《海洋钻井平台》PPT课件.ppt

海洋石油钻井,WFT WISER Dec.2013,梁 杰,第一章.海洋钻井发展简况及现状,第二章.海洋钻井平台类型及分类,第三章.海上钻井装置的选择,第四章.海洋环境条件对钻井装备的影响,海洋钻井发展简况及现状,过去几十年，石油工业从浅海到深海再到超深海不断扩张。海洋油气总产量占全球油气总产量的比例已从1997年的20%上升到目前的40%以上，其中深海油气产量约占海洋油气产量的30%以上。在世界已发现的油气可采储量中，海洋油气约占41%。一些海域尤其是深海和北极地区的勘探程度还很低，因此海洋油气资源的潜力仍然很大。,海洋钻井发展简况及现状,近海石油的勘探开发已有100多年的历史。1897年，在美国加州Summer land滩的潮汐地带上首先架起一座76.2米长的木架，把钻机放在上面打井，这是世界上第一口海上钻井。1920年委内瑞拉搭制了木制平台进行钻井。1932年美国得克萨斯公司造了一条钻井船驳船并首次用于近海勘探钻井。1936年美国为了开发墨西哥湾陆上油田的延续部分，钻成功第一口海上油井并建造了木制结构生产平台，两年后，于1938年成功地开发了世界上第一个海洋油田。1956年出现了钻井船；1961年半潜式钻井平台问世。,我国海洋钻井发展简况及现状,我国海洋石油从60年代初开始勘探。1966年建造了第一座固定式钻井平台；1972年制造第一座自升式钻井平台“渤海一号”；1974年我国第一条钻井船“勘探一号”在南黄海试验成功；1978年第一艘浅海坐底式钻井船“胜利一号”在莱州湾投入使用。1981年地矿部为了开展海洋石油勘探，决定建设一台半潜式的海洋钻井船，取名叫“勘探三号”。于1984年建成交付使用。1981年后我国开始了真正的海洋石油装备工业的大发展。,我国海洋钻井发展简况及现状,目前中国正在设计、建造的超深水钻井平台（船）主要有：由708所与上海外高桥造船厂设计、建造3000米工作水深的半潜式钻井平台。中国船舶重工集团公司大连造船新厂建造了4艘超深水半潜式钻井平台。由上海船厂与美国Frontter公司开始建造4-5万吨动力定位深水钻井船。以上均是中国垮入超深水钻井平台建造的重要标志，目前中国在建造平台、船体吨位总量方面仅次于韩国而居世界第2位，但在自行设计建造用于平台、船上的主机、特别是浮式钻井专用设备方面几乎还是空白，这需要国内海洋装备企业瞄准世界顶尖水平继续努力。“海洋石油981”是中国首次自主设计、建造的第六代3000米深水半潜式钻井平台，代表了当今世界海洋石油钻井平台技术的最高水平。,海洋钻井发展简况及现状,目前海洋钻井平台大致可以分为8类，即钻井驳船、钻井船、内陆驳、自升式钻井平台、平台钻机、半潜式钻井平台、座底式平台和钻井模块。根据RIGZONE网站统计，截至现在，全球海洋钻井平台总数（包括商用平台和非商用平台）达到1249部。,海洋钻井发展简况及现状,海洋钻井平台的作业能力也发展迅速，目前深水钻井平台的最大作业水深已经达到3600米。最大钻井深度达到11800米。随着作业水深能力的不断进步，深水的定义也在不断扩大。1998年以前，水深大于200米就认为是深海，1998年以后深水定义扩大到30 0米，而现在国际上认为水深大于1350米（4500英尺）才为深水。,海洋钻井发展简况及现状,目前，全球共有约143家公司从事海上钻井，其中海上钻井承包商大约90家，其余为综合性石油公司。钻井承包商中拥有5部钻井平台以上的约50家，拥有作业水深能力超过600米的钻井平台承包商43家；另外一些综合性公司以及巴西、印度、俄罗斯等国家石油公司也拥有相当数量的海洋钻井平台，但几乎不参与市场竞争。美国Transocean公司，是全球最大的海上和深海钻井承包商.拥有的深海钻井装置占全球总数的约30%。名列前5位的深海钻井承包商均是美国公司。拥有的深海钻井装置占全球总数的70%。其次是挪威。目前，我国只有中海油田服务股份有限公司（COSL）一家真正参与国际钻井平台市场竞争，但仍以浅海和中深海钻井平台为主，虽然目前已开始深海钻井平台的建造，但我国海洋钻井装备的发展已落后于美国、挪威、巴西等国家。,海洋钻井发展简况及现状,平台平均日费：自升式平台：716万美元半潜式平台：1543.3万美元钻井船和深水半潜式平台：5060万美元,第一章.海洋钻井发展简况及现状,第二章.海洋钻井平台类型及分类,第三章.海上钻井装置的选择,第四章.海洋环境条件对钻井装备的影响,海洋石油平台,海上石油平台，一种岛状空间结构物，具有一个高出海面的水平台面，供进行生产作业或其他活动用的海上工程设施。,海洋石油平台,海洋石油平台群组,海洋石油平台模型,海洋石油平台,海上石油平台是海上石油开采的主要装置，它的分类方法有很多，其中按照用途大体可以为四类：钻井/勘探平台：主要用于勘探石油资源、钻探石油。采油平台：主要用于石油生产。中心平台：用于石油初步加工和石油输送。储存式平台：主要用于石油采集后海上储存，并且还有预处理功能。以上四种平台又可以细分为很多类，下面我们主要讲述一下海洋钻井平台的分类及其特点。,海洋钻井平台,海洋钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。开发海洋石油，首先从浅水海域开始，然后逐渐向深海发展。海洋钻井平台经历了由浅海到深海、由简单到复杂的发展过程。海洋石油钻井平台可分为2类：固定式钻井平台移动式钻井平台,海洋钻井平台,海洋钻井平台,海洋钻井平台,海上钻井装置的分类,固定式钻井平台，固定于海底，在整个使用寿命期内位置固定不变，不能再移动。主要用于有工业油流的油田，一般工作水深在20m左右（如渤海早期的埕北A/B钻井平台）。某些钻采综合固定平台的工作水深超过200m，但平台建造费用较高。固定式平台的结构特点是通过管架结构在海底将平台固定。,固定式钻井平台的主要类型,按导管架结构分：直桩式、直桩-斜桩式、联结式。按桩柱结构分：木桩、钢桩、混凝土。混凝土桩要先预制好，再在海上打桩。现在的钢管桩都要在管中加注混凝土。按打桩的设施分：带桩架、不带桩架。按设备布置分：带浮船、不带浮船。按照结构特点分：导管架式钻井平台、重力式钻井平台、张力式钻井平台。下面主要介绍一下最后一种分类方法。,固定式钻井平台导管架式,工作水深一般在十余米到200米的范围内（个别平台超过300米）,导管架型平台在软土地基上是目前世界上使用最多的一种平台，是一种最成熟和最通用的平台型式,固定式钻井平台重力式,钢筋混凝土重力式平台。依靠自身重量维持稳定的固定式海洋平台。主要由上部结构、腿柱和基础三部分组成。基础分整体式和分离式两种。钢重力式平台。也属于分离式基础型,由钢塔和钢浮筒组成，浮筒也兼作储油罐。钢-钢筋混凝土重力式平台。上部结构和腿柱用钢材建造，沉箱底座用钢筋混凝土建造，可充分发挥两种材料的特性水深在200米以内均可采用，最佳水深为100150米,固定式钻井平台张力腿式,张力腿式钻井平台（TLP）是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。,导管架平台和重力平台由于其自重和工程造价随水深大幅度地增加，已经不适应深水域油气开发。,固定式钻井平台张力腿式,张力腿平台（简称TLP）适用于较深水域（3001500m）、且可采油气储量较大的油田。TLP 一般由上部模块、甲板、船体（下沉箱）、张力钢索及锚系、底基等几部分组成。其船体（下沉箱）可以是三、四或多组沉箱，下设36组或多组张力钢索，垂直与海底锚定。,固定式钻井平台张力腿式,平台及其下部沉箱受海水浮力,使张力钢索始终处于张紧状态,故在钻井或采油作业时,TLP几乎没有升沉运动和平移运动。,固定式钻井平台张力腿式,张力腿平台最重要的特点是平台的竖向运动很小，水平方向的运动是顺应式的,结构惯性力主要是水平方向的回弹力。张力腿平台的结构造价一般不会随水深增加而大幅度地增大。近二十年来，经过张力腿平台设计生产的实践,证明张力腿平台具有良好的运动性能，是深水海域油气生产适宜的平台形式。,固定式钻井平台张力腿式,海上钻井装置对比,固定式钻井平台的优点是稳定，海面气象条件对它的影响较小，而且完井后可作为采油平台，使用时间大大增加。但是，它的灵活性差，不能及时运移，而且造价高，（除张力腿式平台外）不能在较深的水域工作。固定式钻井平台的面积和平台上的设备都要合理，要充分考虑后期作业的需要，而且结构强度要满足要求。,海上钻井装置对比,移动式钻井平台:作业完成后，可拖航或自航到其他地点。包括座底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台以及浮式钻井浮船。可随意移动，特别适用于钻勘探井或丛式生产井。钻井模块既可以放到固定式平台上，也可以采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几亿美元以上，所以一般都放到移动式平台上面，一般是打一枪换一个地方。,移动式钻井平台坐底式,坐底式钻井平台:有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备；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。该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。所以该平台发展缓慢。然而中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，对于开发此类浅海区域的石油资源，坐底式钻井平台仍有较大的发展前途。坐底式钻井平台较经济的工作水深范围为3m至30m，国内现有的坐底式钻井平台均在10m水深以内。,单立柱坐底式钻井平台,坐底式钻井平台,移动式钻井平台自升式,自升式钻井平台又称桩腿式平台,移动式钻井平台自升式,带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船壳，并使船壳底部离开海面一定的距离（气隙）。拖航时桩腿收回，船壳处于漂浮状态。作业水深范围从3米直至150米。大多数自升式钻井平台的作业水深在70至90 米范围内。平台稳定站立后，大多数悬臂梁可以将钻台外伸到固定平台。1.升降装置：液压缸升降(插桩式)；齿条/齿轮箱2.桩腿结构型式：筒型；桁架3.桩腿数量：3腿；4腿4.槽口：有槽口；无槽口5.生活楼的布置：横向布置；周边布置。,移动式钻井平台自升式,海洋石油936平台,悬臂梁移动范围：纵向70 ft，横向20 ft,移动式钻井平台自升式,海洋石油936平台,移动式钻井平台浮式钻井船(驳),作业水深：能在1503000m的水深海域作业,移动式钻井平台浮式钻井船(驳),钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。其大致分类如下：1）按其推进能力分:有自航式和非自航式；2）按定位分:有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。3.钻井船的优缺点：早期形式为钻井驳船，多用旧船改装，只适用于浅海风浪较小的海域。现代钻井船多为专门设计，全部钻井和生活设施都在船上，能自航并有向大型化发展的趋势。其主要优缺点如下：1）优点：移动灵活、适应水深大、自持能力强、载重储藏量大等。2）缺点：建造成本较大，建造周期长；受风浪影响大、稳定性差、开工率较低等。动力定位系统由声纳发生器、接收器、电子计算机及纵向、横向螺旋桨组成。水下井口的声纳发生器发出信号，船底的接收器能测出船的偏移方位和数值并输入计算机，计算机自动控制相应的螺旋桨运转发出推力使钻井船复位，不需抛锚。,移动式钻井平台半潜式,半潜式钻井平台（Semisubmersible）又称立柱稳定式钻井平台。,移动式钻井平台半潜式,大部分浮体没于水面下的一种移动式钻井平台，半潜平台效果图是从坐底式钻井平台演变而来的。由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。此外，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接。在下体间的连接支撑，一般都设在下体的上方，这样，当平台移位时，可使它位于水线之上，以减小阻力。,移动式钻井平台半潜式,海洋石油981,移动式钻井平台半潜式,海洋石油981主要技术参数:最大工作水深 3,000米;最大钻井深度 12,000米;总长 约110米;总宽 约90米;总高 约110米;最大甲板可变载荷 9,000吨;定位方式 1,500米以上DPS3动力定位;1,500米以内锚泊定位。,移动式钻井平台半潜式,海洋石油981”是中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台，由中国船舶工业集团公司708研究所设计、上海外高桥造船有限公司承建的，耗资60亿元。最大作业水深3000米，钻井深度可达12000米，平台自重超过3万吨；从船底到钻井架顶高度为136米，相当于45层楼高。“海洋石油981”的建成，填补了中国在深水钻井大型装备上的空白，使我国深水油气资源的勘探开发能力和大型海洋装备建造水平跨入世界先进行列。2012年5月9日，海洋石油981”第一口井在中国南海海域正式开钻。2012年9月4日，“海洋石油981”号开始为Husky Energy钻探荔湾3-11井。该井为“海洋石油981”钻探的第四口井，也是为外国公司钻探的首井，前三口井均由中海油自费钻取。荔湾3-11探井是四口井中最深的一口，所在海域水深2450米。钻井深度大约为4000米。,各类移动式钻井平台性能对比表,固定式与移动式平台比较情况,固定式平台优点：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；,固定式平台缺点：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；,钻井平台设备,机械手,钻井平台设备,下套管远程控制操作系统,钻井平台设备,自动液压钻杆钳,钻井平台设备,PS-21自动液压动力卡瓦,无牙痕卡瓦牙,钻井平台设备,6.抓管器,猫道,钻井平台设备,7.液压防喷盒,钻井平台设备,8.井口张力器和井口吊,钻井平台设备,9.司钻房,电子司钻操作台,钻井平台设备,9.ROV和水下基盘,钻井平台设备,9.倒班交通工具,钻井平台设备,平台远离陆地，那么平台上的淡水从何而来？有两种方式：第一种方式，平台供应船，每隔一段时间把陆地上的淡水运到平台上去。第二种方式，用海水造淡水。造水机，至少1台，根据造水原理，有两种不同类型的造水机。真空沸腾式:利用海水在低压环境中加热沸腾，水蒸气冷凝成水。蒸发后的盐水排海。反渗透式：利用在高压的条件下，使海水在一定的速度下通过半透膜，盐分子被半透膜阻挡。盐水排海。,第二章.海洋钻井平台类型及分类,第三章.海上钻井装置的选择,第四章.海洋环境条件对钻井装备的影响,第一章.海洋钻井发展简况及现状,海上钻井装置的选择,固定式平台：各个钻井平台适合于不同的水深。重力式平台适用的水深较浅，桩基式平台适用的水深稍深，张力式平台则可在较深的水域使用。移动式平台：座底式钻井平台适用的水深较浅，自升式钻井平台适用的水深稍深，半潜式钻井平台和钻井船可在深水域使用。现在使用范围最广的还是自升式钻井平台。,海上钻井装置的选择依据,海上钻井平台的选择是一个涉及面很广的问题，需要综合考虑各种因素。（1）钻井类型。是钻勘探井还是生产井、是直井还是丛式井以及完井方式等。（2）作业海区的海洋环境条件。包括水深、风、波、潮流等海况，海底地质条件及离岸距离等。（3）经济因素。主要是各种装置的建造成本、租金及操作费用。（4）可供选择的钻井平台及其技术性能、使用条件。,海上钻井装置的选择依据,根据作业海域水深、海床地质情况及钻井目标，综合考虑上述各种情况，可对钻井装置作出最优的选择。（1）在浅水区，当油田已探明或已进入开发阶段，宜选用固定式钻井平台。（2）水深在2030m以内，风浪不大，海底平坦柔软且无冲刷海流，可选用坐底式钻井平台。,海上钻井装置的选择依据,（3）水深在2030m以内，浪高大于3m的海况仅占1年的1/10以下时：对勘探井，宜选用自升式平台加辅助船或自给式的自升式平台；对生产井，可选用固定式平台（钻完井后改为采油平台）加辅助船，或选用带辅助船的自升式平台或完全自给式自升式平台。,海上钻井装置的选择依据,（4）水深在3060m（或更深一些），风浪较大时：对生产井，选用固定式钻井平台（钻完井后改为采油平台）加辅助船，或自升式平台（先期在导管架上钻井，钻完井后改为采油平台）；对勘探井，选用自给式自升式钻井平台。（5）水深超过60m，一般可选用半潜式平台或浮式钻井船，用来钻探井或预钻生产井组。浮式钻井船适用于水深可达600m。（6）海上特殊作业，如安装平台、吊装重型设备等，宜选用自升式钻井平台或半潜式钻井平台作为支持平台。,海上钻井装置的选择依据,（7）钢筋混凝土钻井平台的强度较低，不适宜用来进行钻井作业。需要说明的是除了采用以上选用方法之外，还可以根据实际装备条件、技术水平、作业费用等灵活选用合适的钻井平台及钻井机具。,海洋钻井的主要特点,海洋钻井基本是沿用陆上钻井的工艺方法，所不同的是海上钻井处于狂风巨浪的侵袭中，且与海底隔着巨大的水体，要在复杂的条件下完成钻井作业，其特点有以下几种：(1)在海上要求提供安装钻进的机械设备和钻井工作的场地，即海上钻井采油平台。将全套的钻井机械设备安装在平台上成为在海上能独立完成钻进工作的装置。,海洋钻井的主要特点,(2)采用浮动钻井装置钻井，要克服在浮动条件下作业的不利因素，满足井底钻压、将钻具导向海底井口、保持井位等技术要求，需要有升沉补偿装置、水下井口导向装置、伸缩隔水管系和自动定位装置等。(3)海上建造平台费用昂贵、操作难度大，因此海上生产井一般均打丛式井（定向井）。为了提高海上钻井速度，确保钻井的质量，海上钻井应用了高新钻井工艺技术和钻井方法。,海洋钻井的主要特点,(4)井身结构复杂，套管尺寸大，层次多。(5)有一套防腐措施和设备。(6)先进的交通、通讯及良好的生活保障。(7)甲板空间和可变载荷小。(8)海洋环保。,海洋恶劣条件下的钻井平台,海洋恶劣条件下的钻井平台,第二章.海洋钻井平台类型及分类,第三章.海上钻井装置的选择,第四章.海洋环境条件对钻井装备的影响,第一章.海洋钻井发展简况及现状,海洋环境条件对钻井装备的影响,海上石油天然气的钻采工艺与陆上基本相同，所不同的是工作环境不同，陆上钻采设备不受场地限制，可以分散布置，而海上钻采设备必须集中布置在狭小的海洋平台上，受暴风雨、洋流、风力、化学腐蚀，寒冷环境下钢料强度、水深及钻井成本等问题的影响，自然条件恶劣，操作工况十分复杂。海洋钻井平台投资大，作业风险高，而且海上市场有诸多不确定因素。此外，海洋钻井远离陆地，运输十分困难。海洋环境的特殊条件对钻井装备的影响很大，故海上平台及钻井设备除必须达到陆上设备的要求外，还要具备适合海上油气开发特点（经受得起风、浪、潮、流、冰、涌等海洋环境因素的冲击）的结构，以克服在海上作业的困扰。,海洋环境条件对钻井装备的影响,安全性可靠性设备能力配备可钻或修多口井配备应急设备技术先进、效率高,海洋环境条件对钻井装备的影响,安全性 海上钻井平台离岸较远，平台空间不大，设备布置无足够的安全距离，操作者的活动空间有限，平台常年处于风、浪、潮之中，一旦发生事故，救援困难，后果严重；因此，海洋石油钻井设备必须满足防爆、防火、防烟雾的要求，并要有完善的监控系统，以防止事故发生。,海洋环境条件对钻井装备的影响,可靠性 各类海洋钻井平台的造价都很高，若租用钻井平台，日租金也非常昂贵，如果钻机性能不佳导致经常停修，就会造成很大的经济损失；因此，要求钻机各部件的性能都要十分可靠，且经久耐用，尤其是平台的供电设备必须十分可靠，一旦断电停产，不仅会造成经济损失，而且可能造成重大事故。,海洋环境条件对钻井装备的影响,设备能力配备海上钻井远离后方基地，设备故障所造成的损失及修复所需要的时间均大大超过陆上，因此，海上钻井一般选用工作能力较大的设备以减少故障发生，即在相同井深条件下，海上配备的钻井设备能力一般比陆地上大20%25%。目前，海上多选用钻深为60008000m的钻机、70100t提升能力的修井机。在油田生产后期，如果用修井机补钻调整井或加密井、分支井，修井机的提升能力要达到100150t。,海洋环境条件对钻井装备的影响,可钻或修多口井 钻机或修井机可在平台上纵、横移动，即从一个井位很快移到另一个井位。目前，世界上有的平台最多可钻或修96口井，一般的平台可钻或修几口至几十口井。,海洋环境条件对钻井装备的影响,配备应急设备 海上钻井平台必须配备应急设备，如柴油发电机组配有应急柴油发电机，转盘配有应急驱动链轮，泥浆泵配有应急泵，当主要机组出现故障时，相应的应急设备立即启动，以保证全平台的生活和动力用电，避免卡钻事故的发生。,海洋环境条件对钻井装备的影响,技术先进、效率高海洋钻井平台的空间十分有限，因此，平台上所采用的钻井设备必须技术先进、体积小、质量轻、效率高。在同样技术性能的前提下，设备体积越小，钻井平台的建造费用也就越低。,安全环保地拆除废弃海洋平台,拆除废弃海洋平台，不仅仅是物理意义上的把东西拿走，而是要求把海洋生态环境恢复到安装前的状态，这对海洋平台所有者是很大的考验。1.平台拆除：顶层甲板，支撑管架，泥面以上部分逐一拆除。2.海底管线拆除：如果采取全部清除移走的方案，如何再利用和处置这些废管道而不造成环境污染是一大问题，同时，在拆卸提升过程中难免保护材料脱落，残留在海中仍是污染。采取油气管线原地沟堑掩埋法，不影响其他用海者的利益。,所有石油平台中，混凝土重力式平台为最难拆除的平台,安全环保地拆除废弃海洋平台,废弃海洋平台在不妨碍其他海洋功能的前提下，其残留桩腿等结构物可以切割至水面55米处，而其他结构与设备均应全部拆除并运至岸上处理；全部拆除，也就是将废弃海洋石油平台的桩腿等结构物应切割到海床泥面4米以下，而其他结构和设备均应全部拆除并运至岸上处理 至今，仅中国海洋石油总公司在渤海海域进入废弃阶段的桩基式平台就超过40座，而南海海域也有8座桩基式平台进入废弃阶段根据生产的需要，虽然部分平台寿命到期后经过评估和维修继续服役，但在未来几年，大量平台的退役是不可改变的事实，尤其到2020年，2002年以前建设的几乎所有平台，都将进入废弃阶段。,1.reference data海油钻井各平台作业能力.doc,其他,谢谢！,