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海洋技术 第三章海洋石油

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海洋 技术 第三 石油
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海洋石油资源开发技术,第一节 海洋石油的开发和技术特点第二节 探寻海底石油的方法第三节 海洋石油钻井装置第四节 钻井技术及发展动向第五节 采油平台与采油工艺,石油: 又称原油,是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。 石油主要是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物,与煤一样属于化石燃料。石油的性质因产地而异,密度为0.8 ~ 1.0 克/立方厘米,粘度范围很宽,凝固点差别很大(30 ~ -60°C),沸点范围为常温到500°C以上,可溶于多种有机溶剂,不溶于水,但可与水形成乳状液。,通过提炼,石油可以制成很多产品:发电厂用的燃料轻型车用的汽油卡车和火车用的柴油飞机用的航空汽油房屋取暖用的燃料油,很多其他材料也来自于石油产品:塑料织布的材料 (例如: 聚酯纤维)日用化学品 染料,关于石油我们还知道些什么?,2007年全球石油探明储量为1686亿吨,世界海洋石油资源量占全球石油资源总量的34%,据统计,全球海洋石油蕴藏量约1000多亿吨,其中已探明储量的为380亿吨;目前全球已有100多个国家在进行海上石油勘探,其中对深海海底勘探的有50多个国家。预计在本世纪,海底油气开发将从浅海大陆架延伸到千米水深的海区。在人类对石油等不可再生资源的需求越来越大的情况下,海洋成为人类对石油需求的希望所在。,法新社制作的石油储量大国排名表,形象地展示了全球资源分布情况,海洋石油的开发和技术特点,海洋石油的开发1.陆地上的石油已基本耗尽,到目前为止,绝大部分已开采石油来自陆上,石油为不可再生资源,因为开采量远远大于自然增长量,石油资源开始呈现枯竭的趋势。,2.开发海上石油势在必行,缓解世界石油供不应求的状况创造巨大的经济效益,海洋石油的开发,3.开发海上石油从1897年就已开始,海底石油开采,可追溯到19世纪末,1897年,美国开始在加利福尼亚的圣巴巴腊海峡钻井;1947年,美国在墨西哥湾钻出第一口商业性油井,这是浅海开发石油的起点。从此,海底采油技术不断发展。1973年,爆发第四次中东战争,阿拉伯石油禁运和不断上涨的油价,使得海底开采石油的利润大大提高。现在,海底油气资源勘探、开发,已成为沿海国家的重要经济活动内容,成为某些国家的经济支柱。,海洋石油的开发,4.开发技术日臻完善,上世纪40年代之前,海洋石油勘探开发处于初始阶段,主要采用土木工程技术建造木结构平台和人工岛,只能在近岸的海边和内湖开发石油资源,作业水深低于10m。50~60年代,随着世界经济复苏,海洋油气勘探开发迅速发展,出现了移动式钻井装置、浮式生产系统及海底生产系统,作业海域范围不断扩大,水深不断加大,至60年代末,作业水深已超过200m,勘探开发领域开始向大陆架深水区延伸。70-80年代,随着平台和钻井技术的发展,海洋油气勘探开发水域范围进一步扩大,作业水深超过500m,成功开发了北海和墨西哥湾大陆架深水区油气资源。90年代,成功解决了温带海域油气开采面临的钻井、采油、集输和存储等技术问题,而且高寒水域的平台和管线技术难题也取得重大突破,海洋油气勘探开发取得巨大进步,作业水深不断刷新,1999年已近2 000m,作业范围已从北海、墨西哥湾等传统地区扩展到西非、南美及澳大利亚大陆架等海域。,海洋石油的开发,2000年我国海上油产量1600万吨,在南海创造了7个世界第一。第一个20口井全部采用水平井进行油气开发;第一个使用水下卧式采油树;第一个应用电潜泵技术采油;第一个采用温式电接头技术;第一次开创无人潜水作业油田;第一次应用水下跨接管连接技术;第一次采用即独立又集中的多功能液压系统。,5.我国石油生产取得飞速发展,海洋石油的开发,海洋石油开发技术特点,(一)技术密集①在勘探方法上:多缆多震源勘探技术、数字电缆、高分辨处理技术;②在钻井方面:小井眼、小曲率半径水平钻井技术;③在测井方面:数控成像技术、大容量传输系统。④在海洋工程建设方面:深水油井开发已发展到1000m,并形成一套完整的水平生产系统。深海生产平台自动操纵装置。,(二)资金密集①勘探费用是陆地的几倍;②一口井要上千万美元;③一座中心平台要上亿美元;④水深约增加100m,投资增加1倍。,海洋石油开发技术特点,(三)风险大①失误多;②周期长,从勘探到开发约需5~10年;③海洋条件恶劣。,海洋石油开发技术特点,探寻海洋石油的方法,一、海洋石油的生成,无机生油说,认为石油中的碳氢化合物是由无机化学作用形成的。,探寻海洋石油的方法,一、海洋石油的生成,有机生油说,认为碳氢化合物是由生物遗体变成的。在过去的地质时期里,江河带来的大量泥沙不断堆积在海盆、湖沼底部,一些动植物尸体也随着一起被埋葬。生物遗体的分解使泥沙富含有机质而形成有机淤泥。由于沉积加厚、温度、压力、细菌、催化剂、放射性物质的协同作用,使有机质变成碳氢化合物,即原始油气。,探寻海洋石油的方法,一、海洋石油的生成,形成石油的条件,1.有大量的生物遗体;2.要有利于石油富集的地质构造;3.要有能够储集石油的地层和保护石油不跑掉的盖层。生油理论指导了油、气的寻找和勘探。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,一般来说,探寻海底油气资源要经过地质调查、地球物理勘探及钻探几个阶段。而地球物理勘探方法是探寻海底石油的主要方法。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(一)首先对海区进行广泛的地质调查,海洋地质调查是应用地质、地球物理、地球化学等理论和各种手段探测海底地形、地质构造、海底岩石、沉积物以及海底矿产。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(一)首先对海区进行广泛的地质调查,地质调查的两种主要方式:①路线调查--是在未经调查的海区,为了了解地质情况,布设几条线而进行调查。②面积调查--是按任务规定的成图的比例尺,在调查海区设定间距的测网或测线进行调查。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(一)首先对海区进行广泛的地质调查,利用回声探测仪和旁侧声纳调查海底地形地貌;用拖网、抓斗以及柱状取样器和海洋钻探等获取沉积物和岩石样品;用地层剖面仪了解沉积地层分布、厚度及其构造特征;用地震、重力、磁力以及地热等地球物理方法,探测海底地质构造及矿产资源。在个别地区还通过潜水器、水下电视、照相等方法直接观测海底沉积物及其动态和地貌形态等。,目前调查内容和手段:,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探,在对海区进行广泛的地质调查后,对重点海区进行海上石油地球物理勘探,圈出沉积盆地的范围,了解地层厚度、岩性和构造状况。海上石油地球物理勘探,为应用物理学原理研究海底地质构造,寻找海底油气田和某些海底沉积矿床的方法。最常用的方法有三种,即重力、磁力和地震勘探。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探,地震勘探:分为反射法和折射法两种。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内的传播规律来勘探地下的地质情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时,遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波或折射波返回地面,用专门的仪器可记录这些波,分析所得记录的特点,如波的传播时间、振动形状等,通过专门的计算或仪器处理,能较准确地测定这些界面的深度和形态,判断地层的岩性,是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探-----地震勘探,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探------地震勘探,气枪法是利用压缩空气迅速释放作为动力的一种非炸药震源,它利用气枪将高压空气在极短的瞬间送入水中,形成气泡,气泡在水中发生膨胀与收缩相交替的振荡,即造成地震振动。电火花法是电能震源的一种。它利用电容器将所储藏的电能加到预先放置于水中的电极上,由于放电效应产生火花,造成振动。通常在浅海地震勘探,特别是连续地层剖面仪中应用。但是,这种震源的地震能量并不高,为了改善其缺点,可改用多电极组合放电法,爆炸线法,火焰喷射器法等多种形式。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----地震勘探,地震勘探原理示意图,地震波遇到地层(速度与密度的乘积有差异)的分界面时,通常会发生反射;同时另一部分地震波还会继续向下传播,碰到相似的地层界面后还会产生反射和透射,即一部分地震波的能量反射回地面,另一部分继续向下传播。与此同时,地面上精密的仪器把来自各个地层分界面的反射波引起地面振动的情况记录下来。然后根据地震波从地面开始向下传播的时刻和地层分界面反射波到达地面的时刻,得出地震波从地面向下传播到达地层分界面,又反射回地面的总时间,再用别的方法测定出地震波在岩层中传播的速度,最后就可得到地层分界面的埋藏深度了。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----地震勘探,地震勘探原理示意图,沿着地面上的一条测线,一段一段地进行观测,对观测结果进行处理后,就可得到形象地反映地下岩层分界面埋藏深度起伏变化的资料-地震剖面图。在一个可能有油气的地区(称为工区)内,布置多条测线,形成测线网,并在多条测线上进行这种观测之后,可得到地下地层起伏的完整概念,再综合其它物探方法和地质、钻井等各方面的资料,进行去伪存真,去粗取精,由此及彼,由表及里的分析、研究,就能查明可能储存油气的地质构造,最后确定钻探的井位。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----地震勘探三个环节,首先是野外工作。这个阶段的任务是地质和其它物探工作初步确定的有含油气希望的地区,布置测线,人工激发地震波,并用野外地震仪把地震波传播的情况记录下来。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----地震勘探三个环节,其次是室内资料处理。它的任务是根据地震波的传播理论,利用计算机对野外取得的资料进行各种处理和加工,去除各种噪声,突出有效信号,得到反映地下地质构造的大概形态的地震剖面以及相关的地震波速度资料。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----地震勘探三个环节,最后一个阶段是地震资料的解释。由于地下地质构造的复杂性,地震剖面上的许多现象,既可能反映地下的真实情况,也可能具有某些假象。地震资料的解释工作,就是要运用地震波传播理论,综合地质、钻井和它物探资料,对地震剖面进行深入的分析研究,对各反射层相当于什么层位作出正确的判断,对地下地质构造的特点作出说明,绘制出反映主要目的层位的构造图,最后对有希望含有油气的构造,提出钻探井位。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----地震勘探,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----重力勘探,利用重力仪和扭称等精密仪器,探测地壳中各种岩体和矿产密度差异而引起的重力变化,进而了解矿体的分布情况和地质构造的一种方法。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----重力勘探原理,它是以牛顿万有引力定律为基础的。只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异,就可以用精密的重力测量仪器(主要为重力仪和扭秤)找出重力异常。然后,结合工作地区的地质和其他物探资料,对重力异常进行定性解释和定量解释,便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况,进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----重力勘探条件,应用重力勘探的条件是﹕被探测的地质体与围岩的密度存在一定的差别﹔被探测的地质体有足够大的体积和有利的埋藏条件﹔干扰水平低。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----重力勘探条件,应用重力勘探的条件是﹕被探测的地质体与围岩的密度存在一定的差别﹔被探测的地质体有足够大的体积和有利的埋藏条件﹔干扰水平低。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----重力勘探解决任务,研究地壳深部构造﹔研究区域地质构造﹐划分成矿远景区﹔掩盖区的地质填图﹐包括圈定断裂﹑断块构造﹑侵入体等﹔广泛用于普查与勘探可燃性矿床(石油﹑天然气﹑煤)﹐查明区域构造﹐确定基底起伏﹐发现盐丘﹑背斜等局部构造﹔普查与勘探金属矿床(铁﹑铬﹑铜﹑多金属及其他)﹐主要用于查明与成矿有关的构造和岩体﹐进行间接找矿﹔也常用于寻找大的﹑近地表的高密度矿体﹐并计算矿体的储量﹔工程地质调查﹐如探测岩溶﹐追索断裂破碎带等。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----重力勘探,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----磁力勘探,自然界的岩石和矿石具有不同磁性,可以产生各不相同的磁场,它使地球磁场在局部地区发生变化,出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常,进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----磁力勘探原理,由于地球本身就是个大磁体,所以对磁力的预测值应进行校正,求出只与岩石矿物磁性有关的磁力异常。一般铁磁性矿物含量愈高,磁性愈强。在油气田区,由于烃类向地面渗漏而形成还原环境,可把岩石或土壤中的氧化铁还原成磁铁矿,用高精度的磁力仪可以测出这种磁异常,从而与其它勘探手段配合,发现油气田。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----磁力勘探,磁力勘探包括地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测等。磁力勘探也要根据地质要求部署测线,测量测线上各点的磁力值,并据此编制磁力异常图。磁力勘探在确定火成岩分布和区域地质结构上有较好的效果。精密磁力勘探可以确定地质构造,和地震勘探寻找圈闭,有异曲同工之妙。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----磁力勘探,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----电法勘探,是根据岩石和矿石电学性质(如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性,即所谓“电性差异”)来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场,分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----电法勘探,电法勘探分为两大类。研究直流电场的,统称为直流电法,包括有电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等;研究交变电磁场的,统称为交流电法,包括有交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。按工作场所的差别,电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探----电法勘探,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(二)地球物理勘探,地震勘探、重力勘探、磁力勘探均已获得广泛应用,在实际测量中互相配合,取长补短,但以地震勘探为主。在地震勘探中,高分辨率、三维地震成像和多波段等新的勘探方法将占主导地位。航空地震勘探方法也将出现。目前用的较少的电法勘探将具有较大的发展前景。,探寻海洋石油的方法,二、探寻海洋石油的方法,(三)钻探,钻探就是用钻机按一定设计角度和方向向地下钻孔,通过取出孔内的岩心、岩屑或在孔内下入测试的仪器,以了解地下的岩层、矿产、地下水或地质构造等。在海上打多口探井,通过每口井中所取岩心样品的分析,来搞清海底地层的岩性、油层的分布和厚度等情况,就能通过各种方法计算出海底石油的储量来。,海洋石油钻井装置,,海洋平台是高出海面且具有水平台面的一种海洋工程结构,为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施。 海洋平台(offshore platform) 是海上石油开发必要的装置,在勘探阶段一般用钻井船打探井以摸清石油储量,一旦认为有开采价值则需设置一些海洋平台进行钻井与采油作业。包括钻井平台和生产平台,海洋石油钻井装置,,在平台和海底井口之间,都有立管相通,平台一般都高出水面,能够避开波浪的冲击,形式有三边形、四边形或多边形,有上下两层甲板或单层甲板,供安装与存储钻井或采油的设备用。,风浪中的海洋平台,海洋石油钻井装置,,钻井平台建造的发展趋势,作业的水深由浅入深离岸的距离由近而远经受的风浪由小而大由固定式发展到移动式,海洋石油钻井装置,,一、固定式钻井平台,1.栈桥式钻井平台:用栈桥与岸连接的平台。2.带附属船式固定平台:钻井设在平台上,其他附属设备、重要物资和生活区设在船上。3.自载式固定平台:所有设备都安装在平台上。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,1、座底式钻井平台:这是一种只用于浅水区域并渐趋淘汰的旧式平台。下部为一大型浮力沉垫,上部为钻井平台,中间用支柱联结。在沉垫浮于水面的状态拖往作业海域,定位后灌注压载水坐落海底,平台上面甲板露出水面一定高度进行作业。钻井结束以后排水,上浮,拖移,作业水深最大不超过 50m 。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,1、座底式钻井平台,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。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。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,2、自升式钻井平台:属于接地式平台。它是在方驳式船体(平台)的边角处装 3 - 4 或更多根桩腿,每一根桩腿可利用液压或齿轮齿条装置各自相对于船体上下移动。移航时,所有桩腿全部升至最高点,拖至井位后,将桩腿放下插人海底,再将船身举升到一定高度进行作业。钻井完毕,将船体降至水面提供浮力,再把桩腿拔起升高即可拖航。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,2、自升式钻井平台:自升式钻井平台移动方便,作业稳定,效率高,成本低,发展较快,目前约占全世界钻井平台总数的一半。但自升式钻井平台的作业水深也受到限制。最大水深一般在 90-100m 。世界上自升平台桩腿最长为 154m ,最大作业水深为 120m 。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,2、自升式钻井平台:,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,2、自升式钻井平台:,自升式平台有自航、助航和非自航之分,但大多数为非自航。平台形状有三角形平台(三根桩腿)、矩形平台(一般为四根桩腿)和五角形平台(五根桩腿)等。为了在较深水域和环境恶劣的海况下工作时减少平台所受的力,最佳的自升式平台应是单桩腿平台。欧洲北海使用的自升式平台大都是单桩腿的自升式平台。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,3、半潜式钻井平台 半潜式钻井平台一下部为几个船形或圆柱形浮体,由它提浮力。浮体通过若干根立柱与水面以上的平台联结。工作时浮体潜沉于水下一定深度。由于穿过水面的立柱截面较小,沉于水中的浮体受波浪的扰动力也较小,而被托出水面的平台几乎不受波浪的侵袭,从而使平台在水中维持相对平稳的状态而便于钻探作业。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,3、半潜式钻井平台 半潜式钻井平台最大工作水深约 500m ,最大排水量已达 3 万多吨,约占全世界钻探船总数的 30 %左右。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,4、钻井船 漂浮于水面进行作业的钻井船。由于钻井作业对船体运动的限制很严格,升沉不得大于1 -1.5m ,水平偏移不得大于水深的 5 %- 6 % ,因此,尽可能保持船位是关键。按结构钻井船分单体船和双体船两种。钻井船的定位方式有多种,抛出 6-12 只锚的多锚定位,由船中部所开阱穴拉出钢缆抛锚,由可旋转转盘上装置多台锚绞车控制船位的中心锚泊定位。先进的动力定位可使船在风、浪等外力作用下的运动幅度降到最小程度。,海洋石油钻井装置,,二、活动式钻井平台,4、钻井船,世界上最大的钻井船是韩国“深海探索者”号,造价2亿美元,长216m,宽42m,载重10.3万吨,可在3000m水深作业。建造石油钻井平台价格很贵,一般5500万~2亿美元。,钻井技术及发展动向,,一、钻井技术(一)钻井设备,钻井船和半潜式钻井平台用于水深100 ft到5000+ft情况的钻井,自升式钻井平台,,,,用于水深15ft 到+/-350ft情况的钻井,内陆驳船钻井架,用于水深8ft 到30ft情况的钻井,钻井技术及发展动向,,一、钻井技术(一)钻井设备,一套可以使我们钻入地层的特殊设备。 一套钻井设备由很多不同的部分组成:井架,地基,起重设备,发电机,钻杆,钢罐,泵,岩石碎屑处理设备,还有很多其他部件。你知道有的钻井设备可以钻探到地下6英里(9.7公里)深的地方吗? 那比珠穆朗玛峰的高度还要大!,钻井技术及发展动向,一、钻井技术(一)钻井设备,这幅图画的是钻井设备上的起重设备. 这个设备被用来提升和放下钻柱的。钻柱是一根根10米(30ft)长的钻杆连接起来组成的。,钻井技术及发展动向,一、钻井技术(二)钻井方法,打井时:①在海底井口安置套框。 ②钻杆(空心带钻头)由打桩机经套管打入海底。 ③传动钻杆连接于钻杆顶端方孔。 ④当钻深超出一根钻杆深度时,再接上一根传动钻杆。直至钻至所需深度为止。 ⑤钻完取上钻杆时,反序拉上拆下。套管则留在海中。,钻井技术及发展动向,一、钻井技术(二)钻井方法,钻井技术及发展动向,钻井的工序,首先用大钻头钻一小段井眼,,然后钢制的套管被下入井中,并用水泥固定套管的外侧,防止井眼塌陷。,0’,200’,下一步,一个小一些的钻头在第一个套管内部开钻。这个钻头从上一个套管的底部钻出一个新的井眼。,然后在这个新的井眼中也下套管,并用水泥固定。,钻井技术及发展动向,如前,再钻一个更小的井眼,,再下相应的套管,防止塌陷。,Prepared by Tom Sheeran,钻井技术及发展动向,,,,,,,,,用这种方法,井眼分段钻进,直到目标储层被钻穿。这时候,地质专家必须确定目标储层是否含有油气。,,,,,,,,,如果测井结果很好,我们在生产层段下最后一次的套管, 用水泥固定。,,,,,,,,,然后在井眼内用射孔枪进行射孔,击穿生产层段部分的井壁套管。,,,,,,,,,,在井眼里放入生产油管, 用封隔器把生产层段和上部的套管空间分隔开。,油管,封隔器,,,,,,,,,,,,,,,,,最后,这口井的流体被采到地面的管线,这些管线把井和地面的生产设备连接起来。,,,,,,,,,,地面的生产设备将生产出的流体中的油、水、气分离,注意:钻杆内是空心的,泥浆从杆中向上流出,再由泥浆泵加压倒注回钻头,使钻头冷却并带走钻屑。泥浆由钻杆与井壁之间和钻杆与隔水管间的环形空间返回到平台上,平台上的震动筛和除气器,除去天然气和砂屑,再由泥浆泵打入钻管循环使用。传动钻杆的下端有一段伸缩杆,再接一个防偏钻杆,然后才接钻头。,钻井技术及发展动向,一、钻井技术(二)钻井方法,钻井技术及发展动向,一、钻井技术(二)钻井方法,配制泥浆有专门科学和技术,钻井技术及发展动向,一、钻井技术(三)定向钻井,不是单一的垂直向下而是具有某种既定方向的斜井,以开采海底下更大范围的石油。原因:①扩大采油范围; ②避开建筑设施或不利地质构造; ③断钻后不能直钻; ④发生井喷起火,在远离火区打井 目前定向斜井的角度已超过90°,最大可达150.5°。这种技术需要特殊的工具和测斜仪器。,钻井技术及发展动向,二、发展动向,(一)钻井计算机仿真技术内容:①深井、定向井、丛式井、水平井及大位移延伸井的钻进过程仿真;②钻井地面设备行为仿真;③钻井液、完井液性能分析处理的仿真;④固井、完井的仿真;⑤钻井定额数据库及管理系统的仿真。,钻井技术及发展动向,二、发展动向,(二)水平钻井技术①扩大采油范围;②可立体多层开采;③产生油路延伸通道;④可以多个油层中采油;⑤减少油层中的残留石油。,钻井技术及发展动向,二、发展动向,(三)超深井石油钻机将投入使用,钻井水深增加世界上钻井水深超过1000m的钻井船共18艘,最大钻井水深2600m,最大钻井深度1000m。技术:①发展了充气或浮力隔水管设备;②声学控制重返井口技术。此外:钻井设备将向浮动化、大型化方向发展,采油平台与采油工艺,一、采油平台,采油平台--又称生产平台,为专门从事海上油、气等生产性的开采、处理、贮藏、监控、测量等作业的平台。,采油平台与采油工艺,一、采油平台,种类,固定式采油平台,采油平台与采油工艺,一、采油平台,(一)固定式采油平台(最常用)(1)钢导管架桩基平台(桩基式),桩式平台是由承台(上部甲板)和桩基构成,按桩的材质又分为木桩平台、钢桩平台和钢筋混凝土桩平台。20世纪40年代末出现了钢管架平台,它是先在陆上用钢管焊成一个锥台形空间框架,然后驳运或浮运至海上现场,就位后将钢桩从导管内打入海底,再在顶部安装甲板而成。钢质导管架式平台自1947年第一次被用在墨西哥湾6m水深的海域以来,发展十分迅速,到1978年,其工作水深已达312m。据报道,高度为486m的巨型导管架式平台将安置于墨西哥湾411m水深的海域内。,采油平台与采油工艺,(1)钢导管架桩基平台(桩基式),优点:重量轻,建造速度快。缺点:造价高。建造一座钻井水深为10-20m的固定式平台要用上千吨钢材,随着水深的增加,所需的钢材也成倍增加。海水对钢材的腐蚀也是需要解决的问题。用途:开采大中型海洋油田。,(2)钢筋混凝土重力平台(重力式),重力式平台  是靠平台自身重量稳坐在海底坚实土层之上。这种平台的底部是一个或多个钢筋混凝土沉箱组成的基座,基座上有钢立柱或钢筋混凝土立柱支撑上部甲板。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。,采油平台与采油工艺,一、采油平台,混凝土重力式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,在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱,这种平台的重量可达数十万吨,正是依靠自身的巨大重量,平台直接置于海底。现在已有大约20座混凝土重力式平台用于北海。,(2)钢筋混凝土重力平台(重力式),采油平台与采油工艺,(二)浮式采油系统使用浮于水面的船或半潜式平台以代替固定式平台的采油方式。,浮式采油(气)平台,将井口安装在浮式平台的甲板上,井口至海底之间以立管相联,依靠系泊锚链或张力钢索严格限制平台的摇荡。与勘探用的浮式钻井平台一样,也备有保证安全作业的水下器具,这种平台能适用于 300米以上水深。,采油平台与采油工艺,一、采油平台,(三)张力腿平台采用绷紧成直线的锚索固定的半潜式平台,它是一种垂直系泊的顺应式平台,通过数条具有一定预张力的张力筋腱组成的张力腿,与海底相连结,张力腿时刻处于受预拉的绷紧状态,可以使平面内的运动显出柔性。平台上体位于水面上,它通过数根立柱与下体连结,平台下体为一浮箱,可提供平台浮力。,采油平台与采油工艺,一、采油平台,张力腿与平台立柱一一对应,每根腿由14根张力筋腱组成。海底井位基础多采用桩基式,用于固定连结张力腿及固定井位。钻井完成后,采油树位于平台上体,通过立管与海底油井相接。,(三)张力腿平台,采油平台与采油工艺,(四)拉索塔平台,亦称绷绳式平台 ,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。它适用于水深较大的海域。,采油平台与采油工艺,一、采油平台,(五)人工岛,在近岸浅海水域中人工建造的陆地。作为进行海上作业或其他用途的场所,大多有栈桥或海底隧道与岸相连。现代工业发达的沿海国家,滨海一带人口密集、城市拥挤,使得进一步发展和建设新企业及公用设施受到很大限制,原有城市本身的居住、交通、噪声、水与空气污染等问题也很难解决。因此,兴建人工岛,改变或改善了上述难题。人工岛是利用海洋空间的方式之一,也是一种新兴的海洋工程。,采油平台与采油工艺,一、采油平台,(六)海底采油装置即是把整个海底采油系统、油气分离装置、贮油装置完全置于水下的海底采油装置。开采则由陆上或船上遥控进行。,采油平台与采油工艺,一、采油平台,二、采油工艺(一)采油方法1.自喷采油:石油自动喷出。2.人工提升采油:对油层增加压力来进行采油。,采油平台与采油工艺,(二)采油的主要设备1.井下设备:单油管柱与多油管柱。2.井口设备:主要是由各种高压阀门组成的所谓采油树。,采油平台与采油工艺,3.油气处理和石油的储藏运输即将原油、天然气和污水分离,运输,,管道输送,船运,储藏,,油池,油船,油罐,采油平台与采油工艺,复习题,1.海上石油开发与陆地上有什么不同?2.在海上找石油主要有哪些方法?3.什么叫钻井平台?有哪些类型?4.什么是定向钻井?5.什么叫采油平台?6.在海上采油的装置,主要有哪6种?,
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本文标题:海洋技术 第三章海洋石油
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