海洋钻井工程课件.ppt

海洋钻井工程,.,第一章绪论,第一节海洋石油工业概况,一.海洋石油工业的发展史海洋石油开发是从1987年美国在加利福利亚州西海岸架木质栈桥打井开始的。六十年代进入飞跃发展阶段,第一节海洋石油工业概况,1984年海上十大产油国英国11700万吨沙特11250万吨美国8900万吨墨西哥8600万吨委内瑞拉5625万吨挪威3275万吨埃及2515万吨印尼2210万吨马来西亚1870万吨巴西1725万吨1958年起有十多个国家对我国沿海进行了多次大规模的地质调查和勘探我国自己也对沿海有关海域进行了勘探开发,第一节海洋石油工业概况,二.海洋石油资源地质学家L.G.威克斯估计海洋石油有2500亿吨由第九届世界石油会议资料水深小于200M的海上油田已证实储量为280亿吨近海杂志1974年估计海上石油储量为213亿吨天然气13.5亿联合国资料水深超过200M的深海区石油与天然气储量相当于3100亿吨石油,第二节海洋钻井的主要特点,一.海洋钻井的主要特点要有坚不可摧的井场要有隔水、引导、防喷系统、套管头要有定们系统和升沉补偿装置先进的交通、通讯及良好的生活保障有一套防腐措施和设备普遍采用丛式井（定向井）技术井身结构复杂，套管尺寸大，层次多注意安全遵守海洋法,“渤海7号”打的井30”导管50M20”表面导管445M13”1775米技术套管9”2505米技术套管7”尾管3500米,第二节海洋钻井的主要特点,二.海上投资海上石油投资是较大的海上油气田开发费用随水深增加而增加墨西哥海上油田开发费用水深30M比陆地油田高1倍水深180M比陆地油田高1--2.5倍水深300M比陆地油田高2--8倍开发费用这么大，为什么各石油公司还要把钱往水里扔呢海上每米进尺的探明储量比陆上高27倍海上每吨储量的探明成本比陆上低6.7--23倍,第二节海洋钻井的主要特点,三.海洋石油勘探开发的几项最高纪录最深的海洋钻井钻于路易斯安那西三角27区块6983M最深的海上采油井位于路易斯安那州近海深度6173米钻井最大水深1983年美国东海水深2386米水深最大的固定平台壳牌石油公司建于墨西哥湾的Cogac平台水深312.5M最重的钻采平台雪弗龙公司的北海Ninian混凝土平台重达60多万吨高167M钻井最多的平台加利福利亚圣巴巴拉海峡的Gilda平台可钻96口井最大、产量最高的海上油田1951年在沙特发现的Safaniyah油田最大油轮55万吨I法国）,第二章海上钻井装置,海上钻井平台应满足下面三个条件适应海洋钻井区域环境且安全成本较低满足钻井、采油、测试等各项作业的要求,第二章海上钻井装置,海上钻井平台的分类,第二章海上钻井装置,优点稳定性好海面气象条件对钻井工作影响小如有工业性油气，可很快转换成采油平台,固定式与移动式平台比较情况,缺点不能够移动和重复使用造价较高，其成本随水深增加而急剧增加,第一节导管架桩基平台,一.结构组成,导管架导管架的作用支承上部结构作为打桩定位和导向的工具将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩上可安装系靠船的设备可作为安装上部结构时的临时工作平台,第一节导管架桩基平台,第一节导管架桩基平台,,桩用于承受平台的垂直重量及水平环境推力支承桩磨擦桩,上部结构由承受作业机械（机器）和其它载荷的各类桁架及平台甲板组成。上层平台用作安放井架、绞车、钻具堆放场地及宿舍等下层平台安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、固井设备、仓库等,二.导管架的运送、就位及安装,第一节导管架桩基平台,第一节导管架桩基平台,提升法水深30M以内滑入法起重机水深30--70M滑入法控制压载机水深70--120M浮运法水深120M以上,打桩少则四根，多则十几根，打入深度少则50M，多则几百米铺设平台上部结构整体铺设分块铺设井架的移位,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,6M,,2M,,,,,,,,,6M,,,2M,井架的移位,1,2,8,4,5,6,7,9,3,10,11,12,13,14,16,15,第二节其它固定式平台,重力式平台张力（腿）式平台绷绳塔架式平台,重力式平台,七十年代初出现，它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底混凝土重力式平台钢质重力式平台平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成沉垫有多种形式圆形、六角形、正方形立柱有三腿、四腿、独腿等几种甲板有钢持和混凝土两种,,混凝土重力式平台,康迪普型平台此种平台1973年出现。,塞尔默型平台,,混凝土重力式平台,与导管架平台相比，具有以下优缺点优不需打桩具有相当的贮油能力节省钢材，防火、防腐性较好，维修费用低，寿命长缺对地质条件要求高出现缺陷后修复较困难,钢质重力式平台,1971年意大利首造，水深90米，称洛安高平台整个平台由沉箱、支承框架、甲板三部分组成，沉箱可作贮油罐重量比混凝土轻预制过程中对水哉要求不高拖船马力小对地基承载力要求不高贮油量用钢多，易腐蚀,优,缺,张力（腿）式平台,英国北海Hutton油田首次于生产中使用此平台，1983年安装，84年投产张力式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索及系缆桩组成它是今后深水用主要平台优点受力合理、用钢少、成本低、适用于深水、对海洋环境适应性大,绷绳塔架式平台,研究证明绷绳塔架式平台最经济的工作水深范围在40480米之间与钢质桩基相比，优点如下节省钢材（成本低）井口装置可设置于水面上,第三节移动式钻井平台,1949年出现第一台移动式钻井装置“环球钻机40”，它是一台座底式钻井平台1953年出现第一台自升式钻井平台1953年出现了浮式钻井船1961年出现了半潜式钻井平台,移动式钻井平台分类,座底式钻井平台自升式钻井平台半潜式钻井平台浮式钻井平台,座底式钻井平台,结构组成沉垫浮工作平中间支撑,座底式钻井平台,优缺点优点钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响完井后移动灵活缺点工作高度恒定，不能调节对海底地基要求高工作水深较浅,自升式钻井平台,德朗1号,结构组成,自升式平台由工作平台、桩腿和升降机构组成工作平台的形状有三角形、四边形、五角形等多种形状,桩腿,桩腿数目有3,4,5,6,12,14,18腿等多种桩腿直径从两米多到十多米不等桩腿外形桩腿箱和底垫,,柱型,桁架型,,,矩形,三角形,四边形,圆筒形,升降机构,升降机构的作用是升降平台和拔桩。它分为两类一类是孔穴插销液压升降装置，另一类是齿轮齿条式电动升降装置孔穴插销液压升降装置,升降机构,齿轮齿条式电动升降装置,自升式平台的安置与撤离,降下平台固定活动部件，关闭密封舱门，注意天气预报，检查升降机构抛锚下降速度1ft/min拔起桩腿冲桩迅速同时提桩固桩拖航拖航方式有串联和并联,,,自升式平台的安置与撤离,压载压载有两种一种是靠自身重量压载，另一种是压载舱压载升起平台平台纵向和横向倾斜不能大于1平台离开水面高度一般在618m之间,o,自升式平台的优缺点,对水深适应性强无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低在出现意外的高海浪时，平台可增大离水面的距离桩脚插入海底时，有良好的搞侧向移动性平台离开水面后，可维修整个船体桩腿下部有底垫时，容易造成整个装置的飘浮不适于更深海域拖航时，易遭风暴的袭击,,,优,缺,半潜式钻井平台,半潜式钻井平台,结构组成沉垫浮箱其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下平坦、左右两侧为椭圆等多种形式上部平台其外形有三角形、矩形、五角形、八角形、十字形及中字形等多种形式立柱立柱个数有3，4，5，6，8个等,抛锚作业用得较多的是45夹角类对称（1-52-6，4-8，3-7）抛锚,o,半潜式钻井平台,,,,,,,,,,45,,o,半潜式钻井平台优缺点,优点稳定性好移动灵活兼有底座式平台的优点,缺点造价高净负荷能力小航行速度较低,浮式钻井船,第一艘浮式钻井船是1953年改装下水的,船体有单船体和双船体,增设升沉补偿装置采取定位（抛锚或动力定位）措施中心抛锚以减少摇摆采用钻杆自动排放架设置减摇舱、减摇罐采用双体船型，增加横摇周期,人们采取克服船体运动对钻井影响的措施,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,浮式钻井平台优缺点,优点适用于较深的海域移动性能好造价较低，易维护船速高,缺点对风浪极为敏感、稳定性差被迫停工率高,第三章移动式钻井平台的锚泊定位系统,锚泊定位系统锚系的组成锚系的分类平台对锚系的要求锚泊系统的布锚方式,第一节锚泊定位概述,第一节锚泊定位概述,锚泊定位系统它是在海底设置固定的基底设备，用锚泊线将水面系留物（平台）与基底设备联系起来，从而限制系留物（平台）的漂移锚系的组成它是由锚、锚链（锚缆）、锚机、锚架、锚浮标等组成,锚系的分类,移动性锚系暂时性锚系永久性锚系,平台对锚系的要求,要满足升船前的锚泊定位要求要满足锚泊定位后的移船就位要求要满足拖航过程中对锚泊的要求,定位要求最大漂移半径〈56水深常为漂移半径〈23水深拖航与就位的要求控制平台的漂移确保平台的生存拖航时，与自升平台相同移船就位的要求,自升式平台,半潜式平台,锚泊系统的布锚方式,临时锚泊定位锚泊,第二节锚泊系统的静力分析,悬链线它是一种具有均质、完全柔性而无延伸的链或索自由悬挂于两点上所形成的曲线悬链线方程,悬链线方程,,悬链线方程,⑸,悬链线方程,悬链线方程,即悬链线的水平张力相等,由⑹和⑻式，得,在a,b段上积分,⑽,由⑸式得代入⑻式得,悬链线方程,悬链线方程,悬链线方程,注意a点并未与海底相切,⒀,锚泊线静力分析,单一成分锚泊线,锚泊线静力分析,单一成分锚泊线,锚泊线静力分析,二成分锚泊线,锚泊线静力分析,二成分锚泊线,锚泊线静力分析,二成分锚泊线,锚泊线静力分析,二成分锚泊线,若，则有三种情况,没有被完全提起,恰好被完全提起,不仅全部提起且被部分提起,以上三种情况应根据公式来进一步判断的大小,锚泊线静力分析,二成分锚泊线,表明水平外力为零，锚泊线自由下垂,为正常情况，这时进一步比较与的大小,注,若，表明未全部提起，这时预紧状态下悬链线长度,若，表明长度不足，下段也要提起一部分，按⒅至26式用迭代法先假设一个进行计算,注意实际下段长度应大于假设的,锚泊线静力分析,二成分锚泊线,若，则有以下几种情况,时，若，恰好提起,所给条件有矛盾,正常（按二成分计算）,时，若，所给条件有矛盾,所说明水平外力为零，锚泊线自由下垂，全部提起和部分（其长度）,正常说明被斜提起一部分（用二成分按迭代法先假设一个,第四章海上钻井特殊工艺和装置,水下井口装置升沉补偿装置钻井施工和水下井口安装绳索作业及完井方法,第一节水下井口装置,水下井口装置的功用及组成水下井口装置各部件的作用,水下井口装置的功用用组成,功用隔绝海水适应升沉、漂移和摇摆的工作环境控制井口组成导向装置套管头组防喷器组隔水管柱连接器其它,水下井口装置各部的作用,井口盘其作用是固定海底井口位置，确定一个开钻基点，并承受井口的重量导引架其作用是引导其它水下工具就位,水下井口装置各部的作用,导引绳张紧器其作用是保持导引绳的张力恒定，使其不受平台升沉的影响套管头组其作用是悬持套管连接器其作用是便于某些水下器具间的快速连接与拆卸,水下井口装置各部的作用,防喷器组其作用在于开启和封闭井口，以便处理和控制井内复杂情况，防止井喷球形、挠性接头其作用是使隔水管适应钻井船的摇摆、漂移运动，防止隔水管弯曲,水下井口装置各部的作用,隔水管其主要作用是隔绝海水、导引钻具，造成泥浆的回路防止隔水管因自重压弯的四种方法平衡锤法用漂浮材料装同心充气筒防水管张紧器伸缩隔水管其作用是适应钻井船的升沉运动，使水下器具不受钻井船上下升沉的影响。,第二节升沉补偿装置,使用伸缩钻杆钻柱升沉补偿装置死绳恒张力补偿装置天车恒张力补偿装置,使用伸缩钻杆,结构位置安装于钻铤的上面原理使用伸缩钻杆的优缺点优结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求缺钻压不能调节承载条件恶劣增加防喷器的磨损难以准确确定井深,钻柱升沉补偿装置,73年研制成功位置在游车与大钩之间结构组成液缸活塞（杆）储能器锁紧装置工作原理,钻柱升沉补偿装置,钻压的调节正常钻井时，向上力向下力即则存在的问题大钩还有少许位移原因工作缸中液体的摩擦影响机械摩擦影响活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压力的影响,死绳恒张力装置,结构,72年研制成功,工作原理,天车恒张力补偿装置,72年研制成功位置安装于天车上结构组成工作原理,第三节钻井施工及水下井口安装,典型井身结构及套管程序用36“钻头钻50m左右，下30“导管用26“钻头钻160～300m，下20“表层套管用“钻头钻800～1000m，下“技术套管用“钻头钻1800～2500m，下“技术套管用“钻头钻至底（4000m），需要时可下入7“套管（或尾管）,施工程序,适用于固定式或着底式平台的下导管的两种方法用打桩机把导管打入海底一定深度先钻井眼，再下入导管固井,施工程序,适用于半潜式和钻井船的具体施工办法下入井口盘钻36“井段下30“导管及导向架下隔水管钻26“井段下20“套管尾管装防喷器组及隔水管系统安装表层套管头的抗磨补心钻“井段及下一步“技术套管依上述程序和方法依次钻完以后各井段，直至完井弃井,第四节绳索作业及完井方法,绳索作业,完井方法,水面完井优技术困难少，便于设备的检修、管理和井下作业缺需建专门的采油平台，其将妨碍航运及捕鱼作业，腐蚀严重水下完井优不需建平台，且不妨碍航运及捕鱼，自然保温缺井口装置复杂，技术性能要求高，井口的操作、管理、检修及井口装置的安装、拆换都要远距离控制，困难较多完井方法与所采用平台类型的关系,