賈光政第一章概述

東北石油大學機械科學與工程學院2013年09月海洋石油裝備概論

第一章1.1海洋石油開發環境1.2海洋石油開發的特點1.3海洋石油平臺簡介1.4水下石油裝備簡介1.5海洋石油裝備發展簡介主要內容第一章地球表面積為5.11億平方公里，其中海洋面積約占地球表面積的70.9%，大約是3.62億平方公里。

1.1海洋石油開發環境2002年在巴西召開的世界石油大會上，為了對海洋油氣勘探開發以水深來進行劃分，將水深在400m以內界定為常規水深，將水深400~1500m界定為深水，將水深超過1500m界定為超深水。

全球海洋平均深度3730m，水深在200m以內的近海大陸架水域面積占海洋總面積的7.5%，水深在3000~6000m的占海洋總面積的73.8%。

第一章中國海岸線長約18000km，按聯合國公約，屬中國管轄的海域約有488萬平方公里。南海面積約為200萬平方公里，是世界上四大海洋油氣聚集中心之一。南海石油儲量估計約有230~300億噸；天然氣儲量約有338萬億立方米，70%在深水。1.1海洋石油開發環境形勢表明：深海油氣資源勘探開發，必將成為中國未來的海洋石油、天然氣的主戰場。

海洋中蘊藏豐富的石油天然氣資源，100多個國家和地區在海洋開展了石油鉆采業務，已在海上發現1600多個油氣田。

第一章1.1海洋石油開發環境1.海洋石油工程環境海洋石油開發環境總體上比較惡劣，工程建設期間可能遇到的自然環境條件有：海風、海浪、海流、潮汐、海冰、地震、海嘯等。還包括：雨雪、霧、霜、溫度、地基土壤、海水腐蝕以及海生物附著等。（1）自然環境條件第一章1.1海洋石油開發環境1.海洋石油工程環境

工作環境條件：是指海洋石油工程在建設期間以及建成投產運行期間，所經常出現的自然環境條件。工作環境條件的選定應以工程的正常施工作業和正常生產運行為標準。（2）設計環境條件

極端環境條件：是指海洋石油工程在建成投產后使用年限內，極少出現的極端惡劣的自然環境條件。極端環境條件的選定應以保證工程的安全為標準。第一章1.1海洋石油開發環境1.海洋石油工程環境是指極端環境條件再次重新出現的時間的長短。對于海洋石油工程來說，一般以不小于50年為宜。對于海洋石油工程中的一些小型結構物，其重視期可以取為結構物的設計使用期限的2~3倍，但不宜小于30年。（3）重視期第一章1.1海洋石油開發環境2.海洋環境載荷海洋環境載荷是指海洋自然環境所施加給海洋石油工程的載荷。分為：環境載荷、使用載荷、施工載荷。環境載荷：主要由海風、海浪、海流、海冰、地震等自然環境條件所引起的載荷。使用載荷：是指海洋石油工程在服役期間所受到的除環境載荷以外的其他載荷。包括：固定載荷、活載荷、動力載荷。施工載荷：是指海洋石油工程施工作業期間所受到載荷。常常是特殊的臨時性載荷。第一章

海水鹽度高，導電率高對金屬腐蝕比較強，特別是海水飛濺區，腐蝕最為嚴重。需要耐腐蝕強的材料和設備。海風是指氣壓在水平方向上分布不均勻而產生的空氣從高壓區向低壓區的運動。主要用風向和風速表示風的特征。臺風。我國南海臺風較多，東海次之，黃海較少，渤海很少。海洋石油鉆采裝備與結構常以30年一遇或50年一遇的臺風為設計標準。

1.1海洋石油開發環境海洋石油開發環境總體上比較惡劣，海水、風、海浪、海流、潮汐、海冰、海嘯等第一章海浪是大風掀起的，隨著風的持續，海浪持續拍打海上平臺等鉆采設施，會產生持續載荷，因此需要高強度的材料來抵御海浪。

海流是海水大規模相對穩定的沿著一定方向、路線連續不斷的流動。海面上的風所引起的影響深度僅僅幾百米，是表層流，它的流動隨深度而減弱。

海水溫度與鹽度變化導致海水密度分布變化，并決定海洋壓力場的海水流動。

海流不僅使平臺樁柱或基礎周圍的海底發生沖刷和淤積，還會對樁柱本身產生一定的沖擊力，會影響水下的結構和設施。1.1海洋石油開發環境第一章潮汐是由于太陽和月球引力引發的海水周期性的漲落。包括兩種運動：一種是垂直性漲落，另一種是水平方向的流動。

由于潮汐的運動，平臺會上下浮動，左右擺動，對于鉆井定位和鉆進深度有較大影響。

海冰是在高緯度地區特有的水文現象。海冰是由于海水溫度過低而形成的。海冰破壞力極大，海冰可以推移油輪，擠壓船體，擱淺船只，推倒平臺。

1.1海洋石油開發環境第一章海嘯是由海底地震、海底火山噴發、海底崩塌、海岸的岸坡塌方及滑坡引起的。海嘯從中心開始，波高很小，一般幾十厘米，波長卻極大，移動速度可高達800km/h。對近海鉆井采油裝備影響是致命的。

1.1海洋石油開發環境第一章1.2海洋石油開發特點海上油田開發工程涉及了海上物探工程技術、海上油藏工程技術、海上鉆井工程技術、海上采油工程技術、海上油氣集輸工程技術、海上建筑工程技術、海上施工技術、海上定位導航技術、海上搜救技術，海場保護技術、海上通信遙控技術、海上安全保障技術、海上運輸、海洋氣象、海上工程地質以及現代工程技術管理等諸多技術領域。

海洋石油工程開發是一個知識、資金、技術密集而又具有風險的系統工程。

（1）技術復雜、難度大

第一章1.2海洋石油開發特點開發海上油田，要在惡劣的海洋環境中建造平臺、鋪設海底管道，確保海上油氣生產作業的安全，這不僅技術復雜，而且所需的設備質量高，使得海上油田投資巨大。據統計，海上油田投資額將隨海區環境以及水深的不同而比陸地上高出3~10倍。（2）投資巨大

第一章1.2海洋石油開發特點由于惡劣的海洋環境會給海洋石油開發帶來災害，所以開發海洋石油具有一定的風險。尤其是海洋環境具有很強的區域特性，人們難以沿用其他海區的開發經驗，同時在開發過程中會出現一些難以預料的問題，因此風險大。

（3）風險大

第一章1.2海洋石油開發特點海上油田從勘探到開發一般需3到5年，從開發到投產需3到4年，總建設期長達6~10年（陸上油田建設周期一般在2年以內）。

在油田投入開發后，考慮到在惡劣的海洋環境中作業，存在海上平臺的腐蝕及結構的疲勞問題，以及昂貴的海上操作費用，一般采用加快開采速率的辦法，盡可能縮短在風險環境中的作業時間。因此，海上油田開發壽命比較短，中、小油田一般都在8~10年左右。

（4）開發建設周期長，油田壽命短第一章1.2海洋石油開發特點由于海上石油平臺的空間有限，在發生事故后逃生的途徑相對較少，救援工作也非常困難，只能依靠守護船舶和直升機，離較遠的平臺直升機從陸地起飛到平臺需要幾個小時，還要受到天氣和海況的限制。

1979年11月25日凌晨3時30分左右，石油部海洋石油勘探局的渤海二號鉆井船，在渤海灣遷往新井位的拖航中翻沉。因為風浪大、天氣寒冷，當時船上74人，72人死亡，直接經濟損失3700萬元。

。（5）救援工作難度大

第一章海上石油裝備主要包括：海上鉆井設備系統，海上油氣開采設備系統，海上油氣集輸設備系統，海上修井設備系統等。1.3海洋石油裝備簡介

海上鉆井設備系統主要是鉆井平臺，鉆井平臺分為移動式鉆井平臺和固定式鉆井平臺。

海上油氣開采設備系統包括固定平臺開采系統，浮式開采系統和水下開采系統。

海上油氣集輸系統主要包括生產管匯，測試管匯，油氣匯集系統，油氣處理系統，注水系統，儲運系統等。

海上修井設備主要包括固定平臺修井裝置，自帶支持系統修井裝置，修井輔助裝置、泵送工具等。第一章1.3海洋石油平臺簡介

海洋平臺是在海洋上進行石油鉆探與生產作業所需的平臺，主要分鉆井平臺和生產平臺兩大類。在鉆井平臺上設鉆井設備，在生產平臺上設采油設備。平臺與海底井口有立管相通。第一章1.3海洋石油平臺簡介

導管架海洋平臺(Jacket)

鋼樁穿過導管打入海底，并由若干根導管組合成導管架。適用于淺近海。第一章1.3海洋石油平臺簡介

坐底式海洋平臺

平臺分本體與下體（即浮箱），由若干立柱連接平臺本體與下體，平臺上設置鉆井設備、工作場所、儲藏與生活艙室等。坐底式鉆井平臺是早期在淺水區域作業的一種移動式鉆井平臺。第一章1.3海洋石油平臺簡介

自升式海洋平臺(Jack-up)

由一個上層平臺和數個能夠升降的可接地的樁腿所組成的海上平臺。平臺既要滿足拖航移位時的浮性、穩性方面的要求，又要滿足作業時著底穩性和強度的要求，以及升降平臺和升降樁腿的要求。適用于不同海底土壤條件和較大的水深范圍。第一章1.3海洋石油平臺簡介

半潛式海洋平臺（Semi）大部分浮體沉沒于水中的一種小水線面的移動式平臺，由平臺本體、立柱和下體或浮箱組成。平臺上設有鉆井機械設備、器材和生活艙室等，供鉆井工作用。平臺本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當距離，以保證平臺的穩性，所以又有立柱穩定式之稱。第一章1.3海洋石油平臺簡介

張力腿海洋平臺（TLP）

張力腿式平臺利用繃緊狀態下的錨索鏈產生的拉力與平臺的剩余浮力相平衡。張力腿式平臺的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來補償，且此拉力應大于波浪產生的力，使錨索上經常有向下的拉力，起著繃緊平臺的作用。第一章1.3海洋石油平臺簡介

Spar海洋平臺

主體是單圓柱結構，垂直懸浮于水中，特別適宜于深水作業，在深水環境中運動穩定、安全性良好。第一章1.3海洋石油平臺簡介

左到右依次是導管架平臺，自升式平臺，半潛式平臺，鉆井船，張力腿平臺。

第一章鉆井隔水管系統從鉆井平臺一直延伸到水下防噴器，形成了鉆井液的循環通道。其主要作用是隔離海水，支撐各種控制管線（主要包括節流和壓井管線、鉆井液補充管線、液壓傳輸管線等），吊裝水下防噴器，為鉆桿、鉆具順利下入井口提供導向。

1.4水下石油裝備簡介

國外主要生產商有Vet-Co、Cameron、AkerKvaerner等公司。

（1）鉆井隔水管系統第一章水下防噴器是海洋石油鉆井過程中的重要設備，它能夠有效防止井噴事故發生，是石油勘探鉆井過程中的安全保障。水下防噴器組一般由4~6部單雙閘板防噴器和1部環形防噴器組成，上部連接隔水管裝置，下部連接海底井口裝置。與陸地防噴器相比，水下防噴器具有通徑大、耐高壓、防腐蝕、耐沖擊、自動化控制程度高、安全性好、可靠性高等特點。

1.4水下石油裝備簡介

國外主要生產商有Cameron、Shaffer、Hydril等公司。

（2）水下防噴器

第一章水下采油樹的使用始于1967年。至今已有l200多套水下采油樹應用在250多個采油項目中。它需要滿足海水壓力、腐蝕、風浪、暗流等復雜環境的使用要求，工作壓力較高，采用電、液控制。

1.4水下石油裝備簡介

國外主要生產商有FMC、Vetco、AkerKvaemer、Cameron、Dill-Quip等公司。

（3）水下采油樹第一章水下集輸系統是指在鉆完井后，用于油氣集輸的生產管線、出油管、井口之間的連接設備。其主要功能是：提供生產管線、出油管線和鉆井的交互界面；注入氣體和化學物質，控制流體；分配電力和液力控制系統；支撐管匯、出油管線以及纜線；保護管線和閥門正常工作；在水下機器人操作過程中提供支撐平臺。1.4水下石油裝備簡介

（4）水下集輸系統

國外主要生產商有FMC、Vetco、AkerKvaemer、Cameron、Dill-Quip等公司。

第一章1897年，世界首次進入海洋鉆井，美國加利福尼亞州Summerland離岸約76m，木架碼頭。1.5國內外發展概述

1911年，世界第一座固定平臺鉆井裝置豎立在美國路易桑納州Caddo湖上。1925年，蘇聯在里海建造人工島進行石油鉆井。1932年，世界首次浮船鉆井（鉆井駁船Mcbride號），在美國路易桑納州Garden灣。1933年，世界首座坐底式平臺（Giliasso號），在美國路易桑納州Pelto湖。第一章海洋石油981深水半潛式鉆井平臺于2008年4月28日開工建造，是中國首座自主設計、建造的第六代深水半潛式鉆井平臺，由中國海洋石油總公司全額投資建造，整合了全球一流的設計理念和一流的裝備，是世界上首次按照南海惡劣海況設計的，能抵御200年一遇的臺風；選用DP3動力定位系統，1500米水深內錨泊定位，入級CCS（中國船級社）和ABS（美國船級社）雙船籍。整個項目按照中國海洋石油總公司的需求和設計理念引領完成，中國海油擁有該船型自主知識產權。該平臺的建成，標志著中國在海洋工程裝備領域已經具備了自主研發能力和國際競爭能力。1.5國內外發展概述

第一章“海洋石油981”，是中國海油深海油氣開發“五型六船”之一，是根據中國海洋石油總公司（簡稱“中海油”）的需求和設計理念，由中國船舶工業集團公司第七〇八研究所設計、上海外高橋造船有限公司承建的，耗資60億元，中海油擁有自主知識產權，由中海油服租賃并運營管理。

2012年5月9日，“海洋石油981”在南海海域正式開鉆，是中國石油公司首次獨立進行深水油氣的勘探，標志著中國海洋石油工業的深水戰略邁出了實質性的步