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1、深水油田开发工程技术据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：常规水深：水深400m以内 深 水：水深4001,500m 超 深 水：水深超过1,500二十一世纪向深海进军是海洋油气和矿产开发必然趋势。 开发难度 ：面临更大的水深压力更恶劣的动态环境更复杂的外界条件深水油气资源的开发是一项高难度、高技术、高风险的综合性 工程技术，涉及海洋工程、地质工程、油田开发、材料、通讯、信 息等众多技术领域，只有依靠一系列配套的高技术应用，才能取得 深海油气开发突破性进展。深水油气开发最活跃的海域： 国外 ：墨西哥湾、西非、巴西、北海等（最深达3000m），现有深水钻井船
2、170艘。 中国 ：南海北部、南部和东海冲绳海槽区深水区。我国大陆架宽广、海域辽阔，油气资源丰富我国大陆架宽广、海域辽阔，油气资源丰富石油储量：石油储量：150150200200亿吨亿吨天天 然然 气：气：6.36.3万亿立方米万亿立方米 仅渤海海域：仅渤海海域：石油储量：石油储量：7070亿吨亿吨探明石油地质储量：探明石油地质储量：11.911.9亿吨（亿吨（9999年止）年止） 发现：山东蓬莱发现：山东蓬莱19193 3油田油田我国目前最大油田：我国目前最大油田：6 6亿吨，亿吨，将采用30万吨浅吃水FPSO 发现：渤海、东海陆架、南海珠江口、北部湾、台西南莺歌发现：渤海、东海陆架、南海珠
3、江口、北部湾、台西南莺歌 海琼东南、南沙曾母等大型油气盆地和油气构造海琼东南、南沙曾母等大型油气盆地和油气构造 海洋油气资源已成为我国能源的重要后备基地海洋油气资源已成为我国能源的重要后备基地由天然气和水分子组成类冰状的固态结晶体甲烷水合物或由天然气和水分子组成类冰状的固态结晶体甲烷水合物或 可燃冰是一种优质高效燃料可燃冰是一种优质高效燃料 l l 其其9090出现在大洋底沉积物中（水深大于出现在大洋底沉积物中（水深大于300300500m500m） l l 全球天然气水合物的甲烷碳含量相当于全世界煤、石油、天全球天然气水合物的甲烷碳含量相当于全世界煤、石油、天 然气总碳储量的两倍然气总碳储量
4、的两倍 l l 7070年代首次在海底发现天然气水合物年代首次在海底发现天然气水合物 l l 8080年代起，美、俄、日、德、印度、加、荷、巴西等国实施年代起，美、俄、日、德、印度、加、荷、巴西等国实施 天然气水合物研究和开发计划。天然气水合物研究和开发计划。 l l 我国发现：南海北部、台湾西南、东海大陆架前缘有丰富的我国发现：南海北部、台湾西南、东海大陆架前缘有丰富的 天然气水合物天然气水合物 l l 进入进入S-863S-863高技术研究计划高技术研究计划新的替代能源新的替代能源海底天然气水合物海底天然气水合物中 国 近 海 油 气 田 分 布 图目 录深水钻井平台深水油田开发生产系统一
5、、一、各类各类深水钻井平台1.自升式钻井平台2.半潜式钻井平台3.钻井船1.自升式平台 Jack-up Platform 具有能垂直升降的桩腿，钻井时桩腿 着底，平台则沿桩腿升离海面一定高 度；移位时平台降至水面，桩腿升起 ，平台就像驳船一样由拖轮拖移到新 的井位。作业极限水深为140米。三桩腿桁架式自升式平台四桩腿圆筒式自升式钻井平台干 拖湿 拖自升式平台拖航过程电驱动齿轮齿条式桩腿升降系统自升式平台桩腿升降机构BLM Typical Jacking System BLM 典型的升降系统Rack 齿条Jack House 升降房HullJacking Units 升降单元Upper Shoc
6、k Pads 上缓冲垫Floating Frame 浮式框架Lower Shock Pads 下缓冲垫Rack Chocks 齿条止锁装置Lower Guides 下导向环Upper Guides 上导向环HullFixed Type固定型Floating Type浮动型Fixed Frame 固定框架液压式桩腿升降系统方形桩腿圆筒式桩腿返回半潜式平台2.半潜式平台 Semi-submersible Platform 基本结构形式为：上有平台甲板， 在水面以上不受波浪侵袭；下有浮 体，沉于水面以下以减小波浪扰动 力，连接于其间的是小水线面的立 柱，因此，整个平台在波浪中的运 动响应较小，具有出
7、色的深海钻井 性能。可采用锚泊定位和动力定位 ，适用于深海作业。2 Pontoon 半潜式平台南海5号设计作业条件: 最大作业水深:457m 最大钻井深度:7620m建造于1983年，1998年改造。第五代半潜式平台4 Pontoon 半潜式平台半潜式钻井平台的新发展 半潜式钻井平台在1996年全世界拥有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，新发展者主要是第五、第六代半 潜式平台。其主要特点是： (1)采用优良的设计。 (2)平台主结构采用甚高强度钢。 (3)大的甲板可变载荷(甲板可变载荷达10万t)和大的甲板空间。 (4
8、)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,全球全天候的工作能力和长的自持能力. (6)新建和在建的19艘半潜式平台中,有17艘平台的工作水深在1,524m(5.000ft)以上；2002年末统计，全世界现有和正在建造的175艘平台中，有31艘工作水深在 1,829m(6,000ft)及以上,其中2,286m(7,500ft)及以上的有16艘(含10,000ft的有 2艘)；最深工作水深为可达3,048m(10,000ft)。可预计未来20年内将有工作水深 4,000-5,000m的半潜式平台出现。 (7)装备新一代的先进钻井设备、动力定位设备和发电设备
9、。 友人与金人(Friede & Goldman) 公司设计的第五代半潜平台 Development Driller 1(原名 Rig 184)和Development Driller 2(原名Rig 185),计 划2003年建成。工作水深2,286m 、钻深能力11,430m；可变载荷 7,000mt；生活模块可住152人； 钻机主绞车为交流变频7,000Hp 。 深水地平线号(Deepwater Horizon)半潜平台：建造于2001年, 其工作水深为2,438m，钻深能力为9,144m；可变载荷8,200t；生活 模块可住152人；钻机主绞车为6,600Hp，动力定位系统为 8x5,
10、000kw推进器，6x7,000kwAC发电机组。诺贝尔 克莱德 布德理克斯 号（NOBLE CLYDE BOUDREAUX ）半潜平台：工作水深为 3,048m，钻深能力为10,670m ；可变载荷7,000t；生活模块 可住150人；钻机主绞车为 4,000Hp，工作海区为世界范 围内。将于2004年完工。返回船中央设有井孔和井架 ，靠锚泊系统或动力定位装 置定位于井位上。它漂浮于 水面作业，能适应很大的水 深，同时它的移动性能好， 便于自航。3.钻井船 Drilling Ship Discoverer Enterprise建造于1999年.设计作业条件: 最大水深: 10,000 ft
11、/ 3,048 m 钻井深度: 35,000 ft / 10,670 m Deepwater Frontier建造于1999年.设计作业条件: 最大水深: 10,000 ft / 3,048 m 钻井深度: 30,000 ft / 9,144 m Installation of the subsea christmas tree.jpg返回二、二、深水油田开发生产系统1、固定平台生产系统 2、浮式生产系统 3、水下生产系统自70年代以来由于对油气的需要量急剧增长，促进了 海洋石油工业的飞速发展，在传统固定平台开采的基础上 ，出现了一些新的结构形式，并已逐步发展成为三种典型 的海上油气田生产系统
12、。1、固定平台生产系统所谓固定平台生产系统，是指该系统中的主要设备平台， 固定于海底，对其产生支承力的生产系统。该生产系统是世界上使 用最早且较为广泛的一种生产系统、在固定平台上用来开采海上油 气田的各种工艺流程（如注水、注气及油气水处理等）和设备基本 上与陆上油田相似。固定平台生产系统经过近五、六十年的使用，根据固定平台型 式的不同，已经发展成以下几种主要形式的生产系统：（1）刚性平台生产系统桩基式平台生产系统；重力式平台生产系统；（2）柔性平台生产系统主要为牵索塔式平台生产系统。 1.1刚性平台生产系统通过打桩的方法固定于海底 ，是目前海上油田使用最广泛的 一种平台。由上部结构、导管架 、
13、桩组成。具有稳定性好和自持 能力强的特点。由于导管架平台的造价与水 深大致呈指数关系增加，因此水 深过大，经济性不好，一般用于 中等水深及浅水海域。钢质导管架平台 Jacket Platform 混凝土重力式平台 Gravity Concrete Structure 这种平台的底部通常是一个 巨大的混凝土基础（沉箱），用 三个或四个空心的混凝土立柱支 撑着甲板结构，平台底部的巨大 基础被分隔成许多圆筒型储油仓 或压载仓，这种平台的重量可达 数十万吨，是依靠自身的巨大重 量，直接置于海底。1.2柔性平台生产系统牵索塔平台牵索塔平台 Guyed tower Offshore Guyed tower
14、 Offshore PlatformPlatform牵索塔平台由甲板、塔体、牵索 系统三部分组成。塔体是一个类似于 导管架的空间钢架结构，牵索则围绕 着塔体对称布置，牵索系统可以吸收 外力能量以保证塔体的运动幅度在规 定的范围内。根据有关文献，水深在 305m时, 导管架平台和牵索塔平台的 造价几乎相同，但水深继续增加时， 牵索塔平台的经济性优于导管架平台 。世界上第一个顺应式平台，作业水 深为500米，导管架结构为4腿(3.2m)， 12根裙桩(2.1m)，桩打入泥深度130米 。顺应式平台顺应式平台 Compliant Tower Compliant Tower PlatformPlatf
15、orm20200 吨返回将浮式的生产、储油、卸油装置（FPSO）应用于深海油田是70 年代以来发展较快的一种生产系统。它以移动式浮体为主体，在其 上放置生产和处理设施，收集，计量和处理来自海底井的油气。这 种生产系统的出现，不仅加快了海上油气田的开发速度，而且可以 降低开发费用，及早回收投资。使过去用固定平台开发不经济的边 际油田也能开发利用。 90年代，FPSO得到迅速发展，美、日、巴西、挪威、东南亚、 中国都已广泛采用 类型： 外转塔式（YOKE）内转塔式2、深水浮式生产系统FPSOFloating Production Storage & Offloading Unit外转塔式（YOKE
16、）外转塔FPSO强台风不解脱的内转塔式FPSO番禺4-2/5-1油田FPSOPY5-1 PlatformPY4-2 Platform南海奋进号KUITO OIL FIELD LAYOUTBELANAC Oil Field LayoutPipe &Equipment 3-D Model张力腿平台张力腿平台 Tension Leg PlatformTension Leg Platform（TLPTLP）一种垂向张力支撑的新型平台，在恶劣的海一种垂向张力支撑的新型平台，在恶劣的海 况下可平稳定位于水面，从事油气开采的永久性况下可平稳定位于水面，从事油气开采的永久性 系泊于深海的结构物。系泊于深海的结构物。19841984年世界第一座张力腿平台用于北海的年世界第一座张力腿平台用于北海的 HUTTONHUTTON油田。油田。张力腿平台的上部类似于半潜式平台，整个张力腿平台的上部类似于半潜式平台，整个 平
