《海洋钻井工程》-西油院王林老师讲稿(幻灯片)

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：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3M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8583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根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工移动式海上钻井装置第二章海上钻井装置优点：稳定性好海面气象条件对钻井工作影响小如有工业性油气，可很快转换成采油平台固定式与移动式平台比较情况缺点：不能够移动和重复使用造价较高，其成本随水深增加而急剧增加第一节导管架桩基平台一.结构组成导管架：导管架的作用•支承上部结构•作为打桩定位和导向的工具•将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩上•可安装系靠船的设备•可作为安装上部结构时的临时工作平台第一节导管架桩基平台第一节导管架桩基平台桩：用于承爱平台的垂直重量及水平环境推力•支承桩•磨擦桩上部结构：由承爱作业机械（机器）和其它载荷的各类桁架及平台甲板组成。•上层平台：用作安放井架、绞车、钻具堆放场地及宿舍等•下层平台：安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、固井设备、仓库等二.导管架的运送、就位及安装第一节导管架桩基平台第一节导管架桩基平台提升法：水深30M以内滑入法+起重机：水深30--70M滑入法+控制压载机：水深70--120M浮运法：水深120M以上打桩：少则四根，多则十必根，打入深度少则50M，多则几百米铺设平台上部结构整体铺设分块铺设井架的移位6M井架的移位12845679310111213141615第二节其它固定式平台重力式平台张力（腿）式平台绷绳塔架式平台重力式平台七十年代初出现，它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底混凝土重力式平台钢质重力式平台平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成沉垫有多种形式：圆形、六角形、正方形立柱有：三腿、四腿、独腿等几种甲板有钢持和混凝土两种混凝土重力式平台康迪普型平台此种平台1973年出现。塞尔默型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优：不需打桩具有相当的贮油能力节省钢材，防火、防腐性较好，维修费用低，寿命长缺：对地质条件要求高出现缺陷后修复较困难钢质重力式平台1971年意大利首造，水深90米，称洛安高平台整个平台由沉箱、支承框架、甲板三部分组成，沉箱可作贮油罐重量比混凝土轻预制过程中对水哉要求不高拖船马力小对地基承载力要求不高贮油量用钢多，易腐蚀{{优缺张力（腿）式平台英国北海Hutton油田首次于生产中使用此平台，1983年安装，84年投产张力式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索及系缆桩组成它是今后深水用主要平台优点：受力合理、用钢少、成本低、适用于深水、对海洋环境适应性大绷绳塔架式平台研究证明：绷绳塔架式平台最经济的工作水深范围在40~480米之间与钢质桩基相比，优点如下节省钢材（成本低）井口装置可设置于水面上第三节移动式钻井平台1949年出现第一台移动式钻井装置“环球钻机40”，它是一台座底式钻井平台1953年出现第一台自升式钻井平台1953年出现了浮式钻井船1961年出现了半潜式钻井平台移动式钻井平台分类座底式钻井平台自升式钻井平台半潜式钻井平台浮式钻井平台座底式钻井平台结构组成沉垫浮工作平中间支撑座底式钻井平台优缺点优点：钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响完井后移动灵活缺点：工作高度恒定，不能调节对海底地基要求高工作水深较浅自升式钻井平台德朗1号结构组成自升式平台由工作平台、桩腿和升降机构组成工作平台的形状有三角形、四边形、五角形等多种形状桩腿桩腿数目有3,4,5,6,12,14,18腿等多种桩腿直径从两米多到十多米不等桩腿外形桩腿箱和底垫柱型桁架型矩形三角形四边形圆筒形升降机构升降机构的作用是升降平台和拔桩。它分为两类：一类是孔穴插销液压升降装置，另一类是齿轮齿条式电动升降装置孔穴插销液压升降装置升降机构齿轮齿条式电动升降装置自升式平台的安置与撤离降下平台固定活动部件，关闭密封舱门，注意天气预报，检查升降机构抛锚下降速度1ft/min拔起桩腿冲桩迅速同时提桩固桩拖航拖航方式有串联和并联自升式平台的安置与撤离压载压载有两种：一种是靠自身重量压载，另一种是压载舱压载升起平台平台纵向和横向倾斜不能大于1平台离开水面高度一般在6~18m之间o自升式平台的优缺点对水深适应性强无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低在出现意外的高海浪时，平台可增大离水面的距离桩脚插入海底时，有良好的搞侧向移动性平台离开水面后，可维修整个船体桩腿下部有底垫时，容易造成整个装置的飘浮不适于更深海域拖航时，易遭风暴的袭击优缺半潜式钻井平台半潜式钻井平台结构组成沉垫浮箱其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下平坦、左右两侧为椭圆等多种形式上部平台其外形有三角形、矩形、五角形、八角形、十字形及中字形等多种形式立柱立柱个数有3，4，5，6，8个等抛锚作业用得较多的是45夹角类对称（1-52-6，4-8，3-7）抛锚o半潜式钻井平台45o半潜式钻井平台优缺点优点：稳定性好移动灵活兼有底座式平台的优点缺点：造价高净负荷能力小航行速度较低浮式钻井船第一艘浮式钻井船是1953年改装下水的船体有单船体和双船体增设升沉补偿装置采取定位（抛锚或动力定位）措施中心抛锚以减少摇摆采用钻杆自动排放架设置减摇舱、减摇罐采用双体船型，增加横摇周期人们采取克服船体运动对钻井影响的措施浮式钻井平台优缺点优点：适用于较深的海域移动性能好造价较低，易维护船速高缺点：对风浪极为敏感、稳定性差被迫停工率高第三章移动式钻井平台的锚泊定位系统锚泊定位系统锚系的组成锚系的分类平台对锚系的要求锚泊系统的布锚方式第一节锚泊定位概述第一节锚泊定位概述锚泊定位系统它是在海底设置固定的基底设备，用锚泊线将水面系留物（平台）与基底设备联系起来，从而限制系留物（平台）的漂移锚系的组成它是由锚、锚链（锚缆）、锚机、锚架、锚浮标等组成锚系的分类移动性锚系暂时性锚系永久性锚系平台对锚系的要求要满足升船前的锚泊定位要求要满足锚泊定位后的移船就位要求要满足拖航过程中对锚泊的要求定位要求最大漂移半径〈5~6%水深常为漂移半径〈2~3%水深拖航与就位的要求控制平台的漂移确保平台的生存拖航时，与自升平台相同移船就位的要求自升式平台半潜式平台锚泊系统的布锚方式临时锚泊定位锚泊第二节锚泊系统的静力分析悬链线它是一种具有均质、完全柔性而无延伸的链或索自由悬挂于两点上所形成的曲线悬链线方程悬链线方程0cos)cos()(TddTT0sin)sin()(wdlTddTT0cos)sindTdTd很小时，1cosdddsin忽略，则dTd0sincoswdldTdT⑴⑵⑶⑷由⑷得)cos(sin1dTwdldT上式代入⑶得悬链线方程)cos(sincossindTwdldTsincossincos2dTwdl)sincos(sinsincos2wdlTd)cos(sincos22wdlwdlcos⑸悬链线方程由⑶得ddTTsincos上式代入⑷得0sinsincos2wdldTdTdlwwdldTsin)sinsincos(2⑹又dldxcos⑺dldysin⑻bbaaoTTTcoscos⑼悬链线方程即悬链线的水平张力相等由⑹和⑻式，得wdydT在a,b段上积分baTTywdyT0wyTTab⑽由⑸式得代入⑻式得coswtddl悬链线方程cossinwtddy由于代入上式得cosoTTdwTdyocossin积分dwTdybaoy20cossin)cos1cos1(abowTy)11(22abotgtgwT⑾悬链线方程同理由⑸和⑺式得由⑸式得dwTdxocos1dwTdxbaoycos10)]1ln()1[ln(22aabbotgtgtgtgwTx)]()([11abotgshtgshwT⑿悬链线方程注意：a点并未与海底相切dwTdlo2cos1dwTdlbaol20cos1)(abotgtgwTl⒀锚泊线静力分析0aoaTT以并将bbTTyhxs代入⒀⑽⑿⑾则可得如下的公式oTwltg22)(ooTwlwhTT)()(11tgshwTTwlshwTsooo]1)([]11[]11)([22oooooTwschwTtgwTTwlwTh⒁⒂⒃⒄单一成分锚泊线锚泊线静力分析单一成分锚泊线以上公式共有七个变量：、、、、、和woTlTsh如果已知、和锚泊线上端所受的水平力（）oThw便可由上述公式求出、、、lTs若已知、、则可求出最大外力及、、mQhwlTs若所受外力，则锚泊线未全部提起mQQ若，则锚泊线全部提起且下端倾角必大于零mQQ'lhwQ则可根据