《海洋鉆井工程》西油院王林老師講稿幻燈片

海洋鉆井工程主講教師：王林第一章緒論第一節(jié)海洋石油工業(yè)概況一.海洋石油工業(yè)的發(fā)展史海洋石油開發(fā)是從1987年美國在加利福利亞州西海岸架木質(zhì)棧橋打井開始的。六十年代進(jìn)入飛躍發(fā)展階段：第一節(jié)海洋石油工業(yè)概況1984年海上十大產(chǎn)油國：英國11700萬噸沙特11250萬噸美國8900萬噸墨西哥8600萬噸委內(nèi)瑞拉5625萬噸挪威3275萬噸埃及2515萬噸印尼2210萬噸馬來西亞1870萬噸巴西1725萬噸1958年起有十多個國家對我國沿海進(jìn)行了多次大規(guī)模的地質(zhì)調(diào)查和勘探我國自己也對沿海有關(guān)海域進(jìn)行了勘探開發(fā)第一節(jié)海洋石油工業(yè)概況二.海洋石油資源地質(zhì)學(xué)家L.G.威克斯估計海洋石油有2500億噸由第九屆世界石油會議資料水深小于200M的海上油田已證實(shí)儲量為280億噸《近海》雜志1974年估計海上石油儲量為213億噸天然氣13.5億聯(lián)合國資料水深超過200M的深海區(qū)石油與天然氣儲量相當(dāng)于3100億噸石油第二節(jié)海洋鉆井的主要特點(diǎn)一.海洋鉆井的主要特點(diǎn)要有堅(jiān)不可摧的井場要有隔水、引導(dǎo)、防噴系統(tǒng)、套管頭要有定們系統(tǒng)和升沉補(bǔ)償裝置先進(jìn)的交通、通訊及良好的生活保障有一套防腐措施和設(shè)備普遍采用叢式井（定向井）技術(shù)井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，套管尺寸大，層次多注意安全遵守海洋法“渤海7號”打的井30”導(dǎo)管50M20”表面導(dǎo)管445M13”1775米技術(shù)套管9”2505米技術(shù)套管7”尾管3500米第二節(jié)海洋鉆井的主要特點(diǎn)二.海上投資海上石油投資是較大的海上油氣田開發(fā)費(fèi)用隨水深增加而增加墨西哥海上油田開發(fā)費(fèi)用水深30M比陸地油田高1倍水深180M比陸地油田高1--2.5倍水深300M比陸地油田高2--8倍開發(fā)費(fèi)用這么大，為什么各石油公司還要把錢往水里扔呢？ 海上每米進(jìn)尺的探明儲量比陸上高27倍 海上每噸儲量的探明成本比陸上低6.7--23倍第二節(jié)海洋鉆井的主要特點(diǎn)三.海洋石油勘探開發(fā)的幾項(xiàng)最高紀(jì)錄最深的海洋鉆井鉆于路易斯安那西三角27區(qū)塊6983M最深的海上采油井位于路易斯安那州近海深度6173米鉆井最大水深1983年美國東海水深2386米水深最大的固定平臺殼牌石油公司建于墨西哥灣的Cogac平臺水深312.5M最重的鉆采平臺雪弗龍公司的北海Ninian混凝土平臺重達(dá)60多萬噸高167M鉆井最多的平臺加利福利亞圣巴巴拉海峽的Gilda平臺可鉆96口井最大、產(chǎn)量最高的海上油田1951年在沙特發(fā)現(xiàn)的Safaniyah油田最大油輪55萬噸I法國）第二章海上鉆井裝置海上鉆井平臺應(yīng)滿足下面三個條件

適應(yīng)海洋鉆井區(qū)域環(huán)境且安全成本較低滿足鉆井、采油、測試等各項(xiàng)作業(yè)的要求第二章海上鉆井裝置海上鉆井平臺的分類

第二二章章海海上上鉆鉆井井裝裝置置優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：穩(wěn)定定性性好好海面面氣氣象象條條件件對對鉆鉆井井工工作作影影響響小小如如有有工工業(yè)業(yè)性性油油氣氣，，可可很很快快轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成采采油油平平臺臺固定定式式與與移移動動式式平平臺臺比比較較情情況況缺點(diǎn)點(diǎn)：：不能能夠夠移移動動和和重重復(fù)復(fù)使使用用造價價較較高高，，其其成成本本隨隨水水深深增增加加而而急急劇劇增增加加第一一節(jié)節(jié)導(dǎo)導(dǎo)管管架架樁樁基基平平臺臺一.結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)組組成成導(dǎo)管管架架：：導(dǎo)導(dǎo)管管架架的的作作用用支承承上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)作為為打打樁樁定定位位和和導(dǎo)導(dǎo)向向的的工工具具將平平臺臺上上面面的的負(fù)負(fù)荷荷比比較較均均勻勻地地傳傳遞遞到到樁樁上上可安裝系靠船船的設(shè)備可作為安裝上上部結(jié)構(gòu)時的的臨時工作平平臺第一節(jié)導(dǎo)導(dǎo)管架樁基平平臺第一節(jié)導(dǎo)導(dǎo)管架樁基平平臺樁：用于承愛平臺臺的垂直重量量及水平環(huán)境境推力支承樁磨擦樁上部結(jié)構(gòu)：由承愛作業(yè)機(jī)機(jī)械（機(jī)器））和其它載荷荷的各類桁架架及平臺甲板板組成。上層平臺：用用作安放井架架、絞車、鉆鉆具堆放場地地及宿舍等下層平臺：安安放泥漿泵、、泥漿池、防防噴器、發(fā)電電房、固井設(shè)設(shè)備、倉庫等等二.導(dǎo)管架的的運(yùn)送、就位位及安裝第一節(jié)導(dǎo)導(dǎo)管架樁基平平臺第一節(jié)導(dǎo)導(dǎo)管架樁基平平臺提升法：水深深30M以內(nèi)內(nèi)滑入法+起重重機(jī)：水深30--70M滑入法+控制制壓載機(jī)：水水深70--120M浮運(yùn)法：水深深120M以以上打樁：少則四四根，多則十十必根，打入入深度少則50M，多則則幾百米鋪設(shè)平臺上部部結(jié)構(gòu)整體鋪設(shè)分塊鋪設(shè)井架的移位6M2M6M2M井架的移位12845679310111213141615第二節(jié)其其它固定式平平臺重力式平臺張力（腿）式式平臺繃?yán)K塔架式平平臺重力式平臺七十年代初出出現(xiàn)，它完全全借助于其本本身的重量直直接穩(wěn)定地座座在海底混凝土重力式式平臺鋼質(zhì)重力式平平臺平臺由沉墊、、立柱、甲板板三部分組成成沉墊有多種形形式：圓形、、六角形、正正方形立柱有：三腿腿、四腿、獨(dú)獨(dú)腿等幾種甲板有鋼持和和混凝土兩種種混凝土重力式式平臺康迪普型平臺臺此種平臺1973年出現(xiàn)現(xiàn)。塞爾默型平臺臺混凝土重力式式平臺與導(dǎo)管架平臺臺相比，具有有以下優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)：不需打樁具有相當(dāng)?shù)牡馁A油能力節(jié)省鋼材，，防火、防腐腐性較好，維維修費(fèi)用低，壽壽命長缺：對地質(zhì)質(zhì)條件要求高高出現(xiàn)缺陷后后修復(fù)較困難難鋼質(zhì)重力式平平臺1971年意意大利首造，，水深90米米，稱洛安高平臺臺整個平臺由沉沉箱、支承框框架、甲板三三部分組成，，沉箱可作貯貯油罐重量比混凝凝土輕預(yù)制過程中中對水哉要求求不高拖船馬力小小對地基承載載力要求不高高貯油量用鋼多，易易腐蝕優(yōu)缺張力（腿）式式平臺英國北海Hutton油油田首次于生生產(chǎn)中使用此平臺，，1983年年安裝，84年投產(chǎn)張力式平臺主主要由甲板、、立柱（大浮浮體）、纜索索及系纜樁組組成它是今后深水水用主要平臺臺優(yōu)點(diǎn)：受力合合理、用鋼少少、成本低、、適用于深水水、對海洋環(huán)環(huán)境適應(yīng)性大大繃?yán)K塔架式平平臺研究證明：繃繃?yán)K塔架式平平臺最經(jīng)濟(jì)的的工作水深范范圍在40~480米之之間與鋼質(zhì)樁基相相比，優(yōu)點(diǎn)如如下節(jié)省鋼材（成成本低）井口裝置可設(shè)設(shè)置于水面上上第三節(jié)移移動式鉆井平平臺1949年出出現(xiàn)第一臺移移動式鉆井裝裝置“環(huán)球鉆鉆機(jī)40”，，它是一臺座座底式鉆井平平臺1953年出出現(xiàn)第一臺自自升式鉆井平平臺1953年出出現(xiàn)了浮式鉆鉆井船1961年出出現(xiàn)了半潛式式鉆井平臺移動式鉆井平平臺分類座底式鉆井平平臺自升式鉆井平平臺半潛式鉆井平平臺浮式鉆井平臺臺座底式鉆井平平臺結(jié)構(gòu)組成沉墊浮工作平中間支撐座底式鉆井平平臺優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：鉆井時固定牢牢靠不受海洋洋環(huán)境的影響響完井后移動靈靈活缺點(diǎn)：工作高度恒定定，不能調(diào)節(jié)節(jié)對海底地基要要求高工作水深較淺淺自升式鉆井平平臺德朗1號結(jié)構(gòu)組成自升式平臺由由工作平臺、、樁腿和升降降機(jī)構(gòu)組成工作平臺的形形狀有三角形形、四邊形、、五角形等多多種形狀樁腿樁腿數(shù)目有3,4,5,6,12,14,18腿等多種樁腿直徑從兩兩米多到十多多米不等樁腿外形樁腿箱和底墊墊柱型桁架型矩形三角形四邊形圓筒形升降機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)的作作用是升降平平臺和拔樁。。它分為兩類類：一類是孔孔穴插銷液壓壓升降裝置，，另一類是齒齒輪齒條式電電動升降裝置置孔穴插插銷液液壓升升降裝裝置升降機(jī)機(jī)構(gòu)齒輪齒齒條式式電動動升降降裝置置自升式式平臺臺的安安置與與撤離離降下平平臺固定活活動部部件，，關(guān)閉閉密封封艙門門，注注意天天氣預(yù)預(yù)報，，檢查查升降降機(jī)構(gòu)構(gòu)拋錨下下降速速度1ft/min拔起樁樁腿沖樁迅迅速同同時提提樁固固樁拖航拖航方方式有有串聯(lián)聯(lián)和并并聯(lián)自升式式平臺臺的安安置與與撤離離壓載壓載有有兩種種：一種是是靠自自身重重量壓載載，另另一種種是壓載載艙壓壓載升起平平臺平臺縱縱向和和橫向向傾斜斜不能能大于于1平臺離離開水水面高高度一一般在在6~18m之之間o自升式式平臺臺的優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)對水深深適應(yīng)應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)無樁腳腳底墊墊時，，用鋼鋼量少少，造造價較較低在出現(xiàn)現(xiàn)意外外的高高海浪浪時，，平臺臺可增增大離離水面面的距距離樁腳插插入海海底時時，有有良好好的搞搞側(cè)向向移動動性平臺離離開水水面后后，可可維修修整個個船體體樁腿下下部有有底墊墊時，，容易易造成成整個個裝置置的飄飄浮不適于于更深深海域域拖航時時，易易遭風(fēng)風(fēng)暴的的襲擊擊優(yōu)缺半潛式式鉆井井平臺臺半潛式式鉆井井平臺臺結(jié)構(gòu)組組成沉墊浮浮箱其外形形有矩矩形、、魚雷雷形、、潛艇艇形及及上下下平坦、、左右右兩側(cè)側(cè)為橢橢圓等等多種種形式式上部平平臺其外形形有三三角形形、矩矩形、、五角角形、、八角角形、十十字形形及中中字形形等多多種形形式立柱立柱個個數(shù)有有3，，4，，5，，6，，8個個等拋錨作作業(yè)用得較較多的的是45夾夾角類對稱（（1-52-6，4-8，3-7）拋拋錨o半潛式式鉆井井平臺臺45o半潛式式鉆井井平臺臺優(yōu)缺缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：：穩(wěn)定性性好移動靈靈活兼有底底座式式平臺臺的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：造價高高凈負(fù)荷荷能力力小航行速速度較較低浮式鉆鉆井船船第一艘艘浮式式鉆井井船是是1953年改改裝下下水的的船體有有單船船體和和雙船船體增設(shè)升沉沉補(bǔ)償裝裝置采取定位位（拋錨錨或動力力定位））措施中心拋錨錨以減少少搖擺采用鉆桿桿自動排排放架設(shè)置減搖搖艙、減減搖罐采用雙體體船型，，增加橫橫搖周期期人們采取取克服船船體運(yùn)動動對鉆井井影響的的措施浮式鉆井井平臺優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：適用于較較深的海海域移動性能能好造價較低低，易維維護(hù)船速高缺點(diǎn)：對風(fēng)浪極極為敏感感、穩(wěn)定定性差被迫停工工率高第三章移移動動式鉆井井平臺的的錨泊定定位系統(tǒng)統(tǒng)錨泊定位位系統(tǒng)錨系的組組成錨系的分分類平臺對錨錨系的要要求錨泊系統(tǒng)統(tǒng)的布錨錨方式第一節(jié)錨錨泊泊定位概概述第一節(jié)錨錨泊泊定位概概述錨泊定位位系統(tǒng)它是在海海底設(shè)置置固定的的基底設(shè)設(shè)備，用用錨泊線線將水面系留留物（平平臺）與與基底設(shè)設(shè)備聯(lián)系系起來，，從而限制系系留物（（平臺））的漂移移錨系的組組成它是由錨錨、錨鏈鏈（錨纜纜）、錨錨機(jī)、錨錨架、錨錨浮標(biāo)等組成成錨系的分分類移動性錨錨系暫時性錨錨系永久性錨錨系平臺對錨錨系的要要求要滿足升升船前的的錨泊定定位要求求要滿足錨錨泊定位位后的移移船就位位要求要滿足拖拖航過程程中對錨錨泊的要要求定位要求求最大漂移半徑徑〈5~6%水深常為漂移半徑徑〈2~3%水深拖航與就位的的要求控制平臺的漂漂移確保平臺的生生存拖航時，與自自升平臺相同同移船就位的要要求自升式平臺半潛式平臺錨泊系統(tǒng)的布布錨方式臨時錨泊定位錨泊第二節(jié)錨錨泊系統(tǒng)的靜靜力分析懸鏈線它是一種具有有均質(zhì)、完全全柔性而無延延伸的鏈或索索自由懸掛于于兩點(diǎn)上所形形成的曲線懸鏈線方程懸鏈線方程很小時，忽略，則⑴⑵⑶⑷由⑷得上式代入⑶得懸鏈線方程⑸懸鏈線方程由⑶得上式代入⑷得⑹又⑺⑻⑼懸鏈線方程即懸鏈線的水水平張力相等等由⑹和⑻式，得在a,b段上上積分⑽由⑸式得代代入入⑻式得懸鏈線方程由于代入上式得積分⑾懸鏈線方程同理由⑸和⑺式得由⑸式得⑿懸鏈線方程注意：a點(diǎn)點(diǎn)并未與海底底相切⒀錨泊線靜力分分析以并將代入⒀⑽⑿⑾則可得如下的公式⒁⒂⒃⒄單一成分錨泊泊線錨泊線靜力分分析單一成分錨泊泊線以上公式共有七個變量：、、、、、和如果已知、和錨泊線上端所受的水平力（）便可由上述公式求出、、、若已知、、則可求出最大外力及、、若所受外力，則錨泊線未全部提起若，則錨泊線全部提起且下端傾角必大于零則可根據(jù)、、計算出實(shí)際提起的懸垂長度及其它參數(shù)這時應(yīng)根據(jù)公式⑼至⒀計算各相關(guān)參數(shù)錨泊線靜力分分析二成分錨泊線線錨泊線靜力分分析二成分錨泊線線(21)注意各符號的意義便得⒅⒆⒇(22)(23)錨泊線靜力分分析二成分錨泊線線(24)(26)(25)上面九個公式中共有十四個變量：若已知、、、、便可計算出保懸鏈線下端張力水平時，其上端所能承受的最大水平外力及其他參數(shù)（采用迭代法，先假設(shè)一個值）錨泊線靜力分分析二成分錨泊線線若已知，，，和預(yù)張力，則可能出現(xiàn)多種情況：若，則有三種情況：沒有被完全提起恰好被完全提起不僅全部提起且被部分提起以上三種情況應(yīng)根據(jù)公式來進(jìn)一步判斷的大小錨泊線靜力分分析二成分錨泊線線表明水平外力力為零，錨泊泊線自由下垂垂為正常情況，，這時進(jìn)一步步比較與與的的大小注：若，表明未全部提起，這時預(yù)緊狀態(tài)下懸鏈線長度若，表明長度不足，下段也要提起一部分，按⒅至(26)式用迭代法先假設(shè)一個進(jìn)行計算注意：實(shí)際下段長度應(yīng)大于假設(shè)的若所給條件有矛盾（加大）錨泊線靜力分分析二成分錨泊線線若，則有以下幾種情況：時，若，恰好提起所給條件有矛盾正常（按二成分計算）時，若，，所給條件有有矛盾所說明水平外外力為零，錨錨泊線自由下下垂，全部提提起和部分（（其長長度））正常說明被斜提起一部分（用二成分按迭代法先假設(shè)一個第四章海上上鉆井特殊工工藝和裝置水下井口裝置置升沉補(bǔ)償裝置置鉆井施工和水水下井口安裝裝繩索作業(yè)及完完井方法第一節(jié)水下下井口裝置水下井口裝置置的功用及組組成水下井口裝置置各部件的作作用水下井口裝置置的

功用用用組成功用隔絕海水適應(yīng)升沉、漂漂移和搖擺的工作環(huán)境境控制井口組成導(dǎo)向裝置套管頭組防噴器組隔水管柱連接器其它水下井口裝置置各部的作用用井口盤：其作作用是固定海海底井口位置置，確定一個個開鉆基點(diǎn)，，并承受井口口的重量導(dǎo)引架：其作作用是引導(dǎo)其其它水下工具具就位水下井口裝置置各部的作用用導(dǎo)引繩張緊器器：其作用是是保持導(dǎo)引繩繩的張力恒定定，使其不受受平臺升沉的的影響套管頭組：其其作用是懸持持套管連接器：其作作用是便于某某些水下器具具間的快速連連接與拆卸水下井口裝置置各部的作用用防噴器組：其其作用在于開開啟和封閉井井口，以便處處理和控制井井內(nèi)復(fù)雜情況況，防止井噴噴球形、撓性接接頭：其作用用是使隔水管管適應(yīng)鉆井船船的搖擺、漂漂移運(yùn)動，防防止隔水管彎彎曲水下井口裝置置各部的作用用隔水管其主主要作用是隔隔絕海水、導(dǎo)導(dǎo)引鉆具，造造成泥漿的回回路防止隔水管因因自重壓彎的的四種方法：：平衡錘法用漂浮材料裝同心充氣筒筒防水管張緊器器伸縮隔水管：：其作用是適適應(yīng)鉆井船的的升沉運(yùn)動，，使水下器具具不受鉆井船船上下升沉的的影響。第二節(jié)升沉沉補(bǔ)償裝置使用伸縮鉆桿桿鉆柱升沉補(bǔ)償償裝置死繩恒張力補(bǔ)補(bǔ)償裝置天車恒張力補(bǔ)補(bǔ)償裝置使用伸縮鉆桿桿結(jié)構(gòu)位置安裝于鉆鋌的的上面原理使用伸縮鉆桿桿的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)：結(jié)構(gòu)簡單單，維修方便便，價格便宜宜，能基本滿滿足鉆井的要要求缺：鉆壓不能能調(diào)節(jié)承承載條件件惡劣增加防噴器的的磨損難難以以準(zhǔn)確確定井井深鉆柱升沉補(bǔ)償償裝置73年研制成成功位置：在游車車與大鉤之間間結(jié)構(gòu)組成：液缸活塞（桿）儲能器鎖緊裝置工作原理鉆柱升沉補(bǔ)償償裝置鉆壓的調(diào)節(jié)正常鉆井時時，向上