2[海上钻井装置]海洋钻井工程

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1、1,海 洋 石 油 工 程,李玮 博士、副教授 Tel:13936811904 E-mail:,目 录,海上钻井发展状况及环境特点 海上钻井装置 海上钻井主要系统 海底岩石与钻头破岩 井眼轨道设计与控制 优选参数钻井 海洋钻井压力预测与控制 海上钻井工艺技术,3,本章主要内容,一、海洋钻井与陆地钻井的异同 二、钻井平台及分类 三、固定式钻井平台 四、移动式钻井平台 五、钻井平台的选择 六、海洋环境条件对钻井装备的影响,钻井费用占59.9%,钻井费用占48.8%,钻井费用占51.5%,2010年钻井占勘探开发投资比例,一、海洋钻井与陆地钻井的异同,钻井是一门工程技术。它是利用现有技术条件，建立一

2、条连接地面及地下油藏的安全的油气流通通道。 钻井作为勘探开发过程中的重要环节，其费用占勘探开发投资的50%以上，钻井速度的高低、钻井质量的优劣在很大程度上影响着勘探开发的整体效益。,钻井过程中包括的程序,陆地、海洋钻井,一口井的综合设计 井场及设备基础准备 复杂情况处理 破岩钻进 复杂情况处理 固井 复杂情况处理 完井 复杂情况处理,5,6,陆地钻井,海洋钻井,7,泥浆池,泥浆泵,顶驱,井下钻具,钻井绞车,转盘,一、海洋钻井与陆地钻井的异同,A,B,C,D,E,F,各种钻头,地层岩石,裂缝油层,叠加,海上,多层系油层,辐射型,多个断层,井眼轨迹设计,固井与完井工艺,陆地钻井,一口井的综合设计

3、程序接近，但内容不同 井场及设备基础准备 本质区别 复杂情况处理 本质区别 破岩钻进 复杂情况处理 固井 复杂情况处理 完井 复杂情况处理,海洋钻井,12,相同与不同,相同,接近但不同,接近但不同,接近但不同,相同,相同,13,本章主要内容,一、海洋钻井与陆地钻井的异同 二、钻井平台及分类 三、固定式钻井平台 四、移动式钻井平台 五、钻井平台的选择 六、海洋环境条件对钻井装备的影响,14,海洋钻井分为：海上钻井、海底钻井和深海科研钻井三类（主要是海上钻井）。 海上钻井是在追踪陆地油田在海底延伸的过程中开始的。 海上钻井平台：从事海上油气勘探开发的各种海上建筑物的统称，一般是一种高出海面或海底的

4、顶部平坦结构物，是进行近海作业的施工场所，目前使用的平台型式主要取决于平台用途。 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。,二、钻井平台及分类,15,海上石油平台,16,海洋石油平台,17,海上石油平台,18,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

5、述一下海洋钻井平台的分类及其特点。,海上石油平台,19,海洋钻井平台上装钻井、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。,海洋钻井平台,20,按资产拥有方式：油公司模块钻机和承包商专业钻机; 油公司模块钻机具有油气处理设施且很少移位，用于开发井和调整井； 承包商专业钻机为客户服务，频繁跨海区移位，多用于探井和评价井；,海洋钻井平台,21,按结构外形：钻井船和半潜式平台 钻井船续航能力强、可变载荷大、机动性好，常用于探井； 半潜式平台稳性好、

6、易于近距离移位，多用于评价井或调整井；,海洋钻井平台,22,不同立柱支撑的半潜钻井平台,23,四个立柱、无侧面斜拉筋船体结构； 双浮体水下结构、DP3定位系统； 双作业钻机配置、38米井架净空高度； 75ft 长RISER管、6 5/8”OD 钻杆。,海洋钻井平台,24,海洋石油钻井平台分类,25,滩海：沿海高与低潮位间的潮差浸带和平均水深小于5m的 近海海域； 浅水：水深等于5m小于500m的海域； 可采用常规固定的站立式生产平台的海域。 深水：水深等于500m至小于1500m的海域； 不能采用常规的固定的站立式生产平台的海域。 超深水：指水深等于1500m至小于3000m的海域； 不能用锚

7、泊方式而只能采用DP定位的作业海域。 极深水：水深大于3000米的海域； 不能使用常规隔水管作业的海域。,海水钻井深度分类,26,不同水深的海洋钻井平台,27,不同水深的海洋钻井平台,28,本章主要内容,一、海洋钻井与陆地钻井的异同 二、钻井平台及分类 三、固定式钻井平台 四、移动式钻井平台 五、钻井平台的选择 六、海洋环境条件对钻井装备的影响,29,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90m，但平台建造费用较高。固定式平台的结构特点是通过

8、管架结构在海底将平台固定。,三、固定式钻井平台,30,按照自给程度不同，分为：自容型海洋型钻井平台和带辅助船的小型钻井平台两类。 自容型固定平台：型体尺寸较大；能容纳全部钻井设备及一切队、附属设施，包括各种仓库及生活设施。 因此，需要平台的面积大，建设费用高。为了缩减这类平台的面积，多做成双层平台的型式。,固定式钻井平台分类,31,带辅助船的小型固定钻井平台：将部分设备和材料放在辅助船上，以减小平台的尺寸。 这种小型平台建筑面积可以达到最小限度。一般只将井架、绞车、动力联动机及其附属设备放在平台上，而其它设施及食宿等都设置在辅助船上。 优点：平台的投资少，体积小，便于施工，而且当钻完一口油井后

9、，辅助船可以很快转移到另一井位，钻井平台可转化为采油平台使用。,固定式钻井平台分类,32,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、绷绳塔式钻井平台。 下面主要介绍一下最后一种分类方法。,固定式钻井平台分类,33,七十年代初出现，它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底，从而与海底牢固联结。一般用混凝土制造，少数也有钢质的。,1、重力式平台,康迪普型

10、平台,塞尔默型平台,34,结构： 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 甲板有混凝土和钢质两种：混凝土重 力式平台、钢质重力式平台,重力式平台的基础和腿柱中都分为许多舱室，这些舱室本身就是非常好的大型储油罐，在平台安装阶段的拖航和下沉时可作为压载舱。,1、重力式平台,35,混凝土重力式平台,优点： 不需打桩； 具有相当的贮油能力； 节省钢材，防火、抗暴、防腐性； 抵御风浪的能力较好； 制造、维修费用低，寿命长。 缺点： 对地质条件要求高 出现缺陷后修复较困难,36,钢质重力式平台,重量比混凝土轻 预制过程中对水载要求不高 拖船马

11、力小 对地基承载力要求不高 贮油量 用钢多，易腐蚀,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。,优点,缺点,37,重力式平台的特点,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。,38,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； 张力腿平台可以用于水深超过600m的海区，

12、但通常认为最经济的作业水深范围是450600m之间。,张力腿式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索及系缆桩组成，它是今后深水用主要平台。,2、张力腿式平台TLP,39,张力腿式钻井平台,40,张力腿式平台本身是一个浮动平台，平台的贮备浮力远远大于平台的重力，靠缆绳或锚链(称作张力腿)的张力将平台与事先固定在海底的锚桩上拉紧，平衡一部分浮力，并使平台较好地固定在海面上。 这种非刚性地连接，不仅可减小平台的摇摆和倾斜，而且由海底地震引起的海床运动，也在到达平台之前被大大减弱了。,张力腿式平台的特点,41,绷绳塔式平台亦称牵索塔平台，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。

13、它适用于水深较大的海域。 优点： 节省钢材（成本低） 井口装置可设置于水面上,3、绷绳塔式平台（牵索塔式平台）,42,特点： 结构简单构件尺寸小，能抵抗周围环境所产生的各种作用力；从工作水深上比较，在深水区，这种平台的建造总费用比桩基导管架式平台低，反映在钢材费用、建造和安装时间上，绷绳塔式平台在成本上占有优势。它适应深水钻采作业的需要，工作水深在300600m。有的资料表明，绷绳塔式平台最经济的工作水深范围在240480m之间。,绷绳塔式平台的特点,43,桩：用于承受平台的垂直重量及水平 环境推力。 目前国内外应用最多的是钢桩平台。 优点： (1)可事先做成导管架型式，在岸上预制好，然后到海

14、上进行打桩； (2)平台的整体性好，施工快。 缺点：抗海水腐蚀性能差。 所以，有的地方，曾采用过抗海水腐蚀性能好的铝制平台，但因造价昂贵，未能普遍应用。 结构：基础部分和上层建筑。,4、导管架式钻井平台,44,基础部分是由导管架和桩管组成。 导管可事先在岸上预制好。然后，用驳船运至目的地，或依靠中空的浮力拖至目的地，下沉并坐在海底上。再将桩管由导管内插入，并用打桩机打入海底一定深度。 上层建筑 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,导管架式平台的结构,45,导管架式平台的结构,46,支承上部结构 作为打桩定位和导向的

15、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,导管架的作用,47,安装完毕后平台状态,48,各类固定式钻井平台性能对比表,49,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，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，而且结构强度要满足要求。,固定式钻井平台的优缺点,50,本章主要内容,一、海洋钻井与陆地钻井的异同 二、钻井平台及分类 三、固定式钻井平台 四、移动式钻井平台 五、钻井平台的选择 六、海洋环境条件对钻井装

16、备的影响,51,移动式钻井平台，作业完成后，可拖航或自航到其他地点。包括坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台以及浮式钻井船。可随意移动，特别适用于钻勘探井或纵式生产井。 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。,四、移动式钻井平台,52,单立柱坐底式钻井平台,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30m以下的浅水域。,1、坐底式钻井平台,53,类型：浮筒型，钢瓶型和浮垫型。 浮垫型坐底式平台是目前应用最为广泛的坐底式平台。,1、坐底式钻井平台,54,海面,海底,1、坐底式钻井平台,55,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 拖航时阻力大，当海底冲刷严重时，钻井易移位，需要采取防滑移、防冲刷及防掏空等措施,