阀动作，使液缸活塞右端压力增加，推动活塞向左移动，将滑轮组上的钢丝绳拉紧，活塞向左移动，将滑轮组上的钢丝绳拉紧，活塞左端液体流回低压储能器。反之，平活塞左端液体流回低压储能器。反之，平台上升，动作与上述相反。台上升，动作与上述相反。天车恒张力补偿装置天车恒张力补偿装置72年研制成功年研制成功z位置：安装于天车上位置：安装于天车上z结构组成结构组成主要由浮动天车、主要由浮动天车、主气缸、液缸、储主气缸、液缸、储能器等组成能器等组成天车恒张力补偿装置工作原理天车恒张力补偿装置工作原理 当钻井船上升时，天当钻井船上升时，天车相对于井架沿轨道向下车相对于井架沿轨道向下运动，压缩主气缸中的气运动，压