国外超深水钻采平台的发展给我们的启迪
文章编号:1001-4500(2003)05-0001-05
国外超深水钻采平台的发展给我们的启迪
廖谟圣
中图分类号:P74 文献标识码:D
地球表面积约为5.11亿km2,海洋占了70.9%,占了我们人类生活和活动面积与空间的三分之二以上。海洋平均深度为3730m,海深3000～6000m占海洋总面积的73.83%,而大陆架水深为0～200m,仅占海洋总面积的7.49%。不难看出,向深海要石油,即向深水域发展海洋石油钻井采油装备,是今后较长时间发展的必然趋势。由于固定式采油平台工作水深超过100m之后,造价越来越昂贵,其允许经济极限工作水深大约小于450m。发展移动式、特别是浮式钻井采油平台显得特别必要;加上某些边际油田的开发,需要发展移动式采油平台,以节省建造昂贵的固定式采油平台的投资,使之能重复使用,从而解决了开采边际油田的经济性与可行性,这也是世界上移动式采油平台能得到迅速发展的重要原因之一。
据2002年在巴西召开的世界石油大会报导,油气勘探开发通常按水深加以区别:水深400m以内为常规水深,400～1500m水深为深水,超过1500m为超深水。
仅在2001年,在超过1000m水深的海域的探井数就多达130口;由于深水或超深水勘探作业费用巨大,目前有能力(无论是资金或技术实力)进行深海石油勘探开发作业的公司主要有BP、Shell、Exx on-Mobi1、ChevronTex aco、Petrobras等几家比较大的石油公司。
近年来,各大石油公司在深海领域的投资有不断增加的趋势。2001年全球在深海的石油开发投资超过110亿美元,尚不包括勘探及评价投资。2003年的投资将会超过150亿美元。
可见,向海洋和深海要油气,发展新一代的移动式钻采平台,是世界油气工业发展必不可少的重要一环。
1 当前海洋石油钻井、采油的部分世界纪录
(1)海洋石油(含天然气,下同)钻井工作水深达2964m。2001年10月28日,美国联合油用越洋《Sedco ForexDiscoverer》号浮船在墨西哥湾的Alamions Canyon903区块二号井,创水深达2964.8m (9727ft)之世界纪录(2001年5月,该船在同一区块的一号井创水深达2955m的世界纪录,破了2000年在该海湾由BHP公司创水深2695m的世界纪录)。
(2)据美国《E&P》杂志2003年3月号报导:2001-2002年先后创造了多项海洋钻井深度纪录。
1)2001年12月12日,美国马拉松(M arathon)石油公司用Noble的钻井装置在花园礁(Garden Banks)515区块,创造了垂深为8087m(26532ft)的钻深纪录;
2)2002年1月19日,马拉松石油公司用全球圣塔菲(Global Santa Fe)的钻井装置在步行者山脊(Walker Ridge)的30号区块,创造了斜深为8547m(28034ft)的钻深纪录;
3)2002年4月4日,美国雪夫隆(Chevron)用《Transocean Sedco Forex》的钻井装置在绿色峡谷(Green Canyon)640号区块创造了垂深为8659m(28411ft)的钻深纪录;
4)2002年6月4日,勘探和开发主权公司(Dominion E&P)用全球海洋(Global M arine)的钻井装
收稿日期:2003-07-14
作者简介:廖谟圣(1935-),男,中国石油和石化工程研究海洋石油和石化工程专业委员会成员。
置,在密西西比海沟(M ississippi Cany on)773号区块创造了垂深为8512m(27929ft)的钻深纪录;
5)2002年7月16日,壳牌近海(Shell Offshore)公司用《Helmerich&Payne》的钻井装置在密西西比海沟809区块的A-10号井,完成钻井深达8809m(28901ft)的钻深纪录;
6)2002年12月7日,BHP公司用全球圣塔菲公司的钻井装置在绿色峡谷610号区块,创造了钻深为8332m(27377ft)的纪录。
又据《世界石油(World Oil)》杂志2003年2月号报导:2002年,美国雪夫隆(Chevron)在绿色峡谷(Green Canyon)640号区块打破了其创造的纪录,钻井垂深达9210m(30217ft)。此深度可视为当前钻井最深世界纪录。
(3)海洋采油井最深记录达7088.73m(23257ft),是于2001年,壳牌近海(Shell Offshore)石油公司在外陆架(OCS)-G11553的花园礁(Garden Banks)602区块的A-4井创造的记录(《世界石油(World Oil)》杂志2003年2月号)。
(4)海底采油水深世界记录。2002年秋季,马拉松(Marathon)石油公司在美国新奥尔兰(New Or-leans)东南225km(140mtle)海域的348区块、水深为2196m(7200ft),成功进行了海底完井作业。
据2002年12月世界石油杂志的最新报导:巴西石油公司在巴西近海的坎婆斯(Campos)盆地,采用哈里波顿(Halliburton)公司的Sea-Link海底-水面电液系统,在水深为2741m(8993ft)处,完成了深水钻杆测试(DST),为深水采油创造了良好条件。
2 世界海洋深水钻井平台(船)的发展近况
2.1 深水半潜式钻井平台
2.1.1深水半潜式钻井平台的新发展简述
1996年,在全世界拥有半潜式钻井平台132艘,1997年增至147艘,1998年再增至165艘,2000年增至170艘,2002年末为175艘。
据2002年末统计,全世界现有和正建造的175艘平台中,有31艘工作水深在1829m(6000ft)及以上,其中2286m(7500ft)及以上的有16艘(含10000ft2艘),最深工作水深为《Deepw ater Horizon》和《Eirik Raude》(Bingo9000系列)其工作水深均为3048m(10000ft)。
2.1.2 当前世界上较典型的深水、大型、先进的半潜式钻井平台
(1)友人与金人(Friede&Goldm an)EXD设计的第五代半潜平台开发钻井者1号《Developm ent Driller1(原名Rig184)》和开发钻井者2号《Development Driller2(原名Rig185)》,计划2003年建成。工作水深2286m(7500ft),钻深能力11430(37500ft),可变载荷7000t,生活模块可住152人,钻机主绞车为交流变频7000HP。
(2)《卡江快捷号(Cajun Express)》半潜平台。工作水深2591m(8500ft),钻深能力10668m (35000tf),工作水深可升级改造至3048m(10000ft)。该平台与《赛德柯快捷号(Sedco Express)》、《赛德柯能源号(Sedco Energy)》系采用同一设计(即Sedco Ex press2000),后两者在法国建造,除工作水深为1829m(6000ft)、可升级改造至2286m(7500ft)外,其余参数均与在新加坡建造的《卡江快捷号》相同。
该三艘平台钻机主绞车功率均为Hitec AHD6400HP,各装有四台推进器,每台7M W,航速可达12kn,工作海区分别为墨西哥湾、巴西和尼日利亚海域,均于2000年建成。
(3)《深水地平线号(Deepw ater Horizon)》半潜平台。工作水深3048m(10000ft),钻深能力9144m (30000ft),可变载荷8200t,生活模块可住152人,钻机主绞车为6600HP,防喷器组(BOP)为18濐 in、压力15000psi,顶部驱动系统(T DS)为VarcoTDS-8s AC,动力定位系统为8×5000kW平推进器、DP-3级,6×7000kW AC发电机组。
(4)《NOBLE CLYDE BOU DREAUX》号半潜平台。工作水深3048m(10000ft),钻深能力10670m (35000ft),可变载荷7000t,生活模块可住150人,钻机主绞车为4000HP,转盘通径60濎 in,泥浆泵为4
×2200HP,BOP待定,工作海区为世界范围内。将于2004年一季度完工。
2.1.3 第五、第六代半潜式平台新发展的主要特点
(1)采用优良的设计,其可变载荷与总排水量的比值将超过0.2以上(过去,DSS20型半潜平台可变载荷与总排水量的比值为0.175),总排水量与自重的比值将超过4.0(目前,PET ROBAS XⅧ平台的总排水量与平台自重比值为3.6)。
(2)平台主结构采用甚高强度钢。通常大多数海上工程项目用钢的屈服强度( s)为250～350MPa (相当36250～50750PSI),目前,甚高强度钢( s=700M Pa)已用于制作平台的重要结构等,甚至使用 s =827M Pa(×120钢级=120000PSI)的钢材。
现代高强度钢( s=420～550M Pa,相当×60和×80)的主要特点是:
相对低的含碳量,以改善其韧性和可焊性; 通过添加钒、铌、铝等微量合金和使晶粒变细的热处理,提高其强度与韧性;使用诸如锰、硅、镍、铬和铜等较大比例合金成份和进行固熔强化处理以增加钢材的强度;!大大减少硫磷含量及控制其晶粒形态和密度的均质性能,消除诸如层状裂纹等焊接缺陷。
综上所述,这种钢的综合特点是:强度高、韧性好、可焊性好,以致目前达40mm厚的 s=500MPa 钢板仍具有良好的焊接性能。
(3)大的甲板可变载荷(甲板可变载荷达10万t及以上)和大的平台主尺度及大的钻井物资(水泥粉、粘土粉、重晶石粉、钻井泥浆、钻井水、饮用水和燃油等)储存能力。
(4)少节点、无斜撑的简单外形结构以减少建造费用。
(5)良好的船体安全性和抗风暴能力及长的自持能力,以适应全球远海、超深水、全天候和较长期的工作能力。
(6)更大的工作水深。可预料未来20年内将有工作水深达4000～5000m的半潜式平台出现。
(7)装备大功率(绞车功率达6000～7200HP及以上)的新一代的先进钻井设备,装备新一代的动力定位设备和大功率变频发电设备。
2.2 深水钻井浮船
2.2.1 深水钻井浮船的新发展简述
1996年,全世界拥有钻井浮船63艘,1997年增至70艘,1998年再增至82艘,2000年79艘,2001年末为64艘。但深水钻井浮船的建造仍然强劲。如在1996～1999年间共新建造21艘钻井船中,13艘钻井浮船的工作水深为2500～3353m(8200～11000ft)。
2.2.2 当前世界上大型、先进的石油钻井浮船
(1)西班牙奥斯坦诺(Astano)船厂2000年建成的《发现者精神号(Discoverer Spirit)》浮船,是一艘具有双井架、双套钻机的巨型钻井船,其钻井工作水深为3048m(10000ft),钻井深度能力为10668m (35000ft)。与该船采用越洋企业增强级(Transocean Offshore Enterprise Class Enhanced)同一设计的《发现者企业号(Discoverer Enterprise)》和《发现者深海号(Discoverer Deep seas)》均是双井架、双套钻机的巨型钻井船,每艘船上均配有双套Emsco EH V5000HP的钻机,钻深能力均为10668m(35000ft),其工作水深分别为2590m(8500ft)和2438m(8000ft),但均可改装加深至3048m(10000ft)。
(2)由韩国三星船厂于2000年3月建成的《海军勘探者1号(NavisEx plorer l)》钻井浮船,工作水深3048m(10000ft),钻深能力11000m(36000ft)为当今最深者。船的主尺度长201m(660ft),宽40m(131 ft),型深19.5m(64ft),可变载荷15000t,生活模块可住130人,钻机主绞车功率为Hitec AHD 6600HP。
(3)《GLOM AR C.R.LUGS》号钻井浮船,工作水深是目前最深的一艘船,为3658m(12000ft,原为9000ft),为北爱尔兰Harland&Wolff船厂于1999年建造,钻深能力为10668m(35000ft)。
2.2.3 深水钻井浮船发展主要特点
(1)向更大的工作水深发展。在未来20年间,将突破4000m乃至5000m。
(2)配备性能更先进、钻井深度能力更强的海洋石油钻机。钻机绞车功率将突破8000HP,海洋钻深能力将突破12000m。
(3)钻井船性能将更先进,可变载荷、主尺度、功率配备等均将更大,自持力、抗风浪能力将更强等。3 世界上海洋深水采油(生产)装置的发展近况
3.1 移动式海上采油(生产)装置概况
移动式海上生产(采油)装置(Mobile Offshore Production Unit,简称M OPU)发展的主要类型有四类:即浮(船)式生产储油卸油系统(Floating production Storage and offload sy stem,简称、FPSO),半潜式平台生产系统(含张力腿平台生产系统),自升式平台生产系统及驳船式生产系统(简称BFPSO)。这四类生产系统除其本身主体(浮船式、半潜式、自升式及驳船式结构以及其内的生产分离处理、动力、锚泊、储存等装备)外,还有海底完井或水面完井系统等。
1998年,全世界有MOPU共125艘,其中浮(船)式FPSO共67艘,占总数的53.6%,半潜式生产平台有38艘(含强力腿平台4艘),为总数的30.4%,占第二位,自升式生产平台,共有20艘,占16%。2001年10月,全世界有M OPU共145艘,较2000年增长1.4%,较1998年增长16%,在2001年145艘中,船式FPSO为86艘(比2000年增加8艘,比1998年增加19艘),半潜式36艘(比2000年减少3艘,比1998年减少2艘),自升式18艘(比2000年减少3艘,比1998年减少2艘),驳船式5艘(与2000年无变化)。
世界上M OPU工作最多的国家当首数巴西,共31艘,包括世界上最大的半潜式18艘,(其一艘P -36已于2000年失火沉没)与13艘浮船型FPSO,继续居第二位者为英国,共17艘M OPU(包括12艘浮船型FPSO、4艘半潜式和1艘自升式),挪威仍位居第三,共14艘M OPU(包括6艘浮船型FPSO和8艘半潜式),我国紧居第四,共11艘MOPU(包括10艘浮船型FPSO和1艘半潜式),随后依次为尼日利亚(9艘),澳大利亚(7艘),越南(5艘),印尼(4艘)和安哥拉(4艘)。现今M OPU分布在30个国家工作。
3.2 当前世界最大的深水采油(生产)装置
据《World Oi1》2001年10月号报道:当前世界最大的采油驳船“Grasso1”号(BFPSO),其载重量高达343000t,原油储存能力31.8万m3(200000bbl),操作水深1350m(4429ft),由波依格/斯脱尔特近海公司(Buoygues Offshore/Stolt Offshore)设计,韩国现代重工建造,于2001年末投入安哥拉近海的Gras-sol油田采油。操作者为法国道达尔-菲纳-埃尔夫石油公司(T otal Firm Elf)。该油由有23口生产井、14口注水井和2口气举生产井。其生产处理能力为:原油31800m3/d(200000bopd),天然气300百万m3/d(106M Mcfgd),压缩天然气8亿m3/d(283M Mcfgd),水处理能力28.62万m3/d(180000bpd),注水能力62万m3/d(390000bpd)。生活模块可居住140人。船体主尺度:长300m(984ft),宽59.44m (195ft),型深和吃水尺度不详。具有16点锚泊系统。
当前世界最大的浮船式FPSO“Agbam”号,拟用于尼日利亚近海Agbami油田采油,其设计载重量高达400000t,原油储存能力31.8万m3(2000000bbl),工作水深1500m(4920ft),2001年末报道正在设计中。设计生产处理能力为:原油31800m3/d(200000bpd),天然气73600万m3/d(260MM cfgd),压缩天然气和注水能力不详,生产水处理能力19.08万m3/d(120000bpd)。
3.3 深水采油(生产)装置的发展趋势
(1)MOPU的工作水深继续增加,2500～3000m水深的FPSO将很快出现。
(2)随着海上大型油气田的勘探发现,FPSO的载重量将突破40万t(向50万t迈进),原油储存能力将突破32万m3(向40万m3迈进),相应船的主尺度和载重吨位增加。
(3)MOPU的原油、生产水的处理能力和注水能力增强。
(4)增加了天然气的处理和转换成压缩天然气或液化天然气的能力。
(5)随着深海海底完井井口、注气与注水井增多,FPSO的多路旋转接头的油、气、水和电的通路增多,使用性能和寿命增强。
(6)M OPU锚泊能力和动力配置能力增大,动力定位技术等均有新的发展,抗风暴能力增强(适应全天候的生产能力)。
4 国外超深水钻采平台的发展给我们的启迪
我国现有半潜式钻井平台共5艘,包括自行设计建造的《勘探三号》,工作水深仅为200m,其余4艘:《南海2号》、《南海5号》、《南海6号》和《勘探四号》,均从国外进口,工作水深最深为457m。我国现有M OPU共11艘,紧居世界第四,尚不包括最近(2003年6月22日)从上海外高桥船厂建成的15万t、具有当代技术水平的FPSO,但其工作水深仅为105m(用于南海番禺油田采油)。据此情况,严格地讲,均为常规水深,没有超过100m的深水平台,更谈不上2500～3000m的超深水平台了。我国在近30年内,没有自行设计和建造超深水平台(除大连船厂根据国外设计建造了工作水深2500m,钻深能力9144m(30000ft)的宾果9000(Bingo9000)系列共4艘(Bingo9000-1、Bingo9000-2、Bingo9000-3、Bing o9000-4)半潜式平台的船体建造外)。对比国外深水和超深水钻井和采油平台的快速发展,对于我国这样一个海洋大国,实感自愧。为适应向海深3000～6000m(占海洋总面积的73.83%)的深海要石油,发展深水域海洋石油钻井采油装备,已经成为国际竞争的重要一环。也是今后较长时间发展的必然趋势。因此建议:
(1)加大海洋油气资源的勘探开发力度,向海洋和深海要油气,以减少进口石油和天然气逐年大幅增长的趋势。
(2)研究开发具有自主知识产权的石油和石化技术与装备。主要应研究设计工作水深3000m及以上、钻深能力超过9000m的半潜式钻井平台和相应的FPSO。同时,抓紧研究开发具有自主知识产权的与上述平台配套的石油和石化技术与装备。
(3)大力开拓国外市场。利用我国加入WTO的好时机,大力开拓国外勘探、钻井、采油、油田建设和石油石化工程建设承包等市场(主要指伊朗、伊拉克、卡塔耳、科威特、阿联酋、委内瑞拉、墨西哥、印度尼西亚、马来西亚等),从国外获得更多的油气份额,以减少进口油气所支出的巨额外汇。
(4)组建上海“海洋工程技术装备开发与建造技术中心”显得十分迫切与必要。
参考文献
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重要更正:
2003年第4期第1页《试论建立移动式钻井平台法律体系的必要性》一文,作者简介:潘斌(1980 -),男,上海交通大学船舶与海洋工程学院F9801201班学生。特此更正。
平台种类
海洋工程概述 作者：鲍柏文章来源：工学新闻网制作中心点击数：2771 更新时间：2006-8-10 12:50:21 热荐★★★ 主要内容 一般认为海洋工程的主要内容可分资源开发技术与装备设施技术两大部分。其中，资源开发技术主要包括：深海矿物勘探、开采、储运技术；海底石油、天然气钻探、开采、储运技术；海水资源与能源利用技术，包括淡化、提炼、潮汐、波力、温差等；海洋生物养殖、捕捞技术；海底地形地貌的研究等。而装备设施技术主要包括：海洋探测装备技术，包括海洋各种科学数据的采集、结果分析，各种海况下的救助、潜水技术；海洋建设技术，包括港口、海洋平台、海岸及海底建筑；海洋运载器工程技术，包括水面(各种船舶)、半潜(半潜平台)、潜水(潜器)、水下(水下工作站、采油装置、军用设施等)设备技术等。 主要种类 随着海运、海防、海洋开发事业的发展，各类海洋工程设施应运而生。主要的海洋平台的种类如下： 海洋平台：（1）移动式平台: 坐底式平台自升式平台钻井船 半潜式平台张力腿式平台牵索塔式平台 （2）固定式平台:导管架式平台重力式平台 图片选摘 图1、海洋平台系统
桩式平台是由承台(上部甲板)和桩基构成，按桩的材质又分为木桩平台、钢桩平台和钢筋混凝土桩平台。20世纪40年代末出现了导管架平台，它是先在陆上用钢管焊成一个锥台形空间框架，然后驳运或浮运至海上现场，就位后将钢桩从导管内打入海底，再在顶部安装甲板而成。70年代出现的塔架平台，是由一个垂直的导管架和若干组底桩构成，底桩沿导管架外围打入海底。桩式平台已广泛应用于建造海上码头、灯塔、雷达台、水文气象观测站等。其中导管架平台和塔架平台则多用于钻采海底石油或天然气。这种结构的主要优点是波浪及水流荷载小，但造价随水深成指数倍增长，使用水深受限制。 绷绳式平台亦称系索塔平台，是将一个预制的钢质塔身安放在海底基础块上，四周用钢索锚定拉紧而成。它适用于水深较大的海域。 重力式平台是靠平台自身重量稳坐在海底坚实土层之上。这种平台的底部是一个或多个钢筋混凝土沉箱组成的基座，基座上有钢立柱或钢筋混凝土立柱支撑上部甲板。由于整个结构比较大，一般先在岸边开挖的泥坞中建造基座，再拖往有掩护的深水区接高，然后浮运至现场，加载下沉。目前这种平台一般是作为海底贮油罐或用于钻采海底石油。其主要特点是抵御风暴及波浪袭击的能力强，结构耐久和维护费用低，但需开挖岸边坞坑，并要有近岸深水施工水域，结构高度因此受到限制。 浮式平台是一种大型浮体，有的可以迁移，有的不迁移。 可迁移的浮式平台又称活动平台，它是为适应勘探、施工、维修等海上作业必须经常更换地点的需要而发展起来的。现有的活动平台分坐底式、自升式、半潜式和船式4种（图2）。 ①坐底式平台（亦称沉浮式平台）多用于水深较浅的水域，其上部为工作甲板，下部为兼作沉垫的浮箱，中间用立柱或桁架支撑。作业时，往浮箱内注水使之座落海底；作业后，把箱内水抽出，平台依靠自身的浮力升起。②自升式平台适应水深范围较大，在漂浮状态时为一艘驳船，它的四侧装有若干根圆柱式或桁架式桩腿，用齿轮、齿条或液压机构控制升降。作业时，放下桩腿并插入海底一定深度，从而将船底托出水面，成为工作甲板。作业后，降下船体，拔起桩腿，即可拖航至新地点。桩腿底部带箱形沉垫的称沉垫自升式平台，不带沉垫的称插桩自升式平台。③半潜
深水半潜式钻井平台总体强度分析_白艳彬
第25卷第2期2010年4月 中国海洋平台 CHI NA O FFS HO RE PL A T FO RM V ol .25N o .2A pr .,2010 收稿日期:2009-10-09 基金项目:国家(八六三)项目“3000m 水深半潜式钻井平台关键技术研究”(2006AA09A103)作者简介:白艳彬(1983-),男,硕士研究生,主要从事船舶与海洋工程结构物强度及疲劳强度研究。 文章编号:1001-4500(2010)02-0022-06 深水半潜式钻井平台总体强度分析 白艳彬, 刘 俊, 薛鸿祥, 唐文勇 (上海交通大学,上海200240) 摘 要:以某新型第六代深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算波浪诱导载荷与运动,采用谱分析法确定设计波参数,进行了自存、作业等装载情况下21个波浪工况的波浪载荷预报,并建立三维有限元模型完成了平台结构总体强度分析。结合波浪载荷预报及结构分析结果,提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素,可为今后深水半潜式平台的结构设计、总体强度分析、选取疲劳强度典型节点及形式优化提供参考。 关键词:深水半潜式平台;强度;波浪载荷;工况选取中图分类号:U 661.43 文献标识码:A Global Strength Analysis of A Deepwater Semi -Su bmersible Platform BA I Yan -bin , LIU Jun , XU E Hong -xiang , TA NG Wen -yong (Shang hai Jiao Tong University ,Shanghai 200240,China ) Abstract :Global streng th analysis of a six th generation deep -w ater semi -subm ersible platform is demo nstrated in this paper .Wave induced loads and platform motion are calculated by means of three -dimensional diffraction metho d .The parame ters o f desig n w ave are o btained by spectrum analy sis method .Wave load prediction of 21w ave load conditio ns in three differ -ent situatio ns is described .A t the same time ,three -dimensional FEM model is established to analy ze structure g eneral streng th of the platfo rm .Combining w ith w ave load prediction and structure analy tic results ,principles of condition selection and key facto rs w hich co ntro l g en -eral streng th are put fo rw ard .Such co nclusions w ill be as some refe rences to design ,structur -al streng th analy sis ,selectio n of typical nodes for fatig ue assessment and structure optimiza -tio n in the future . Key words :deep -w ater semi -submersible platfo rm ;general streng th ;w ave load ;condi -tio n selection 0 引言 新型半潜式钻井平台在抗风浪能力、甲板变载能力、工作水深、钻井深度以及多功能作业(钻井、完井、试油、生产、修井、起重和铺管)等方面与另外两种主流的深水平台Spar 、T LP 相比,有着明显的比较优势,这使
海洋深水钻井钻井液技术
海洋深水钻井钻井液技术 深水钻井一般指在海上作业中水深超过900m的钻井；水深大于1500m时为超深水钻井，近年来随着海洋石油储量开采比例的不断增加，海洋石油勘探逐步向深水区发展。然而，深水钻井所涉及的钻井环境温度低、钻井液用量大、海底页岩稳定性、井眼清洗、浅水流动、浅层天然气及形成的气体水合物等问题，给钻井、完井带来严峻的挑战。 1.深水钻井带来的主要问题 与浅水区域相比，深水钻井面临的主要问题有以下几个方面：①井壁稳定性;②钻井液用量大；③地层破裂压力窗口窄；④井眼清洗；⑤低温下钻井液的流变性；⑥浅层天然气与形成的气体水合物。这些问题给钻井工艺带来了许多困难，同时对钻井液提出了更高的要求。 1.1 海底页岩的稳定性 在深水区中，由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，海底页岩的活性大。河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远，由于缺乏上部压实作用，胶结性较差，易于膨胀、分散，导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中。如通过稀释或替换钻井液来控制钻井液的低密度钻井液的低密度固相的含量，必将需要大量钻井液。因此，针对海底页岩稳定的问题，采取了加入一定量的页岩稳定剂的措施。如在深水钻井液中加入无机盐（NaCl、CaCl2）和具有浊点的聚合醇、以达到增强页岩稳定性的目的。 1.2 钻井液用量大 实践证明，在深水钻井作业中的钻井液量远远大于其它同样深度但钻井条件不同的井，因为海洋钻井需要采用隔水管、隔水管体积一般高达159m3，加上平台钻井液系统，所以钻井液需要用量比其他同样深度但钻井条件不同井大得多。钻井中为了避免复杂情况的发生，一般多下几层套管，因此所需的井眼直径也相应增大。深水钻井时应配备3台高频率振动筛，以及大流量的除砂器和除泥器等固控设备，在非加重的钻井液中，固相的有效清除率大于75%，将钻井液中的钻屑含量控制在适当的范围内，可节省大量的钻井费用。 1.3 井眼清洗 深水钻井时，由于开孔直径、套管和隔水管的直径都比较大，如果钻井液流速不足就难以达到清洗井眼的目的。因此，对钻井液清洗井眼的能力提出高要求，一般采用稠浆清洗、稀浆清洗、联合清洗、增加低剪切速度粘度，以及有规律地短程起下钻等方法，均有助于钻井过程中钻屑的清除。使用与钻井过程中钻井液粘度不同的钻井液清除钻屑效果较明显，比如使用稀浆钻进，稠浆清洗钻屑。 1.4 浅层气与气体水合物 深水钻井遇到的主要问题之一是浅层气砂岩引起的气体水合物的生成。一般在钻井液管线中发现生物气（沼气）并不算大问题。但是在深层发现含气砂岩则会引起大问题。因为对砂岩地层来说，浅层一般多是含有重油的非胶结性地层，而深层则是含有气体的低渗透率的硬质地层。在深水钻井作业中，气体水合物的形成不仅是一个经济问题，更是一个安全问题因为这种气体水合物是堵塞气体传输管线的主要原因。气体水合物类似冰的结构，主要由气体分子和水分子组成，外观上看起来类似于脏水。但是它在性质上又不象冰，如果压力足够，它可以在0℃以上形成。在深水钻井作业中，海底较高的静水压力和较低的环境温度进一步增加了生成气体水合物的可能性，尤其是节流管线、钻井隔水导管以及海底的井口里，一旦
完井技术国内外发展现状分析
完井技术国内外发展现状分析 第1章前言 1.1 现代完井技术发展现状 完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油气层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的一项系统工程。完井设计水平的高低和完井施工质量的优劣,对油气井生产能否达到预期指标和油田开发的经济效益有决定性的影响。 近十多年来,国内外完井均有了较快发展,并已发展成为独立的学科。除常规井完井技术日益完善外,其他特殊井完井也得到了很大发展,如水平井完井、复杂地质条件下的完井、小井眼完井、分支井完井、深井超深井完井、现代智能完井、膨胀管完井等。国内在完井技术方面虽然取得了一些进步,但是与国外相比,完井技术还有很大差距,特别是在不同储层选择合适的完井方式、水平井完井、欠平衡井完井、小井眼完井、分支井完井,从而影响了油气井的产量及经济效益。 1.2 本文的主要研究内容 1．查阅现代完井技术方面的文献，对各种完井技术现状进行综合性分析： (1)射孔完井技术； (2)割缝衬管完井技术； (3)砾石充填完井技术； (4)膨胀管完井技术； (5)封隔器完井技术； (6)智能完井技术。 2. 调研国内外最新完井技术现状，重点分析国内外现代完井技术现状、最新进展、应用成果以及发展趋势等,并对国内完井技术方案实施的可行性和完井技术的研究方向作初步预测和探讨。
第2章常规完井技术 完井方式的选择主要是针对单井而言。虽单井属于同一油藏类型，但是所处构造位置不同，所选定的完井方式也不尽相同，如油藏有气顶、底水，若采用裸眼完成，技术套管则应将气顶封隔住，再钻开油层，而不钻开底水层。若采用射孔完成，则应避射气顶和底水。又如油藏有边水，套管射孔完成时，油田开发要充分利用边水驱动作用，避射开油水过渡带。下面主要介绍常用的几种常规完井方式[1]。 2.1 裸眼完井技术 裸眼完井方式分先期裸眼完井方式、复合型完井方式和后期裸眼完井方式三种。 先期裸眼完井方式（如图2-1）是钻头钻至油层顶界附近后，下套管柱水泥固井。水泥浆上返至预定设计高度后，再从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井身完井。 复合型完井方式（如图2-2）是指适合于裸眼完井的厚油层，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时，可以将技术套管下过油气界面，使其封隔油层的上部，然后裸眼完井，必要时再射开其中的含油段。 后期裸眼完井方式（如图2-3）是不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。固井时，为防止水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者换入低失水、高粘度的钻井液，以防水泥浆下沉。 图2-1 先期裸眼完井示意图 1—表层套管 2—生产套管 3—水泥环 4—裸眼井壁 5—油层
有关半潜式钻井平台的概述.docx4
有关半潜式钻井平台的概述 （A13船舶4；李庆宽；130305432） 摘要：海洋里具有极其丰富的自然资源，半潜式钻井平台作为一种能够在深水区 作业的海洋平台，对海洋资源的开发至关重要，本文主要介绍半潜式平台的发展历史和现状，分析其结构特点，简述其工作原理和适用条件及有关半潜式钻井平台最新技术的应用等 关键词：半潜式钻井平台，定位方式，工作水深 Abstract: the ocean is extremely rich in natural resources, as a semi-submersible drilling platform can zone assignments in the deep ocean platform, is very important to the development of the Marine resources, this paper mainly introduces the development history and status quo of semi-submersible platform, analysis its structure characteristics, describes its working principle and applicable conditions and relevant semi-submersible drilling platform the application of the latest technology, etc Keywords: semi-submersible offshore platform, positioning , the working depth 引言：自工业革命以来人类社会经历了几千年以来从未有过的跨越式发展，生产的社会化和工业化推动着人类不断的向前发展，各种类型的能源为工业化的生产提供了动力保障，然而人类社会的发展严重依赖石油，天然气等能源，近几十年来，随着陆地资源的日益枯竭以及人类社会运行和发展对能源的巨大需求已迫使人类将能源开发伸向海洋，并逐渐形成了从前海到深海的开发顺序和梯度。在这种背景下，半潜式钻井平台作为一种能够在深水甚至是超深水域作业的海洋平台，自然有其至关重要的作用。 半潜式钻井平台工作原理和适用条件 半潜式平台作为一种被广泛使用的海洋平台，可以依靠本身的浮力和动力装置（或有其他设备提供动力）进行移动，稳性主要依靠稳性立柱，半潜式海洋钻井平台不仅可以在深水区作业，而且可以在浅水区作业。 半潜式平台由上壳体和下壳体或柱靴组成，下壳体或柱靴与上壳体的连接依靠稳性立柱来实现，同时立柱为平台提供足够的浮力作为支撑。随着平台作业区域的改变，半潜式平台的状态也发生改变，在深水区作业时，平台处于半潜状态，在浅水区作业时，平台的下部沉入水底。 早期的海洋平台的抗风浪能力较差，人们为克服这个缺点，发展了半潜式钻井平台。半潜式钻井平台具有很好的运动性，由于海上的波浪大多分布在水表面，海水深处波浪很少，故当半潜式钻井平台处于半潜状态时，可以有效减少平台所受的波浪力，为了增加平台的稳定性，通常采用稳定的大立柱同时增大立柱间的距离，利用外力互相抵消原理减小平台运动。使之即使在恶劣的环境下也能高效，安全的作业。 半潜式平台发展历史和现状 20世纪60年代初期，世界上第一座半潜式钻井平台诞生，至今为止已经发展了6代产品，其工作水深也由第一座平台的100米增加到如今的3000米，钻井深度也不断增加。 第一座半潜式钻井平台的作业范围为90-180米，定位系统采用的是锚泊。Ocean Driller是世界上首座半潜式钻井平台，下浮体有三根立柱，甲板的形状是Ｖ形。后来也相继生产了Rig
海洋石油981深水半潜式钻井平台
海洋石油981深水半潜式钻井平台 海洋石油981深水半潜式钻井平台，于2008年4月28日开工建造，是中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台，由中国海洋石油总公司全额投资建造，整合了全球一流的设计理念和一流的装备，是世界上首次按照南海恶劣海况设计的，能抵御200年一遇的台风；选用DP3动力定位系统，1500米水深内锚泊定位，入级CCS（中国船级社）和ABS （美国船级社）双船级。 2014年7月15日，“海洋石油981”钻井平台已结束在西沙中建岛附近海域的钻探作业，按计划顺利取全取准了相关地质数据资料。2014年8月30日，深水钻井平台“海洋石油981”在南海北部深水区陵水17-2-1井测试获得高产油气流。据测算，陵水17-2为大型气田，是中国海域自营深水勘探的第一个重大油气发现。 香港《大公报》5日发文称，这是981钻井平台首次前往印度洋海域作业。中国南海研究院海洋法律与政策研究所副所长康霖指出，预计这次981钻井平台前往印度洋是中国和新加坡等国签署的商业合作项目。他强调，商业合作没有国界之分，因此981钻井平台此行不涉及主权和管辖权问题。 越南《年轻人报》称，中国“海洋石油981”钻井平台于去年5月2日被部署在“越南海域”，引发中越双方海警和渔船长达两个月的激烈冲突。7月中旬中国撤走钻井平台。之后，两国一直试图通过高层互访修复双边关系。美国独立东南亚政治分析师扎卡里-阿布扎说：“现实情况是，中国既没有做出让步，也没有撤回对南海的主张。中国拒绝停止强化其主权主张的一切行动。事实上，中国反而加快了步伐。” “为什么说缓和南海局势在2015年是可能的”，《菲律宾星报》6日发文称，美国肯塔基大学外交学者法利近日在《外交学者》杂志发文认为，随着油价下跌，世界石油市场转为出口导向型，这将影响中国和相关东南亚国家对南海经济开发前景的预期，使南海石油勘探的吸引力降低，最终促使南海局势缓和。
深水钻井的难点及关键技术
深水钻井的难点及关键技术 随着油气资源的持续开采, 陆地未勘探的领域越来越少, 油气开发难度越来越大。占地球面积70%以上的海洋有着丰富的油气资源, 油气开发重点正逐步由陆地转向海洋, 并走向深海。目前, 国外钻井水深已达3000 m 以上, 而我国海上油气生产一直在水深不足500 m 的浅海区进行, 我国南海拥有丰富的油气资源但这一海域水深在500~ 2 000m, 我国目前还不具备在这样水深海域进行油气勘探和生产的技术。周边国家每年从南沙海域生产石油达5 000×10 4 t 以上, 相当于我国大庆油田的年产量, 这种严峻的形势迫使必须加快我国南海等海域的深水油气勘探开发。石油工业没有关于“深水”的预先定义。“深水”的定义随时间、区域和专业在不断变化。随着科技的进步和石油工业的发展，“ 深水”的定义也在不断发展。据2002 年在巴西召开的世界石油大会报道，油气勘探开发通常按水深加以区别：水深400m 以内为常规水深 400m-1500m 为深水，超过1500m 为超深水。但深度不是唯一的着眼点，只要越过大陆架，典型的深水问题就会出现。一、深水钻井的难点 与陆地和浅水钻井相比, 深水钻井有着更为复杂的海况条件面临着更多的难题, 主要表现在以下几个方面。 1、不稳定的海床由于滑坡形成的快速沉积，浊流沉积，
陆坡上松软的、未胶结的沉积物形成了厚、松软、高含水、未胶结的地层。这种地层由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，所以它们的活性很大，给导管井段的作业带来了很大困难。河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远，这些沉积物由于缺乏上部压实作用，所以胶结性差。 在某些地区，常表现为易于膨胀和分散性高，这将会导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中。 2、较低的破裂压力梯度 对于相同沉积厚度的地层来说，随着水深的增加，地层的破裂压力梯度在降低，致使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，容易发生井漏等复杂情况。在深水钻井作业中，将套管鞋深度尽可能设置得深的努力往往由于孔隙压力梯度与破裂压力梯度之间狭小的作业窗口而放弃。结果，深水区域的井所需的套管柱层数，常比有着相同钻进深度的浅水区域的井或陆上的井多。有的井甚至没有可用的套管而没有达到最 终的钻井目的。 3、气体水合物的危害 气体水合物是气体（甲烷、天然气、CO2 、N2 等）和水在一定条件（高温、高压）下形成的类似于冰物质。气体水合物在深水钻井作业中常常会遇到，通常在超过250m 水深的海域都会形成水合物, 一旦形成很难去除。气体水合物是一 种潜在的危害, 生成时结冰堵塞管汇, 气化时生成大量气
国内外海洋工程技术的现状及发展趋势
国内外海洋工程技术的现状及发展趋势 海洋工程技术是造船界关注的技术领域之一,世界上现代化的一流船厂都把高新技术船舶与大型海洋工程结构物作为其纲领性产品。海洋工程技术涉及的领域很广，包括海洋发电技术、海洋钻探技术、海水淡化技术、海洋油矿开采技术、海岸风力发电技术、海层探测技术、海洋物质分离技术、海水提炼技术、海洋建筑设计等。海洋发电技术包括：海水发电、海洋风力发电、潮汐发电、温差发电等。海洋钻探技术包括：海洋油井开发、海洋矿石开采等、海水淡化技术包括：太阳能净水、工业净水等。海洋物质分离技术包括：海水金属分离、轻水物质提炼等。能源开发、资源开采等领域海洋工程技术数目众多，未来人类利用和保护海洋是个新新话题。 随着近年来海洋开发“热”的升温，特别是专属经济区资源勘探和开发的实施，海洋工程技术得到了迅猛发展。 ——在潜水器技术方面。目前世界上建造的载人潜水器超过160艘，无人潜水器超过1000艘。日本继1989年建成深海6500 米载人潜水器“SHINKAI6500”以后，于1993年又建成了世界上第一艘潜深10000米的无人潜水器，用于深海矿产资源和海洋生物资源的调查研究。经过“七五”和“八五”的工作，我国的潜水器技术有了很大的发展。在无人潜水器方面，某些项目已经达到国际水平；在载人潜水器方面，潜深600米的“7 1 03”深潜救生艇是我国第一艘载人潜水器，还有300米工作水深的“QSZ—II型双功能单人常压潜水装具系统”、潜深150米的鱼鹰I号和双功能的鱼鹰II。综合国内从事潜水器开发的各院校、研究院和研究所的力量，我国已具有开发深海载人潜水器的技术能力。
——在海底管线埋设、检测和维修技术方面。我国海底电缆的铺设已有几十年的历史，第一条国际通讯电缆于1976年完成，1993年成功研制出MG一1型海缆埋设犁，并于同年成功完成中日光缆的埋设任务。上世纪80年代开始，英国SMD(Soil Machine Dynamics Ltd．)公司和Land& Marine Eng．公司建造了不少拖曳式埋设系统。而美国的海洋系统工程公司为AT&T研制的SCA- B号埋设机是一种ROV型(水中航行型)的埋设机。可在1850米深用喷水的方式埋设电缆至地下0．6米，可以取出埋深在1．2米以内的电缆，埋设电缆直径为300毫米。履带爬行自走式、带有不同功能挖掘机构的埋设机是海底管道及电缆的埋设技术的发展趋势。在这种履带车载体上通过更换不同的挖沟机械，装备各种探测设备后，既能在沙泥底中进行埋设作业，也能在软岩底中进行埋设作业；既能铺设又能跟踪、挖掘、检修、复埋；既能在水下，也能在浅滩或滩涂工作。目前，这种自走式埋设机已有20多台。 作为开发海洋资源的一种活动，海洋空间利用已有相当长的历史，最早利用海面空间是两千多年前的海上交通运输。然而直到20世纪60年代，由于海洋工程等技术的逐步提高，以及城市化、工业化的迅速发展，导致陆上用地日趋紧张，使人们更加重视海洋空间的利用。海洋空间资源的开发利用可分为几个方面。第一、生活和生产空间；第二、海洋交通运输；第三、储藏和倾废空间；第四、海底军事基地。 解决海洋空间利用的工程技术问题也是近年来海洋工程界研究的热点。 国外研究现状 (1)超大型浮式海洋结构的研究。 在这方面，目前进行最广泛和深入的是日本和美国。日本于1999年8月4 日在神奈川县横须贺港海面上建成—个海上浮动机场。这个浮动机场于1995年开始研制，它由6块长380米、
浮式钻孔平台设计及施工工艺
浮式钻孔平台设计及施工工艺 1前言 在桥梁水中钻孔桩基础施工中，必须设置钻孔平台。钻孔施工平台的种类主要有钢管桩支撑平台、钢护筒支撑平台、钢围堰支撑平台和浮式平台四大种类；施工中结合水中桥墩处的地质、水文条件等选择适宜的钻孔平台，对桥梁施工的安全、工期、经济河社会效益具有重要的意义。浮式钻孔平台适合在一些特殊的工程地质或水文条件下采用。 2 浮式钻孔平台的适用范围及特点 2.1 浮式钻孔平台的适用范围 （1）桥墩处河床无覆盖层或较薄、基岩较坚硬，钢管桩无法打入的工程地质条件。 （2）水流流速<2m/s、水深超过30m的水文条件，钢管桩支撑平台用钢量很大的情况。 2.2 浮式钻孔平台的特点 浮式钻孔平台具有施工方便、快捷，钢材用量较少的特点。 3 浮式钻孔平台构造 浮式钻孔平台分为浮箱式和船组式两种构造。 3.1 浮箱式钻孔平台构造 浮箱式钻孔平台由浮箱、定位锚碇系统、连接系统和承重分配梁、面板等组成，其结构如图1所示。连接系和承重分配梁一般合二为一，采用贝蕾梁、万能杆件或型钢组成；面板采用5cm厚的木板。 图1 浮箱式钻孔平台结构示意图 3.2 船组式钻孔平台构造
船组式钻孔平台由铁驳船、定位锚碇系统、联结系和承重分配梁、面板等组成，其结构如图2所示。联结系和承重分配梁一般合二为一，采用贝蕾梁、万能杆件或型钢组成；面板采用5cm厚的木板。 图2 船组式钻孔平台结构示意图 3.3 浮式钻孔平台的定位锚碇系统 浮式钻孔平台的定位锚碇系统由绞车、马口、将军柱、缆绳、锚碇及定位钢管桩等组成。锚碇按其构造分有铁锚（海军锚、霍尔锚）和钢筋混凝土锚两种；锚碇按其作用分主锚、尾锚、侧锚三种。 4 浮式钻孔平台设计 4.1 平台的承载力检算 4.1.1 平台设计荷载计算 G=G1+G2+G3+p s S p+ΣV（1）式中G——总设计荷载（kN）； G1——船（箱）体自重（kN）； G2——联结系和承重分配梁自重（kN）； G3——钻机自重，kN； p s——施工荷载（2.5kN/m2）； S p——平台顶总面积（m2）； ΣV—各锚碇缆绳拉力的垂直分力之和，kN； 4.1.2 平台承载力检算
深水钻井液技术现状与发展趋势
深水钻井液技术现状与发展趋势 文/邱正松赵欣，中国石油大学 引言 深水已成为国际油气勘探开发的重点区域。深水钻井液技术作为深水油气开发的关键技术之一，需解决深水复杂地层井壁失稳、低温流变性调控、天然气水合物的生成等技术问题。由于深水钻井液技术难度大，风险高，目前主要由国外技术服务公司垄断。中国深水钻井液技术尚处于起步阶段，与国外先进水平存在很大差距。笔者对深水钻井液面临的技术问题及对策进行全面分析，总结深水钻井液体系研究与应用进展以及中国深水钻井液技术研究现状，并对深水钻井液技术的发展趋势进行了展望，以期把握先进深水钻井液技术动向，对中国深水钻井液技术的发展起到一定的参考与借鉴作用。 1 深水钻井液面临的主要技术问题及对策 与陆地和浅水相比，深水钻井液面临着许多特殊的技术问题，包括深水地质条件的复杂性、钻井液低温流变性调控、天然气水合物的生成、井眼清洗问题及环保问题。 1.1 深水地质条件的复杂性 1.1.1 海底疏松地层井壁失稳与井漏问题 由于深水沉积过程中部分上覆岩层由海水代替，造成地层欠压实，孔隙压力大，胶结性差，海底泥页岩易膨胀、分散。欠压实作用下地层破裂压力低，导致钻井液的安全密度窗口变窄，易出现井漏等问题。 海底浅部地层通常存在数百米厚的硅质软泥，含水量为50%～70%，其物理性质类似于牙膏，剪切强度低，地层承载力差，易引发井壁失稳。 1.1.2 天然气水合物地层分解问题 由于天然气水合物可稳定存在于深水高压低温环境中，钻井过程中不可避免地钻遇赋存天然气水合物地层。由于钻具的机械扰动以及钻井液的侵入和传热作用等因素，井壁周围地层压力和温度的变化导致地层中的水合物分解，地层强度降低，引发井壁坍塌。此外，水合物分解释放大量气体和少量的水，增加了井壁地层的含水量和地层孔隙压力，引发井壁失稳；而大量的气体进入井筒易引起井涌或井控问题。 1.1.3 深水厚盐岩层井壁失稳问题
深水浮式平台的类型
深水浮式平台的类型 深海有着强大的油气资源储备。不断涌现的各种新型采油平台技术促进着深海采油技术的高速发展，这些技术概括起来可分为四大类：张力腿式平台(TLP)，单筒式平台(SPAR)，半潜式平台(SEMI)和浮(船)式生产平台(FPSO)。在每一大类中，又有很多不同的技术概念。下面就不同型式的平台使用和特点分别做介绍。 图1：深水平台类型 一、深海张力腿平台的发展概况及发展趋势 图2：张力腿平台的发展
自1954年美国的P.D.Marsh提出采用倾斜系泊方式的索群固定的海洋平台方案以来，张力腿平台（TLP）经过近50年的发展，已经形成了比较成熟的理论体系。1984年第一座实用化TLP——Hutton平台在北海建成之后，TLP在生产领域的应用也越来越普遍，逐渐成为了当今世界深海采油领域的两大主力军之一(另一种当前广泛使用的深海采油平台是Spar,将在后面部分中进行详细介绍)。 进入上个世纪90年代之后，TLP平台的发展进一步加速，在生产区域方面，TLP的应用已经从北海和墨西哥湾扩展到了西非沿海；在平台种类方面，TLP已经在原有的传统类型TLP基础上，发展出了Mini-TLP、ETLP等多种新概念张力腿平台，加之不断地采用最新地科学技术，TLP平台在降低成本，提高适应性、稳定性和安全性地道路上取得了长足地进步。下面将简要介绍张力腿平台的总体结构，然后对1990年之后TLP平台的发展状况进行详细的论述。 1、张力腿平台总体结构简介 张力腿平台（Tension Leg platform,简称TLP）是一种典型的顺应式平台，通过数条张力腿与海底相连。张力腿平台的张力筋腱中具有很大的预张力，这种预张力是由平台本体的剩余浮力提供的。在这种以预张力形式出现的剩余浮力作用下，张力腿时刻处于受预拉的绷紧状态，从而使得平台本体在平面外的运动（横摇、纵摇、垂荡）近于刚性，而平面内的运动（横荡、纵荡、首摇）则显示出柔性，环境载荷可以通过平面内运动的惯性力而不是结构内力来平衡。张力腿平台在各个自由度上的运动固有周期都远离常见的海洋能量集中频带，一座典型的TLP，其垂荡运动的固有周期为2~4s，而纵横荡运动的固有周期为100~200s，这就避免了调和共振的发生，显示出良好的稳定性。 一座典型的TLP平台的总体结构，一般都是矩形或三角形，平台上体位于水面以上，通过4根或是3根立柱连接下体，立柱为圆柱型结构，主要作用是提供给平台本体必要的结构刚度。平台的浮力由位于水面之下的沉体浮箱提供，浮箱首尾与各立柱相接，形成环状结构。张力腿与立柱呈一一对应，每条张力腿由1~4根张力筋腱组成，上端固定在平台本体上，下端与海底基座模板相连，或是直接连接在桩基顶端。有时候为了增加平台系统的侧向刚度，还会安装斜线系泊索系统，作为垂直张力腿系统的辅助。海底基础将平台固定入位主要有桩基或是吸力式基础两种形式。中央井位于平台上体，可以支持干树系统，生产立管通过中井上与生产设备相接，下与海底油井相接。 张力腿平台的总体结构特点，使它在深海作业具有运动性能好，抗恶劣环境作用能
深水石油钻井技术现状及发展趋势
文章编号:1000-7393(2008)02-0010-04 深水石油钻井技术现状及发展趋势3 杨 进1 曹式敬2 (1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京 102249; 2.中国海洋油田服务股份有限公司钻井事业部,北京 101149) 摘要:随着世界深水油气资源不断发现,近几年来深水钻探工作量越来越大。随着水深的增加和复杂的海况环境条件,对钻井工程提出了更高的挑战,钻井技术的难度越来越大。从目前国内外深水钻井实践出发,对深水的钻井设备、定位系统、井身结构设计、双梯度钻井技术、喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、钻井液和固井工艺技术和钻井隔水管及防喷器系统等关键技术进行了阐述,对深水的钻井设计和施工进一步向深水钻井领域发展具有重要导向作用。 关键词:深水钻井;钻井设备;关键技术 中图分类号:TE21;TE24 文献标识码:A Curren t situa ti on and develop i n g trend of petroleu m dr illi n g technolog i es i n deep wa ter Y ANG Jin1,CAO Shijing2 (1.MO E Key Laboratory of Petroleum Engineering in China U niversity of Petroleum,B eijing102249,China; 2.D rilling D epart m ent of China O ffshore O ilfield Services L i m ited,CNOOC,B eijing101149,China) Abstract:A s more and more oil and gas res ources are discovered in deepwater world wide,the deep water drilling has become more and more in recent years.It requires more on drilling engineering and drilling technol ogies due t o the increased water dep th and comp licated marine conditi ons.Based on the p ractice in deep water drilling both at home and abr oad,s ome key technol ogies are dis2 cussed in this paper,including the drilling equi pment,the positi oning syste m,the casing p r ogra m design,the dual-gradient drilling technol ogy,the technol ogy of jetting and l ower circuit,the dyna m ic killing and drilling technol ogy,the technol ogy of annulus p ressure detecti on while drilling,the technol ogy of drilling fluid and ce menting,the drilling raiser technol ogy,and the bl owout p reventer sys2 te m.A ll the technol ogies p lay an i m portant r ole in enabling drilling design and constructi on t o expand int o deep water. Key words:deep water drilling;drilling equi pment;key technol ogy 全世界未发现的海上油气储量有90%潜伏在水深超过1000m以下的地层,所以深水钻井技术水平关系着深海油气勘探开发的步伐。对于海洋深水钻井工程而言,钻井环境条件随水深的增加变得更加复杂,容易出现常规的钻井工程难以克服的技术难题,因此深水钻井技术的发展是影响未来石油发展的重要因素。 1 国内外深水油气勘探形势 全球海洋油气资源丰富。据估计,海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,累计获探明储量约400×108t,探明率30%左右,尚处于勘探早期阶段。据美国地质调查局(USGS)评估,世界(不含美国)海洋待发现石油资源量(含凝析油)548×108 t,待发现天然气资源量7815×1012m3,分别占世界待发现资源量的47%和46%。因此,全球海洋油气资源潜力巨大,勘探前景良好,为今后世界油气勘探开发的重要领域。 随着海洋钻探和开发工程技术的不断进步,深水的概念和范围不断扩大。目前,大于500m为深水,大于1500m则为超深水。据估计,世界海上44%的油气资源位于300m以下的水域,其中,墨西哥湾深水油气资源量高达(400～500)×108桶油当量,约占墨西哥湾大陆架油气资源量的40%以上, 第30卷第2期 石油钻采工艺 Vol.30No.2 2008年4月 O I L DR I L L I N G&PRODUCTI O N TECHNOLOGY Ap r.2008 3作者简介:杨进,1966年生。1989年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,现从事油气钻井工程研究工作,教授,本刊编委。电话:010 -89733204。
半潜式钻井平台
半潜式钻井平台 一种海上钻井装置。上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小、波浪影响小、稳定性好、自持力强、工作水深大。 半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台，是大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。 半潜式钻井平台,又称“支柱稳定平台”，它是在坐底式钻井平台的基础上发展起来的。它的结构与坐底式基本相似，下部为一浮筒构架，上部为平台。它与沉底式不同之处在于：它在工作时不是座在海底，而是像船体一样漂浮在海面上。当水深较浅时，半潜式平台的沉垫(浮箱)直接坐于海底，这时，将它用作坐底式钻井平台。当工作水深>30m时，平台漂浮于海水中，相当于钻井浮船。到目前为止，半潜式钻井平台已经经历了第一代到第六代（可钻3000米）的历程。它是目前应用最多的浮式钻井装置。据统计，目前世界上的深水半潜式钻井平台可钻3000多米深，而国内钻井深度一般在300m以内。 半潜式钻井平台主要由上部平台、下浮体(沉垫浮箱)和中部
立柱三部分组成。 上部平台任何时候都处在海面以上一定高度。下部浮体在航行状态下是浮在海面上，浮体的浮力支撑着整个装置的重量。在钻井作业期间，下部浮体潜入海面以下一定的深度，躲开海面上最强烈的风浪作用，只留部分立柱和上部平台在海面以上。正是因为在工作期间半潜入海面以下这种特点，被命名为半潜式钻井平台。这种钻井平台在水深较浅时，也可以坐在海底进行钻井，与坐底式一样。 上部平台 半潜式是从坐底式发展而来，所以上部平台部分，与坐底式平台类似，但比坐底式平台要先进得多。上部平台一般也分成两层，上层为主甲板，下层为机舱。主甲板上主要放置钻机、井架、钻具、起重设备、消防、救生设备、各种工作间和生活区(一幢楼房)，还有直升飞机平台等。下层甲板即机 舱内主要是机泵组，固井设备，泥浆循环系统，以及各种材料库罐等。平台的尺度都相当大，所以有很高的自持能力。上部平台的形状以矩形最为常见，此外还有三角形、五角形、八角形，甚至还有十字形和中字形。 沉垫浮箱 沉垫又称浮箱，制成船形沉没于水，有许多各自独立的舱室，每个舱室内有进水泵和排水泵。它用充水排气及排水充气来实现平台的升降。其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下平
8-14 海洋深水浮式平台现场监测研究进展
海洋深水浮式平台现场监测研究进展? 屈衍1，季顺迎2，时忠民1 （1. 中海石油研究中心，北京 100027；2. 大连理工大学，辽宁大连 116023） 摘要：在深水油气田开发中，现场实时监测可为平台系统的作业生产提供实时的数据支持，并对平台设计方案进行校核与评估。平台监测系统已经逐步成为深水浮式平台完整性管理的重要系统之一。本文对国外已经开展的深水油气田开发中的浮式平台及立管、系泊系统的现场监测技术进行了归纳。选取了已有的浮式平台现场监测系统实例进行了分析。通过对国外深水油气开发中监测技术和经验的分析和归纳，对我国相关技术的应用将起到一定的促进作用。 关键词：现场监测；浮式平台；立管系统；系泊系统 1 前言 近年来，随着深水油气田开发的迅速发展，越来越多的深水浮式平台在美国墨西哥湾、欧洲北海、巴西海域和西非沿海等海域得到了应用。由于浮式平台结构形式复杂，发展历史相对较短，其设计，分析理论尚不完善。工程界对平台在实际海洋环境中的总体性能是否与设计结果相一致并没有完全的把握。在灾害海洋环境作用下，也发生了多起浮式平台破坏的事故。如墨西哥湾2005年Katrina和Rita飓风中，约16座浮式钻井平台发生平台移位及系泊系统损坏[1]，TLP平台Typhoon在Rita飓风过后倾覆等。为了改进善这一现状，石油公司大力发展了浮式平台系统的完整性管理技术（FSIM，Floating System Integrity Management）。其主要任务是通过对平台系统现场监测和平台检测，得到平台在实际海况作用下的响应，进而制定符合现场情况的平台操作策略，改进新平台的设计方法，同时对平台在灾害环境下可能发生的风险进行更为准确的评估。[2 OTC 20137] 浮式平台系统的现场监测是完整性管理技术中的核心部分，其主要作用可以归纳为：为平台设施的安全操作提供数据；评估、校核平台的在位表现；缩短平台灾害环境下的关断时间，降低损失；准确评估平台未来可以承受的回接能力；为平台破坏后涉及法律事务提供数据支持[3 OTC 18626]。鉴于现场监测的重要性，目前，几乎所有的浮式平台系统都已经安装了现场监测系统。 我国海洋石油工程正处在由浅水到深水的跨越阶段，国家正在积极进行南海深水开发的技术储备，并已经开始建造针对南海的3000米水深半潜式钻井平台。鉴于南海目前仍没有深水作业的浮式平台，因此，需要同步发展浮式平台监测技术，对南海海洋环境作用下的浮式平台响应进行测量。为建立针对南海海域的浮式平台完整性管理系统进行技术积累。 考虑到深海现场监测的方案和部分设施需要在平台设计和建造前进行确定，以便在陆上进行前期工作。因此，在我国深海油气平台开发建造前就应对现场监测的方案、原理和技术进行深入系统的分析整理。为此，本文针对国际上深水浮式平台现场监测的主要工作进行了回顾，对现场监测的实施方案以及关键技术进行了分析总结，其目的主要是收集当前深水油气开发工程中的现场监测方案和技术、整理相关的监测经验，为我国开展深海油气中的现场实时监测技术提供依据。 本文首先对深水海洋环境、浮式平台结构系统、系泊系统、立管系统监测技术进行介绍，对IMMS系统及IRMS系统技术进行总结，并选取几个在浮式平台上开展的实际监测项目内容进行介绍。 2 浮式平台结构的现场实时监测 目前的深水浮式生产平台形式可以概括为三大类：张力腿平台(TLP)、深吃水立柱式平台(SPAR)、半潜式平台(SEMI)。对于深水浮式平台结构的实时监测主要是对运动和位置进行测量，以确定其与附属的立管、系泊/张力腿系统的相对运动和作用力。 对于平台的运动和位置一般测量其6个自由度上的运动响应，其中平台的平动分量通常采用3个线加速度计测量，转动分量用3个高精度角速度计进行测量。浮式平台的平动周期通常为20 s以上或者更高。 采用加速度传感器，安装的位置一般要避免平台振动的影响。 此外，GPS定位系统也一种有效的测量平台运动的有效方法。如果测量平台的准静态倾角，最精确的办法就是采用倾角仪\倾斜计。 由于结构动力特性的不同，因此在对平台结构进行运动和响应监测时应有针对性地选用不同特性的传 资助项目：国家重大专项课题资助项目(2006AA09ZX026-002). 作者简介：屈衍(1977-)，男，辽宁辽阳人，博士，工程师，主要从事海洋工程和工程力学专业研究。