海洋石油钻采工程技术与装备——海洋石油钻井主设备及其系统(下)
海洋石油钻井设备
坐底式钻井平台
特点
坐底式钻井平台是一种较为传统 的海洋石油钻井设备，具有结构 简单、稳定性好、成本较低等优
点。
工作原理
坐底式钻井平台通过在海底设置 固定基础，将钻井设备固定在基 础用场景
坐底式钻井平台适用于水深较浅、 海底地质条件较为简单的海域，
如近海石油开采等。
海洋石油钻井设备
contents
目录
• 引言 • 钻井平台 • 钻井装备 • 海洋石油钻井设备的发展趋势 • 结论
01 引言
海洋石油钻井设备的重要性
01
02
03
保障能源供应
海洋石油钻井设备是开采 海洋石油的关键设备，对 于保障全球能源供应具有 重要意义。
促进经济发展
海洋石油产业的发展能够 带动相关产业的发展，促 进地区和国家的经济发展。
节能
节能是环保的重要组成部分，通过提高能源利用效率，减少能源消耗。节能技 术包括优化设备设计、采用高效能材料、实施能源管理等。这些措施有助于降 低钻井成本，同时减少对环境的影响。
高技术与高附加值
高技术
随着科技的不断进步，海洋石油钻井设备正朝着高技术方向发展。这包括引入新 材料、新工艺、新技术等，以提高设备的性能和可靠性。例如，采用新型合金材 料和表面涂层技术可以提高设备的耐腐蚀性和耐磨性。
02 钻井平台
自升式钻井平台
特点
应用场景
自升式钻井平台是一种常见的海洋石 油钻井设备，具有结构简单、操作方 便、成本较低等优点。
自升式钻井平台适用于水深较浅、海 底地质条件较为简单的海域，如近海 石油开采等。
工作原理
自升式钻井平台通过桩腿支撑和升降 系统，可以在不同水深的海域进行作 业，并可根据需要调节平台高度。
海洋油井平台概述
各类海洋油井平台概述海洋石油钻采设备是海上油气田钻井与采油所用的工具和装备，它的种类繁多包罗万象，但归纳起来大体可以分为四类：1．海洋石油钻井平台；2.海洋石油采油平台；3.水上钻井机械设备；4.水下钻井机械设备。
本文主要介绍前两类，即：海洋石油钻井平台及海洋石油采油平台。
主要分为移动式平台和固定式平台两大类。
其中按结构又可分为：（1）移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台（SEMI）、张力腿式平台(TLP)、牵索塔式平台、浮式生产处理系统（FPSO）、筒状平台（SPAR）。
（2）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台。
移动式平台坐底式钻井平台坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等30米以下的浅水域。
坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。
两个船体间由支撑结构相连。
这种钻井装置在到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。
因此从稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础(平坦及坚实程度)的制约。
所以这种平台发展缓慢。
然而我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域，潮差大而海底坡度小，对于开发这类浅海区域的石油资源，坐底式平台仍有较大的发展前途。
目前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底，然后在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成钻井后可排出压载起浮，并移至另一井位。
自升式钻井平台自升式钻井平台被设计成为驳船的模样，具有可以升降的可延伸到海底的桩腿。
虽然有些设计能使其在海深500英尺（152米）的海域工作，但通常用于海深400英尺（122米）的地方，适合于近海。
其移位时平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船，可由拖轮把它拖移到目的地。
到达钻井目的地后，工作时桩腿下放插入海底，平台及平台上所有的钻井设备及其他器械被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。
海洋石油钻井工程设计与施工考核试卷
A.定期进行安全演练
B.对作业人员进行安全培训
C.实施严格的安全管理制度
D.采用先进的钻井技术
16.以下哪些情况可能导致海洋石油钻井平台发生移位？（）
A.强风浪作用
B.钻井液密度不当
C.钻井平台结构缺陷
D.地震或海底滑坡
17.海洋石油钻井工程中，以下哪些措施可以减少对海洋生态环境的影响？（）
A.识别潜在风险
B.评估风险概率和影响
C.制定风险应对措施
D.实施风险评估人员培训
（以下为答题纸）
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.海洋石油钻井平台的动力定位系统主要依赖以下哪些技术？（）
A.船舶动力系统
B.全球定位系统
C.水声定位系统
（）（）（）
10.____________和____________是海洋石油钻井工程中常见的井喷预防措施。
（）（）
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.海洋石油钻井工程设计中，钻井平台的选址主要取决于油气藏的位置和海洋环境条件。（）
2.在海洋石油钻井工程中，钻井液的密度越高，钻井效率就越高。（）
8.在海洋石油钻井工程中，环境保护措施不是必须的，只有在发生污染时才需要采取。（）
9.海洋石油钻井工程中，所有的钻井设备都可以在不同类型的钻井平台上通用。（）
10.海洋石油钻井工程的风险管理主要包括风险识别、风险评估和风险监控。（）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述海洋石油钻井工程设计的主要考虑因素，并说明这些因素如何影响钻井工程的实施。
海洋石油钻井设备精讲
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，深海钻井技术将向更深的海洋环境、更高的 技术难度和更广泛的应用领域发展，为海洋资源的开发和利用提供更加可靠和高效的技术 支持。
06 案例分析
案例一：某石油公司钻井设备事故分析
事故描述
某石油公司在钻井作业过程中，由于设备故障引发了火灾，导致 人员伤亡和设备严重损坏。
钻头
钻头是直接接触地层并破 碎岩石的部件，有多种类 型，如刮刀钻头、牙轮钻 头和金刚石钻头等。
动力系统
发电机
为钻井设备提供电力，通 常由柴油或燃气驱动。
齿轮箱
将发动机的动力传递给钻 机，通过改变传动比来适 应不同的钻井需求。
液压系统
利用液压能来驱动钻机的 各个动作，如旋转、提升 和下放等。
泥浆循环系统
启动前检查
在启动海洋石油钻井设备前，应进行全面的检查 ，包括机械部件、电气系统、液压系统等，确保 设备处于良好的工作状态。
安全操作
操作人员应接受专业培训，熟悉设备操作规程， 严格按照操作规程进行操作，避免发生安全事故 。
停机与保养
在设备停机期间，应进行必要的保养和维护，如 清洁、润滑、检查等，以保持设备良好的工作状 态。
循环泵
将钻井液循环至钻头和环空，冷却钻头并携带岩 屑返回地面。
防喷器系统
防喷器组
由多个阀门组成，用于控制和封闭井口以防止 井喷事故发生。
控制盘
控制防喷器的开启和关闭，通过液压或气动方 式进行操作。
安全阀
在紧急情况下自动关闭防喷器，以防止事故扩大。
03 海洋石油钻井设备操作与 维护
操作规程
1 2 3
自动化钻井技术是利用自动控制系统和智能化设备，实现 钻井作业的自动化和智能化，提高钻井效率和安全性。
海洋石油钻井知识介绍
脱气器：用于分离掉泥浆中的天然a气。
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钻井常用工具介绍－井口工具
井口工具包括各种卡瓦、吊卡、吊环、 大钳、气动、液动工具
一．吊卡
吊卡是我们应用的提升工具之一，吊卡从结构上 分为：平台肩吊卡；18度吊卡；卡瓦式吊卡；气
动吊卡；单根吊卡等。
平台肩吊卡主要用于套管、油管、钻铤等带台肩 的管串，目前我们用的主要有套管吊卡、钻挺吊
盘等工作机。传动系统在传递和分配动力的同时具有减速、并车、倒车等特 种功能。
钻机的传动方式分为：
机械传动（包括万向轴、减速箱、离合器、链传动和三角带传动等）
机械－蜗轮传动（液力传动）
电传动
液压传动
6. 控制系统：为使钻机各个系统协调地工作，钻机上配有气控制、液压控制、
机械控制和电控制等各种控制装备，及集中控制台和显示仪表等。
8
钻机设备介绍
四．钻井仪表：
1. 指重表：表示钻井钢丝绳受力大小的仪器，由指重表和灵敏表组成，内圈黄
针（指重表）指示大钩悬重，外圈白针（灵敏表）钻井时可以指示钻压。打 捞时可以指示接触鱼顶的状态、阻卡时显示出井内摩擦阻力的大小。
2. 泥浆泵压力表：一般由两只，分别指示两台泥浆泵的压力。 3. 泥浆泵冲数表：记录瞬时泵冲和累计冲数，可用于井控压井、固井、挤水泥
卡。
18度吊卡是我们最常用的吊卡，主要应用在18度 钻杆管串的起升，从2-7/8”~5-½”尺寸不等。
卡瓦式吊卡主要用于小尺寸钻具或油管管串，它
的负荷比较小，尺寸范围主要在1.050”~3-½”,负 荷在20T~75T不等。
气动吊卡属于半自动化的吊卡，目前我们用的还
不多。下套管用的卡盘应该属于这个范畴，方便
7. 钻机底座：用来安装钻井设备、方便钻井设备钻井设备的移动等。
液压钻机在海洋石油钻井中的运用浅析
液压钻机在海洋石油钻井中的运用浅析摘要：液压钻机又称为液缸提升型钻机，是以钻机的提升系统和旋转系统的动力源全部由液压泵提供为主要特点的一类钻机，由于液压设备的传动力矩大，控制简单方便，易于实现自动化、智能化等优点，液压钻机已成为钻修井装备中重要的一员。
本文以WC19-1WHPA平台的DS250-PL钻机为例分析液压钻机在海洋石油钻井中的优缺点及运用推广价值。
关键词：液压钻机；液压动力单元(HPU)；液压顶驱；管子处理装置文昌19-1A平台的DS250-PL液压钻机是中海油首例应用的全进口液压智能钻机，该液压钻机提升能力为225吨，主要包括管子处理装置、伸缩式井架、液压顶驱、液压吊卡、液压转盘、动力卡瓦、动力大钳、液压鼠洞、正压防爆司钻房、液压动力单元HPU1/HPU2等设备；可完成自动上钻、甩钻、起下钻、钻进、倒划眼等主要钻井工序。
其中，能集中代表液压钻机传动简约化、操作集成化、作业自动化特点的设备有液压站、井架、司钻房、管子处理装置等。
液压动力单元为整机提供动力，由两套对称布置的分站HPU1/HPU2组成。
单台液压动力单元由一台600V,、3ph、60Hz 、563KW的西门子变频电机带动3个35Mpa的柱塞泵、1个21Mpa的柱塞泵，单台液压动力单元的油箱容积为3000L。
两套分站即可以双机并用（正常工况），也可以一用一备（当其中一台需要停机维保时），保障整个钻进过程中对动力的需求。
井架为液缸举升式，液缸的行程为17米，最大钩载为250MT,最大下压为25MT。
与通常用机械钻机相比其结构简化了滑轮绳系，采用增力倍距的绕绳方式，在充分利用液压系统传动力矩大的优点的同时，实现了游吊系统提升距离是液压缸行程两倍的运动关系，从而增加了游吊系统的运动范围。
井架上有一台安全载荷为2.5吨的辅助吊车，吊车可以围绕井架在200度范围内旋转，有效保证钻台物件的移动。
系统配套一台TD250液压顶驱，顶驱最大扭矩为5300daNM(60rpm),转速为0-190rpm,中心管直径3”(76mm),上提下放的速度为1m/s,顶驱可以向鼠洞方向伸出，最大行程为1.855米。
海洋石油模块钻机井控系统设计
901 设计目的在钻井作业过程中，井控系统既能够有效控制井涌、井喷等突发情况，又能保护好油、气、水层，顺利完成井下作业施工，保证钻井作业的安全进行；同时，井控系统也是保证钻井作业人员自身安全、钻井设备财产安全、保护海洋环境的重要条件。
2 设计基础井控，顾名思义就是井涌控制和压力控制。
是利用一定的技术手段控制地层孔隙压力，使作用于井筒内的钻井液液柱压力始终大于地层孔隙压力，防止地层孔隙压力过高，造成井喷、井涌等意外情况，保证钻井作业的顺利进行。
井控系统设备需满足地层压力要求。
以南海某平台7000m模块钻机为例，配备一台压井泵，操作压力为69MPa；防喷器，操作压力69MPa；节流压井管汇，操作压力为69MPa；液气分离器，操作压力为常压。
3 井控系统流程及设备选型设计3.1 井控系统流程井控系统流程见图1。
图1 井控系统流程图当井筒内地层压力发生异常，迅速开启压井泵，通过压井管线向井筒内注入压井液，同时，迅速开启节流压井管汇的节流阀快速泄压，保证井筒内的钻井液液柱压力大于地层孔隙压力，防止井涌、井喷等事故发生。
当井底压力稳定后，井底被污染的钻井液通过节流管线被替换出来，被污染的钻井液中的固体泄放至泥浆回流槽，经振动筛等固控设备处理后回收利用；气体经过液气分离器碰撞、沉降分离后，气体放空到天车以上4m，液体返回至振动筛进行筛分处理。
其次，通过节流阀得快速泄压能够起到保护防喷器组的目的。
3.2 主要设备选型设计1）压井泵。
目前，海洋石油模块钻机压井泵一般都选用的是柱塞泵，压井泵出口压力选取原则是要高于最深层地层压力。
根据《SY /T 6918—2012 石油天然气行业钻井和修井设备 钻井泵》规定：压井泵出口压力分为5个级别：20.7 MPa、27.6 MPa、34.5 MPa、51.7 MPa、69 MPa。
由于本文介绍的模块钻机所在油田地层压力最高为55Mpa，故选择压井泵的出口压力为69 MPa。
详解世界海洋油气勘探技术与装备
经典技术与装备展示，设计师的世界你可懂？全球海洋油气资源丰富，近十年发现的大型油气田，海洋领域约占60%，世界新增储量的70%来自海洋，海洋油气勘探开发技术还处于初期阶段。
海洋油气勘探技术按勘探阶段可分两类，第一类主要有海洋地球化学勘探、海洋拖缆地震勘探、四维勘探、可控源电磁勘探以及微生物勘探技术，第二类以勘察船为主的探井技术以及光学传感器技术;海洋油气开发技术以各种海上平台为主，包括浅海钻采的固定平台、自升式平台，深海钻采的半潜式平台、钻井船和FPSO，以及起重铺管船、定位系统、外输系统、水下设备和工程船舶技术等。
海洋油气勘探开发技术向深海技术发展是必然趋势，发达国家的油气勘探开发技术日渐成熟。
图1 深海概念1.浅海勘探技术及装备油气目标地球化学探测。
海洋油气目标地球化学探测技术主要应用于勘探目标区，其目的是识别目标区可能存在的海底油气渗漏，查明目标区的油气潜力，进而为钻探井位优选提供依据。
在对目标地球化学探测发现的海底油气渗漏异常进行分析的基础上，要进一步开展地质、地球物理和地球化学结果综合评价，把海底表面渗漏与深部含油气系统结合起来，从烃类生成、成熟、运移和演化入手，揭示含油气系统信息，在此基础上，对主要目标区和局部构造进行排序，选取最有利的位置，提出井位建议。
海洋拖缆地震技术。
海洋地震勘探在水深大于3～5m时，采用地震工作船施工，激发系统采用多枪气枪激发，接收系统采用压电检波器，按不同需要固定在海上拖缆上，工作船引导拖缆按测线方向前进，形成边行驶，边激发，边接收的工作方法。
海洋地震勘探需要精确的实时卫星定位系统，随时记录激发点和接收点的准确位置，包括海水流向造成的拖缆不同偏移方位。
因此海洋地震勘探与陆地相比，其方法和装备都要复杂得多(见下图)。
图2 海上拖缆地震勘探工作海上地震拖缆模式主要应用在采集二维、三维以及四维地震数据上，由于其数据采集的高效性，海上拖缆地震采集模式被广泛使用，海上拖缆地震勘探模式不受水深的限制，在浅水水域和深水水域都可以进行地震数据采集。
浅谈海洋石油钻井完井机械及工具的国产化
浅谈海洋石油钻井完井机械及工具的国产化摘要：海洋石油钻井目前已经成为石油钻井的重要组成部分，随着我国石油开采范围的逐渐扩大，在石油开采过程中势必会涉及海洋石油钻井。
海洋石油钻井与常规钻井相比，不仅在技术上存在差距，而且在石油钻井过程中所使用的设备也会有所不同。
因此，为了提高我国海洋石油钻井技术，要从多方面对问题进行分析。
关键词：海上油气田平台；钻井完井机械；国产化石油机械行业在发展过程中，需要迎难而上，努力克服在发展过程中遇到的各种困难，做好海洋石油钻井完井机械工具国产化，从未为我国海洋石油行业的发展提供强有力的支持，使我国的石油产品在国际市场上的竞争力得到进一步提升。
1海洋石油资源开发的特点在石油资源运用量不断增多的背景下，很多企业已经陆续开展海洋石油开发，并取得了一定的成效。
对比分析海洋石油开发和陆地石油开发可以发现，海洋石油开采对于钻井技术、作业人员、投资资金的要求比较高，石油开发风险更大，海洋钻机作业成本会超出陆地石油钻机费用的几十倍，若是在深海环境进行石油钻井开采的费用会更高。
再加上海洋石油勘探中的风险比较大，主要集中在投资和技术风险上，海洋石油开发投资风险是指开采作业的费用比较大，但是不能完全确保此项作业的商业价值是否大于开采费用，而技术风险主要是形容在勘探时通常会受到钻井下难以预见的风险影响，工作人员需要充分考虑气象条件、海况对于勘探作业产生的影响。
因此在开采海洋石油时，石油开采单位已经逐渐将开采重点置于安全管理、环保管理方面。
由于海洋石油开采作业对于钻井设备的要求比较高，开采单位需要保证海洋石油钻井设备的型号选择符合法律规定，在开展海上钻井作业时注重保护海洋环境，并需要结合开采需要引进一些先进的技术，若是在海洋石油开采过程中出现问题，应该及时进行问题处理。
2海洋石油开发的特点及具体要求当所需开采海域经历了两个时期，自我探索时期、对外合作和自我探索时期，让我们认识到以海上油气田平台石油勘探开发极为特殊，各级别操作均要求高标准、存在高风险。
海洋石油钻采装备与结构 前言、第一章
前言海上石油平台海上平台按使用功能分类，可划分为：海上钻探、海上油和气开采、海上油和气集输和海上服务四类。
（一）海上钻探钻探平台主要用来安装钻探设备，进行钻探活动，故必须有相应的甲板面积和载重量。
这类平台在钻探工作时尽可能减少其位移，以限制平台的钻探设备（如钻管等）的受力和变形，保证正常的钻探工作。
根据操作情况，这种位移在垂向应不大于±1.5m，水平方向应不大于水深的6%，平台的纵横倾角应不大于3度。
因为一口油井约需钻1～4个月，所以这类平台，在早期油田开发中，以移动式较为有利，可以便于经常迁移。
这类平台有半潜式、自升式和船舶式等。
但在大规模油田的开发中，也有用固定式平台作为多井钻井平台，随之作为开采平台使用的。
（二）海上油气开采平台开采平台主要用来开采油、气和对油、气进行初步处理（如油气、油水分离）的，它必须成为多口生产井和油气处理设施的基础。
故必须有相应的甲板面积和载重量，但对位移限制则没有钻探平台那么严格。
由于这类平台固定在一个定位点的使用时间较长，一般多使用固定式的，如导管架平台或重力式平台，在浅水区，固定式平台也较经济。
但在深水区，或在早期生产中，则以使用移动式平台较为经济。
（三）海上油、气集输平台开采平台生产的油、气，可以自己储存一部分，大量的则需另用储油平台贮存，并由此平台通过固定的管线或穿梭油轮向陆上输送。
这在同一地区同时有若干个开采平台时显得尤其必要。
从安全的观点看，开采平台和贮存平台分开更有好处。
（四）海上服务平台海上服务可包括多方面的内容，如海上居住平台，海上起重平台，以及打桩、铺管作业等。
工作人员长期生活在海上，条件恶劣，工作紧张，故居住条件应能保证船员的充分休息，例如能保证摇晃小，振动小，振动频率低等，还应能保证船员的充分安全，对防火，救生等应符合有关规范的要求。
对浅水和多井的作业区，居住平台可用固定式的，但在深水区，则多用半潜式的。
其他如起重、打桩、铺管等作业平台，对海洋环境的运动响应也都有一定的要求必须给予满足。
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补偿器 ，从而大大降低了钻机的重量和 制造成本 （ 据称可降低成本约３ ％ ）。 ０ 在２ ０ 年末统 计共ｌ ｌ ０６ ｌ 艘超 深水钻
车和转盘 的共７ ，占 ． 艘 ６ ％。 ３
挪 威 海 事液 压 公 司 （ ｎ ｉ Ｍａ ｌｔｍｅ ｒ Ｈ ｄａ ｌ ｙ ｒｕｉ ｃ）挪威 海事液压公 司装于半
装 备 知 识
海 洋 石 油钻 采 工程 技术 与装 备
海洋石油钻井主设备及其系统 （ ） 下
口 廖谟 圣 ， 中国石油和石化工程研究会 海洋石油和化工工程专业委员会
德国威尔 士公司 （ ｒ Ｗｉ国Ｗ ｉｔ 也 替代 了浮式钻井庞大的钻柱升沉运动 ｔ 船 ｒｈ 尔士 公 司钻 机绞 车 主要技 术 参数 见表 ４ ０ｈ 交流变频＼ ｒ Ｈ４０钻机绞 ， ０ｐ ５ Ｗｉｈ ５０ ｔＧ
ｔ 提升能 力的双Ｒａ ｍ型＼ 液压 Ｒ ｍ系统钻 ａ 机共４ 套 ，占３６ 艘８ ．％。 意 大利钻 机公司（ ｉ ｃ 意大利 Ｄｒｌ ） ｌ ｍｅ
潜平台的无绞车液压升降钻机又称Ｒ ｍ ａ
钻机 ，其主要 优点是 ：省去了庞大笨重 的绞车 ，用升降液缸 替代了绞车 ，同时
１２４石油与装备 Ｐ ｔ ｌｕ ＆Ｅ ｕ ｍｅ ｔ ｅｒ ｅ ｍ ｏ ｑ ｉ ｎ ｐ
德 国 威尔 士 公 司整套 钻机 设 计 合 理 、制造精 良，产品性能良好 与耐用度 高 是 国际公 认 的 ，其 采用 交流变 频 驱 动 ，调速范围广 、 使用可靠 。 在 ２ ０ 年 末统 计 共 １ ｌ ０６ ｌ 艘超 深 水
井平台 （ ） ， 船 中 配备挪威１ ０ｔ ０ ， ０和５０ ０