《海洋钻井工程》西油院王林老师讲稿幻灯片

海洋钻井工程主讲教师：王林第一章绪论第一节海洋石油工业概况一.海洋石油工业的发展史海洋石油开发是从1987年美国在加利福利亚州西海岸架木质栈桥打井开始的。六十年代进入飞跃发展阶段：第一节海洋石油工业概况1984年海上十大产油国：英国11700万吨沙特11250万吨美国8900万吨墨西哥8600万吨委内瑞拉5625万吨挪威3275万吨埃及2515万吨印尼2210万吨马来西亚1870万吨巴西1725万吨1958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我国自己也对沿海有关海域进行了勘探开发第一节海洋石油工业概况二.海洋石油资源地质学家L.G.威克斯估计海洋石油有2500亿吨由第九届世界石油会议资料水深小于200M的海上油田已证实储量为280亿吨《近海》杂志1974年估计海上石油储量为213亿吨天然气13.5亿联合国资料水深超过200M的深海区石油与天然气储量相当于3100亿吨石油第二节海洋钻井的主要特点一.海洋钻井的主要特点要有坚不可摧的井场要有隔水、引导、防喷系统、套管头要有定们系统和升沉补偿装置先进的交通、通讯及良好的生活保障有一套防腐措施和设备普遍采用丛式井（定向井）技术井身结构复杂，套管尺寸大，层次多注意安全遵守海洋法“渤海7号”打的井30”导管50M20”表面导管445M13”1775米技术套管9”2505米技术套管7”尾管3500米第二节海洋钻井的主要特点二.海上投资海上石油投资是较大的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水深30M比陆地油田高1倍水深180M比陆地油田高1--2.5倍水深300M比陆地油田高2--8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？ 海上每米进尺的探明储量比陆上高27倍 海上每吨储量的探明成本比陆上低6.7--23倍第二节海洋钻井的主要特点三.海洋石油勘探开发的几项最高纪录最深的海洋钻井钻于路易斯安那西三角27区块6983M最深的海上采油井位于路易斯安那州近海深度6173米钻井最大水深1983年美国东海水深2386米水深最大的固定平台壳牌石油公司建于墨西哥湾的Cogac平台水深312.5M最重的钻采平台雪弗龙公司的北海Ninian混凝土平台重达60多万吨高167M钻井最多的平台加利福利亚圣巴巴拉海峡的Gilda平台可钻96口井最大、产量最高的海上油田1951年在沙特发现的Safaniyah油田最大油轮55万吨I法国）第二章海上钻井装置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成本较低满足钻井、采油、测试等各项作业的要求第二章海上钻井装置海上钻井平台的分类

第二二章章海海上上钻钻井井装装置置优点点：：稳定定性性好好海面面气气象象条条件件对对钻钻井井工工作作影影响响小小如如有有工工业业性性油油气气，，可可很很快快转转换换成成采采油油平平台台固定定式式与与移移动动式式平平台台比比较较情情况况缺点点：：不能能够够移移动动和和重重复复使使用用造价价较较高高，，其其成成本本随随水水深深增增加加而而急急剧剧增增加加第一一节节导导管管架架桩桩基基平平台台一.结结构构组组成成导管管架架：：导导管管架架的的作作用用支承承上上部部结结构构作为为打打桩桩定定位位和和导导向向的的工工具具将平平台台上上面面的的负负荷荷比比较较均均匀匀地地传传递递到到桩桩上上可安装系靠船船的设备可作为安装上上部结构时的的临时工作平平台第一节导导管架桩基平平台第一节导导管架桩基平平台桩：用于承爱平台台的垂直重量量及水平环境境推力支承桩磨擦桩上部结构：由承爱作业机机械（机器））和其它载荷荷的各类桁架架及平台甲板板组成。上层平台：用用作安放井架架、绞车、钻钻具堆放场地地及宿舍等下层平台：安安放泥浆泵、、泥浆池、防防喷器、发电电房、固井设设备、仓库等等二.导管架的的运送、就位位及安装第一节导导管架桩基平平台第一节导导管架桩基平平台提升法：水深深30M以内内滑入法+起重重机：水深30--70M滑入法+控制制压载机：水水深70--120M浮运法：水深深120M以以上打桩：少则四四根，多则十十必根，打入入深度少则50M，多则则几百米铺设平台上部部结构整体铺设分块铺设井架的移位6M2M6M2M井架的移位12845679310111213141615第二节其其它固定式平平台重力式平台张力（腿）式式平台绷绳塔架式平平台重力式平台七十年代初出出现，它完全全借助于其本本身的重量直直接稳定地座座在海底混凝土重力式式平台钢质重力式平平台平台由沉垫、、立柱、甲板板三部分组成成沉垫有多种形形式：圆形、、六角形、正正方形立柱有：三腿腿、四腿、独独腿等几种甲板有钢持和和混凝土两种种混凝土重力式式平台康迪普型平台台此种平台1973年出现现。塞尔默型平台台混凝土重力式式平台与导管架平台台相比，具有有以下优缺点点优：不需打桩具有相当的的贮油能力节省钢材，，防火、防腐腐性较好，维维修费用低，寿寿命长缺：对地质质条件要求高高出现缺陷后后修复较困难难钢质重力式平平台1971年意意大利首造，，水深90米米，称洛安高平台台整个平台由沉沉箱、支承框框架、甲板三三部分组成，，沉箱可作贮贮油罐重量比混凝凝土轻预制过程中中对水哉要求求不高拖船马力小小对地基承载载力要求不高高贮油量用钢多，易易腐蚀优缺张力（腿）式式平台英国北海Hutton油油田首次于生生产中使用此平台，，1983年年安装，84年投产张力式平台主主要由甲板、、立柱（大浮浮体）、缆索索及系缆桩组组成它是今后深水水用主要平台台优点：受力合合理、用钢少少、成本低、、适用于深水水、对海洋环环境适应性大大绷绳塔架式平平台研究证明：绷绷绳塔架式平平台最经济的的工作水深范范围在40~480米之之间与钢质桩基相相比，优点如如下节省钢材（成成本低）井口装置可设设置于水面上上第三节移移动式钻井平平台1949年出出现第一台移移动式钻井装装置“环球钻钻机40”，，它是一台座座底式钻井平平台1953年出出现第一台自自升式钻井平平台1953年出出现了浮式钻钻井船1961年出出现了半潜式式钻井平台移动式钻井平平台分类座底式钻井平平台自升式钻井平平台半潜式钻井平平台浮式钻井平台台座底式钻井平平台结构组成沉垫浮工作平中间支撑座底式钻井平平台优缺点优点：钻井时固定牢牢靠不受海洋洋环境的影响响完井后移动灵灵活缺点：工作高度恒定定，不能调节节对海底地基要要求高工作水深较浅浅自升式钻井平平台德朗1号结构组成自升式平台由由工作平台、、桩腿和升降降机构组成工作平台的形形状有三角形形、四边形、、五角形等多多种形状桩腿桩腿数目有3,4,5,6,12,14,18腿等多种桩腿直径从两两米多到十多多米不等桩腿外形桩腿箱和底垫垫柱型桁架型矩形三角形四边形圆筒形升降机构升降机构的作作用是升降平平台和拔桩。。它分为两类类：一类是孔孔穴插销液压压升降装置，，另一类是齿齿轮齿条式电电动升降装置置孔穴插插销液液压升升降装装置升降机机构齿轮齿齿条式式电动动升降降装置置自升式式平台台的安安置与与撤离离降下平平台固定活活动部部件，，关闭闭密封封舱门门，注注意天天气预预报，，检查查升降降机构构抛锚下下降速速度1ft/min拔起桩桩腿冲桩迅迅速同同时提提桩固固桩拖航拖航方方式有有串联联和并并联自升式式平台台的安安置与与撤离离压载压载有有两种种：一种是是靠自自身重重量压载载，另另一种种是压载载舱压压载升起平平台平台纵纵向和和横向向倾斜斜不能能大于于1平台离离开水水面高高度一一般在在6~18m之之间o自升式式平台台的优优缺点点对水深深适应应性强强无桩脚脚底垫垫时，，用钢钢量少少，造造价较较低在出现现意外外的高高海浪浪时，，平台台可增增大离离水面面的距距离桩脚插插入海海底时时，有有良好好的搞搞侧向向移动动性平台离离开水水面后后，可可维修修整个个船体体桩腿下下部有有底垫垫时，，容易易造成成整个个装置置的飘飘浮不适于于更深深海域域拖航时时，易易遭风风暴的的袭击击优缺半潜式式钻井井平台台半潜式式钻井井平台台结构组组成沉垫浮浮箱其外形形有矩矩形、、鱼雷雷形、、潜艇艇形及及上下下平坦、、左右右两侧侧为椭椭圆等等多种种形式式上部平平台其外形形有三三角形形、矩矩形、、五角角形、、八角角形、十十字形形及中中字形形等多多种形形式立柱立柱个个数有有3，，4，，5，，6，，8个个等抛锚作作业用得较较多的的是45夹夹角类对称（（1-52-6，4-8，3-7）抛抛锚o半潜式式钻井井平台台45o半潜式式钻井井平台台优缺缺点优点：：稳定性性好移动灵灵活兼有底底座式式平台台的优优点缺点：造价高高净负荷荷能力力小航行速速度较较低浮式钻钻井船船第一艘艘浮式式钻井井船是是1953年改改装下下水的的船体有有单船船体和和双船船体增设升沉沉补偿装装置采取定位位（抛锚锚或动力力定位））措施中心抛锚锚以减少少摇摆采用钻杆杆自动排排放架设置减摇摇舱、减减摇罐采用双体体船型，，增加横横摇周期期人们采取取克服船船体运动动对钻井井影响的的措施浮式钻井井平台优优缺点优点：适用于较较深的海海域移动性能能好造价较低低，易维维护船速高缺点：对风浪极极为敏感感、稳定定性差被迫停工工率高第三章移移动动式钻井井平台的的锚泊定定位系统统锚泊定位位系统锚系的组组成锚系的分分类平台对锚锚系的要要求锚泊系统统的布锚锚方式第一节锚锚泊泊定位概概述第一节锚锚泊泊定位概概述锚泊定位位系统它是在海海底设置置固定的的基底设设备，用用锚泊线线将水面系留留物（平平台）与与基底设设备联系系起来，，从而限制系系留物（（平台））的漂移移锚系的组组成它是由锚锚、锚链链（锚缆缆）、锚锚机、锚锚架、锚锚浮标等组成成锚系的分分类移动性锚锚系暂时性锚锚系永久性锚锚系平台对锚锚系的要要求要满足升升船前的的锚泊定定位要求求要满足锚锚泊定位位后的移移船就位位要求要满足拖拖航过程程中对锚锚泊的要要求定位要求求最大漂移半径径〈5~6%水深常为漂移半径径〈2~3%水深拖航与就位的的要求控制平台的漂漂移确保平台的生生存拖航时，与自自升平台相同同移船就位的要要求自升式平台半潜式平台锚泊系统的布布锚方式临时锚泊定位锚泊第二节锚锚泊系统的静静力分析悬链线它是一种具有有均质、完全全柔性而无延延伸的链或索索自由悬挂于于两点上所形形成的曲线悬链线方程悬链线方程很小时，忽略，则⑴⑵⑶⑷由⑷得上式代入⑶得悬链线方程⑸悬链线方程由⑶得上式代入⑷得⑹又⑺⑻⑼悬链线方程即悬链线的水水平张力相等等由⑹和⑻式，得在a,b段上上积分⑽由⑸式得代代入入⑻式得悬链线方程由于代入上式得积分⑾悬链线方程同理由⑸和⑺式得由⑸式得⑿悬链线方程注意：a点点并未与海底底相切⒀锚泊线静力分分析以并将代入⒀⑽⑿⑾则可得如下的公式⒁⒂⒃⒄单一成分锚泊泊线锚泊线静力分分析单一成分锚泊泊线以上公式共有七个变量：、、、、、和如果已知、和锚泊线上端所受的水平力（）便可由上述公式求出、、、若已知、、则可求出最大外力及、、若所受外力，则锚泊线未全部提起若，则锚泊线全部提起且下端倾角必大于零则可根据、、计算出实际提起的悬垂长度及其它参数这时应根据公式⑼至⒀计算各相关参数锚泊线静力分分析二成分锚泊线线锚泊线静力分分析二成分锚泊线线(21)注意各符号的意义便得⒅⒆⒇(22)(23)锚泊线静力分分析二成分锚泊线线(24)(26)(25)上面九个公式中共有十四个变量：若已知、、、、便可计算出保悬链线下端张力水平时，其上端所能承受的最大水平外力及其他参数（采用迭代法，先假设一个值）锚泊线静力分分析二成分锚泊线线若已知，，，和预张力，则可能出现多种情况：若，则有三种情况：没有被完全提起恰好被完全提起不仅全部提起且被部分提起以上三种情况应根据公式来进一步判断的大小锚泊线静力分分析二成分锚泊线线表明水平外力力为零，锚泊泊线自由下垂垂为正常情况，，这时进一步步比较与与的的大小注：若，表明未全部提起，这时预紧状态下悬链线长度若，表明长度不足，下段也要提起一部分，按⒅至(26)式用迭代法先假设一个进行计算注意：实际下段长度应大于假设的若所给条件有矛盾（加大）锚泊线静力分分析二成分锚泊线线若，则有以下几种情况：时，若，恰好提起所给条件有矛盾正常（按二成分计算）时，若，，所给条件有有矛盾所说明水平外外力为零，锚锚泊线自由下下垂，全部提提起和部分（（其长长度））正常说明被斜提起一部分（用二成分按迭代法先假设一个第四章海上上钻井特殊工工艺和装置水下井口装置置升沉补偿装置置钻井施工和水水下井口安装装绳索作业及完完井方法第一节水下下井口装置水下井口装置置的功用及组组成水下井口装置置各部件的作作用水下井口装置置的

功用用用组成功用隔绝海水适应升沉、漂漂移和摇摆的工作环境境控制井口组成导向装置套管头组防喷器组隔水管柱连接器其它水下井口装置置各部的作用用井口盘：其作作用是固定海海底井口位置置，确定一个个开钻基点，，并承受井口口的重量导引架：其作作用是引导其其它水下工具具就位水下井口装置置各部的作用用导引绳张紧器器：其作用是是保持导引绳绳的张力恒定定，使其不受受平台升沉的的影响套管头组：其其作用是悬持持套管连接器：其作作用是便于某某些水下器具具间的快速连连接与拆卸水下井口装置置各部的作用用防喷器组：其其作用在于开开启和封闭井井口，以便处处理和控制井井内复杂情况况，防止井喷喷球形、挠性接接头：其作用用是使隔水管管适应钻井船船的摇摆、漂漂移运动，防防止隔水管弯弯曲水下井口装置置各部的作用用隔水管其主主要作用是隔隔绝海水、导导引钻具，造造成泥浆的回回路防止隔水管因因自重压弯的的四种方法：：平衡锤法用漂浮材料装同心充气筒筒防水管张紧器器伸缩隔水管：：其作用是适适应钻井船的的升沉运动，，使水下器具具不受钻井船船上下升沉的的影响。第二节升沉沉补偿装置使用伸缩钻杆杆钻柱升沉补偿偿装置死绳恒张力补补偿装置天车恒张力补补偿装置使用伸缩钻杆杆结构位置安装于钻铤的的上面原理使用伸缩钻杆杆的优缺点优：结构简单单，维修方便便，价格便宜宜，能基本满满足钻井的要要求缺：钻压不能能调节承承载条件件恶劣增加防喷器的的磨损难难以以准确确定井井深钻柱升沉补偿偿装置73年研制成成功位置：在游车车与大钩之间间结构组成：液缸活塞（杆）储能器锁紧装置工作原理钻柱升沉补偿偿装置钻压的调节正常钻井时时，向上