近海工程論文

1、近海工程論文姓名：*班級：2010級土木工程班學號：*日期：2013年11月28日淺談我國海洋石油裝備技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景一、 摘要：本文以現(xiàn)代社會資源匱乏，尤其是石油資源的短缺為時代背景，討論和比較了在陸地和海洋資源的蘊藏和產(chǎn)出等，就近海的石油資源開采做出了一些淺顯建議，主要就近海鉆井平臺的建造和石油運輸做出了一些討論，對世界各國技術(shù)的差距，今后科研的前沿技術(shù)等進行了比較。目的是為以后的鉆井平臺技術(shù)革新和近海的油氣資源開采提供幫助。二、關(guān)鍵字：近海工程、資源緊缺、石油、鉆井平臺三、引言： 近年來, 隨著世界范圍內(nèi)油氣資源消耗的遞增和陸地原油開采速度的加快, 海洋領域內(nèi)的油氣勘探開發(fā)已成為新的焦

2、點。未來的15 20年, 將是我國海洋鉆井市場實現(xiàn)快速發(fā)展的關(guān)鍵時期。由于我國對油氣資源的巨大需求, 國內(nèi)主要石油公司均制定出各自的深水鉆井裝備計劃。在未來5年里,中國海洋石油總公司將投資1200億元用于海上油氣勘探和開發(fā), 海洋工程裝備投資是其中的主要部分, 需新建各種固定和移動式生產(chǎn)鉆井平臺70多座, 其中新建多座自升式和半潛式鉆井平臺。另外, 我國中石油、中海油、中石化三大石油集團公司均已開始了海洋深水油氣勘探開發(fā)裝備的研究工作, 計劃在十二五期間研制我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3000m 深水半潛式鉆井平臺, 這將有力促進我國海洋石油裝備的快速發(fā)展。四、我國海洋石油裝備的現(xiàn)狀 當前, 我國海

3、上油氣勘探開發(fā)主要集中在大陸架區(qū)塊, 水深不超過300 m, 鉆井深度在7 000 m以內(nèi), 水下生產(chǎn)系統(tǒng)設備幾乎全部依賴進口, 海上原油發(fā)現(xiàn)率僅為18.5%, 天然氣發(fā)現(xiàn)率僅9.2% 。資料顯示, 我國擁有海洋鉆井平臺的數(shù)量相對較少。作為我國具有國際競爭力的海上石油公司, 中海油擁有平臺的基本情況為: 固定平臺65座、自升式平臺9座、半潛式平臺3座、FPSO14座。從海洋裝備發(fā)展歷史來看, 我國海洋石油裝備的研制始于20世紀70 年代初期。80 年代后, 我國在半潛式鉆井裝備研制方面有所突破。進入21世紀后, 尤其是近幾年來, 我國加大了海洋油氣資源的勘探開發(fā)及石油鉆采裝備的更新力度, 海洋

4、裝備技術(shù)有了較快發(fā)展。從我國海洋裝備造船業(yè)基本情況分析, 當前我國還沒有一家真正意義上的專門從事海洋石油鉆采設備的專業(yè)造船公司。但就平臺建造而言, 國內(nèi)目前具有一定研制基礎和建造經(jīng)驗的公司主要包括滬東中華造船(集團) 有限公司、上海外高橋造船有限公司、江南長興造船有限責任公司、青島北海船舶重工有限責任公司、大連船舶重工集團有限公司等。滬東中華造船(集團) 有限公司是國內(nèi)第1家年造船總量突破100萬t的企業(yè), 曾完成我國第1艘雙體鉆井浮船“勘探1號”的建造, 并建造過4200m立方米LPG船, “勝利3號” 坐底式鉆井平臺等。上海外高橋造船有限公司是國內(nèi)第1家年產(chǎn)能力達到200萬t以上的船廠,

5、目前已經(jīng)建成30萬t級以上大型船塢2座和2臺600T龍門起重機等。青島北海船舶重工有限責任公司是中國船舶重工集團控股的大型船舶修造企業(yè), 曾建造了我國“勝利2號”鉆井平臺、“勝利3號”作業(yè)平臺、”遼河1號” 自升式鉆修井平臺等。大連船舶重工是中國船舶重工集團控股的特大型綜合性造船企業(yè), 擁有一般船臺4個, 半塢式船臺1個, 船塢5座等, 迄今為止, 共建造自升式、半潛式等平臺36座。 從海洋裝備研究機構(gòu)情況來看, 我國專門從事海洋裝備研究的機構(gòu)較少, 具有系統(tǒng)研究海洋石油鉆采裝備的機構(gòu)則更少。就單元技術(shù)而言, 主要研究單位包括: 上海七O 八所、上海交通大學、大連理工大學、中國石油大學( 華東

6、) 等。上海七O八所是一個在海洋平臺工程設計方面信息化較高、較系統(tǒng)的研究機構(gòu), 曾設計過自升式、半潛式、坐底式鉆井平臺, 坐底式采油平臺等。迄今已研制了9個型號的FPSO, 從5萬t級到15萬t級,單點系泊從軟鋼臂式到內(nèi)轉(zhuǎn)塔式, 作業(yè)水深從24m 到120m。上海交通大學設有海洋工程國家重點實驗室, 在動力定位系統(tǒng)研制方面已經(jīng)取得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的研究成果。大連理工大學參與過4座半潛式鉆井平臺( B INGO - 9000型) 主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、多點錨泊系統(tǒng)設計研究和高壓管線系統(tǒng)設計, 形成了海洋環(huán)境參數(shù)分析預報、海洋結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境作用下運動與遭遇環(huán)境荷載計算、系泊系統(tǒng)分析、結(jié)構(gòu)動力響應與優(yōu)

7、化設計、結(jié)構(gòu)疲勞分析計算等軟件系統(tǒng)。中國石油大學(華東) 開設有海洋石油工程研究室, 配置有高頻疲勞試驗機、智能渦流檢測系統(tǒng)、大型風浪槽等硬件系統(tǒng)及AN-SYS、ABAQU S等多個分析計算軟件, 在油氣裝備強度分析和可靠性評估理論等方面具有一定的理論基礎和經(jīng)驗。 從我國海洋石油裝備制造情況來看, 生產(chǎn)成套海洋石油鉆機、海洋水下生產(chǎn)系統(tǒng)等具有較大影響和規(guī)模制造能力的企業(yè)相對較少。寶雞石油機械有限責任公司能夠設計制造1500 12000m 的成套陸上/海洋鉆機、大功率鉆井泵等產(chǎn)品。近年來,該公司已先后承擔并完成了CNOOC 惠州、春曉、番禺30 - 1、南堡35- 2、CPOE 61、63等多個

8、項目鉆、修井機模塊的研制工作, 為我國海洋石油成套裝備的發(fā)展打下了良好的基礎。蘭石國民油井石油工程有限公司目前能夠制造1 000 9 000m 各種成套石油鉆機及海洋井架等。南陽二機石油裝備(集團) 有限公司能夠制造1 000 4 000m 橇裝系列鉆機、車裝系列鉆機以及海洋修井機等。五、我國海洋石油鉆井平臺現(xiàn)狀1.我國海洋石油鉆井裝備產(chǎn)業(yè)取得驕人業(yè)績我國油氣開發(fā)裝備技術(shù)在引進、消化、吸收、再創(chuàng)新以及國產(chǎn)化方面取得了長足進步。( 1) 建造技術(shù)比較成熟海洋石油鉆井平臺是鉆井設備立足海上的基礎。從1970年至今, 國內(nèi)共建造移動式鉆采平臺53 座, 已經(jīng)退役7座,在用46座。目前我國在海洋石油裝

9、備建造方面技術(shù)已經(jīng)日趨成熟, 有國內(nèi)外多個平臺、船體的建造經(jīng)驗, 已成為浮式生產(chǎn)儲油裝置( FPSO ) 的設計、制造和實際應用大國, 在此領域, 我國總體技術(shù)水平已達到世界先進水平。( 2) 部分配套設備性能穩(wěn)定 海洋鉆井平臺配套設備設計制造技術(shù)與陸上鉆井裝備類似, 但在配置、可靠性及自動化程度等方面都比陸上鉆井裝備要求更苛刻。國內(nèi)在電驅(qū)動鉆機、鉆井泵及井控設備等研制方面技術(shù)比較成熟, 可以滿足7 000 m以內(nèi)海洋石油鉆井開發(fā)生產(chǎn)需求。寶石機械、南陽二機廠等設備配套廠有著豐富的海洋石油鉆井設備制造經(jīng)驗, 其產(chǎn)品完全可以滿足海洋石油鉆井工況的需要。( 3) 深海油氣開發(fā)裝備研制進入新階段 目

10、前, 我國海洋油氣資源的開發(fā)仍主要集中在200 m水深以內(nèi)的近海海域, 尚不具備超過500 m深水作業(yè)的能力。隨著海洋石油開發(fā)技術(shù)的進步, 深海油氣開發(fā)已成為海洋石油工業(yè)的重要部分。向深水區(qū)域推進的主要原因是由于淺水區(qū)域能源有限, 滿足不了能源需求的快速增長需求, 另外, 隨著鉆井技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展, 已經(jīng)能夠在許多惡劣條件下開展深水鉆井。雖然我國在深海油氣開發(fā)方面距世界先進水平還存在較大差距, 但我國的深水油氣開發(fā)技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步, 為今后走向深海奠定了基礎。2004年, 由中海油研究中心牽頭承擔了國家“863 ”課題“深水油氣田開發(fā)工程共用技術(shù)平臺研究”項目, 開始了國內(nèi)首個深水工程

11、技術(shù)的系統(tǒng)研究, 標志著我國的深海油氣開發(fā)進入一個新的歷史階段。另外, 在南海珠江口盆地, 中海油通過與國外石油公司合作, 所開發(fā)的油氣田已部分或全部采用了深海油氣田的開發(fā)技術(shù)。目前中海油已具備了尋找復雜地質(zhì)條件下大中型油氣田、自營開發(fā)海上油氣田、在海上專業(yè)技術(shù)領域參與國際競爭、開發(fā)海外油田的海洋石油勘探開發(fā)能力。2006年, 中石油集團海洋石油工程公司牽頭承擔了國家“863 ”項目“南海深水油氣勘探開發(fā)”的“深水半潛式鉆井平臺關(guān)鍵技術(shù)”課題,邁開了進軍深海油氣開發(fā)的步伐。2我國海洋石油鉆井裝備產(chǎn)業(yè)基礎薄弱盡管我國海洋石油鉆井裝備產(chǎn)業(yè)取得了驕人業(yè)績, 但同發(fā)達國家近百年發(fā)展歷史相比, 我國海洋

12、石油開發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)起步相對較晚, 總體來看主要表現(xiàn)出以下明顯的不足。( 1) 關(guān)鍵設備國產(chǎn)化程度低盡管我國在一些比較先進的油氣工程裝備方面已實現(xiàn)國產(chǎn)化, 但國內(nèi)廠商還基本停留在結(jié)構(gòu)物的制造上, 相關(guān)配套技術(shù)滯后, 關(guān)鍵設備、技術(shù)仍然掌握在國外廠商手里, 嚴重制約著海洋油氣的規(guī)模開發(fā)。我國海洋石油鉆井平臺的國產(chǎn)化率僅在20% 左右, 自配套產(chǎn)品范圍較窄, 性能和質(zhì)量同國外有一定差距, 關(guān)鍵設備幾乎全部依賴進口, 目前完全依賴進口的設備有: 平臺(船) 配套的柴油發(fā)電機組、電控系統(tǒng)、大型吊機、船舶主機、主推進系統(tǒng)、軸系、前后側(cè)推等; 鉆井系統(tǒng)配套的水下防噴器、固控設備等; 自升式平臺升降系統(tǒng)齒輪和齒

13、條等。 關(guān)鍵設備依賴進口帶來的問題有:供貨周期長, 有時交貨期比合同規(guī)定延長達5個月, 甚至不定期延長; 成本高, 因為國內(nèi)沒有替代品, 國外廠家大幅加價, 而且采購環(huán)節(jié)多, 成本高; 國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的設計制造水平提升速度緩慢。( 2) 現(xiàn)有鉆井平臺數(shù)量不足 我國3大石油公司在海洋石油鉆井裝備方面數(shù)量明顯不足, 而且種類和作業(yè)能力也遠不能滿足海洋油氣勘探開發(fā)的需要。截至2005年, 我國共有移動式鉆采平臺46座, 其中中國海洋石油總公司( CNOOC ) 擁有其中的大部分設備, 中石油集團( CNPC ) 現(xiàn)有1座自升式鉆井平臺, 但只能在灘海和極淺水域作業(yè);中國石油化工股份有限公司( SINO

14、PEC ) 擁有8座鉆井平臺, 其中3座坐底式, 5座自升式。3我國海洋石油鉆井平臺市場需求強勁 從國內(nèi)油氣資源的開發(fā)前景看, 目前國內(nèi)陸上石油生產(chǎn)總量的70% 集中在普遍進入開發(fā)后期、產(chǎn)量逐年遞減的東部油區(qū), 而西部油區(qū)還沒有形成大規(guī)模的生產(chǎn)接替能力, 因此, 海洋石油增量成為我國石油產(chǎn)量增加的主力。我國管轄的海域面積約300萬km2, 其中近海大陸架約130萬km2, 石油地質(zhì)資源量約237億t 天然氣地質(zhì)資源量約15.8萬億m3, 蘊藏了豐富的油氣資源。全國海洋經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃綱要中指出: 石油開發(fā)建設近期以渤海為重點, 在現(xiàn)有開發(fā)區(qū)域周圍擴大儲量規(guī)模,將成為我國第2個大慶, 今后5年, 渤

15、海海域鉆采平臺將有大的需求; 海南島近海及珠江口的現(xiàn)有油田以挖潛為主, 同時加強新層系及深水區(qū)域的勘探, 整個南海的石油地質(zhì)儲量大致在230 300億t，約占我國石油總資源量的3%; 繼續(xù)加強東海的石油勘探工作, 加快灘海地區(qū)重點區(qū)域的勘探開發(fā)。三大石油公司在未來5年內(nèi)海洋石油裝備投資額約220億元, 按照海洋油氣開發(fā)先近后遠的計劃, 未來10 年我國海洋油氣開發(fā)戰(zhàn)場將逐步向東海、南海等深海轉(zhuǎn)移, 隨著深海開發(fā)步伐的加快, 海洋石油裝備投資額將繼續(xù)增長, 我國海洋石油裝備的需求和海洋石油工程建設的工作量將有較好的擴張前景。六、海洋石油鉆井平臺技術(shù)特點1、技術(shù)特點( 1) 作業(yè)范圍廣且質(zhì)量要求高

16、移動式鉆井平臺(船) 不是在固定海域作業(yè), 應適應移位、不同海域、不同水深、不同方位的作業(yè)。移位、就位、生產(chǎn)作業(yè)、風暴自存等復雜作業(yè)工況對鉆井平臺(船) 提出很高的質(zhì)量要求。如半潛式鉆井平臺工作水深達1 500 3 500m, 而且要適應高海況持續(xù)作業(yè)、13級風浪時不解脫等高標準要求。( 2) 使用壽命長, 可靠性指標高 高可靠性主要體現(xiàn)在:強度要求高。永久系泊在海上, 除了要經(jīng)受風、浪、流的作用外, 還要考慮臺風、冰、地震等災害性環(huán)境力的作用;疲勞壽命要求高。一般要求25 40 a不進塢維修, 因此對結(jié)構(gòu)防腐、高應力區(qū)結(jié)構(gòu)型式以及焊接工藝等提出了更高要求;建造工藝要求高。為了保證海洋工程的質(zhì)

17、量, 采用了高強度或特殊鋼材(包括Z向鋼材、大厚度板材和管材); 生產(chǎn)管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上運輸、海上安裝甚為復雜,生產(chǎn)管理明顯地高于常規(guī)船舶。( 3) 安全性要求高 由于海洋石油工程裝置所產(chǎn)生的海損事故十分嚴重, 隨著海洋油氣開發(fā)向深海區(qū)域發(fā)展、海上安全與技術(shù)規(guī)范條款的變化、海上生產(chǎn)和生活水準的提高等因素變化, 對海洋油氣開發(fā)裝備的安全性能要求大大提高, 特別是對包括安全設計與要求、火災與消防及環(huán)保設計等HSE 的貫徹執(zhí)行更加嚴格。( 4) 學科交叉, 技術(shù)復雜􀀁 海洋石油鉆井平臺的結(jié)構(gòu)設計與分析涉及了海洋環(huán)境、流體動力學、結(jié)構(gòu)力學、土力學、鋼結(jié)構(gòu)、船舶技術(shù)

18、等多門學科。因此, 只有運用當代造船技術(shù)、衛(wèi)星定位與電子計算機技術(shù)、現(xiàn)代機電與液壓技術(shù)、現(xiàn)代環(huán)保與防腐蝕技術(shù)等先進的綜合性科學技術(shù), 方能有效解決海洋石油開發(fā)在海洋中定位、建立海上固定平臺或深海浮動式平臺的泊位、浮動狀態(tài)的海上鉆井、完井、油氣水分離處理、廢水排放和海上油氣的儲存、輸送等一系列難題。2、海洋石油鉆井平臺技術(shù)發(fā)展 世界范圍內(nèi)的海洋石油鉆井平臺發(fā)展已有上百年的歷史, 深海石油鉆井平臺研發(fā)熱潮興起于20世紀80年代末, 雖然至今僅有20多年歷史, 但技術(shù)創(chuàng)新層出不窮, 海洋油氣開發(fā)的水深得到突飛猛進的發(fā)展。( 1) 自升式平臺載荷不斷增大􀀁 自升式平臺發(fā)展特點和趨勢是

19、: 采用高強度鋼以提高平臺可變載荷與平臺自重比, 提高平臺排水量與平臺自重比和提高平臺工作水深與平臺自重比率; 增大甲板的可變載荷, 甲板空間和作業(yè)的安全可靠性, 全天候作能力和較長的自持能力; 采用懸臂式鉆井和先進的樁腿升降設備、鉆井設備和發(fā)電設備。( 2) 多功能半潛式平臺集成能力增強􀀁 具有鉆井、修井能力和適應多海底井和衛(wèi)星井的采油需要, 具有寬闊的甲板空間, 平臺上具有油、氣、水生產(chǎn)處理裝置以及相應的立管系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)控制中心等。( 3) 新型技術(shù)FPSO 成為開發(fā)商的首選􀀁 海上油田的開發(fā)愈來愈多地采用FPSO 裝置, 該裝置主

20、要面向大型化、深水及極區(qū)發(fā)展。FPSO 在甲板上密布了各種生產(chǎn)設備和管路, 并與井口平臺的管線連接, 設有特殊的系泊系統(tǒng)、火炬塔等復雜設備,整船技術(shù)復雜, 價格遠遠高出同噸位油船。它除了具有很強的抗風浪能力、投資低、見效快、可以轉(zhuǎn)移重復使用等優(yōu)點外, 還具有儲油能力大, 并可以將采集的油氣進行油水氣分離, 處理含油污水、發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品的儲存和外輸?shù)裙δ? 被譽為海上加工廠 , 已成為當今海上石油開發(fā)的主流方式。( 4) 更大提升能力和鉆深能力的鉆機將得到研發(fā)和使用 由于鉆井工作向深水推移, 有的需在海底以下5 000 6 000m或更深的地層打鉆, 有的為了節(jié)約鉆采平臺的建造安裝費用,

21、需以平臺為中心進行鉆采, 將其半徑從通常的30 00m擴大至4 000 5 000 m, 乃至更遠, 還有的需提升大直徑鉆桿( 168􀀁3mm)、深水大型隔水管和大型深孔套管等, 因此發(fā)展更大提升能力的海洋石油鉆機將不可避免。七、我國與世界先進海洋石油鉆井平臺的主要差距 我國海洋勘探開發(fā)從無到有, 至今已具備一定規(guī)模, 海洋石油裝備在消化吸收國外先進技術(shù)和自我發(fā)展過程中也取得了顯著成效, 但與國外相比還有不小的差距, 主要表現(xiàn)在以下方面。( 1) 鉆井平臺類型單一, 技術(shù)含量低 我國目前主要采用導管架式、坐底式、自升式鉆采裝置, 結(jié)構(gòu)簡單, 功能單一, 新型張力腿平臺( TL

22、P), 單柱平臺( SPAR)、順應式平臺及其它多功能綜合性平臺的設計和建造技術(shù)還是空白。針對海洋石油鉆井平臺的特點和國內(nèi)外市場的需求, 結(jié)合我國研發(fā)與建造的實際水平, 進一步發(fā)展海洋石油鉆井平臺, 需要解決以下關(guān)鍵技術(shù):探索海洋石油鉆井平臺的新型式;總體設計與結(jié)構(gòu)設計準則;主要設備配置與模塊化技術(shù);主要設備國產(chǎn)化技術(shù); ( 特種設備與系統(tǒng)技術(shù)開發(fā))；特種結(jié)構(gòu)分析技術(shù)開發(fā);海洋防腐技術(shù);海洋項目管理與信息化技術(shù)。 對于自升式鉆井平臺應盡快掌握關(guān)鍵設計技術(shù), 研究主體布置格局、樁腿及樁靴型式與尺度、升降裝置的型式; 在各種工況下結(jié)構(gòu)設計載荷與強度分析; 結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點的疲勞分析; 懸臂梁結(jié)構(gòu)的設計等。 對于半潛式、張力腿鉆井平臺, 應合理設計平臺結(jié)構(gòu), 提高其抗疲勞壽命。主要研究風浪載荷等復雜的動力學問題, 考慮實際海浪的隨機性與不規(guī)則性, 預報波浪載荷; 改進鋼架結(jié)構(gòu)局部結(jié)構(gòu), 消除在交變載荷、海水腐蝕等作用下, 結(jié)構(gòu)連接節(jié)點處出現(xiàn)應力集中危害及疲勞破壞; 系泊索疲勞問題也是張力腿平臺的主要研究課題之一。( 2) 現(xiàn)有鉆井平