《海洋石油工程》1章

海洋石油工程天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油工程系鉆井教研室—郟志剛課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，期望達(dá)到如下教學(xué)目標(biāo)：1.認(rèn)識海洋相關(guān)基礎(chǔ)知識；2.了解世界海洋石油工程的近況；3.了解我國海洋石油工程的發(fā)展史；4.熟悉海洋石油工程的相關(guān)機(jī)械設(shè)備；5.掌握海洋石油工程的相關(guān)工藝流程；▲海洋石油勘探工藝概論。▲海洋石油鉆井工藝概論?！Ｑ笫凸叹昃に嚫耪?。▲海洋石油采油輸油工藝概論。6.了解海浪、海流、風(fēng)等海洋環(huán)境對石油工程的影響。前言當(dāng)今世界面臨著人口、資源和環(huán)境三大問題。隨著世界人口的增長和陸地資源因加速開采而日漸枯竭，海洋資源的開發(fā)、海洋環(huán)境的保護(hù)與利用已成為世界各國普遍關(guān)注的問題。我國海洋石油工業(yè)概況我國海域遼闊，海岸線長達(dá)18000多km2，海域面積47.7萬km2，大陸架面積為130多km2。從60年代初期開始，我國就開始了海洋石油資源的勘探工作，先后發(fā)現(xiàn)了渤海、南海、黃海、東海、珠江口、北部灣六個(gè)大型含油氣的地質(zhì)盆地。海洋石油資源總量約450億噸，天然氣資源儲量約14萬億m3，分別占全國油氣資源總量的57％和33％。1998年原油產(chǎn)量達(dá)到了163l萬噸，天然氣38億m3，2000年原油產(chǎn)量達(dá)到400萬桶/天。我國海洋石油開發(fā)工程面臨的挑戰(zhàn)1.我國近海石油地質(zhì)條件較為復(fù)雜，如渤海油田的近岸灘涂地區(qū)。2.原油性質(zhì)特殊，輕、中、重三種油質(zhì)中，中質(zhì)與重質(zhì)油儲量可能會多些。3.開發(fā)成本較高且國際油價(jià)起伏不定，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不穩(wěn)定。4.毗鄰太平洋、印度洋，海況條件比中東等地區(qū)差，受臺風(fēng)、海冰、地震影響較大。5.我國海洋石油開發(fā)工程起步較晚。（海洋石油鉆采技術(shù)、設(shè)備落后于發(fā)達(dá)國家）世界海洋油田的分布里海地區(qū)阿塞拜疆（50%）哈薩克斯坦和土庫曼斯坦（30%-40%）遠(yuǎn)東地區(qū)北海地區(qū)（產(chǎn)量最多）海灣地區(qū)非洲南美巴西北美地區(qū)中國油氣田的分布目錄第一章緒論第二章海洋資源第三章海洋災(zāi)害及防治第四章海洋鉆井設(shè)備概述第五章海洋鉆井工程概述第六章海洋采油設(shè)備概述第七章海洋采油工程概述第八章海洋石油工程相關(guān)計(jì)算概述第一章緒論第一節(jié)海洋概述海又稱為“大?！保侵概c“大洋”相連接的大面積咸水區(qū)域，即大洋的邊緣部分。通常大型內(nèi)陸鹽湖、沒有與海洋連通的大型咸水湖泊也稱海。海分為邊緣海、內(nèi)海和內(nèi)陸海。海在大洋的邊緣，是大洋的附屬部分。海的面積約占海洋的11%，海的水深比較淺，一般在2000m以內(nèi)。由于?？拷箨?，受大陸、河流、氣候和季節(jié)的影響，水的溫度、鹽度、顏色和透明度都會出現(xiàn)明顯的變化。和大洋相比，海沒有自己獨(dú)立的潮汐與海流。第一節(jié)海洋的定義及海洋之最一、海洋的定義洋是海洋的中心部分。深度一般在2000m以上。約占海洋總面積的89%，有自己獨(dú)立的潮汐與海流，水溫及鹽度等受陸地氣候影響不大。世界四大洋：太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。第一節(jié)海洋的定義及海洋之最二、海洋的區(qū)分從水體上講，海是洋的附屬部分，但是本質(zhì)上海是被淹沒的大陸，主體位于大陸架上，其下的地殼是大陸地殼。而洋下面則是大洋地殼。由此產(chǎn)生了一系列差異。當(dāng)然隨著地質(zhì)運(yùn)動，海、洋是可以互相轉(zhuǎn)化的。三.海洋之最最大最深的海世界上最大最深的海是珊瑚海，面積為479.1萬Km2。最深度達(dá)9174m。珊瑚海因有大量珊瑚礁而得名，世界有名的大堡礁就分布在這個(gè)海區(qū)。它象城壘一樣，從托雷斯海峽到南回歸線，南北綿延伸展2400Km，東西寬約2～150Km，總面積8萬Km2，為世界上規(guī)模最大的珊瑚體。最小的海馬爾馬拉海是土耳其的內(nèi)海，位于土耳其亞洲和歐洲部分分界線之間，是歐亞大陸之間斷層下陷而形成的。它的東北經(jīng)博斯普魯斯海峽與黑海溝通，西南經(jīng)達(dá)達(dá)尼爾海峽與愛琴海相連。它的面積僅1.1萬Km2，是世界上最小的海。最古老的海—地中海在歐、亞、非洲之間有一個(gè)海，就是地中海。它是世界上最大的陸間海。東西長約4000km，南北寬約1800km，面積約250多萬km2。地中海西邊有21km寬的直布羅陀海峽，穿過它就到大西洋；東邊可以通過蘇伊士運(yùn)河進(jìn)印度洋，東北部通過達(dá)達(dá)尼爾海峽、博斯普魯斯海峽，與黑海相連。地中海沿岸國家有：阿爾及利亞、突尼斯、利比亞、埃及、以色列、黎巴嫩、敘利亞、土耳其、希臘、阿爾巴尼亞、南斯拉夫、克羅地亞、意大利、西班牙、法國、葡萄牙和摩洛哥等。紅色的?！t海在非洲北部與阿拉伯半島之間，有一片顏色鮮紅的海，這就是紅海，它是印度洋的附屬海。由于海底裂谷有幾處熱源，致使海內(nèi)的紅藻會發(fā)生季節(jié)性的大量繁殖，使整個(gè)海水變成紅褐色，有時(shí)連天空、海岸，都映得紅艷艷的，給人們的印象太深刻了，因而叫它紅海。實(shí)際上，在通常情況下，海水是藍(lán)綠色的。四.中國之海—渤海渤海在遼東半島南與山東半島北連線以西，為一半封閉型中國內(nèi)海。渤海包括北部遼東灣、西部渤海灣、南部萊州灣三個(gè)灣和中央淺海盆地，渤海海峽五部分組成，海域面積7.7萬平方公里，為我國海域面積的1.63%，平均水深18m，總?cè)萘?730Km3。渤海由河北、山東、遼寧3省和天津市環(huán)抱，總共有13座環(huán)渤海城市。渤海通過渤海海峽與黃海相通。渤海海峽口寬59海里，有30多個(gè)島嶼，其間構(gòu)成8條寬狹不等的水道，扼渤海的咽喉，是京津地區(qū)的海上門戶，地勢極為險(xiǎn)要。渤海古稱滄海，又因地處北方，也有北海之稱。四.中國之?！澈Ｋ?中國之?！S海出了渤海海峽，海面驟然開闊，深度逐漸加大，這就是黃海。黃海因?yàn)楣艜r(shí)黃河水流入，江河搬運(yùn)來大量泥沙，使海水中懸浮物質(zhì)增多，海水透明度變小，故呈現(xiàn)黃色，黃海之名因此而得。黃海是我國華北的海防前哨，也是華北一帶的海路要道。黃海寒暖流交匯，水產(chǎn)豐富，特別是渤海和黃海沿岸地勢平坦，面積寬廣，適宜曬鹽。長江口北岸的啟東角與韓國濟(jì)州島西南角的連線是黃海與東海的分界線。四.中國之海—東海東海是中國海的一部分、中國三大邊緣海之一。它北起中國長江口北岸到韓國濟(jì)州島一線，與黃海毗鄰，東北面以濟(jì)州島、五島列島、長崎一線為界，南以廣東省南澳島到臺灣省本島南端一線同南海為界，東至日本琉球群島。位于中國大陸和臺灣島、日本琉球群島和九州島之間。并經(jīng)對馬海峽與日本海相連，瀕臨中國的滬、浙、閩、臺4省市。面積77萬多平方公里。多為水深200m以內(nèi)的大陸架。鹽度為31-32‰，東部為34‰。海水溫度平均9.2℃。冬季南部水溫在20℃以上。四.中國之?！獤|海四.中國之?！虾Ｄ虾Ｎ挥谖覈箨懙哪戏健Ｄ虾１边吺俏覈鴱V東、海南、廣西、福建和臺灣四省一區(qū)，東南邊至菲律賓群島，西南邊至越南和馬來半島，最南邊的曾母暗沙靠近加里曼丹島。通過巴士海峽、蘇祿海和馬六甲海峽等，與太平洋和印度洋相連。它的面積最廣，約有356萬Km2，相當(dāng)于16個(gè)廣東省那么大。我國最南邊的曾母暗沙距大陸達(dá)2000Km以上，這要比廣州到北京的路程還遠(yuǎn)。南海也是鄰接我國最深的海區(qū)，平均水深約1212m，中部深海平原中最深處達(dá)5567m，比大陸上西藏高原的高度還要大。四.中國之?！虾Ｎ?大洋之—太平洋太平洋是地球最大的海洋，覆蓋著地球約46%的水面以及約32%的總面積?？缍葟哪蠘O大陸海岸延伸至白令海峽，西面為亞洲、大洋洲，東面則為美洲，跨越135°緯度，南北最寬15500Km。包括屬海的面積為18134.4萬Km2，不包括屬海的面積為16624.1萬Km2。它的平均深度為4000m左右，其最大深度為馬里亞納海溝（在馬里亞納群島之東），深達(dá)11,033m，很大一部分洋面位于近赤道與熱帶緯度（故又稱溫暖之洋）。五.大洋之—太平洋五.大洋之—大西洋大西洋是世界第二大洋，占地球表面積的近20%，原面積8,221.7萬Km2，在南冰洋成立后，面積調(diào)整為7,676.2萬Km2，平均深度3300m，最深處波多黎各海溝深達(dá)9219m。從赤道南北分為北大西洋和南大西洋。北面連接北冰洋，南面則以南緯66°與南冰洋接連，東面為歐洲和非洲，而西面為美洲。大西洋的中文名稱，最早來自于明萬歷11年（1583年）意大利傳教士利瑪竇所譯。五.大洋之—大西洋繁忙的航運(yùn)豐富的物產(chǎn)傳奇的歷史感人的故事五.大洋之—印度洋印度洋位于亞洲、大洋洲、非洲和南極洲之間，是世界的第三大洋，北為印度、巴基斯坦和伊朗；西為阿拉伯半島和非洲；東為澳大利亞、印度尼西亞（印尼）和馬來半島；南為南極洲；中為英屬印度洋領(lǐng)地。印度洋包括屬海的面積為7411.8萬Km2，約占世界海洋總面積的20%。包括屬海的體積為28460.8萬Km3，印度洋的平均深度僅次于太平洋，平均深度為3839.9m，正式使用印度洋一名是在1515年左右，當(dāng)時(shí)被稱為“東方的印度洋”，后簡化為“印度洋”。五.大洋之—北冰洋北冰洋又稱北極海，位于北極圈內(nèi)，大致以北極點(diǎn)為中心。面積1405.6萬Km2，約占世界大洋面積的3.6%。平均深度1200-1300m，為世界大洋平均深度的三分之一。最深處為南森海盆，深度為5450m。北冰洋是世界最小最淺和最冷的大洋。大致以北極圈為中心，位于地球的最北端，被亞歐大陸和北美大陸環(huán)抱著，有狹窄的白令海峽與太平洋相通；通過格陵蘭海和許多海峽與大西洋相連，1845年，英國倫敦地理學(xué)會命名，經(jīng)譯文為北冰洋。五.大洋之—北冰洋第二節(jié)海洋形成之謎與海水含鹽之謎一.海洋形成之謎（學(xué)說一）地球形成初期，火山活動持續(xù)不斷，地表中重元素不斷下沉，輕元素緩慢上浮，由此地球表面溝壑縱橫、褶皺密布。地下及地表水不斷蒸發(fā)，反復(fù)地形云致雨，重又落回地面，長期的降雨積累在低洼處就形成了原始的海洋。由于當(dāng)時(shí)大氣中沒有氧氣，也沒有臭氧層，紫外線可以直達(dá)地面，靠海水的保護(hù)，生物首先在海洋里誕生。大約在38億年前，即在海洋里產(chǎn)生了有機(jī)物，先有低等的單細(xì)胞生物。在6億年前的古生代，有了海藻類，在陽光下進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生了氧氣，慢慢地積累，最終在大氣中形成了臭氧層。至此生物才開始登上陸地。第二節(jié)海洋形成之謎與海水含鹽之謎一.海洋形成之謎（學(xué)說二）最新科學(xué)研究證明，宇宙中存在著大量含有固態(tài)冰的小型天體。小型冰天體在宇宙運(yùn)行過程中，與地球發(fā)生碰撞，最終汽化成云和雨，海洋由此形成。第二節(jié)海洋形成之謎與海水含鹽之謎二.海水含鹽之謎來源一：地球形成初期，火山活動加劇，火山噴發(fā)將大量地下水噴出地表，并攜帶巖漿中的鹽分匯集成原始的海洋。海底土壤及巖石在長期海水浸泡過程中，鹽分不斷地分離并溶解于海水中，使海水含鹽量在不斷增加。來源二：巖漿使地下及地表水不斷蒸發(fā)，反復(fù)地形云致雨，重又落回地面，形成了縱橫交錯的大小河流。在河流流向大海的過程中，沖刷剝離出沿途泥土和巖石中的鹽分，最終帶入大海。第三節(jié)海底形貌一.大陸邊緣（大陸架、大陸坡、大陸隆）1.大陸架：是指水深為0～200m的臺地。2.大陸坡：由大陸架向外伸展，海底突然下落，形成陡峭的斜坡，這個(gè)破叫做大陸坡。3.大陸?。河址Q大陸基，是大陸坡以外到大洋盆地之間的過渡地帶，水深為2500～4500m。第三節(jié)海底形貌二.大洋盆地1.定義：也稱深海盆地，分布在大陸邊緣和大洋中脊之間，大洋盆地主體部分水深為4000～6000m。2.成因：建立在地球物理科學(xué)基礎(chǔ)上的“海底擴(kuò)張說”，以及之后發(fā)展起來的“板塊構(gòu)造學(xué)”理論認(rèn)為，大洋的誕生始于大陸地殼的破裂。地殼由于內(nèi)部物質(zhì)上涌產(chǎn)生隆起，在張力作用下向兩邊拉伸，從而導(dǎo)致局部破裂，形成一系列的裂谷與湖泊。后來大陸地殼終于被拉斷，巖漿沿裂隙上涌，凝結(jié)而成大陸地殼，一個(gè)具有典型洋盆地的大洋便從此誕生。二.大洋盆地3.大洋盆地成因示意圖三.大洋中脊1.定義：大洋中脊是大洋底的山脈或隆起，它們是海底擴(kuò)張的中心。2.成因：大洋中脊的形成與火山活動有關(guān)，巖漿上涌沖出海底時(shí)，在海底火山口周圍冷卻、凝固、堆積。重復(fù)這個(gè)過程，就會在海底深處形成大洋中脊，有的頂部距海平面2000～3000m，有的則在長期噴發(fā)過程中高出海面，形成島嶼。如著名的“夏威夷群島”、“加拉帕戈斯群島”，1835年啟發(fā)達(dá)爾文寫出《進(jìn)化論》的地方。第四節(jié)海水的物理、化學(xué)性質(zhì)一.海水的鹽度及化學(xué)成分目前發(fā)現(xiàn)海水含有80種元素，其化合物的種類更多，這些化合物以離子態(tài)（陰離子、陽離子、結(jié)合離子）、懸浮態(tài)、膠體以及氣泡等形式存在于海水中，海水的含鹽量通常在35%左右（P7海水鹽度影響）。海水化學(xué)成分含量的不同，可劃分為五類元素：1、常量元素：鈉、鎂、鈣、鉀、氯、硫、碳、溴、氟、硼等，占海水中溶解鹽類的99.8~99.9%，它們在海水中的含量基本不變。2、營養(yǎng)元素：包括氮（以硝酸鹽和亞硝酸鹽和銨等形式存在）、硅、磷、鐵、錳、銅等，這些元素與生物的生長很密切。第四節(jié)海水的物理、化學(xué)性質(zhì)一、海水的鹽度及化學(xué)成分3、微量元素：種類很多，但總量卻非常少，僅占總鹽的0.1%左右，如鋰、銫、鋅等。4、溶解氣體：主要來自海氣交換，如氮、氧、氬、二氧化碳、氖、氦等，在缺氧情況下還會出現(xiàn)硫化氫和甲烷等。5、有機(jī)物：包括碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)和元素有機(jī)物等等，部分來源于大陸河流輸入，大部分來自海洋生