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海洋采油工程

海洋采油工程海洋采油工程是石油工程专业高年级学生的选修课，以拓宽学生的知识面。要求学生了解海洋石油的基本特点，基本概况和与陆上石油的根本差别。了解海洋石油生产的基本设施的基本工作原理，为学生毕业后从事海洋石油工程奠定一定的基础。主要内容包括海洋石油生产的基本设施，完井系统，采油控制系统和边际油田开发四大部分。海洋采油工程绪言第一章

海洋石油生产设施第一节

生产支承结构第二节

立管第三节

原油储存系统第四节

输油设施第二章

完井系统第一节

平台完井第二节

过腿柱完井第三节

张力腿平台完井第四节

多井水下完井第五节

水下卫星井完井系统第三章

采油控制系统第一节

采油控制系统第二节

水下采油控制系统第四章

边际油田开发第一节

边际油田支承结构设计准则第二节

早期生产系统第三节

深水开发第四节

生产延伸测试绪言0.1我国石油工业现状—1978年起产量超亿吨，居世界第五；—

发展不平衡，总体水平落后；—

劳动生产率低；—1997年原油产量达1.5亿吨，约占世界5%；—1997年气产量达200亿方，约占世界1%；—能主要油田：大庆(5600万)，胜利(3300万)，辽河(1500万)，新疆（800万）0.2我国海洋石油工业现状—

起步阶段（65年—70年代末）

独立自主，自力更生；—

发展阶段（78年—

至今）对外合作与自主经营相结合

渤海海域：多为断块小型油气藏；

黄海海域：未列入重点寻找油气区域；

东海海域：前景评价极高，未开发；

南海海域：东部石油公司，西部石油公司

珠江口盆地：

北部湾：

莺歌海

曾母暗沙：

南沙群岛：—

产量超过1600万吨0.3海洋石油特点1.3.1周期长（勘探-发现-开发，3-5年）(1)一般开发程序—

盆地评价：寻找可能的出油气构造—

钻探井：查明油气存在状况；—

钻生产井和进行油气集输

油藏工程：油气分布与开发方案

采油工程：采出油气

地面工程：保证油气正常生产(2)油气开发规划

勘探钻井（含评价井）

油气开采可行性研究

勘探工作

评价

设备设计研究

阶段

技术可行性

经济可行性基本设计与预算详细设计开发工作

设备制造与采购

设备安装

试运行与投产(3)整体开发代替滚动开发0.3.2设备先进，技术可靠0.3.3知识、资金和技术三密集—知识密集：集天文、地理、数学、力学、机械、电子、通讯电脑于一体；

还没有石油工业用不到大学科；—

资金密集：北部湾水深40米,3000米井综合钻井成本1600-2100$/米

莺歌海水深100米，5000米井综合钻井成本2400$/米

三维地震：1200$/1km—技术密集：体现于设备与操作管理0.4我国石油工业发展战略—

发展战略：稳定东部

发展西部

开发海洋—

发展方针：

油气并举0.5石油油工工业业技技术术进进步步的的特特点点—投资资效效果果在在很很大大程程度度取取决决于于自自然然条条件件油田田位位置置与与产产能能埋藏藏深深度度与与埋埋藏藏条条件件油藏藏规规模模与与油油气气质质量量注意意：：自自然然条条件件的的影影响响客客观观存存在在；；相同同条条件件下下科科技技进进步步的的效效益益更更明明显显—新技技术术效效果果与与探探明明油油气气储储量量利利用用水水平平关关系系极极大大—油气气天天各各种种自自然然因因素素随随时时间间变变化化；；自喷喷——人人工工举举升升——EOR/IOR/AOR——MOR；—技术术经经济济指指标标具具有有概概率率性性质质—简单单再再生生产产投投资资比比例例越越来来越越高高。。油田田最最佳佳采采油油动动态态曲曲线线—高峰峰采采油油动动态态曲曲线线初期期产产量量迅迅速速增增长长，，但但递递减减快快；；后期期开开采采困困难难，，采采收收率率低低；；短期期需需投投入入大大量量资资金金与与劳劳动动力力；；石油油工工业业及及相相邻邻领领域域生生产产不不稳稳定定—平稳稳采采油油动动态态曲曲线线可减减少少初初期期投投资资投资资利利用用水水平平高高可以以较较高高速速度度开开发发剩剩余余储储量量主要要参参考考文文献献1.[比比利利时时]D.AFee:TechnologyforDevelopingMarginalOffshoreOlfield,19862.美美国国]R.SHall:DrillingandProductionOffshore,19833.[美美国国]海海洋洋钻钻井井与与采采油油4.陈陈宽宽主主编编：：近近海海工工程程导导论论<<海海洋洋工工程程>><<海海洋洋石石油油>><<Offshore>>OTC会会议议论论文文第一章海海洋石石油生产产设施—生产产支承结结构—立管管—水下下设备—原油油储存—外输输设施基本要求求?--其其大小小必须满满足预计计作业--能能支撑撑各种工工况下的的设备负负荷--建建造方法法切实可可行--费用用合理考虑因素素—水深：波波浪作用用、疲劳劳损伤、、建造安安装；—气候：常常以百年年一遇的的最坏情情况考虑虑；—海床：坚坚硬性、、平整性性和稳定定性；—安装与制制造—经济效益益第一节生生产支支承结构构(1)自自升式式支承结结构—平台可租租用，日日租金很很具竞争争性；—拆迁清理理费用低低，可恢恢复为钻钻井平台台；—井和立管有有传统型式式；—工作水深与与上部设施施重量受限限；—无储油能力力；—疲劳问题使使使用期短短。(2)半潜式支承承结构—运动小，可可用于恶劣劣环境；—对刚性和柔柔性立管适适应性好；；—拆迁清理费费用低，可可恢复为钻钻井平台；；—工作水深70-100米，井数4-10口；—排水量与稳稳定性对重重量敏感，，承载受限限；—储油能力有有限；—需海底管线线或单点系系泊系统。。(3)油轮型支承承结构油轮型支承承结构的特特点—储油能力强强、载重大大；—生产油轮给给穿梭油轮轮装油容易易；—能在百年一一遇的恶劣劣情况不间间断生产；；—工作水深50-150米；—系泊系统必必须和立管管系统结合合在一起；；—系泊油轮轮要经受大大的运动。。(4)驳船式支承承结构—甲板与载重重能力大，，足以安装装处理设备备；—有储油能力力；—易改装、价价格便宜；；—工作水深30-150米，井数〈〈8—要求较好的的环境条件件；—无钻井/修井能力力；—需系泊系系统。(5)张力腿平平台支承承结构张力腿平平台支承承结构的的特点—不产生垂垂直运动动，水平平运动小小；—深水域更更经济（（一般大大于150米）；—有效承载载大，有有修井能能力；—上层建筑筑与上部部结构可可在船厂厂制造(6)牵索塔（（绷绳塔塔）支承承结构牵索塔（（绷绳塔塔）支承承结构特特点—比传统平平台更便便宜；—易于制造造；—技术上未未得到足足够证实实；—有效在载载荷受限限；—无储油能能力。各种生产产支承结结构的性性能选择边际际油田生生产支承承结构类类型的影影响因素素7.其其它设施施--计量站（（分离器器，脱水水器，计计量装置置）--集集油站（（分析，，计量，，泵送，，控制））

--储油油基地--装装油平平台--生生活平台台

--烽火火平台--注注气（（水）站站海洋集油油和储油油设施第二节立立管将水下终终端与水水面或水水面以上上设备连连接起来的一根根（组））管子，，与管内内流体流流向无关关。—钻井/修井立管管；—绳索立管管；—生产立管管；—产品外输输/销售立管管立管(1)生产立管管包括与流流体从海海底流到到生产设设备有关关的所有有部件。。—立管下端端的连接接组件；；—立管上端端的流体体排出口口；张紧紧装置；；—立管连接接组件试试验墩、、立管试试验设备备等(2)立管束全部管子子、受力力构件、、浮力圈圈、导向向喇叭口口、单根管线线张紧器器、铰接接接头、、伸缩接接头—整体性立立管束；；—非整体性性立管束束；—混合型立立管束(3)生产立管管装置的的管线—生产立管管—气举立管管—环空监测测管线—外输立管管—维修立管管—天然气外外输立管管—液压控制制管线—立管接接头—立管试验验墩(4)柔性立管管柔性立管管(-):组组成—柔性立管管—快速连接接/解脱接头头；—弯曲限制制器；—锚顶装置置；—立管不锈锈钢包裹裹物柔性立管管(二））:结构构从内向外外:—联锁的螺螺旋型钢钢骨架：：抗压与与防变形形；—聚酰胺II型内热塑塑覆盖层层：密封封；—联锁的Z型螺旋管管：耐压压护甲；；—双层编织织钢丝网网：抗轴轴向应变变；—聚酰胺II型外热塑塑覆盖层层：密封封。柔性立管管(三):应用用特点—投资少于于刚性立立管；—恶劣天气气无需回回收立管管；—无需水下下接头或或重返进进入；—易迅速安安装；—易扩充系系统能力力；—对浮式结结构设计计影响小小；—抗腐蚀性性好。1.立立管设计计准则—生产流束束的数目目与体积积；—水下多支支管汇集集水平；；—油田二次次采油的的要求；；—生产支承承结构的的钻井/修井能力力；—抗风暴能能力（对对环境的的适应性性）；—外输/销售要求；—安装、保养和和维护要求2.工作的的立管装置2.1北海Buchan油田—作业者：BP石油开发有限限公司—投产：1974年8月发现，81年5月投产—水深：118米—油层深度：2900—3200米—井数：：5口底盘盘井和和2口卫星星井—产出液液流从从水下下管汇汇输到到半潜潜式平平台，，经处处理后的的油再再输回回水下下管汇汇，通通过油油轮外外运。。—立管系系统：：刚性性非整整体型型，另另有气气举管管线图1-5Buchan油田立立管装装置2.2巴巴西近近海Enchova油田田3.其其他他立管管设计计3.1带带状立立管3.2与与水下下塔连连接的的悬链链线柔柔性立立管4.各各种种立管管的比比较与与评价价1-与但锚锚腿系系泊结结合(SALM)的立管管2-刚性整整体型型立管管3-刚性非非整体体型立立管4-刚性单单管柱柱立管管5-刚性带带状立立管6-柔性悬悬链线线式单单井立立管组组7-混输液液流柔柔性悬悬链线线立管管8-Blmoral油田立立管9-mobil公司立立管10-与水下下塔结结合的的柔性性悬链链线立立管立管性性能评评价表表立管性性能评评价表表（续续）第三三节节原原油油储储存存系系统统1.海海底底贮贮油油罐罐第三三节节原原油油储储存存系系统统1.海海底底贮贮油油罐罐—经济济性性：：与与离离岸岸距距离离有有关关—可能能性性：：外外水水内内油油—可靠靠性性：：自自重重座座底底，，消消波波围围壁壁保保护护—就位位方方式式：：油油水水置置换换—建造造：：2.油油轮轮储储油油系系统统3.驳驳船船储储油油系系统统6.选用用储储油油系系统统考考虑虑的的因因素素—风暴暴出出现现频频率率和和持持续续时时间间；；—原油油生生产产能能力力；；—油田田与与卸卸油油港港口口的的距距离离；；—穿梭梭油油轮轮航航速速、、数数量量与与载载油油量量；；—港口卸油油设备效效率；—维护与修修理时间间第四节输输油设设施1.海海底管线线1.1管线材料料与尺寸寸小直径管管—碳素素钢大直径管管—API5LX规格X-42，X-46，X-52焊接—CO2或CO2+Ar保护钨极极或熔化化极电弧弧焊尺寸确定定：考虑虑强度与与运营费费用。2.管线重量量调节与与防腐—必要性：：防腐：延延长管线线服役寿寿命重量调节节：调节节均布载载荷—方法：调调节防腐腐层厚度度—海底管线线标准剖剖面内表面涂涂层钢管外表面钢筋网钢筋混凝凝土套管管1.3海海底管管线敷设设方法海底曳引引敷设法法?浮下沉沉敷设法法铺管船敷敷设法(-)图图1-9传统铺管管船敷设设法1.4海底管线线的防护护图图1-11挖泥法1.4海底管线线的防护护:其它它方法—喷射吸泥泥法—振动法—爆破法2.1悬链锚泊泊腿系统统（CALM）—柔性系统统，系泊泊力最小小；—油轮可迅迅速系泊泊与解脱脱；—浮筒可重重复使用用；—旋转接头头安装与与浮筒上上面；—要求在良良好的天天气条件件下系泊泊；—漂浮软管管易损坏坏。2.2单锚腿系系泊系统统（SALM)2.2单锚腿系系泊系统统（SALM)—适应水深深范围大大；——对海床的土土质条件适适应性好；；

—系统主要部部件可重复复使用；——系泊力小；；

—旋转接头布布置于水下下，需潜水水员保养与与维修2.3单浮筒储油油系统(SBS)—采用架或刚刚臂，以刚刚性管取代代漂浮软管管；—取消了首缆缆—设置人行道道，日常维维修方便；；—刚性连接减减小了环境境的影响。。2.4旷海单浮筒筒系泊系统统（ELSMB)2.5转塔系泊油油轮系统?TurrentMooredTanker2.6铰接装油柱柱(ArticulatedLoadingColumn)第二章完完井系统第一节平平台完井陆地完井：：导管支承井井口、四通通、封隔器器组件和采采油树浅水完井井下安全阀阀电泵电缆水面安全阀阀泥线悬挂设设备采油树—用于采油控控制的一组组阀门和装装置；—总阀：离油油管头最近近的阀门；；—顶阀：采油油树最顶部部的阀门；；—翼阀：采油油树侧部的的阀门。整体式采油油树Gray工具公司SantaBarbara海峡采油树高0.81米，最大横横向空间1.2米第二节过过腿柱完井井过腿柱完井井—在平台腿柱柱内钻成并并完成的井井—每井设备所所能占用空空间大大小小于常规平平台井—要求各结构构组件精确确布置—卡箍连接代代替法兰连连接—完井组件件标准化：：互换性、、可靠性—与常规平平台甲板完完井程序相相同；—复杂的专专门下入与与连接程序序。第三节张张力腿平台台完井1.回接系统示示意图漏斗形校直直承口锥形应力节节采油立管整整体连组合张紧器器163/4X95/8回接系统采油立管张张紧采油井口采油立管应应力节张力腿平台台销售立管管张力腿平台台卫星井采采油系统立管基础底底盘下部采油立立管组件带带浮力力组件的采采油立管节节第四节多井井水下完井—可接受一系列列卫星井—大多数井可布布置在一个固固定的海底底底盘—主要组件可回回收利用；—水深可大于300米；—底盘位置Petrobras公司水下底盘盘三点调平装置置；六个井口导向向基座一个管汇基座座二个控制器基基座四个卫星出油油管线基座二个销售管线线连接座三点调平装置置；

六个井井口导向基座座

一个管汇汇基座

二个个控制器基座座

四个卫星星出油管线基基座

二个销销售管线连接接座1钻井：底底盘座于海底底并找平，以以浮式钻井装装置在各井槽钻钻井。2.底盘采油树：：与卫星采油油树相同。3.采油立管系统统—底盘采油平台台，8“采油组合管管线—采油平台SBM，8“出油立管—底盘采油平台台，8“环空通道—一口底盘井4“注水管线—另一底盘井4“注水管线4.水下管汇—集合7口井产液—9口井环空管线线接入公共集集油管—底盘井可通过过环空出油集集油管线和管汇管进行测测流第五节水下下卫星井完井井系统1.湿式卫星井完完井—油管悬挂器系系统—完井立管—采油树装置—出油管线连接接系统—控制系统—安装和修井系系统1.1油管悬挂器系系统(Enchova油田)—可接受各种油油管设计和采采油方式—机械或液压座座封油管悬挂挂器—悬挂多油管—井下安全阀液压座封油管管悬挂1.3采油树装置采油树导向架架井口连接器阀门组Y型短管抽吸阀出油管环路与与转换器采油树管汇采油树罩装置置采油树导向架架井口连接器?抽吸阀阀采油树管汇1.4采油树控制系系统—水面平台在修修井安装中对对采油树进行行总控制—保持采油过程程中的遥控；；—卫星采油树1.5出油管线连接接系统—潜水辅助出油油管连接（出出油管—卫星星采油树）—无潜出油管线线连接系统1.6安装和修井系系统二、干式卫星星井完井用一个耐压容容器将井的设设备包围起来来，并将其装入常常压空气室实实现。安装多口水下下井时，可将将各井单独回回接到固定平台或或底盘。三、泥线下完完井系统第三章采油油控制系统第一节采油油控制系统1平台井2井下阀—流速阀—水面控制的井井下安全阀-单管控制制阀-双控制阀阀3水面阀关闭顺序：翼翼阀总阀井井下安全阀阀关闭原则：翼翼阀可在不压压井情况更换换，用于关闭闭井流；其余阀阀只有在停止止井流下关闭闭４井口阀安全翼阀：气气控，0.4-1.0MPa井下安全阀:液控,10-70MPa单管控制井下下安全阀:控制压力大于于油管压力双控制管阀:平衡设计5相互连接图6控制动力供给控制阀组装控制逻辑辑与安全传感感器7控制阀与组装装8遥感器9高---低压倒多数传传感器10探砂器11火灾监测12紧急关闭线路路第二节水下下采油控制系系统目的:打开和关闭井井口阀和井下下安全阀主要考虑因素素-井口位置置-采油平台台设备-平台到水水下井口的连连接-井口控制制设备-安装与维维护1采油控制系统统比较-井口水深深-平台控制制点到井口的的距离-控制功能能的多少-位置要求求-产量-环境因素素(风,浪,海流,温度)-控制系统统反应时间-安装维护护的可行性-辅助人员员技术水平2液压控制2.1直接液压控制制系统平台设备由水水下井口的液液压动力装置置和控制盘组组成控制盘有一个个用于井生产产操作各井控控制功能的手手动控制阀液压动力装置置:：压力液储罐，液压泵，储能器，压力调节阀，安全阀，过滤器石油基压力液液：注意粘度高成本，低复杂性启闭时间取绝绝于控制管线线大小在水下井口的的使用在水下完井的的使用2.2引导液压系统统井口控制阀+液压源+控制管导阀反应时间间10-30秒(长度,直径,液体粘度,控制制压压力力与与导导阀阀工工作作特特性性)2.3电－－液液控控制制－控控制制功功能能多多（8－12功能能）－控控制制距距离离远远（大于于69KM））－控控制制盘盘与水下下井井口口通通信信－遥遥控控终终端端装装置置（（调调制制解解调调器器，，多多路路调调制制装装置置，，顶置置段段,控制制装装置置，，模模拟拟接接收收专专职职,状态态输输入入装装置，电源源)－调调制制解解调调器器:－－与电电匹匹配配,输出出来来自自多多路路调调制制器器的的输输入入信信号号第四四章章边边际际油油田田开开发发－商商业业性性构构造造－非非商商业业性性构构造造－边边际际性性构构造造－边边际际油油田田－边边际际油油田田技技术术特特征征:低投资:权衡高的的生产作作业费与与低的可可靠性开发快:缩短初期期出油时时间短期使用用:保证系统统转移后后的重复复利用革新的资资金筹措措?.边际油田田支承结结构设计计准则(一)－足够大大的有效效承载能能力－－环境引引起的结结构运动动小－－极限海海况下的的系泊力力与海泊泊漂移位位移－－非极限限海况下下的补救救性操作作

－产产品运输输/销售的停停工率－－证书书、检验验与维修修考虑－－资金金及生产产作业费费

－改改/建/装时间边际油田田开发特特征2.1早期生产产北海Hutton油田1973年发现，，1984投产巴西GaroupaNorth油田1974年发现，，1979投产巴西Pampo油田1977年发现，，1980投产巴西Badejo,Bicudo当年发现现，当年年投产－预钻开开发的能能力－及时获获得生产产支承结结构的可可能性2.2缩减投资资－钻井平平台、油油轮改建建支承结结构，节节约来源源于前期期工程程以以及购买买或租用用旧的生生产支承承结构－－边际际油田生生产系统统，节约约海上作作业（吊吊装，连连接?费费用用2.3最大的投投资回收收－首次出出油所需需时间－租用支支承结构构和生产产设备的的可能2.4灵活性（（一?浮式系统统作用的的船型－驳船（（Handil,Bekapi等油田））－自升式式平台（（Ekofidk,Badejo）－半潜式式平台（（Ｈamilton,Enchova）－油轮（（Castellon,Nilde）立管系统统－管状立立管（Argyll,Buchan）－柔状立立管（castellon）－弧形形柔性性立管管（Cadlao）－铰链链栓（（Garoupa）系泊方方式－悬链链线泊泊－单锚锚腿泊泊系泊泊（SALM）－悬锚锚腿泊泊系泊泊（CALM）－铰链链栓系系泊－串接接式系系泊－旁靠靠式系系泊2.5被证实实的技技术2.6最小拆拆迁清清理费费2.7识别油油的方方法ThanksforEnjoyingIt9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Sunday,December25,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。04:15:3904:15:3904:1512/25/20224:15:39AM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2204:15:3904:15Dec-2225-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。04:15:3904:15:3904:15Sunday,December25,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2204:15:3904:15:39December25,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。25十十二二月月20224:15:39上上午午04:15:3912月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月224:15上上午午12月月-2204:15December25,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/254:15:3904:15:3925December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。4:15:39上上午4:15上上午午04:15:3912月月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Sunday,December25,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。04:15:3904:15:3904:1512/25/20224:15:39AM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2204