-海洋采油工程

海洋采油工程

海洋采油工程海洋采油工程是石油工程專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的選修課，以拓寬學(xué)生的知識(shí)面。要求學(xué)生了解海洋石油的基本特點(diǎn)，基本概況和與陸上石油的根本差別。了解海洋石油生產(chǎn)的基本設(shè)施的基本工作原理，為學(xué)生畢業(yè)后從事海洋石油工程奠定一定的基礎(chǔ)。主要內(nèi)容包括海洋石油生產(chǎn)的基本設(shè)施，完井系統(tǒng)，采油控制系統(tǒng)和邊際油田開發(fā)四大部分。海洋采油工程緒言第一章

海洋石油生產(chǎn)設(shè)施第一節(jié)

生產(chǎn)支承結(jié)構(gòu)第二節(jié)

立管第三節(jié)

原油儲(chǔ)存系統(tǒng)第四節(jié)

輸油設(shè)施第二章

完井系統(tǒng)第一節(jié)

平臺(tái)完井第二節(jié)

過腿柱完井第三節(jié)

張力腿平臺(tái)完井

第四節(jié)

多井水下完井第五節(jié)

水下衛(wèi)星井完井系統(tǒng)第三章

采油控制系統(tǒng)第一節(jié)

采油控制系統(tǒng)第二節(jié)

水下采油控制系統(tǒng)第四章

邊際油田開發(fā)第一節(jié)

邊際油田支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第二節(jié)

早期生產(chǎn)系統(tǒng)第三節(jié)

深水開發(fā)第四節(jié)

生產(chǎn)延伸測試

緒言0.1我國石油工業(yè)現(xiàn)狀—1978年起產(chǎn)量超億噸，居世界第五；—

發(fā)展不平衡，總體水平落后；—

勞動(dòng)生產(chǎn)率低；—

1997年原油產(chǎn)量達(dá)1.5億噸，約占世界5%；—

1997年氣產(chǎn)量達(dá)200億方，約占世界1%；—

能主要油田：大慶(5600萬)，勝利(3300萬)，遼河(1500萬)，新疆（800萬）0.2我國海洋石油工業(yè)現(xiàn)狀—

起步階段（65年—70年代末）

獨(dú)立自主，自力更生；—

發(fā)展階段（78年—

至今）對外合作與自主經(jīng)營相結(jié)合

渤海海域：多為斷塊小型油氣藏；

黃海海域：未列入重點(diǎn)尋找油氣區(qū)域；

東海海域：前景評(píng)價(jià)極高，未開發(fā)；

南海海域：東部石油公司，西部石油公司

珠江口盆地：

北部灣：

鶯歌海

曾母暗沙：

南沙群島：—

產(chǎn)量超過1600萬噸0.3海洋石油特點(diǎn)1.3.1周期長（勘探-發(fā)現(xiàn)-開發(fā)，3-5年）

(1)一般開發(fā)程序

—

盆地評(píng)價(jià)：尋找可能的出油氣構(gòu)造

—

鉆探井：查明油氣存在狀況；

—

鉆生產(chǎn)井和進(jìn)行油氣集輸

油藏工程：油氣分布與開發(fā)方案

采油工程：采出油氣

地面工程：保證油氣正常生產(chǎn)(2)油氣開發(fā)規(guī)劃

勘探鉆井（含評(píng)價(jià)井）

油氣開采可行性研究

勘探工作

評(píng)價(jià)

設(shè)備設(shè)計(jì)研究

階段

技術(shù)可行性

經(jīng)濟(jì)可行性基本設(shè)計(jì)與預(yù)算詳細(xì)設(shè)計(jì)開發(fā)工作

設(shè)備制造與采購

設(shè)備安裝

試運(yùn)行與投產(chǎn)(3)整體開發(fā)代替滾動(dòng)開發(fā)0.3.2設(shè)備先進(jìn)，技術(shù)可靠0.3.3知識(shí)、資金和技術(shù)三密集

—

知識(shí)密集：集天文、地理、數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、通訊電腦于一體；

還沒有石油工業(yè)用不到大學(xué)科；

—

資金密集：北部灣水深40米,3000米井綜合鉆井成本1600-2100$/米

鶯歌海水深100米，5000米井綜合鉆井成本2400$/米

三維地震：1200$/1km

—

技術(shù)密集：體現(xiàn)于設(shè)備與操作管理0.4

我國石油工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略—

發(fā)展戰(zhàn)略：穩(wěn)定東部

發(fā)展西部

開發(fā)海洋—

發(fā)展方針：

油氣并舉0.5石油工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的特點(diǎn)—

投資效果在很大程度取決于自然條件

油田位置與產(chǎn)能

埋藏深度與埋藏條件

油藏規(guī)模與油氣質(zhì)量

注意：自然條件的影響客觀存在；

相同條件下科技進(jìn)步的效益更明顯—

新技術(shù)效果與探明油氣儲(chǔ)量利用水平關(guān)系極大—

油氣天各種自然因素隨時(shí)間變化；

自噴—人工舉升—EOR/IOR/AOR—MOR；—

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有概率性質(zhì)—

簡單再生產(chǎn)投資比例越來越高。油田最佳采油動(dòng)態(tài)曲線—

高峰采油動(dòng)態(tài)曲線

初期產(chǎn)量迅速增長，但遞減快；

后期開采困難，采收率低；

短期需投入大量資金與勞動(dòng)力；

石油工業(yè)及相鄰領(lǐng)域生產(chǎn)不穩(wěn)定—

平穩(wěn)采油動(dòng)態(tài)曲線

可減少初期投資

投資利用水平高

可以較高速度開發(fā)剩余儲(chǔ)量主要參考文獻(xiàn)

1.[比利時(shí)]D.AFee:TechnologyforDeveloping

MarginalOffshoreOlfield,1986

2.美國]R.SHall:DrillingandProductionOffshore,1983

3.[美國]海洋鉆井與采油

4.陳寬主編：近海工程導(dǎo)論

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<<海洋石油>>

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OTC會(huì)議論文

第一章海洋石油生產(chǎn)設(shè)施—

生產(chǎn)支承結(jié)構(gòu)—

立管—

水下設(shè)備—

原油儲(chǔ)存—

外輸設(shè)施基本要求?--其大小必須滿足預(yù)計(jì)作業(yè)

--能支撐各種工況下的設(shè)備負(fù)荷

--建造方法切實(shí)可行

--費(fèi)用合理考慮因素—

水深：波浪作用、疲勞損傷、建造安裝；—

氣候：常以百年一遇的最壞情況考慮；—

海床：堅(jiān)硬性、平整性和穩(wěn)定性；—

安裝與制造—

經(jīng)濟(jì)效益第一節(jié)生產(chǎn)支承結(jié)構(gòu)(1)自升式支承結(jié)構(gòu)—

平臺(tái)可租用，日租金很具競爭性；—

拆遷清理費(fèi)用低，可恢復(fù)為鉆井平臺(tái)；—

井和立管有傳統(tǒng)型式；—

工作水深與上部設(shè)施重量受限；—

無儲(chǔ)油能力；—

疲勞問題使使用期短。(2)半潛式支承結(jié)構(gòu)—

運(yùn)動(dòng)小，可用于惡劣環(huán)境；—

對剛性和柔性立管適應(yīng)性好；—

拆遷清理費(fèi)用低，可恢復(fù)為鉆井平臺(tái)；—

工作水深70-100米，井?dāng)?shù)4-10口；—

排水量與穩(wěn)定性對重量敏感，承載受限；—

儲(chǔ)油能力有限；—

需海底管線或單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。(3)油輪型支承結(jié)構(gòu)油輪型支承結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)—

儲(chǔ)油能力強(qiáng)、載重大；—

生產(chǎn)油輪給穿梭油輪裝油容易；—

能在百年一遇的惡劣情況不間斷生產(chǎn)；—

工作水深50-150米；—

系泊系統(tǒng)必須和立管系統(tǒng)結(jié)合在一起；—系泊油輪要經(jīng)受大的運(yùn)動(dòng)。(4)駁船式支承結(jié)構(gòu)—

甲板與載重能力大，足以安裝處理設(shè)備；—

有儲(chǔ)油能力；—

易改裝、價(jià)格便宜；—

工作水深30-150米，井?dāng)?shù)〈8—

要求較好的環(huán)境條件；—

無鉆井/修井能力；—

需系泊系統(tǒng)。(5)張力腿平臺(tái)支承結(jié)構(gòu)張力腿平臺(tái)支承結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)—

不產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng)，水平運(yùn)動(dòng)?。弧?/p>

深水域更經(jīng)濟(jì)（一般大于150米）；—

有效承載大，有修井能力；—

上層建筑與上部結(jié)構(gòu)可在船廠制造(6)牽索塔（繃?yán)K塔）支承結(jié)構(gòu)牽索塔（繃?yán)K塔）支承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)—

比傳統(tǒng)平臺(tái)更便宜；—

易于制造；—

技術(shù)上未得到足夠證實(shí)；—

有效在載荷受限；—

無儲(chǔ)油能力。各種生產(chǎn)支承結(jié)構(gòu)的性能選擇邊際油田生產(chǎn)支承結(jié)構(gòu)類型的影響因素7.其它設(shè)施

--計(jì)量站（分離器，脫水器，計(jì)量裝置）

--集油站（分析，計(jì)量，泵送，控制）

--儲(chǔ)油基地

--裝油平臺(tái)

--生活平臺(tái)

--烽火平臺(tái)

--注氣（水）站海洋集油和儲(chǔ)油設(shè)施第二節(jié)立管將水下終端與水面或水面以上設(shè)備連接起來的一根（組）管子，與管內(nèi)流體流向無關(guān)。—

鉆井/修井立管；—

繩索立管；—

生產(chǎn)立管；—

產(chǎn)品外輸/銷售立管立管(1)生產(chǎn)立管包括與流體從海底流到生產(chǎn)設(shè)備有關(guān)的所有部件?！?/p>

立管下端的連接組件；—

立管上端的流體排出口；張緊裝置；—

立管連接組件試驗(yàn)墩、立管試驗(yàn)設(shè)備等(2)立管束全部管子、受力構(gòu)件、浮力圈、導(dǎo)向喇叭口、單根管線張緊器、鉸接接頭、伸縮接頭—

整體性立管束；—

非整體性立管束；—

混合型立管束(3)生產(chǎn)立管裝置的管線—

生產(chǎn)立管

—

氣舉立管—

環(huán)空監(jiān)測管線

—

外輸立管—

維修立管

—

天然氣外輸立管—

液壓控制管線

—立管接頭—

立管試驗(yàn)墩(4)柔性立管

柔性立管(-):組成—

柔性立管—

快速連接/解脫接頭；—

彎曲限制器；—

錨頂裝置；—

立管不銹鋼包裹物柔性立管(二）:結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外:—

聯(lián)鎖的螺旋型鋼骨架：抗壓與防變形；—

聚酰胺II型內(nèi)熱塑覆蓋層：密封；—

聯(lián)鎖的Z型螺旋管：耐壓護(hù)甲；—

雙層編織鋼絲網(wǎng)：抗軸向應(yīng)變；—

聚酰胺II型外熱塑覆蓋層：密封。柔性立管(三):應(yīng)用特點(diǎn)—

投資少于剛性立管；—

惡劣天氣無需回收立管；—

無需水下接頭或重返進(jìn)入；—

易迅速安裝；—

易擴(kuò)充系統(tǒng)能力；—

對浮式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響??；—

抗腐蝕性好。1.立管設(shè)計(jì)準(zhǔn)則—

生產(chǎn)流束的數(shù)目與體積；—

水下多支管匯集水平；—

油田二次采油的要求；—

生產(chǎn)支承結(jié)構(gòu)的鉆井/修井能力；—

抗風(fēng)暴能力（對環(huán)境的適應(yīng)性）；—

外輸/銷售要求；—

安裝、保養(yǎng)和維護(hù)要求2.工作的立管裝置2.1北海Buchan油田—

作業(yè)者：BP石油開發(fā)有限公司—

投產(chǎn)：1974年8月發(fā)現(xiàn)，81年5月投產(chǎn)—

水深：118米—

油層深度：2900—3200米—

井?dāng)?shù)：5口底盤井和2口衛(wèi)星井—

產(chǎn)出液流從水下管匯輸?shù)桨霛撌狡脚_(tái)，經(jīng)處理后的油再輸回水下管匯，通過油輪外運(yùn)?！?/p>

立管系統(tǒng)：剛性非整體型，另有氣舉管線圖1-5Buchan油田立管裝置2.2巴西近海Enchova油田3.其他立管設(shè)計(jì)

3.1帶狀立管3.2與水下塔連接的懸鏈線柔性立管4.各種立管的比較與評(píng)價(jià)1-與但錨腿系泊結(jié)合(SALM)的立管2-剛性整體型立管3-剛性非整體型立管4-剛性單管柱立管5-剛性帶狀立管6-柔性懸鏈線式單井立管組7-混輸液流柔性懸鏈線立管8-Blmoral油田立管9-mobil公司立管10-與水下塔結(jié)合的柔性懸鏈線立管立管性能評(píng)價(jià)表立管性能評(píng)價(jià)表（續(xù)）第三節(jié)原油儲(chǔ)存系統(tǒng)

1.海底貯油罐第三節(jié)原油儲(chǔ)存系統(tǒng)1.海底貯油罐—

經(jīng)濟(jì)性：與離岸距離有關(guān)—

可能性：外水內(nèi)油—

可靠性：自重座底，消波圍壁保護(hù)—

就位方式：油水置換—

建造：2.油輪儲(chǔ)油系統(tǒng)3.駁船儲(chǔ)油系統(tǒng)6.選用儲(chǔ)油系統(tǒng)考慮的因素—

風(fēng)暴出現(xiàn)頻率和持續(xù)時(shí)間；—

原油生產(chǎn)能力；—

油田與卸油港口的距離；—

穿梭油輪航速、數(shù)量與載油量；—

港口卸油設(shè)備效率；—

維護(hù)與修理時(shí)間第四節(jié)輸油設(shè)施1.海底管線1.1管線材料與尺寸小直徑管—碳素鋼大直徑管—API5LX規(guī)格X-42，X-46，X-52焊接—CO2或CO2+Ar保護(hù)鎢極或熔化極電弧焊尺寸確定：考慮強(qiáng)度與運(yùn)營費(fèi)用。2.管線重量調(diào)節(jié)與防腐—

必要性：

防腐：延長管線服役壽命

重量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)均布載荷—

方法：調(diào)節(jié)防腐層厚度—

海底管線標(biāo)準(zhǔn)剖面內(nèi)表面涂層鋼管外表面鋼筋網(wǎng)鋼筋混凝土套管1.3海底管線敷設(shè)方法

海底曳引敷設(shè)法?浮下沉敷設(shè)法鋪管船敷設(shè)法(-)

圖1-9傳統(tǒng)鋪管船敷設(shè)法1.4海底管線的防護(hù)

圖1-11

挖泥法1.4海底管線的防護(hù):其它方法—

噴射吸泥法—

振動(dòng)法—

爆破法2.1

懸鏈錨泊腿系統(tǒng)（CALM）—

柔性系統(tǒng)，系泊力最??；—

油輪可迅速系泊與解脫；—

浮筒可重復(fù)使用；—

旋轉(zhuǎn)接頭安裝與浮筒上面；—

要求在良好的天氣條件下系泊；—

漂浮軟管易損壞。2.2單錨腿系泊系統(tǒng)（SALM)2.2單錨腿系泊系統(tǒng)（SALM)—適應(yīng)水深范圍大；

—對海床的土質(zhì)條件適應(yīng)性好；

—系統(tǒng)主要部件可重復(fù)使用；

—系泊力??；

—旋轉(zhuǎn)接頭布置于水下，需潛水員保養(yǎng)與維修2.3單浮筒儲(chǔ)油系統(tǒng)(SBS)—

采用架或剛臂，以剛性管取代漂浮軟管；—

取消了首纜—

設(shè)置人行道，日常維修方便；—

剛性連接減小了環(huán)境的影響。2.4曠海單浮筒系泊系統(tǒng)（ELSMB)2.5轉(zhuǎn)塔系泊油輪系統(tǒng)?TurrentMooredTanker2.6鉸接裝油柱

(ArticulatedLoadingColumn)第二章完井系統(tǒng)第一節(jié)平臺(tái)完井陸地完井：導(dǎo)管支承井口、四通、封隔器組件和采油樹淺水完井井下安全閥

電泵電纜

水面安全閥

泥線懸掛設(shè)備采油樹—

用于采油控制的一組閥門和裝置；—

總閥：離油管頭最近的閥門；—

頂閥：采油樹最頂部的閥門；—

翼閥：采油樹側(cè)部的閥門。整體式采油樹

Gray工具公司SantaBarbara海峽采油樹高0.81米，最大橫向空間1.2米第二節(jié)過腿柱完井過腿柱完井—

在平臺(tái)腿柱內(nèi)鉆成并完成的井—

每井設(shè)備所能占用空間大大小于常規(guī)平臺(tái)井—

要求各結(jié)構(gòu)組件精確布置—

卡箍連接代替法蘭連接—完井組件標(biāo)準(zhǔn)化：互換性、可靠性—與常規(guī)平臺(tái)甲板完井程序相同；—復(fù)雜的專門下入與連接程序。第三節(jié)張力腿平臺(tái)完井

1.回接系統(tǒng)示意圖漏斗形校直承口錐形應(yīng)力節(jié)采油立管整體連組合張緊器163/4X95/8回接系統(tǒng)采油立管張緊采油井口采油立管應(yīng)力節(jié)張力腿平臺(tái)銷售立管張力腿平臺(tái)衛(wèi)星井采油系統(tǒng)立管基礎(chǔ)底盤下部采油立管組件帶浮力組件的采油立管節(jié)第四節(jié)多井水下完井—

可接受一系列衛(wèi)星井—

大多數(shù)井可布置在一個(gè)固定的海底底盤—

主要組件可回收利用；—

水深可大于300米；—

底盤位置Petrobras公司水下底盤三點(diǎn)調(diào)平裝置；六個(gè)井口導(dǎo)向基座一個(gè)管匯基座二個(gè)控制器基座四個(gè)衛(wèi)星出油管線基座二個(gè)銷售管線連接座三點(diǎn)調(diào)平裝置；

六個(gè)井口導(dǎo)向基座

一個(gè)管匯基座

二個(gè)控制器基座

四個(gè)衛(wèi)星出油管線基座

二個(gè)銷售管線連接座1鉆井：底盤座于海底并找平，以浮式鉆井裝置在各井槽鉆井。2.底盤采油樹：與衛(wèi)星采油樹相同。3.采油立管系統(tǒng)—

底盤采油平臺(tái)，8“采油組合管線—

采油平臺(tái)SBM，8“出油立管—

底盤采油平臺(tái)，8“環(huán)空通道—

一口底盤井4“注水管線—

另一底盤井4“注水管線4.水下管匯—

集合7口井產(chǎn)液—9口井環(huán)空管線接入公共集油管—

底盤井可通過環(huán)空出油集油管線和管匯管進(jìn)行測流第五節(jié)水下衛(wèi)星井完井系統(tǒng)1.濕式衛(wèi)星井完井—

油管懸掛器系統(tǒng)—

完井立管—

采油樹裝置—

出油管線連接系統(tǒng)—

控制系統(tǒng)—

安裝和修井系統(tǒng)1.1油管懸掛器系統(tǒng)(Enchova油田)—

可接受各種油管設(shè)計(jì)和采油方式—

機(jī)械或液壓座封油管懸掛器—

懸掛多油管—

井下安全閥液壓座封油管懸掛1.3采油樹裝置采油樹導(dǎo)向架

井口連接器

閥門組

Y型短管抽吸閥

出油管環(huán)路與轉(zhuǎn)換器

采油樹管匯

采油樹罩裝置采油樹導(dǎo)向架井口連接器?抽吸閥采油樹管匯1.4采油樹控制系統(tǒng)—

水面平臺(tái)在修井安裝中對采油樹進(jìn)行總控制—

保持采油過程中的遙控；—

衛(wèi)星采油樹1.5出油管線連接系統(tǒng)—

潛水輔助出油管連接（出油管—衛(wèi)星采油樹）—

無潛出油管線連接系統(tǒng)1.6安裝和修井系統(tǒng)二、干式衛(wèi)星井完井用一個(gè)耐壓容器將井的設(shè)備包圍起來，并將其裝入常壓空氣室實(shí)現(xiàn)。安裝多口水下井時(shí)，可將各井單獨(dú)回接到固定平臺(tái)或底盤。三、泥線下完井系統(tǒng)第三章采油控制系統(tǒng)第一節(jié)采油控制系統(tǒng)1平臺(tái)井2井下閥

—

流速閥

—

水面控制的井下安全閥

-單管控制閥

-雙控制閥3水面閥關(guān)閉順序：翼閥總閥井下安全閥關(guān)閉原則：翼閥可在不壓井情況更換，用于關(guān)閉井流；其余閥只有在停止井流下關(guān)閉４井口閥安全翼閥：氣控，0.4-1.0MPa

井下安全閥:液控,10-70MPa

單管控制井下安全閥:控制壓力大于油管壓力雙控制管閥:平衡設(shè)計(jì)5相互連接圖6控制動(dòng)力供給控制閥組裝控制邏輯與安全傳感器7控制閥與組裝8遙感器9高---低壓倒多數(shù)傳感器10探砂器11火災(zāi)監(jiān)測12緊急關(guān)閉線路第二節(jié)水下采油控制系統(tǒng)目的:打開和關(guān)閉井口閥和井下安全閥主要考慮因素-井口位置-采油平臺(tái)設(shè)備-平臺(tái)到水下井口的連接-井口控制設(shè)備-安裝與維護(hù)1采油控制系統(tǒng)比較-井口水深-平臺(tái)控制點(diǎn)到井口的距離-控制功能的多少-位置要求-產(chǎn)量-環(huán)境因素(風(fēng),浪,海流,溫度)-控制系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間-安裝維護(hù)的可行性-輔助人員技術(shù)水平2液壓控制2.1直接液壓控制系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)備由水下井口的液壓動(dòng)力裝置和控制盤組成控制盤有一個(gè)用于井生產(chǎn)操作各井控制功能的手動(dòng)控制閥液壓動(dòng)力裝置:：壓力液儲(chǔ)罐，液壓泵，儲(chǔ)能器，壓力調(diào)節(jié)閥，安全閥，過濾器石油基壓力液：

注意粘度高成本，低復(fù)雜性啟閉時(shí)間取絕于控制管線大小在水下井口的使用在水下完井的使用2.2引導(dǎo)液壓系統(tǒng)井口控制閥+液壓源+控制管導(dǎo)閥反應(yīng)時(shí)間10-30秒(長度,直徑,液體粘度,控制壓力與導(dǎo)閥工作特性)2.3

電－液控制－控制功能多（8－12功能）－控制距離遠(yuǎn)（大于69KM）－控制盤與水下井口通信－遙控終端裝置（調(diào)制解調(diào)器，多路調(diào)制裝置，頂置段,控制裝置，模擬接收專職,狀態(tài)輸入裝置，電源)－調(diào)制解調(diào)器:－與電匹配,輸出來自多路調(diào)制器的輸入信號(hào)第四章邊際油田開發(fā)－商業(yè)性構(gòu)造－非商業(yè)性構(gòu)造－邊際性構(gòu)造－邊際油田－邊際油田技術(shù)特征:

低投資:權(quán)衡高的生產(chǎn)作業(yè)費(fèi)與低的可靠性

開發(fā)快:縮短初期出油時(shí)間

短期