《海洋石油工程》1章

海洋石油工程天津石油职业技术学院石油工程系钻井教研室—郏志刚课程目标通过本课程的学习，期望达到如下教学目标：1.认识海洋相关基础知识；2.了解世界海洋石油工程的近况；3.了解我国海洋石油工程的发展史；4.熟悉海洋石油工程的相关机械设备；5.掌握海洋石油工程的相关工艺流程；▲海洋石油勘探工艺概论。▲海洋石油钻井工艺概论。▲海洋石油固井完井工艺概论。▲海洋石油采油输油工艺概论。6.了解海浪、海流、风等海洋环境对石油工程的影响。前言当今世界面临着人口、资源和环境三大问题。随着世界人口的增长和陆地资源因加速开采而日渐枯竭，海洋资源的开发、海洋环境的保护与利用已成为世界各国普遍关注的问题。我国海洋石油工业概况我国海域辽阔，海岸线长达18000多km²，海域面积47.7万km²，大陆架面积为130多km²。从60年代初期开始，我国就开始了海洋石油资源的勘探工作，先后发现了渤海、南海、黄海、东海、珠江口、北部湾六个大型含油气的地质盆地。海洋石油资源总量约450亿吨，天然气资源储量约14万亿m³，分别占全国油气资源总量的57％和33％。1998年原油产量达到了163l万吨，天然气38亿m³，2000年原油产量达到400万桶/天。我国海洋石油开发工程面临的挑战1.我国近海石油地质条件较为复杂，如渤海油田的近岸滩涂地区。2.原油性质特殊，轻、中、重三种油质中，中质与重质油储量可能会多些。3.开发成本较高且国际油价起伏不定，经济价值不稳定。4.毗邻太平洋、印度洋，海况条件比中东等地区差，受台风、海冰、地震影响较大。5.我国海洋石油开发工程起步较晚。（海洋石油钻采技术、设备落后于发达国家）世界海洋油田的分布里海地区阿塞拜疆（50%）哈萨克斯坦和土库曼斯坦（30%-40%）远东地区北海地区（产量最多）海湾地区非洲南美巴西北美地区中国油气田的分布目录第一章绪论第二章海洋资源第三章海洋灾害及防治第四章海洋钻井设备概述第五章海洋钻井工程概述第六章海洋采油设备概述第七章海洋采油工程概述第八章海洋石油工程相关计算概述第一章绪论第一节海洋概述海又称为“大海”，是指与“大洋”相连接的大面积咸水区域，即大洋的边缘部分。通常大型内陆盐湖、没有与海洋连通的大型咸水湖泊也称海。海分为边缘海、内海和内陆海。海在大洋的边缘，是大洋的附属部分。海的面积约占海洋的11%，海的水深比较浅，一般在2000m以内。由于海靠近大陆，受大陆、河流、气候和季节的影响，水的温度、盐度、颜色和透明度都会出现明显的变化。和大洋相比，海没有自己独立的潮汐与海流。第一节海洋的定义及海洋之最一、海洋的定义洋是海洋的中心部分。深度一般在2000m以上。约占海洋总面积的89%，有自己独立的潮汐与海流，水温及盐度等受陆地气候影响不大。世界四大洋：太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。第一节海洋的定义及海洋之最二、海洋的区分从水体上讲，海是洋的附属部分，但是本质上海是被淹没的大陆，主体位于大陆架上，其下的地壳是大陆地壳。而洋下面则是大洋地壳。由此产生了一系列差异。当然随着地质运动，海、洋是可以互相转化的。三.海洋之最最大最深的海世界上最大最深的海是珊瑚海，面积为479.1万Km²。最深度达9174m。珊瑚海因有大量珊瑚礁而得名，世界有名的大堡礁就分布在这个海区。它象城垒一样，从托雷斯海峡到南回归线，南北绵延伸展2400Km，东西宽约2～150Km，总面积8万Km²，为世界上规模最大的珊瑚体。最小的海马尔马拉海是土耳其的内海，位于土耳其亚洲和欧洲部分分界线之间，是欧亚大陆之间断层下陷而形成的。它的东北经博斯普鲁斯海峡与黑海沟通，西南经达达尼尔海峡与爱琴海相连。它的面积仅1.1万Km²，是世界上最小的海。最古老的海—地中海在欧、亚、非洲之间有一个海，就是地中海。它是世界上最大的陆间海。东西长约4000km，南北宽约1800km，面积约250多万km²。地中海西边有21km宽的直布罗陀海峡，穿过它就到大西洋；东边可以通过苏伊士运河进印度洋，东北部通过达达尼尔海峡、博斯普鲁斯海峡，与黑海相连。地中海沿岸国家有：阿尔及利亚、突尼斯、利比亚、埃及、以色列、黎巴嫩、叙利亚、土耳其、希腊、阿尔巴尼亚、南斯拉夫、克罗地亚、意大利、西班牙、法国、葡萄牙和摩洛哥等。红色的海—红海在非洲北部与阿拉伯半岛之间，有一片颜色鲜红的海，这就是红海，它是印度洋的附属海。由于海底裂谷有几处热源，致使海内的红藻会发生季节性的大量繁殖，使整个海水变成红褐色，有时连天空、海岸，都映得红艳艳的，给人们的印象太深刻了，因而叫它红海。实际上，在通常情况下，海水是蓝绿色的。四.中国之海—渤海渤海在辽东半岛南与山东半岛北连线以西，为一半封闭型中国内海。渤海包括北部辽东湾、西部渤海湾、南部莱州湾三个湾和中央浅海盆地，渤海海峡五部分组成，海域面积7.7万平方公里，为我国海域面积的1.63%，平均水深18m，总容量1730Km³。渤海由河北、山东、辽宁3省和天津市环抱，总共有13座环渤海城市。渤海通过渤海海峡与黄海相通。渤海海峡口宽59海里，有30多个岛屿，其间构成8条宽狭不等的水道，扼渤海的咽喉，是京津地区的海上门户，地势极为险要。渤海古称沧海，又因地处北方，也有北海之称。四.中国之海—渤海四.中国之海—黄海出了渤海海峡，海面骤然开阔，深度逐渐加大，这就是黄海。黄海因为古时黄河水流入，江河搬运来大量泥沙，使海水中悬浮物质增多，海水透明度变小，故呈现黄色，黄海之名因此而得。黄海是我国华北的海防前哨，也是华北一带的海路要道。黄海寒暖流交汇，水产丰富，特别是渤海和黄海沿岸地势平坦，面积宽广，适宜晒盐。长江口北岸的启东角与韩国济州岛西南角的连线是黄海与东海的分界线。四.中国之海—东海东海是中国海的一部分、中国三大边缘海之一。它北起中国长江口北岸到韩国济州岛一线，与黄海毗邻，东北面以济州岛、五岛列岛、长崎一线为界，南以广东省南澳岛到台湾省本岛南端一线同南海为界，东至日本琉球群岛。位于中国大陆和台湾岛、日本琉球群岛和九州岛之间。并经对马海峡与日本海相连，濒临中国的沪、浙、闽、台4省市。面积77万多平方公里。多为水深200m以内的大陆架。盐度为31-32‰，东部为34‰。海水温度平均9.2℃。冬季南部水温在20℃以上。四.中国之海—东海四.中国之海—南海南海位于我国大陆的南方。南海北边是我国广东、海南、广西、福建和台湾四省一区，东南边至菲律宾群岛，西南边至越南和马来半岛，最南边的曾母暗沙靠近加里曼丹岛。通过巴士海峡、苏禄海和马六甲海峡等，与太平洋和印度洋相连。它的面积最广，约有356万Km²，相当于16个广东省那么大。我国最南边的曾母暗沙距大陆达2000Km以上，这要比广州到北京的路程还远。南海也是邻接我国最深的海区，平均水深约1212m，中部深海平原中最深处达5567m，比大陆上西藏高原的高度还要大。四.中国之海—南海五.大洋之—太平洋太平洋是地球最大的海洋，覆盖着地球约46%的水面以及约32%的总面积。跨度从南极大陆海岸延伸至白令海峡，西面为亚洲、大洋洲，东面则为美洲，跨越135°纬度，南北最宽15500Km。包括属海的面积为18134.4万Km²，不包括属海的面积为16624.1万Km²。它的平均深度为4000m左右，其最大深度为马里亚纳海沟（在马里亚纳群岛之东），深达11,033m，很大一部分洋面位于近赤道与热带纬度（故又称温暖之洋）。五.大洋之—太平洋五.大洋之—大西洋大西洋是世界第二大洋，占地球表面积的近20%，原面积8,221.7万Km²，在南冰洋成立后，面积调整为7,676.2万Km²，平均深度3300m，最深处波多黎各海沟深达9219m。从赤道南北分为北大西洋和南大西洋。北面连接北冰洋，南面则以南纬66°与南冰洋接连，东面为欧洲和非洲，而西面为美洲。大西洋的中文名称，最早来自于明万历11年（1583年）意大利传教士利玛窦所译。五.大洋之—大西洋繁忙的航运丰富的物产传奇的历史感人的故事五.大洋之—印度洋印度洋位于亚洲、大洋洲、非洲和南极洲之间，是世界的第三大洋，北为印度、巴基斯坦和伊朗；西为阿拉伯半岛和非洲；东为澳大利亚、印度尼西亚（印尼）和马来半岛；南为南极洲；中为英属印度洋领地。印度洋包括属海的面积为7411.8万Km²，约占世界海洋总面积的20%。包括属海的体积为28460.8万Km³，印度洋的平均深度仅次于太平洋，平均深度为3839.9m，正式使用印度洋一名是在1515年左右，当时被称为“东方的印度洋”，后简化为“印度洋”。五.大洋之—北冰洋北冰洋又称北极海，位于北极圈内，大致以北极点为中心。面积1405.6万Km²，约占世界大洋面积的3.6%。平均深度1200-1300m，为世界大洋平均深度的三分之一。最深处为南森海盆，深度为5450m。北冰洋是世界最小最浅和最冷的大洋。大致以北极圈为中心，位于地球的最北端，被亚欧大陆和北美大陆环抱着，有狭窄的白令海峡与太平洋相通；通过格陵兰海和许多海峡与大西洋相连，1845年，英国伦敦地理学会命名，经译文为北冰洋。五.大洋之—北冰洋第二节海洋形成之谜与海水含盐之谜一.海洋形成之谜（学说一）地球形成初期，火山活动持续不断，地表中重元素不断下沉，轻元素缓慢上浮，由此地球表面沟壑纵横、褶皱密布。地下及地表水不断蒸发，反复地形云致雨，重又落回地面，长期的降雨积累在低洼处就形成了原始的海洋。由于当时大气中没有氧气，也没有臭氧层，紫外线可以直达地面，靠海水的保护，生物首先在海洋里诞生。大约在38亿年前，即在海洋里产生了有机物，先有低等的单细胞生物。在6亿年前的古生代，有了海藻类，在阳光下进行光合作用，产生了氧气，慢慢地积累，最终在大气中形成了臭氧层。至此生物才开始登上陆地。第二节海洋形成之谜与海水含盐之谜一.海洋形成之谜（学说二）最新科学研究证明，宇宙中存在着大量含有固态冰的小型天体。小型冰天体在宇宙运行过程中，与地球发生碰撞，最终汽化成云和雨，海洋由此形成。第二节海洋形成之谜与海水含盐之谜二.海水含盐之谜来源一：地球形成初期，火山活动加剧，火山喷发将大量地下水喷出地表，并携带岩浆中的盐分汇集成原始的海洋。海底土壤及岩石在长期海水浸泡过程中，盐分不断地分离并溶解于海水中，使海水含盐量在不断增加。来源二：岩浆使地下及地表水不断蒸发，反复地形云致雨，重又落回地面，形成了纵横交错的大小河流。在河流流向大海的过程中，冲刷剥离出沿途泥土和岩石中的盐分，最终带入大海。第三节海底形貌一.大陆边缘（大陆架、大陆坡、大陆隆）1.大陆架：是指水深为0～200m的台地。2.大陆坡：由大陆架向外伸展，海底突然下落，形成陡峭的斜坡，这个破叫做大陆坡。3.大陆隆：又称大陆基，是大陆坡以外到大洋盆地之间的过渡地带，水深为2500～4500m。第三节海底形貌二.大洋盆地1.定义：也称深海盆地，分布在大陆边缘和大洋中脊之间，大洋盆地主体部分水深为4000～6000m。2.成因：建立在地球物理科学基础上的“海底扩张说”，以及之后发展起来的“板块构造学”理论认为，大洋的诞生始于大陆地壳的破裂。地壳由于内部物质上涌产生隆起，在张力作用下向两边拉伸，从而导致局部破裂，形成一系列的裂谷与湖泊。后来大陆地壳终于被拉断，岩浆沿裂隙上涌，凝结而成大陆地壳，一个具有典型洋盆地的大洋便从此诞生。二.大洋盆地3.大洋盆地成因示意图三.大洋中脊1.定义：大洋中脊是大洋底的山脉或隆起，它们是海底扩张的中心。2.成因：大洋中脊的形成与火山活动有关，岩浆上涌冲出海底时，在海底火山口周围冷却、凝固、堆积。重复这个过程，就会在海底深处形成大洋中脊，有的顶部距海平面2000～3000m，有的则在长期喷发过程中高出海面，形成岛屿。如著名的“夏威夷群岛”、“加拉帕戈斯群岛”，1835年启发达尔文写出《进化论》的地方。第四节海水的物理、化学性质一.海水的盐度及化学成分目前发现海水含有80种元素，其化合物的种类更多，这些化合物以离子态（阴离子、阳离子、结合离子）、悬浮态、胶体以及气泡等形式存在于海水中，海水的含盐量通常在35%左右（P7海水盐度影响）。海水化学成分含量的不同，可划分为五类元素：1、常量元素：钠、镁、钙、钾、氯、硫、碳、溴、氟、硼等，占海水中溶解盐类的99.8~99.9%，它们在海水中的含量基本不变。2、营养元素：包括氮（以硝酸盐和亚硝酸盐和铵等形式存在）、硅、磷、铁、锰、铜等，这些元素与生物的生长很密切。第四节海水的物理、化学性质一、海水的盐度及化学成分3、微量元素：种类很多，但总量却非常少，仅占总盐的0.1%左右，如锂、铯、锌等。4、溶解气体：主要来自海气交换，如氮、氧、氩、二氧化碳、氖、氦等，在缺氧情况下还会出现硫化氢和甲烷等。5、有机物：包括碳水化合物、脂肪、蛋白质和元素有机物等等，部分来源于大陆河流输入，大部分来自海洋生