第四章 海洋石油工程概述幻灯片.ppt

1、海洋石油工程概论，主讲人：许，第1章绪论第2章海洋资源第3章海洋灾害与防治第4章海洋钻井设备概述第5章海洋石油生产设备概述第6章波动理论第7章海洋环境与环境载荷第8章海洋石油钻井与生产设备运动学与动力学第9章海洋石油钻井与生产设备的强度，基本内容：海洋石油是一个高投资、高风险、高技术的行业，决策和操作失误会造成巨大的经济和社会损失。与世界石油产业一样，中国海洋油气产业面临油气田开发困难、投资额度和风险度增加、油气储量增长缓慢、环保成本增加、国际油价波动等问题。针对这些问题，有必要在油气田勘探开发过程中优化作业流程；有效利用各种人力、技术和财政资源；促进地质油藏、钻完井、工程建设和经济评价的全面

2、协调；进行观念创新、科技创新、管理创新和制度创新，以最小的投资成本和运营成本获得最大的经济效益和社会效益。1887年，美国人通过栈桥在距离海岸200多米的加利福尼亚钻了第一口海上油井，标志着海上石油工业的诞生。第一个专门为海上石油钻探设计的平台于20世纪40年代成功建造。这标志着海上石油工业和陆上石油工业一样，已经开始了明确的分工，即海上石油公司和专业服务公司之间的分工。20世纪50年代以后，研制成功移动钻井平台系统地形成了海洋石油产业体系，通过严格的社会分工体系，多学科公司合作开展海洋石油开发工作。1976年，有超过350个浮动石油平台。海洋石油勘探已经成为各石油公司可持续发展的重要标志。2

3、0世纪80年代中期，近海石油产量占世界石油产量的三分之一。海洋石油勘探和开发已经成为国际关系中的一个重要环节。绝大多数近海油气资源存在于大陆架上，丰富的油气资源隐藏在海洋中。据1995年估计，世界近海石油资源探明储量为379亿吨，天然气储量为39万亿立方米。据不完全统计，海底油气储量约占全球油气储量的1/3。目前，海底油气开发已从浅海大陆架延伸到水深达千米的海域。全球石油资源的可采储量为3000亿吨。海洋石油储量占45%，可采储量为1350亿吨。为什么大多数近海石油资源都在大陆架上？根据石油和海洋生物理论，河流出口处有大量的海洋生物，容易形成原生动物，大陆架往往是河流出口处的主要沉积区。海洋油

4、气资源、深海油气产量在陆地和海洋产量中的比例显著增加，1990年参与深海油气生产；2005年，深海的近海油气产量几乎占陆地和海洋总量的50%；其中，深海油气产量占近海油气产量的30%以上。海上油气资源中，深水油气产量的比重在2006-2010年中，最大且最先推离欧洲海岸(尤其是西非的安哥拉和尼日利亚)，占40%；其次是北美近海(尤其是墨西哥湾)，占25%；第三是拉丁美洲(尤其是巴西沿海)，占20%；亚洲占10%；西欧占3%；澳大利亚占2%；其他的只有1%。2010年，石油产量相当于世界七大深水油气生产国(2000-2010年前七大深水生产国)，中国石油资源的平均探明率为38.9%，而世界深水油

5、气资源的平均探明率为38.9%中国海洋石油开发现状、中国海洋油气总储量中国海洋油气勘探主要集中在渤海、黄海、东海和南海北部大陆架。预测石油资源量为2753.108万吨(2753亿吨)，天然气资源量为106.1012万立方米(106亿立方米)，总石油当量约为375亿吨，占2007年中国已探明石油当量储量的46.19亿立方米。目前，原油发现率仅为18.5%，天然气发现率仅为9.2%，勘探开发潜力巨大。20世纪50年代末，中国的海洋石油工业开始起步。从1967年到1979年，中国海洋石油十年累计产量仅63万多吨。20世纪70年代末，中国的海洋石油首次对外开放。截至2000年底，累计对外合作探明石油地

6、质储量8.5亿吨，自营探明石油地质储量5.7亿吨，年产原油近2000万吨，天然气近43亿立方米。1.中国海洋石油总公司的整体技术能力已达到国际水平。“七五”期间含油气盆地资源评价和勘探目标评价；海上地震的采集、处理和解释、水平井、大斜度井和复杂地层的钻探、海上油气田的完井和延伸测试、数控测井以及数据分析和处理；油气田和储层评价的数值模拟，以及复杂海上油气田的开采；海上油气田的工程设计、建造和安装；海上油气管道铺设；海洋石油环境条件的调查与预测。“八五”期间，中海油整体技术能力达到国际水平。“九五”期间，中国海洋石油总公司计划增加油气储量4.6亿吨和3，000亿立方米。2005年，南海原油年产量

7、将稳定在1000万吨，渤海1000万吨，整个海域1000万吨石油当量，主要在南海西部。2.中国石油天然气集团公司投资开发了最大的对外合作项目赵东油田，该项目于2001年3月开始开发建设，2003年8月4日投产。赵东合作区发现并探明了一个规模达6000万吨的自给自足的高产油田。该油田具有丰度高、埋藏浅、储层物性好、产量高的特点。2004年，它生产了96.5万吨原油。2005年前三个月，原油日产量始终保持在3000吨的高位线，并走上了年产100万吨的道路，呈现出高效发展趋势。中国的海洋石油工业始于20世纪50年代末，比世界海洋石油的发展晚了约70年。当它在20世纪60年代正式决定出海时，它遵循了在

8、陆地上发现石油的想法。最初的想法很简单。在海中寻找石油意味着“给陆地增加水”，思考如何将陆地钻井经验和方法转移到海上，这就是所谓的“陆地推海”。1965年冬天，一个50多人的钻井队聚集在渤海，选择了渤海的一个沙岛曹妃甸作为井场建设中海上钻井的起点。出人意料的是，它遭遇了一场突如其来的海啸，吞没了整个沙岛和一个多月辛苦修建的井场。所有的工作人员都躲进了一个临时搭建在灯塔灯架上的避难所，并幸免于难。这一事件让走向大海的第一代中国石油人赞赏不已。由于海洋环境的特殊性，海上油气田开发与陆上油气田开发有很大的区别，对专业技术的要求也大相径庭，这主要是由完全不同的客观环境决定的。它主要有以下十个显著特点：

9、一是自然环境恶劣；第二平台的工作空间是有限的；三油气田施工设备和工具复杂，科技含量高；4.投资大、涉及面广、管理难、未知领域多；第五，采用l战略(1)自然环境恶劣，既受天气的影响，又受海洋特殊环境的影响。海浪、海冰、台风和季风的共同作用会给油气田的生产设施带来巨大的破坏力，从而影响海上的正常作业和油气井的正常生产。海上飓风被称为海上气象恶魔，严重威胁着海上平台的安全。1979年11月25日，“渤海2号”钻井平台在井位迁移过程中倾覆，1983年12月25日，美国阿科公司租用的“爪哇海”钻井船在台风袭击下在南海倾覆。两起事故都造成了严重的人员伤亡。经过多年的实践经验，人们认识到海上飓风仍然是不可阻

10、挡的，他们只能要求加强天气预报的准确性，做好预防工作。根据海上飓风在被飓风吹倒的平台上的台风云图，由于海洋自然环境与陆地完全不同，掌握海上石油开发的海况尤为重要。根据国际通用分类方法，我们一般将海况分为海冰、波浪、潮汐、海流和热带气旋，它们是可能导致海洋石油开发失败或不安全事故的自然主导因素。例如，海冰推下平台和波浪结构的疲劳破坏降低了结构的使用寿命，潮汐钢结构的腐蚀严重影响了海流的输送、海底管道的弯曲和热带气旋人工岛的大规模流入。1980年8月，墨西哥湾的四个钻井平台被大风大浪摧毁，1989年11月，美国“海浪峰”钻井船被巨浪掀翻。根据1989年的统计，全世界有50多艘近海钻井船被海浪吞没。

11、到目前为止，海浪也是不可抗拒的，这只能加强预测和预防。我们将重点关注海洋自然环境中的风、浪、流和海冰对海洋石油开发的影响。海冰对海上设施的影响主要表现在冰增加了设施需要承受的负荷，主要有以下几种形式：一是在风和潮流的作用下，大规模的冰运动对钻井和生产设备产生挤压压力；在第二次冰流过程中，大小冰块对钻采设备的冲击力以及冰盖对钻采设备的磨损作用；涨潮和落潮时，如果超过平台底甲板的高度，就会产生上拔力；在四次冰盖形成和冬季气温急剧变化引起的冰层扩张引起的静压。凭直觉，冰变成了具有巨大动能的固体，这给设施施加了强大的力。渤海历史上曾发生过由海水结冰引起的灾难性事故，其中最典型的是1969年和1977年

12、海2井和海4井的烽火台分别被海冰推倒，造成两起重大海洋结构物破坏事故。以下是对海2井坍塌事故相关情况的简要介绍。海2井是中国自行设计、制造和安装的海上石油钻采平台，为钢桩基础固定平台；1969年立春后，渤海历史上形成了罕见的冰封。海冰堆积在平台导管架下方和平台周围，一些部件因强度不足而被冰压碎并破裂。从预测到第一站失败到平台倒塌只花了十个小时。海冰状况、破冰船、尼罗河冰状、事故原因分析，通过详细的事故原因分析，主要有以下五个因素：一是设计中不考虑冰荷载，仅采用波浪作为设计控制荷载；第二个平台整体结构设计不合理，桩细长(桩长41m，外径650-836mm，壁厚12-18mm)，整体稳定性差，平台

13、振动严重，出现自激振动；三个平台总体布局不合理，冰区面积最大；4.施工粗糙，焊接质量差；静强度仅由材料力学计算。海浪主要是由风、热带气旋、台风和从设计角度来看，海浪的冲击还应考虑其往复力加剧结构的疲劳，影响结构的使用寿命。特征飓风和大浪拍击，潮汐和潮汐是由月亮和太阳相对于地球的运动引起的，表现为海水的周期性波动。海水在白天上升称为潮汐，在晚上上升称为汐。海上钻井和生产的设计和施工应考虑潮位差和潮流的影响。在一个潮汐周期中，相邻高潮位和低潮位之间的差异也称为潮汐振幅。潮差的大小受潮汐力、地形和其他条件的影响，并随时间和地点而变化。应充分考虑人工岛建设和海上原油运输对潮汐的影响，以避免洪水和搁浅事

14、故。潮汐后的泥滩，潮汐进入海湾，船只搁浅，洋流是海水按照一定方向和路线的连续流动。一般来说，海流分为洋流、风生流和潮流，其中风生流和潮流对海上油气钻井和生产装置的作用力最大。其受力的影响主要体现在海流产生的水动力对结构的冲击和结构在长期往复作用下的疲劳效应。通过近百年来在海洋工程领域的研究和实践，已经掌握并量化了海流影响海洋工程的基本规律。现在我们已经能够使用相应的公式来计算作用在海上油气钻井和生产设备上的当前载荷，从而在设计中确保设施的本质安全。海船沿着水流移动，水流作用在海冰上，海上的石油泄漏被逆流收集。热带气旋/台风，热带气旋是指发生在热带海洋中的强风暴；热带气旋/台风对中国南部海域的海

15、洋石油开发有很大影响，是影响各种海洋石油作业的重大灾害性气候。虽然渤海很少有台风和热带气旋，但今年的麦莎给我们带来了很大的影响，例如，黄骅海的局地台风曾造成人工岛堤岸的破坏。因此，为防止当地热带气旋和风暴潮的影响，设施设计时应综合考虑。台风云图、风暴潮破坏了人工岛护堤、破坏了井场，以及结构可靠性保证的一般做法。通过各种事故和海洋环境影响的教训，海洋石油工程界在设计、施工和生产过程中借鉴了国际规范和惯例，采取了以下措施：首先，根据美国石油学会RP 2A的要求，对结构工程的许用应力进行了校核，从设计开始就考虑了影响结构安全的各种潜在因素，并考虑了平台安装过程中的应力情况。2.通过第三方认证检验机构

16、严格执行平台制造质量控制标准；3.定期检查设施结构，评估使用寿命，确保设施正常运行。检查平台结构许用应力的基本思路是利用定量的专用有限元软件系统模拟风、海浪、波流等各种自然力对结构的影响，并考虑设计是否能满足各种自然条件的影响和长期效应。二是平台工作空间有限，钻井采油活动空间狭小。所有设备都集中在一个或几个平台上。每个平台一般有23层甲板，每层甲板的最大面积只有30米67.5米。在如此有限的空间内开发几十平方公里的油气田，无论是开发方案还是工程设计都不同于陆上。如生产井口高度集中，最大井口距离为2.5m2.5m，最小井口距离为1.5m1.8m，只能是定向井和水平井；开发过程中调整井的数量受预留井槽的限制；油井作业非常困难；工程设施小而全由于空间小，设备布局紧凑，运行风险高，有时