海洋油氣鉆采工程裝備與技術(shù)[吐血整理]

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1、 海洋油氣鉆采工程裝備與技術(shù) 調(diào)研報(bào)告 目 錄 目 錄 2 1 海洋油氣開(kāi)發(fā)概況 1 1.1 世界海洋油氣資源與開(kāi)發(fā) 1 1.1.1 海洋油氣資源儲(chǔ)量 1 1.1.2 海洋油氣資源分布 1 1.1.3 海洋油氣產(chǎn)量 2 1.1.4 海洋油氣勘探規(guī)律 2 1.1.5 海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)歷程 3 1.1.6 深水油氣勘探 3 1.1.7 海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)展望 4 1.1.8 結(jié)論與認(rèn)識(shí) 4 1.2 我國(guó)海洋油氣資源與開(kāi)發(fā) 5 1.3 海洋油氣開(kāi)發(fā)特點(diǎn) 6 2 海洋油氣鉆采裝置 11 2.1

2、 海洋油氣鉆采裝置分類(lèi) 11 2.2 水深的定義及鉆采裝置水深范圍簡(jiǎn)介 12 2.3 海洋鉆采裝置簡(jiǎn)介 12 2.4 海上鉆井裝置的選擇 19 3 海洋油氣鉆井井口裝置 21 3.1 海上鉆井井口裝置的使用背景及特點(diǎn) 21 3.2 井口裝置的系統(tǒng)組成 22 3.2.1 導(dǎo)引系統(tǒng) 22 3.2.2 防噴器系統(tǒng) 23 3.2.3 隔水管系統(tǒng) 24 3.3 海上鉆井平臺(tái)定位及升沉補(bǔ)償裝置 26 3.3.1 海上鉆井平臺(tái)定位 26 3.3.2 海上鉆井鉆柱升沉運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償措施 26 3.3.3 升沉補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)類(lèi)型與工作原理 27 3.4 各次開(kāi)鉆的施工及井口安裝 29

3、3.4.1 導(dǎo)管井段的施工 29 3.4.2 表層套管井段的施工 30 3.4.3 其余各層套管井段的施工 30 4 海洋油氣生產(chǎn)設(shè)施 32 4.1 深海油氣工程開(kāi)發(fā)模式 32 4.2 海上生產(chǎn)系統(tǒng) 37 4.2.1 海洋采油概述 37 4.2.2 固定式平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 38 4.2.3 平臺(tái)上的油氣水處理系統(tǒng) 39 4.2.4 單點(diǎn)系泊系統(tǒng) 44 4.3 海洋油氣采油的選擇 45 4.3.1 采油選擇的原則 45 4.3.2 人工舉升方式的選擇 47 4.3.3 海上油田自噴期轉(zhuǎn)入人工舉升期的時(shí)機(jī)選擇 47 4.3.4 海上油田采油適用的人工舉升方式 48 5

4、 海洋油氣水下生產(chǎn)系統(tǒng) 50 5.1 水下生產(chǎn)系統(tǒng)的組成 50 5.2 采油樹(shù) 51 5.2.1 采油樹(shù)的主要功能 51 5.2.2 采油樹(shù)類(lèi)型 51 5.2.3 采油樹(shù)設(shè)計(jì)與安裝 53 5.3 管匯 54 5.3.1 管匯系統(tǒng)的組成 54 5.3.2 管匯系統(tǒng)的功能 54 5.3.3 管匯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 54 5.4 跨接管 58 5.5 臍帶纜的設(shè)計(jì) 59 5.6 井口頭的安裝 60 海洋油氣鉆采工程裝備與技術(shù) 第一章 海洋油氣開(kāi)發(fā)概況 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石油、天然氣的需求日益增多。然而，到了20世紀(jì)末期，陸地上87%的石油儲(chǔ)量已被開(kāi)

5、采。為了尋找新的油氣資源，自20世紀(jì)40年代以來(lái)，許多國(guó)家把目光投向了海洋。 1.1 世界海洋油氣資源與開(kāi)發(fā) 1.1.1 海洋油氣資源儲(chǔ)量 全球海洋油氣資源豐富。海洋石油資源量約占全球石油資源總量的34%，探明率30%左右，尚處于勘探早期階段。據(jù)《油氣雜志》統(tǒng)計(jì)，截至2006年1月1日，全球石油探明儲(chǔ)量為1757億噸，天然氣探明儲(chǔ)量173萬(wàn)億立方米。全球海洋石油資源量約1350億噸，探明約380億噸；海洋天然氣資源約140萬(wàn)億立方米，探明儲(chǔ)量約40萬(wàn)億立方米。 各國(guó)深水油氣勘探明儲(chǔ)量 1.1.2 海洋油氣資源分布 世界深水油氣平面分布圖 海洋油氣資源主要分布在大陸架，約占

6、全球海洋油氣資源的60%，但大陸坡的深水、超深水域的油氣資源潛力可觀，約占30%。在全球海洋油氣探明儲(chǔ)量中，目前淺海仍占主導(dǎo)地位，但隨著石油勘探技術(shù)的進(jìn)步，將逐漸進(jìn)軍深海。水深小于500米為淺海，大于500米為深海，1500米以上為超深海。2000～2005年，全球新增油氣探明儲(chǔ)量164億噸油當(dāng)量，其中深海占41%，淺海占31%，陸上占28%。 從區(qū)域看，海上石油勘探開(kāi)發(fā)形成三灣、兩海、兩湖的格局?！叭秊场奔床ㄋ篂?、墨西哥灣和幾內(nèi)亞灣；“兩?！奔幢焙：湍虾?；“兩湖”即里海和馬拉開(kāi)波湖。其中，波斯灣的沙特、卡塔爾和阿聯(lián)酋，里海沿岸的哈薩克斯坦、阿塞拜疆和伊朗，北海沿岸的英國(guó)和挪威，還有美國(guó)、墨

7、西哥、委內(nèi)瑞拉、尼日利亞等，都是世界重要的海上油氣勘探開(kāi)發(fā)國(guó)。 1.1.3 海洋油氣產(chǎn)量 海洋油氣生產(chǎn)始于20世紀(jì)40年代，60年代為100萬(wàn)桶/天，2005年為2500萬(wàn)桶/天。據(jù)Mackay咨詢公司統(tǒng)計(jì)，1992年世界海洋石油產(chǎn)量占世界石油總產(chǎn)量的26.5%，2003年已占到約34.1%，為12.57億噸。2003年世界海洋石油產(chǎn)量比上年增長(zhǎng)3.7%。產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的前三個(gè)地區(qū)依次是：中東、北美和南美。 在世界海洋石油產(chǎn)量中，北海海域石油產(chǎn)量及其增長(zhǎng)速率，一直居各海域之首。2000年產(chǎn)量達(dá)到峰值，即3.2億噸，隨后逐漸下降。波斯灣石油產(chǎn)量緩慢增長(zhǎng)，年產(chǎn)量保持在2.1～2.3億噸，而墨西

8、哥灣、巴西、西非等海域石油產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，年均增長(zhǎng)超過(guò)5.0%，其中，墨西哥灣可能在未來(lái)數(shù)年超過(guò)北海，成為世界最大產(chǎn)油海域。 1.1.4 海洋油氣勘探規(guī)律 1）海洋油氣資源勘探水深 世界深水區(qū)鉆井裝置超過(guò)3000米水深、鉆井能力達(dá)到1萬(wàn)米的鉆井船有15艘，海上施工起重能力達(dá)到1.4萬(wàn)噸，水下焊接深度達(dá)到400米，深水鋪管長(zhǎng)度1.2萬(wàn)千米，水下維修水深超過(guò)2000米，深水區(qū)采油裝置超過(guò)204座。2003年水下生產(chǎn)系統(tǒng)有2100套，2007年增加到5700套。 2）海洋油氣勘探特點(diǎn) ① 工作區(qū)環(huán)境特點(diǎn) 與陸地油氣勘探相比較，海上的臺(tái)風(fēng)所形成的巨浪、狂風(fēng)影響勘探工作進(jìn)度，威脅勘探人員的生命

9、和財(cái)產(chǎn)安全。 ② 勘探方法特點(diǎn) 陸地上的油氣勘探方法與技術(shù)在海洋油氣勘探中都是適用的。但是，受惡劣的海洋自然地理環(huán)境和海水物理化學(xué)性質(zhì)的影響，許多勘探方法與技術(shù)受到了限制。 ③ 鉆井工程特點(diǎn) 海上鉆井工程設(shè)備的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，海上鉆井必須使用鉆井平臺(tái)。由于受海洋自然地理環(huán)境的影響，海上鉆井工程要考慮風(fēng)浪、潮汐、海流、海冰、海嘯、風(fēng)暴潮、海岸泥沙運(yùn)動(dòng)的影響?？紤]海洋的水深、海上搬遷拖航等因素的影響，而陸地上鉆井工程則無(wú)須考慮這些因素。 ④ 投資及風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn) 海上油氣勘探的投資大幅增加，一般是陸地油氣勘探投資的三到五倍?？碧酵顿Y主要體現(xiàn)在海上鉆井設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造、海上鉆井設(shè)備的搬遷拖航、

10、海上油氣的集輸、海上鉆井施工過(guò)程中的后勤補(bǔ)給、海上鉆井工程技術(shù)人員的工資與保險(xiǎn)等方面。這些勘探投資都要比陸地上大得多。 ⑤ 海洋石油勘探優(yōu)勢(shì) 海洋地球物理勘探，由于交通便利和使用特殊的儀器設(shè)備，海洋油氣勘探具有極高的工作效率。在海洋地震勘探中，地震船沿測(cè)線邊前進(jìn)邊進(jìn)行測(cè)量施工作業(yè)，施工作業(yè)效率比陸地地震工作效率高。 3）深水油氣勘探規(guī)律 目前深水油氣勘探效益較好的地區(qū)多位于被動(dòng)大陸邊緣盆地或與被動(dòng)大陸邊緣相關(guān)的裂谷盆地，且往往是淺水區(qū)及陸上勘探的延伸。油氣儲(chǔ)層常為白堊系或第三系，且多為第三系深水濁積砂巖。深水油氣勘探常以發(fā)現(xiàn)大中型油氣田為目標(biāo)和尋找大中型圈閉。深水區(qū)開(kāi)發(fā)和發(fā)現(xiàn)的多為油藏

11、。勘探熱點(diǎn)地區(qū)均具有一套與油氣成藏密切相關(guān)的鹽巖。鹽巖及和鹽有關(guān)的構(gòu)造已成為當(dāng)前構(gòu)造及油氣成藏研究的熱點(diǎn)。 1.1.5 海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)歷程 1887年，在美國(guó)加利福尼亞海岸數(shù)米深的海域鉆探了世界上第一口海上探井，拉開(kāi)了海洋石油勘探的序幕。 1947年，在墨西哥灣鉆出了世界上第一口海上商業(yè)性的油井，揭開(kāi)了海底石油勘探與開(kāi)采的新紀(jì)元。 1960年，在海上尋找油氣資源的國(guó)家有20多個(gè)。20世紀(jì)80年代中期，已達(dá)100多個(gè)?？碧椒秶驯榧八写箨戇吘壓^(qū)，發(fā)現(xiàn)了1600多個(gè)油氣田，其中有200多個(gè)投入開(kāi)采。 近年來(lái)，人類(lèi)勘探油氣的能力一年比一年強(qiáng)大，運(yùn)用的開(kāi)采技術(shù)一年比一年先進(jìn)，而且大部分

12、產(chǎn)油平臺(tái)的水深已從200米以內(nèi)增加到200～500米，并逐步向更深的海底轉(zhuǎn)移。例如，挪威北海斯洛瓦油田的水深已達(dá)350米；美國(guó)墨西哥灣油田的水深超過(guò)500米；而巴西的海上油田更深，達(dá)到了1400米。 2005年，挪威最大的石油生產(chǎn)商，全球市值第十一大的上市石油公司Statoil ASA在油價(jià)持續(xù)高位、前途未卜的情況下決定加大石油勘探力度，從2004年的25億挪威克朗增至40億挪威克朗。 1.1.6 深水油氣勘探 深水區(qū)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)受惡劣復(fù)雜的環(huán)境和儲(chǔ)藏特性限制，具有“四高”特點(diǎn)，即高新技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)、高技人、高回報(bào)。據(jù)《世界深水報(bào)告》資料，未來(lái)44%油氣儲(chǔ)量在深水中，而現(xiàn)在僅占3%，

13、可見(jiàn)其潛力之大。 世界水深500米或超過(guò)500米的深海油氣勘探開(kāi)發(fā)始于上個(gè)世紀(jì)70年代，至2002年底，已發(fā)現(xiàn)470億桶石油。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和國(guó)際能源機(jī)構(gòu)估計(jì)，全球深海區(qū)最終潛在石油儲(chǔ)量有可能超過(guò)1000億桶。2004年深海石油產(chǎn)量約可滿足全球石油需求的5%，2010年深海原油產(chǎn)量可達(dá)850萬(wàn)桶/年(4.3億噸/年)，可滿足全球石油需求的9%。全球水深500～1500米的油氣勘探已變成了多數(shù)海洋油氣經(jīng)營(yíng)者重要戰(zhàn)略資產(chǎn)的組成部分。如墨西哥灣，其深水區(qū)油氣占有量從1990年的4%和1%，10年后快速升到64%和36%，發(fā)展速度較快。2004～2008年將是深海油氣勘探的活躍期。 根據(jù)Offs

14、hore Resources資料，2001～2007年全世界投入的海洋油氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目將達(dá)到434個(gè)，其中水深大于500m的深水項(xiàng)目占到了48%，水深大于1200m的超深水項(xiàng)目達(dá)到了22%。采用浮式生產(chǎn)系統(tǒng)的項(xiàng)目達(dá)到了209個(gè)。亞太地區(qū)的開(kāi)發(fā)活動(dòng)仍以大陸架淺水海域?yàn)橹?，世界其他地區(qū)的開(kāi)發(fā)活動(dòng)己超出了大陸架范疇，主要集中在水深500m以上海域。隨著大陸架油氣資源的日益枯竭，向深海進(jìn)軍是大勢(shì)所趨，深海平臺(tái)技術(shù)已成為國(guó)際海洋工程界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 巴西近海、美國(guó)墨西哥灣、安哥拉和尼日利亞近海是備受關(guān)注的世界四大深海油區(qū)。幾乎集中了世界全部深海探井和新發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量。據(jù)2003年底的統(tǒng)計(jì)，在已發(fā)現(xiàn)的深海儲(chǔ)量中

15、巴西有146億桶，其中的5大發(fā)現(xiàn)就超過(guò)100億桶，墨西哥灣有140個(gè)發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)量達(dá)115億桶 安哥拉近海有41個(gè)發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)量95億桶。尼日利亞的25個(gè)近海油田，儲(chǔ)量達(dá)83億桶。2004～2008年世界深海和超深海投資預(yù)測(cè)。預(yù)計(jì)未來(lái)五年，四大深海油區(qū)的石油產(chǎn)量將快速增長(zhǎng)，估計(jì)到下一個(gè)十年之初，產(chǎn)量會(huì)陸續(xù)到達(dá)頂峰。 與大西洋盆地相比，東南亞的深海油氣活動(dòng)規(guī)模較小，對(duì)大型跨國(guó)公司的吸引力不及西非、巴西和墨西哥灣，但東南亞未來(lái)的潛在利益為尋找深海區(qū)塊的石油公司提供了機(jī)遇。2005～2008年，馬來(lái)西亞和印尼未來(lái)五年成為亞洲深海油氣活動(dòng)的主要地區(qū)。 目前，BP、巴西國(guó)家石油公司、挪威國(guó)家石油公司、?？松?/p>

16、美孚、殼牌、哈斯基、優(yōu)尼科等公司從事深水區(qū)勘探開(kāi)發(fā)工作，擁有深水勘探開(kāi)發(fā)核心技術(shù)。 1.1.7 海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)展望 隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求不斷增加。在市場(chǎng)需求壓力和高油價(jià)的驅(qū)使下，未來(lái)全球海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)將繼續(xù)較快增長(zhǎng)，投資不斷增加，海上油氣產(chǎn)量繼續(xù)增長(zhǎng)，勘探開(kāi)采作業(yè)海域范圍和水深不斷擴(kuò)大。 世界天然氣水合物中的有機(jī)碳約占全球有機(jī)碳的53.3%，而煤、石油、和天然氣三者之和才占到26.6%。其中，分布在陸地上的天然氣水合物的最大地質(zhì)儲(chǔ)量約為5300×108噸，分布在海洋的最大地質(zhì)儲(chǔ)量約為1.61×1015噸。僅海洋中的儲(chǔ)量就可以滿足人類(lèi)1000多年的需要。目前，世界有122個(gè)地區(qū)

17、發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物，其中陸地33處，海洋84處，已海底取芯20多處。日本在日本列島東南斜坡陸棚深海發(fā)現(xiàn)了大量可燃冰，鉆探30多口井，局部試采成功，已制定了2015年商業(yè)開(kāi)采計(jì)劃。美國(guó)在墨西哥灣深海區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量可燃冰，并制訂了2016年商業(yè)開(kāi)采計(jì)劃。目前開(kāi)采海底天然氣水合物的最大難點(diǎn)是保持井底壓力穩(wěn)定，防止甲燒泄漏，避免引發(fā)溫室效應(yīng)。天然氣水合物可能成為人類(lèi)新的后續(xù)能源，將逐漸成為海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)的新亮點(diǎn)。 1.1.8 結(jié)論與認(rèn)識(shí) ① 海洋石油資源量占全球石油資源總量的34%，累計(jì)獲探明儲(chǔ)量約400億噸，探明率30%左右，尚處于勘探早期階段。 ② 由于海洋特殊的環(huán)境，海上油氣勘探的投資大幅

18、增加，一般是陸地油氣勘探投資的三到五倍。 ③ 海洋油氣勘探以海上拖纜地震勘探為主要手段。海上勘探階段劃分為初步勘探階段和進(jìn)一步勘探階段。初步勘探階段包括盆地評(píng)價(jià)、區(qū)塊評(píng)價(jià)與圈閉評(píng)價(jià)、發(fā)現(xiàn)油氣藏。進(jìn)一步勘探階段則以鉆探井和評(píng)價(jià)井為主，以擴(kuò)大含油氣面積，增加和探明油氣地質(zhì)儲(chǔ)量。 ④ 墨西哥灣、西非及巴西等海域，將繼續(xù)引領(lǐng)全球海洋油氣勘探潮流，東南亞及澳大利亞大陸架海域、孟加拉灣、里海地區(qū)及兩極大陸架地區(qū)等前景看好的海上新區(qū)將陸續(xù)投入勘探。發(fā)達(dá)國(guó)家勘探技術(shù)日漸成熟 1.2 我國(guó)海洋油氣資源與開(kāi)發(fā) 1）海洋油氣資源儲(chǔ)量及分布 我國(guó)管轄的海域面積約300多萬(wàn)平方公里，其中近海大陸架約130多萬(wàn)

19、平方公里，蘊(yùn)藏了豐富的油氣資源。近海大陸架石油地質(zhì)資源量約237億噸，天然氣地質(zhì)資源量約15.8萬(wàn)億立方米。我國(guó)南海深水海域及南沙群島附近海域更是埋藏著豐富的石油資源。 我國(guó)海洋勘探處在早期階段，近海海域油氣資源主要分布在渤海灣、南黃海、東海、珠江口、鶯歌海、北部灣、瓊東南等七個(gè)主要盆地。原油只占儲(chǔ)量的17.6%，天然氣只占儲(chǔ)量的11.9%。所以，中國(guó)海上油氣資源的開(kāi)發(fā)，主要還在淺水和近海海域。 南海地區(qū) 東海地區(qū) 黃海地區(qū) 渤海地區(qū) 珠江口地區(qū) 鶯歌海、北部灣地區(qū) 中國(guó)近海油氣資源的主要分布圖1 2）海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀 目前，我國(guó)近海已經(jīng)形成渤海、東海、南海西部和南

20、海東部四個(gè)石油天然氣的生產(chǎn)基地。截止2005年底，我國(guó)近海海域在生產(chǎn)的油氣田有46個(gè)，其中自營(yíng)23個(gè)，合作23個(gè)。2005年，我國(guó)原油產(chǎn)量2789萬(wàn)噸，天然氣產(chǎn)量60億立方米。雖然我國(guó)在深海油氣開(kāi)發(fā)方面距世界先進(jìn)國(guó)家還存在較大差距，但我國(guó)的深水開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步，為今后走向深海奠定了一定的基礎(chǔ)。2004年4月，中國(guó)國(guó)務(wù)院下文，打破國(guó)內(nèi)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)的海陸分界線，允許中石油和中石化“下?！?。在南海珠江口盆地，中海油通過(guò)與國(guó)外石油公司的合作，所開(kāi)發(fā)的油氣田已部分或全部采用了深海油氣田的開(kāi)發(fā)技術(shù)。 FPSO伴生氣 平湖氣田 春曉氣田 錦洲20-2氣田 崖城13-1氣田 東方

21、1-1氣田 FPSO伴生氣 荔灣氣田 中國(guó)近海油氣田的主要分布圖2 3）海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)展望 我國(guó)缺少必要的深海油氣能源的鉆探與開(kāi)發(fā)裝備，至今對(duì)南中國(guó)海的物探和開(kāi)發(fā)處在空白狀態(tài)。我國(guó)南海周邊地區(qū)的國(guó)家，如菲律賓、馬來(lái)西亞、泰國(guó)、印度尼西亞、越南與文萊等，每年在我國(guó)南中國(guó)海開(kāi)采4000萬(wàn)噸海上石油（我國(guó)2008年才達(dá)到4000萬(wàn)噸海上石油），380億立方米的天然氣（相當(dāng)于西氣東輸?shù)膬杀叮?。所以，我?guó)大量的海上油氣資源，極具勘探開(kāi)發(fā)潛力。 1.3 海洋油氣開(kāi)發(fā)特點(diǎn) 由于海洋環(huán)境的特殊性，決定了海上油氣田開(kāi)發(fā)與陸上油氣田開(kāi)發(fā)有相當(dāng)大的差異，對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)的要求有很大的不同，這主要是由客

22、觀環(huán)境的截然不同所決定的。主要有以下十個(gè)顯著的特點(diǎn)： 1）自然環(huán)境惡劣 由于海洋自然環(huán)境與陸地完全不同，所以掌握海況條件對(duì)海洋石油開(kāi)發(fā)尤其重要，根據(jù)國(guó)際通用的分類(lèi)方式我們一般將海況劃分為：海冰、海浪、潮汐、海流、熱帶氣旋這幾個(gè)海洋特殊環(huán)境狀況，這幾個(gè)都是可能導(dǎo)致海洋石油開(kāi)發(fā)失敗或不安全事故發(fā)生的自然主導(dǎo)因素。 海洋特殊環(huán)境引起不安全狀況 2）平臺(tái)工作空間有限 鉆井和采油的活動(dòng)空間狹小，一切設(shè)備都集中在一個(gè)或幾個(gè)平臺(tái)上，每個(gè)平臺(tái)一般有2~3層甲板，每層甲板面積最大不過(guò)30m×67.5m。在如此有限空間內(nèi)開(kāi)發(fā)面積約數(shù)十平方千米的油氣田，無(wú)論是開(kāi)發(fā)方案還是工程設(shè)計(jì)都與陸上不同。 生產(chǎn)

23、井口高度集中，井口距離最大2.5m×2.5m，最小的達(dá)到1.5m×1.8m，全部只能為定向井和水平井；開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)整井?dāng)?shù)受預(yù)留井槽限制；油井作業(yè)非常困難；工程設(shè)施小而全，除了與陸上油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)需要的設(shè)施外，還增加了生活，自救設(shè)施，因此給方案設(shè)計(jì)增加了難度，海上鉆采絕不能走擴(kuò)大空間的路子，只能大力精減隊(duì)伍，加大裝備技術(shù)含量，盡量縮減其體積和質(zhì)量，以適應(yīng)海上空間狹小的客觀環(huán)境。空間的變化，給鉆采作業(yè)帶來(lái)了人員結(jié)構(gòu)、裝備、技術(shù)的深刻變化。由于空間狹小，設(shè)備布置緊湊，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大，有時(shí)會(huì)因一些很小的事故而帶來(lái)嚴(yán)重的后果。 海洋平臺(tái)上部生產(chǎn)設(shè)施 3）油氣田建設(shè)裝備工具復(fù)雜、科技含量高 由于海

24、上作業(yè)要降低作業(yè)周期和成本，提高油氣田的經(jīng)濟(jì)效益，因此，必須采用一些與陸地不同的高科技裝備和工具，如使用鉆井船（自升式或懸臂式）鉆井，水下采油樹(shù)、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪、特大型浮吊，采用鋪管船鋪設(shè)海底管線進(jìn)行油氣水輸送、采用大型吊車(chē)進(jìn)行海上安裝等。 由于海上油氣田設(shè)備集中，地面和水下裝備、工具、井下設(shè)施必須考慮防風(fēng)浪、防雷電、防火、防爆、防腐蝕、防冰、防撞擊等。 4）投資大、牽涉面廣、管理難度大及未知領(lǐng)域多 海上石油工程項(xiàng)目大都屬于大型作業(yè)，計(jì)劃性非常強(qiáng)，方案需要預(yù)見(jiàn)性，但常常受多方面的影響，不確定性大；海洋氣候的影響也很大，常常需要選擇好的氣候窗進(jìn)行作業(yè)，工程管理難度大。因此，如果管理、協(xié)調(diào)不

25、好，將會(huì)使項(xiàng)目各工序銜接出問(wèn)題，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。例如有的項(xiàng)目需要從歐洲動(dòng)復(fù)員大型浮吊，其日費(fèi)用高達(dá)18萬(wàn)美元，加上其他費(fèi)用，每天項(xiàng)目需要支付20多萬(wàn)美元，如果由于銜接和計(jì)劃出現(xiàn)問(wèn)題，大型浮吊到達(dá)地點(diǎn)后不能開(kāi)始工作，出現(xiàn)閑置，并錯(cuò)過(guò)好氣候窗，那么等待的時(shí)間可能很長(zhǎng)。由于大型浮吊常常需要服務(wù)于多個(gè)項(xiàng)目，在一個(gè)項(xiàng)目造成耽擱，必然會(huì)影響另一個(gè)項(xiàng)目。另外，由于動(dòng)復(fù)員的費(fèi)用很高，也不可能先干別的項(xiàng)目，再來(lái)干這個(gè)項(xiàng)目。因此造成的損失難以估量。 由于海洋地域廣闊，人類(lèi)對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)非常有限，國(guó)家對(duì)海洋各領(lǐng)域投入的研究也非常有限，因此，對(duì)海洋石油開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，存在很多未知的領(lǐng)域。對(duì)海洋氣候（如海浪、海冰與臺(tái)風(fēng)、季

26、風(fēng)）的綜合作用，海底的地貌、地質(zhì)及其變化規(guī)律等認(rèn)識(shí)不足給油氣田生產(chǎn)帶來(lái)很大的問(wèn)題。例如上海東海平湖油管線在岱山登陸段受海底地貌變化和海流的影響出現(xiàn)斷裂，對(duì)油氣田的生產(chǎn)產(chǎn)生巨大損失，也給海洋環(huán)境造成污染。由于對(duì)海底地質(zhì)不了解，因此對(duì)鉆井船和平臺(tái)的就位和安裝也將產(chǎn)生重大的影響。如泥底鉆井平臺(tái)容易移位。 5）采用低成本和技術(shù)創(chuàng)新的策略帶來(lái)高風(fēng)險(xiǎn) 由于海洋石油投資巨大，用最低的成本去開(kāi)發(fā)油氣田，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，能夠?qū)⑿б娴偷挠蜌馓锿度腴_(kāi)發(fā)是每個(gè)海洋石油企業(yè)追求的目標(biāo)。另外，隨著環(huán)境更惡劣和深海的油氣田發(fā)現(xiàn)，需要不斷采用以往沒(méi)有使用過(guò)的技術(shù)。各方面的需要促進(jìn)石油企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，并不斷降低

27、成本。這樣也給海上油氣田的開(kāi)采帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)。 6）人員素質(zhì)要求高 為保證油氣田開(kāi)發(fā)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的目的，需要各路人員技術(shù)全面且具有風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和控制能力，以免出現(xiàn)重大事故。 在前期研究階段，地質(zhì)油藏人員需要比較準(zhǔn)確的地質(zhì)油藏描述，并判斷其風(fēng)險(xiǎn)程度；鉆完井和工程設(shè)計(jì)人員要結(jié)合地質(zhì)油藏的需要找出經(jīng)濟(jì)可行，安全的工程方案。在建設(shè)階段，工程人員要進(jìn)行嚴(yán)格的項(xiàng)目管理，保證按時(shí)、按質(zhì)完成任務(wù)，因此需要各方面人員具有豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。在生產(chǎn)階段，由于平臺(tái)空間有限，技術(shù)和操作人員的數(shù)量受到限制，因此，需要這些人員技術(shù)全面。 7）油氣田壽命周期短 海洋環(huán)境對(duì)鋼材有嚴(yán)重的腐蝕作用，海水中生存的大量生物和微

28、生物，通過(guò)侵蝕或附著作用，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)的使用壽命產(chǎn)生影響。一般情況下，平臺(tái)的安全壽命在20年左右，因此與陸地油氣田不同的是要在平臺(tái)壽命周期內(nèi)盡可能多地將油氣開(kāi)采出來(lái)，必須在有限開(kāi)采期內(nèi)獲得最高的采收率。 8）對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笈c陸地完全不同 海上鉆井和生產(chǎn)平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，即使是近海作業(yè)，其距離也在數(shù)十海里至數(shù)百海里以外。隨著海上鉆探從近海向深海發(fā)展，這個(gè)距離還將往遠(yuǎn)處延伸。人員出海作業(yè)，生活必需品，鉆采裝備、器材、和物資的供應(yīng)，以及出現(xiàn)緊急情況時(shí)的緊急救援，都有賴(lài)于海上交通運(yùn)輸。因此，一支海上鉆探隊(duì)伍，需要配備一支能滿足各方面需要的船隊(duì)，包括具有輸水、輸油、輸灰能力和載運(yùn)鉆井器材物資的三用工

29、作船，保障海上安全作業(yè)的守護(hù)船、消防船，人員往返所需要的直升機(jī)和客輪。還有在特殊海域作業(yè)的特殊船舶，如冰區(qū)的破冰船等。海上交通運(yùn)輸是海上開(kāi)發(fā)的命脈，沒(méi)有完備的海上交通就不可能存在有效的海上各項(xiàng)作業(yè)。 9）陸地基地的支持保障及海上應(yīng)急救助的特殊需求 基地的支持保障，包括陸地管理、生產(chǎn)作業(yè)指揮機(jī)關(guān)及生產(chǎn)與生活保障設(shè)施。與陸地最大的不同，是要與海上油氣勘探開(kāi)發(fā)規(guī)模相適應(yīng)的港口、碼頭和船隊(duì)，以便?？亢屯蠋с@采裝備、儲(chǔ)存和運(yùn)送生產(chǎn)物資，以及為海上作業(yè)人員提供往返的交通工具。還有海上鉆采不但距離陸地遠(yuǎn)，而且危及鉆井人員生命和鉆井裝備安全的因素很多，屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，因而海上救助和管理也成了陸地支持保證不

30、可缺少的重要組成部分。海上救援涉及的方面多，從平臺(tái)的防范，險(xiǎn)情出現(xiàn)之前的預(yù)報(bào)，到險(xiǎn)情發(fā)生后的及時(shí)救援，都是一個(gè)不可分割的系統(tǒng)工程。同時(shí)還需要得到社會(huì)諸多部門(mén)的幫助，彼此協(xié)同工作，形成整體力量。海上應(yīng)急救助應(yīng)當(dāng)“養(yǎng)兵千日，用兵一時(shí)”，需要有健全的系統(tǒng)、完善的結(jié)構(gòu)，并實(shí)行專(zhuān)門(mén)的管理。 10）海上生產(chǎn)設(shè)施安全管理和環(huán)境保護(hù)比陸上要求高 海上平臺(tái)既是生產(chǎn)設(shè)施的基礎(chǔ)又是人們生活的空間，也是從事一切海上活動(dòng)的場(chǎng)所，一旦發(fā)生事故，沒(méi)有逃生空間。所以對(duì)安全和環(huán)保必須有設(shè)備和制度的保證。同時(shí)，海洋鉆井還要特別關(guān)注對(duì)海洋環(huán)境的保護(hù)。石油對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的血液，對(duì)大海來(lái)說(shuō)，卻是污染海洋的毒液，滅絕海上生物

31、的殺手。在海洋鉆井中要十分重視石油以及其他鉆井液體有可能對(duì)海洋環(huán)境造成的威脅，以高度的責(zé)任感防范和避免鉆探作業(yè)給海洋環(huán)境造成的污染。 根據(jù)以上10點(diǎn)海洋石油開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，海洋油氣生產(chǎn)作業(yè)需要注意一下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)： ① 建立一套完善的海上氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)，一個(gè)準(zhǔn)確及時(shí)的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)能夠極大的提高海上作業(yè)計(jì)劃的落實(shí)率； ② 積極推行項(xiàng)目管理，所有的作業(yè)應(yīng)當(dāng)以項(xiàng)目思想來(lái)規(guī)劃，從時(shí)間、人力、財(cái)力、物力等方面進(jìn)行統(tǒng)籌； ③ 注重安全環(huán)保工作，嚴(yán)格的國(guó)家安全環(huán)保法律是海洋石油開(kāi)發(fā)的重要特點(diǎn)； ④ 講究效益應(yīng)當(dāng)具有全面性。海洋石油開(kāi)發(fā)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)上考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的整體效益； ⑤ 搞好地

32、方關(guān)系。要重視并善于搞好與地方政府的關(guān)系，爭(zhēng)取各方面的支持和配合； ⑥ 加強(qiáng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，海上石油開(kāi)發(fā)面臨很多嶄新的開(kāi)發(fā)技術(shù)和知識(shí)，應(yīng)通過(guò)實(shí)施多種形式、系統(tǒng)的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，盡快掌握海洋石油開(kāi)發(fā)知識(shí)。 85 第二章 海洋油氣鉆采裝置 2.1 海洋油氣鉆采裝置分類(lèi) 海洋油氣鉆采平臺(tái)分為兩大類(lèi)： ① 固定式平臺(tái)：導(dǎo)管架平臺(tái)（樁基式平臺(tái)）、重力式平臺(tái)（鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-鋼筋混凝土重力式平臺(tái)）； ② 移動(dòng)式平臺(tái)：坐底式平臺(tái)、自升式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、牽索塔式平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)、單柱式平臺(tái)； 另外其他鉆采裝置還有鉆井船（淺水SDS或深水DDS）、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)存卸貨裝置（FPSO）

33、、海底采油樹(shù)（SS）等。 海洋油氣鉆采裝置 海洋平臺(tái) 固定式平臺(tái) F-P 移動(dòng)式平臺(tái) 導(dǎo)管架平臺(tái) 單柱式平臺(tái) Spar 張力腿式平臺(tái) TLP 牽索塔式平臺(tái) CT 半潛式平臺(tái) Semi 自升式平臺(tái) Jack-UP 坐底式平臺(tái) BSP 重力式平臺(tái) 海洋平臺(tái)分類(lèi) 2.2 水深的定義及鉆采裝置水深范圍簡(jiǎn)介 1）淺水范圍有： 固定式平臺(tái)（Fixed Platform，簡(jiǎn)稱(chēng)F-P ） 坐底式平臺(tái)（Bottom Supported Platform，簡(jiǎn)稱(chēng)BSP ） 自升式平臺(tái)（Jack-UP） 浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置（Floating Production S

34、torage Offloading，簡(jiǎn)稱(chēng)FPSO） 海底采油樹(shù)（Subsea System，簡(jiǎn)稱(chēng)SS） 淺水鉆井船（Shallow Drilling Ship，簡(jiǎn)稱(chēng)SDS） 2）深水范圍有： 半潛式平臺(tái)（Semi-submerged Platform，簡(jiǎn)稱(chēng)Semi） 牽索塔式平臺(tái)（Compliant Tower，簡(jiǎn)稱(chēng)CT） 張力腿平臺(tái)（Tension Leg Platform，簡(jiǎn)稱(chēng)TLP） 單柱式平臺(tái)（Seagoing Platform for Acoustic Research，簡(jiǎn)稱(chēng)SPAR） 浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置（Floating Production Storage

35、Offloading，簡(jiǎn)稱(chēng)FPSO） 海底采油樹(shù)（Subsea System，簡(jiǎn)稱(chēng)SS） 深水鉆井船（Deep Drilling Ship，簡(jiǎn)稱(chēng)DDS） 水深的定義及鉆采裝置水深范圍示意圖 2.3 海洋鉆采裝置簡(jiǎn)介 1）導(dǎo)管架平臺(tái) 導(dǎo)管架平臺(tái)又稱(chēng)樁基式平臺(tái)，是在軟土地基上應(yīng)用較多的一種樁基平臺(tái)。由上部結(jié)構(gòu)（即平臺(tái)甲板）和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)）組成。 上部結(jié)構(gòu)一般由上下層平臺(tái)甲板和層間桁架或立柱構(gòu)成。甲板上布置成套鉆采裝置、輔助工具、動(dòng)力裝置、泥漿循環(huán)凈化設(shè)備、人員的工作生活設(shè)施和直升飛機(jī)升降臺(tái)等。平臺(tái)甲板的尺寸由使用工藝確定。 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（即下部結(jié)構(gòu)）包括導(dǎo)管架

36、和樁。樁支承全部荷載并固定平臺(tái)位置。樁數(shù)、長(zhǎng)度和樁徑由海底地質(zhì)條件及荷載決定。導(dǎo)管架立柱的直徑取決于樁徑，其水平支撐的層數(shù)根據(jù)立柱長(zhǎng)細(xì)比的要求而定。在冰塊飄流的海區(qū)，應(yīng)盡量在水線區(qū)域（潮差段）減少或不設(shè)支撐，以免冰塊堆積。對(duì)深海平臺(tái)，還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析。結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛度以防止嚴(yán)重振動(dòng)，保證安全操作。并應(yīng)考慮防腐蝕及防海生物附著等問(wèn)題。導(dǎo)管架焊接管結(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是一個(gè)重要問(wèn)題，有些平臺(tái)的失事，常由于管結(jié)點(diǎn)的破壞而引起。管結(jié)點(diǎn)是一個(gè)空間結(jié)點(diǎn)，應(yīng)力分布復(fù)雜；近年應(yīng)用譜分析技術(shù)分析管結(jié)點(diǎn)的應(yīng)力，取得較好的結(jié)果。 導(dǎo)管架平臺(tái) 2）重力式平臺(tái) 重力式平臺(tái)是與樁基平臺(tái)不同的另一種形式的平臺(tái)。它不需

37、要用插入海底的樁去承擔(dān)垂直荷載和水平荷載，完全依靠本身的質(zhì)量直接穩(wěn)定在海底。根據(jù)建造材料的不同，重力式平臺(tái)一般分為3種。 ① 混凝土重力式平臺(tái)：鋼筋混凝土重力式平臺(tái)是70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型平臺(tái)結(jié)構(gòu)，目前主要用于歐洲的北海油田，這種平臺(tái)具有鉆井、采油、儲(chǔ)油等多種功能，水深在200m以內(nèi)均可采用，最佳水深在100-150m。該平臺(tái)依靠自身重量維持穩(wěn)定的固定式海洋平臺(tái)。主要有上部結(jié)構(gòu)、腿柱和基礎(chǔ)三部分組成。基礎(chǔ)分整體式和分離式兩種：整體式基礎(chǔ)一般是有若干圓筒形的艙室組成的大沉墊，沉墊也可采用平板分艙的蜂窩式結(jié)構(gòu)，其側(cè)表面可做成多波形或平板形；分離式基礎(chǔ)用若干個(gè)分離的艙室做基礎(chǔ)，它對(duì)地基適應(yīng)性強(qiáng)

38、，受力狀況好，抗動(dòng)力性能好，腿柱間距大，在拖航及下沉作業(yè)時(shí)較安全。 ② 鋼結(jié)構(gòu)重力式平臺(tái)：鋼結(jié)構(gòu)重力式平臺(tái)屬于分離式基礎(chǔ)型，由鋼塔和鋼浮筒組成，浮筒也兼做儲(chǔ)油罐。 ③ 鋼-鋼筋混凝土重力式平臺(tái)：上部結(jié)構(gòu)和腿柱用鋼材建造，沉箱底座用鋼筋混凝土建造，可充分發(fā)揮兩種材料的特性。 以上三種重力式平臺(tái)適用于較淺海域。整體式基礎(chǔ)多建造在密實(shí)的砂土上，避免建在松散或較厚的軟土地基上。分離式基礎(chǔ)由于基礎(chǔ)面積視地質(zhì)條件而定，立柱的間距隨水深而變，故對(duì)地基和水深的適應(yīng)性很強(qiáng)，可用于地質(zhì)條件較差的場(chǎng)合。 重力式平臺(tái) 3）坐底式平臺(tái) 坐底式平臺(tái) 坐底式平臺(tái)通常有三部分組成：上體、支柱和下體。上體

39、為鉆井所需的平臺(tái)甲板，平臺(tái)上設(shè)置鉆井設(shè)備、工作場(chǎng)所、儲(chǔ)藏與生活艙室等；下體沉墊提供移動(dòng)時(shí)所需的浮力；在上體和下體之間則是由若干支柱加以連接。當(dāng)平臺(tái)需鉆井坐底時(shí)，在沉墊中打入壓載水使之沉底，下體在坐底時(shí)支承平臺(tái)的全部重量，而此時(shí)平臺(tái)本體仍需高出水面，不受波浪沖擊。在鉆井完畢后，則排出壓載水，使下體上浮，再進(jìn)行移位。 4）自升式平臺(tái) 自升式鉆井平臺(tái)(Jack-up)又稱(chēng)甲板升降式或樁腿式平臺(tái)，由平臺(tái)、樁腿和升降機(jī)構(gòu)組成，平臺(tái)能沿樁腿升降，一般無(wú)自航能力。這種平臺(tái)對(duì)水深適應(yīng)性強(qiáng)，工作穩(wěn)定性良好，發(fā)展較快，約占移動(dòng)式鉆井裝置總數(shù)的1/2。這種石油鉆井裝置在漂浮于水面的平臺(tái)上裝載鉆井機(jī)械、動(dòng)力、器材

40、、居住設(shè)備以及若干可升降的樁腿。工作時(shí)樁腿下放插入海底，平臺(tái)被抬起到離開(kāi)海面的安全工作高度，并對(duì)樁腿進(jìn)行預(yù)壓，以保證平臺(tái)遇到風(fēng)暴時(shí)樁腿不致下陷。完井后平臺(tái)降到海面，拔出樁腿并全部提起，整個(gè)平臺(tái)浮于海面，由拖輪拖到新的井位。 自升式平臺(tái) 5）半潛式平臺(tái) 半潛式平臺(tái)（Semi）是大部分浮體沉沒(méi)于水中的一種小水線面的移動(dòng)式平臺(tái)，它從坐底式平臺(tái)演變而來(lái)，由上體、立柱和下體或浮箱組成。上體為工作甲板，下體為兩個(gè)下船體，用支撐立柱連接。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺(tái)本體之間還有一些支撐與斜撐連接，在下體間的連接支撐一般都設(shè)在下體的上方，這樣，當(dāng)平臺(tái)移位時(shí)，可使它位于水線之上，以減小阻

41、力；平臺(tái)上設(shè)有鉆井機(jī)械設(shè)備、器材和生活艙室等，供鉆井工作用。 工作時(shí)下船體潛入水中，甲板處于水上安全高度，水線面積小，波浪影響小，穩(wěn)定性好、自持力強(qiáng)、工作水深大，新發(fā)展的動(dòng)力定位技術(shù)用于半潛式平臺(tái)后，工作水深可達(dá)900～1200米 。半潛式與自升式鉆井平臺(tái)相比，優(yōu)點(diǎn)是工作水深大，移動(dòng)靈活；缺點(diǎn)是投資大，維持費(fèi)用高，需有一套復(fù)雜的水下器具，有效使用率低于自升式鉆井平臺(tái)。 半潛式平臺(tái) 6）牽索塔式平臺(tái) 所謂牽索塔式鉆井平臺(tái)是指在海洋環(huán)境荷載作用下，圍繞支點(diǎn)可發(fā)生允許范圍內(nèi)某一角度擺動(dòng)的深水采油平臺(tái)。牽索塔式鉆井平臺(tái)得名于它支撐平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如一桁架式的塔，是一種細(xì)長(zhǎng)的框架結(jié)構(gòu)，沿高度方向的

42、橫截面一般不變，該塔用對(duì)稱(chēng)布置的纜索將塔保持正浮狀態(tài)。在平臺(tái)上可進(jìn)行通常的鉆井與生產(chǎn)作業(yè)。原油一般是通過(guò)管線運(yùn)輸，在深水中可用近海裝油設(shè)施進(jìn)行輸送。 牽索塔式平臺(tái) 7）張力腿平臺(tái) 張力腿平臺(tái)（TLP）利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產(chǎn)生的拉力與平臺(tái)的剩余浮力相平衡。張力腿式平臺(tái)的重力小于浮力，所相差的力量可依靠錨索向下的拉力來(lái)補(bǔ)償，而且此拉力應(yīng)大于由波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。張力腿平臺(tái)包括單柱式TLP、最小化TLP和延伸TLP，其中單柱式TLP和最小化TLP又稱(chēng)為迷你式TLP。 張力腿平臺(tái)可以看做一個(gè)垂直錨系的半潛式平臺(tái)。雖然張力腿平臺(tái)不儲(chǔ)油、不裝油，但是這

43、種平臺(tái)是開(kāi)發(fā)深水油田的一個(gè)具有很大競(jìng)爭(zhēng)力的形式。這種結(jié)構(gòu)的外形減小了垂向波浪力的影響，因而也減小了系泊系統(tǒng)的受力變化，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成足以承受油田開(kāi)發(fā)各個(gè)階段的載重量，不論在拖航條件，還是在垂直系泊時(shí)都能保持穩(wěn)定。 TLP 8）單柱式平臺(tái) 單柱式平臺(tái)又稱(chēng)為spar平臺(tái)，spar平臺(tái)的理念源自于浮標(biāo)，由上部組塊、筒式浮體、系泊纜、立管系統(tǒng)和樁基礎(chǔ)。筒式浮體的作用是保持足夠的浮力能支撐上部組塊、系泊纜和立管的重量，并通過(guò)底部壓載使浮心高于重心，形成不倒翁的浮體性能。系泊纜一般是錨鏈+鋼纜+錨鏈構(gòu)成，其作用是把浮式平臺(tái)錨泊在海底的樁基礎(chǔ)上，使平臺(tái)在環(huán)境作用下的運(yùn)動(dòng)在允許的范圍內(nèi)。 Spar

44、平臺(tái)結(jié)構(gòu)的主體部分是浮筒，主體是單圓柱結(jié)構(gòu)，垂直懸浮于水中，特別適宜于深水作業(yè)，在深水環(huán)境中運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、安全性良好。主體可分為幾個(gè)部分，有的部分為全封閉式結(jié)構(gòu)，有的部分為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，但各部分的橫截面都具有相同的直徑。由于主體吃水很深，平臺(tái)的垂蕩和縱蕩運(yùn)動(dòng)幅度很小，使得SPAR平臺(tái)能夠安裝剛性的垂直立管系統(tǒng)，承擔(dān)鉆探、生產(chǎn)和油氣輸出工作。 Spar 9）鉆井船 把鉆井設(shè)備安裝在船體上，靠錨系或動(dòng)力定位，在漂浮的狀態(tài)下鉆井。一般都有自航能力，可在幾百米或上千米水深的海域工作，但對(duì)風(fēng)浪極為敏感，當(dāng)風(fēng)力超過(guò)7~8級(jí)，波高超過(guò)3~4米時(shí)就要停止作業(yè)。 鉆井船 10）FPSO FPSO是

45、把生產(chǎn)分離設(shè)備、注水（氣）設(shè)備、公用設(shè)備以及生活設(shè)施等安裝在一艘具有儲(chǔ)油和卸油功能的油輪上，油氣通過(guò)海底管線輸?shù)絾吸c(diǎn)后，經(jīng)單點(diǎn)上的油氣通道通過(guò)軟管輸?shù)接洼咶PSO上，F(xiàn)PSO上的油氣處理設(shè)備將油氣水進(jìn)行分離處理，分理處的合格原油儲(chǔ)存在FPSO上的油艙內(nèi)，計(jì)量標(biāo)定后用穿梭油輪運(yùn)走。 FPSO 11）海底采油樹(shù) SS 2.4 海上鉆井裝置的選擇 1）海上鉆井裝置的選擇依據(jù) 海上鉆井平臺(tái)的選擇是一個(gè)涉及面很廣的問(wèn)題，需要綜合考慮各種因素。 ① 鉆井類(lèi)型。是鉆勘探井還是生產(chǎn)井、是直井還是叢式井以及完井方式等。 ② 作業(yè)海區(qū)的海洋環(huán)境條件。包括水深、風(fēng)、波、潮流等海況，海底地質(zhì)條

46、件及離岸距離等。 ③ 經(jīng)濟(jì)因素。主要是各種裝置的建造成本、租金及操作費(fèi)用。 ④ 可供選擇的鉆井平臺(tái)及其技術(shù)性能、使用條件。 2）海上鉆井裝置優(yōu)選的一般結(jié)果 根據(jù)作業(yè)海域水深、海床地質(zhì)情況及鉆井目標(biāo)，綜合考慮上述各種情況，可對(duì)鉆井裝置作出最優(yōu)的選擇。 ① 在淺水區(qū)，當(dāng)油田已探明或已進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段，宜選用固定式鉆井平臺(tái)。 ② 水深在20~30m以內(nèi)，風(fēng)浪不大，海底平坦柔軟且無(wú)沖刷海流，可選用坐底式鉆井平臺(tái)。 ③ 水深在20~30m以內(nèi)，浪高大于3m的海況僅占1年的1/10以下時(shí)：對(duì)勘探井，宜選用自升式平臺(tái)加輔助船或自給式的自升式平臺(tái)；對(duì)生產(chǎn)井，可選用固定式平臺(tái)（鉆完井后改為采油平臺(tái)）加

47、輔助船，或選用帶輔助船的自升式平臺(tái)或完全自給式的自升式平臺(tái)。 ④ 水深在30~60m（或更深一些），風(fēng)浪較大時(shí)：對(duì)勘探井，選用自給式自升式鉆井平臺(tái)；對(duì)生產(chǎn)井，選用固定式鉆井平臺(tái)（鉆完井后改為采油平臺(tái)）加輔助船，或自升式平臺(tái)（先期在導(dǎo)管架上鉆井，鉆完井后改為采油平臺(tái)）。 ⑤ 水深超過(guò)60m，一般可選用半潛式平臺(tái)或浮式鉆井船，用來(lái)鉆探井或預(yù)鉆生產(chǎn)井組。浮式鉆井船適用于水深可達(dá)600m。 ⑥ 海上特殊作業(yè)，如安裝平臺(tái)、吊裝重型設(shè)備等，宜選用自升式鉆井平臺(tái)或半潛式鉆井平臺(tái)作為支持平臺(tái)。 ⑦ 鋼筋混凝土鉆井平臺(tái)的強(qiáng)度較低，不適宜用來(lái)進(jìn)行鉆井作業(yè)。 需要說(shuō)明的是除了采用以上選用方法之外，還可以根

48、據(jù) 實(shí)際裝備條件、技術(shù)水平、作業(yè)費(fèi)用等靈活選用合適的鉆井平臺(tái)及鉆井機(jī)具。 第三章 海洋油氣鉆井井口裝置 3.1 海上鉆井井口裝置的使用背景及特點(diǎn) 海上鉆井井口裝置具有補(bǔ)償浮動(dòng)鉆井平臺(tái)隨海水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)（升沉、平移和搖擺）。井口裝置中的伸縮部件補(bǔ)償平臺(tái)的升沉運(yùn)動(dòng)，彎曲部件（撓性接頭或球接頭）補(bǔ)償平臺(tái)的平移和搖擺運(yùn)動(dòng)。 海上鉆井井口裝置具有以下特點(diǎn)： ① 伸縮部件和彎曲部件存在密封問(wèn)題，只能承受低壓； ② 防噴器系統(tǒng)必須放置在這些部件的下面，因?yàn)榉绹娖麝P(guān)閉時(shí)防噴器以下將是高壓。 海上鉆井井口裝置的主要功用： ① 安裝防噴器，控制井口，實(shí)現(xiàn)防噴、放噴和壓井

49、； ② 將平臺(tái)井口和海底井口連接起來(lái)，引導(dǎo)鉆具進(jìn)入井眼，并隔絕海水，在鉆柱外形成環(huán)形空間，以便在鉆進(jìn)時(shí)循環(huán)鉆井液。 海上鉆井井口裝置與陸上井口裝置的區(qū)別： ① 水上井口裝置有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的隔水管，穿過(guò)整個(gè)海水層； ② 水上井口裝置的隔水導(dǎo)管上有一個(gè)泥線支撐器（懸掛器），而陸上沒(méi)有。 泥線支撐器（應(yīng)用于固定平臺(tái)鉆井）的作用：將各層套管的重量懸掛在泥線處，這樣可以大大減輕固定平臺(tái)的承重，每層套管下入時(shí)，利用套管掛懸掛在上一層套管的座環(huán)上，泥線支撐器以上的套管延長(zhǎng)到平臺(tái)上。泥線懸掛器（應(yīng)用于移動(dòng)平臺(tái)鉆井）的作用：泥線懸掛器的作用也是懸掛各層套管柱的重量，每層套管下入時(shí)，利用套管掛懸掛在上一層套

50、管的座環(huán)上，懸掛器以上，是通過(guò)一個(gè)下入工具與鉆柱連接，鉆柱延長(zhǎng)到平臺(tái)上，在注水泥固井之后，將鉆柱倒開(kāi)并起出來(lái)，這樣在泥線懸掛器之上是沒(méi)有套管的，鉆完井后，平臺(tái)可以移走，泥線以上的海水中沒(méi)有套管。泥線支撐器與泥線懸掛器區(qū)別：泥線支撐器用于固定式鉆井平臺(tái)，泥線懸掛器用于移動(dòng)式鉆井平臺(tái)；泥線支撐器的內(nèi)層套管懸掛于外層套管的座環(huán)上，兩層套管之間的密封在平臺(tái)上套管頭處，而泥線懸掛器的套管掛之間不僅存在懸掛關(guān)系，而且兩層套管之間的密封在懸掛器處。 海上鉆井井口裝置示意圖 3.2 井口裝置的系統(tǒng)組成 水下井口裝置通常是在地面上預(yù)制成三大組合：導(dǎo)引系統(tǒng)，防噴器系統(tǒng)和隔水管系統(tǒng)。在海上作業(yè)時(shí)，用快速連

51、接器將兩個(gè)組合連接起來(lái)。水下安裝要有一套遠(yuǎn)程遙控操作系統(tǒng)。必要時(shí)還要有潛水作業(yè)裝置或水下機(jī)器人操作。 鉆井井口裝置示意圖 3.2.1 導(dǎo)引系統(tǒng) 導(dǎo)引系統(tǒng)包括：井口盤(pán)、導(dǎo)引架、導(dǎo)引繩及其張緊裝置。導(dǎo)引系統(tǒng)是整個(gè)水下井口裝置的基礎(chǔ)。 井口盤(pán)是第一個(gè)被安放在海底的圓餅形部件。中心開(kāi)孔，孔內(nèi)有與送入鉆具配合的“J”槽。用于確定井位，并固定水下井口。井口盤(pán)上一般有兩條臨時(shí)導(dǎo)引繩。在平臺(tái)上，將井口盤(pán)與其送入工具連接，送入工具上接鉆柱，不斷接長(zhǎng)鉆柱就可將井口盤(pán)下放到海底，倒轉(zhuǎn)鉆柱可退出送入工具，并起出鉆柱。井口盤(pán)依靠巨大的重量固定在海底，這就確定了海底井口的位置。 導(dǎo)引架結(jié)構(gòu)有四個(gè)導(dǎo)引柱，每根

52、柱上有一根永久導(dǎo)引繩。有的導(dǎo)引架上還固定有水下攝影或水下電視系統(tǒng)。導(dǎo)引架固定在導(dǎo)管上，并隨導(dǎo)管一起下入。下入時(shí)，依靠井口盤(pán)上的臨時(shí)導(dǎo)引繩，準(zhǔn)確進(jìn)入井口盤(pán)的內(nèi)孔，并將導(dǎo)引架坐在井口盤(pán)上。然后將井口盤(pán)上臨時(shí)導(dǎo)引繩割斷。井口盤(pán)和導(dǎo)引架固定后就成為一口井永久組成部分。 永久導(dǎo)引繩的一端固定在導(dǎo)引柱上，另一端固定在平臺(tái)上。由于平臺(tái)隨海水運(yùn)動(dòng)有上下升沉運(yùn)動(dòng)，所以導(dǎo)引繩將忽緊忽松。松弛時(shí)顯然起不到導(dǎo)引作用，張力太大，又有可能將張緊繩拉斷。所以需要有恒張力裝置來(lái)張緊導(dǎo)引繩。導(dǎo)引繩也是利用氣液彈簧原理提供恒張力的。導(dǎo)引繩通過(guò)復(fù)滑輪系統(tǒng)縮短氣液彈簧的液缸活塞行程。 3.2.2 防噴器系統(tǒng) 防噴器系統(tǒng)是水下井

53、口裝置的核心部分，主要包括：萬(wàn)能防噴器、剪切閘板防噴器、半封閘板防噴器、全封閘板防噴器、四通及壓井防噴管線、防噴器控制操作系統(tǒng)等。 防噴器系統(tǒng) 雙聯(lián)半封防噴器 液壓連接器 液壓連接器 全封防噴器 剪切全封防噴器 萬(wàn)能防噴器 防噴器系統(tǒng)各部分組件 防噴器組一般采用3~5個(gè)防噴器，通過(guò)連接器與套管連在一起。整個(gè)防噴器組外面有框架，框架的套管套在導(dǎo)向繩上。 ① 最頂部是兩個(gè)萬(wàn)能防噴器（也稱(chēng)為多效能防噴器，或球形防噴器）。優(yōu)點(diǎn)：萬(wàn)能防噴器可以抱緊任何尺寸的鉆柱，可抱緊鉆鋌，鉆桿本體或接頭，套管，電纜，鋼絲繩，甚至可以全封。缺點(diǎn)：萬(wàn)能防噴器承受壓力的能力有限，不能承受很高的壓

54、力。所以，萬(wàn)能防噴器僅僅在閘板防噴器不能起作用的時(shí)候使用。 ② 半封閘板防噴器是防噴器的主要部分。在出現(xiàn)井噴溢流時(shí)，它可以抱緊鉆桿本體，封閉鉆桿外環(huán)形空間。通過(guò)上下兩個(gè)半封閘板防噴器的配合，可以在井噴溢流情況下，強(qiáng)行起鉆。 ③ 全封閘板防噴器，是當(dāng)井內(nèi)沒(méi)有鉆柱并需要關(guān)井時(shí)使用。 ④ 剪切閘板防噴器的使用環(huán)境：在井內(nèi)有鉆柱，遇到臺(tái)風(fēng)或其他緊急情況，需要立即撤離平臺(tái)，又來(lái)不及起鉆，這時(shí)使用剪切閘板迅速將井內(nèi)鉆柱剪斷，平臺(tái)即可撤離；發(fā)生井噴事故，井噴流體從鉆柱內(nèi)孔噴出，此時(shí)為了緊急控制，使用剪切閘板迅速將鉆桿擠扁，封住內(nèi)孔，制止井噴。 ⑤ 壓井和放噴管線，自四通接出，一直延伸到平臺(tái)上。壓井放

55、噴管線應(yīng)該具有補(bǔ)償平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的功能，所以要有伸縮管或高壓軟管部分。 ⑥ 防噴器系統(tǒng)的控制操作通常是用電力、氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)組成。液壓管線匯集起來(lái)形成“管束”，捆綁在防噴器框架上，引向平臺(tái)的軟管絞車(chē)上。液壓能量由平臺(tái)上的儲(chǔ)能器提供。平臺(tái)上的控制部分，一般有電動(dòng)和氣動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)控制簡(jiǎn)單、迅速，所以一般情況下盡可能使用電動(dòng)控制。在發(fā)生井噴的情況下，不允許使用電的時(shí)候，就要使用氣動(dòng)控制系統(tǒng)。 為起下方便，在地面上將防噴器系統(tǒng)的各部分組合成一個(gè)整體。防噴器框架有四個(gè)導(dǎo)向筒，四根永久導(dǎo)向繩分別穿入其中，引導(dǎo)防噴器系統(tǒng)準(zhǔn)確地下放并與導(dǎo)引系統(tǒng)上快速連接器連接。 3.2.3 隔水管系統(tǒng) 隔水管系統(tǒng)處在防

56、噴器系統(tǒng)的上面。隔水管系統(tǒng)的主要作用：引導(dǎo)鉆具入井，隔絕海水，形成泥漿循環(huán)的回路；隔水管系統(tǒng)還要承受浮動(dòng)平臺(tái)的升沉和平移運(yùn)動(dòng)。隔水管系統(tǒng)包括：伸縮隔水管，隔水管，彎曲接頭，張緊裝置等。 1）伸縮隔水管 處在井口裝置的最頂端，由內(nèi)管和外管組成。內(nèi)管可在外管內(nèi)軸向滑動(dòng)，從而補(bǔ)償鉆井平臺(tái)的升沉運(yùn)動(dòng)。一般長(zhǎng)約 15 ~ 16m 。伸縮行程10m 。根據(jù)我國(guó)沿海的潮差及波高情況，行程以長(zhǎng) 14m 為宜。 2）隔水管 隔水管系統(tǒng)的主體，使用16-24英寸直徑的鋼管做成，單根長(zhǎng)度一般為15-16米，兩端有公母接頭。單根之間依靠公母接頭配合連接，連接時(shí)只要將母接頭套入公接頭并下壓，公接頭上的鋼圈即可

57、進(jìn)入母接頭的槽內(nèi)并互相鎖緊。 隔水管的長(zhǎng)度取決于海水的深度。顯然在海水很深的情況下，隔水管系統(tǒng)的重量將很大。在自重作用下，隔水管可能被壓彎；另外，隔水管在海水中受到海水運(yùn)動(dòng)的作用，要承受很大的橫向力，也會(huì)使隔水管彎曲。所以隔水管系統(tǒng)需要張緊。隔水管系統(tǒng)的張緊裝置，原理上與導(dǎo)引繩的張緊相同，但需要的張緊力更大。海水越深，隔水管越重，則需要的張緊力越大。此張緊力最終要施加到浮動(dòng)鉆井平臺(tái)上，增大平臺(tái)的吃水量。為了減小張緊力，可在隔水管管外面貼上一層厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系以鋁制浮筒（筒內(nèi)充以高壓氣體），以便增大在海水中的浮力，減輕隔水管系統(tǒng)的重量。 3）彎曲接頭 彎曲接頭處在隔水管系統(tǒng)的最

58、下端。彎曲接頭的作用，補(bǔ)償鉆井平臺(tái)的平移和搖擺運(yùn)動(dòng)。目前使用的彎曲接頭以球形撓性接頭為主，此接頭裝在隔水管柱的下部，允許彎成一定角度，以使隔水管適應(yīng)浮動(dòng)鉆井平臺(tái)或船的搖擺、平移等運(yùn)動(dòng)。目前常用的有以下幾種結(jié)構(gòu)形式： ① 壓力平衡式球形撓性接頭 通過(guò)球的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)適應(yīng)浮船的轉(zhuǎn)動(dòng)。一般允許轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是10度，許用載荷是 370t ，可與直徑 406.4 ~ 609.6mm 直徑的隔水管配合使用。壓力平衡式就是用海水壓力或泥漿壓力來(lái)平衡球接觸面處所承受的向下壓力或向上拉力。海水或泥漿進(jìn)人液缸推動(dòng)活塞、加壓油液，送入球接觸面處，既可實(shí)現(xiàn)平衡，還可進(jìn)行潤(rùn)滑。 ② 多球式撓性接頭 也是采用壓力平衡原

59、理．只是將單球改成三個(gè)球。整個(gè)接頭分成三段，每段一個(gè)球，允許轉(zhuǎn)動(dòng)角度為3度，相對(duì)于鉆桿的曲率半徑約11m 。由于采用多球，大大降低了每個(gè)球體的磨損。 ③ 萬(wàn)能撓性接頭 上下各有一個(gè)軸承及轉(zhuǎn)環(huán) 。隔水管柱的拉力通過(guò)上轉(zhuǎn)環(huán)，由上軸承承受，壓力由下軸承承受，中間為球體。泥漿壓力通過(guò)球體可部分導(dǎo)給轉(zhuǎn)環(huán)。球體本身不承受軸向載荷，只起封嚴(yán)泥漿作用。此種撓性接頭許用載荷可達(dá)560t。專(zhuān)門(mén)用于工作水深達(dá) 1800m 的深水中，允許轉(zhuǎn)動(dòng)角度10度 。 4）快速連接器與張緊器 快速連接器是連接水下井口裝置各大系統(tǒng)之間的重要工具。由于這種連接是在水下，距離遙遠(yuǎn)，所以要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速，連接可靠。如圖所示

60、為液壓卡塊式連接器，由卡塊、卡爪及液壓缸、活塞等組成。卡塊與液缸活塞連為一起，活塞上下運(yùn)動(dòng)則卡塊也上下運(yùn)動(dòng)?？▔K向下則推動(dòng)卡爪抱緊下連接件。 一般均用液壓張緊器，裝在鉆臺(tái)腿上。有導(dǎo)向繩張緊器及隔水管張緊器兩種，分別用以張緊導(dǎo)向繩及隔水管。利用高壓氣液儲(chǔ)能器的液壓推動(dòng)活塞，隨平臺(tái)的升沉而放長(zhǎng)或收短鋼絲繩，以保持導(dǎo)向繩及隔水管的張力恒定。以下二圖分別為導(dǎo)向繩張緊器及隔水管張緊器的布置圖。 3.3 海上鉆井平臺(tái)定位及升沉補(bǔ)償裝置 3.3.1 海上鉆井平臺(tái)定位 ① “定位”的含義。 主要包括：浮動(dòng)平臺(tái)航行定位、浮動(dòng)平臺(tái)鉆井定位、浮動(dòng)平臺(tái)漂移定位。前兩種是導(dǎo)航定位，后一種是防止平臺(tái)漂移采取的方

61、法是錨泊定位或自動(dòng)動(dòng)力定位。 ② 漂移率：是指平臺(tái)橫向漂移量A與平臺(tái)所在位置的水深h的比值，以ε表示。即ε=A/h。 ③ 對(duì)平臺(tái)定位的要求。 在工作期間，必須做到ε<5％，最好做到ε<3%；在停止鉆井作業(yè)或準(zhǔn)備工作期間，應(yīng)做到ε≤10％；當(dāng)ε>10%時(shí)，鉆井平臺(tái)必須與隔水管、井口裝置脫開(kāi)，處在撤離狀態(tài)。 ④ 浮動(dòng)平臺(tái)的定位方法。 浮動(dòng)平臺(tái)定位的方法有兩種：錨泊定位，自動(dòng)動(dòng)力定位。 ⑤ 錨泊定位系統(tǒng)。 海上鉆井平臺(tái)必須采用多根錨纜不同方向擴(kuò)展進(jìn)行系泊，這種系泊方法稱(chēng)作擴(kuò)展錨系。常見(jiàn)的擴(kuò)展錨系型式：八點(diǎn)錨系、九點(diǎn)錨系、十點(diǎn)錨系。錨系型式選擇：根據(jù)風(fēng)浪荷載的方向、大小及出現(xiàn)的頻率和平臺(tái)

62、形狀。 所有錨系錨纜分布相對(duì)于平臺(tái)縱軸是對(duì)稱(chēng)的。平臺(tái)對(duì)來(lái)自船頭方向的風(fēng)浪抵抗能力較強(qiáng)。對(duì)來(lái)自兩側(cè)方向的風(fēng)浪的抵抗能力較弱，而且平臺(tái)兩側(cè)的擋風(fēng)面積也較大，所以兩側(cè)要布置較大的錨系拉力。 還有一種擴(kuò)展錨系，用錨纜作錨索，所有錨纜都集中纏繞在井口的專(zhuān)用轉(zhuǎn)盤(pán)上，稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)錨系。鉆井平臺(tái)可以旋轉(zhuǎn)而不影響錨索。這樣鉆井平臺(tái)就可以隨時(shí)旋轉(zhuǎn)到使船頭始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向或有利的海況方向。 ⑥ 動(dòng)力定位系統(tǒng) 動(dòng)力定位系統(tǒng)是依靠平臺(tái)上的動(dòng)力系統(tǒng)抵抗外力的影響，自動(dòng)地保持平臺(tái)在海上的位置。初期動(dòng)力定位做法是人工觀察或雷達(dá)監(jiān)測(cè)平臺(tái)位移，人工手動(dòng)操作推進(jìn)器?，F(xiàn)已發(fā)展為從測(cè)量位移到操作推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化?，F(xiàn)在動(dòng)力

63、定位系統(tǒng)不僅用在鉆井平臺(tái)定位，而且用到其它海上作業(yè)船的定位。 動(dòng)力定位系統(tǒng)由三部分組成：位置測(cè)量系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，推進(jìn)器系統(tǒng)。位置測(cè)量系統(tǒng)的作用，是測(cè)量平臺(tái)相對(duì)于海底井口的位置變化；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量的位置變化，計(jì)算并確定推進(jìn)器的工作方案，并發(fā)出控制指令；推進(jìn)器系統(tǒng)的任務(wù)是依照計(jì)算機(jī)的指令推動(dòng)平臺(tái)回到原始位置。 3.3.2 海上鉆井鉆柱升沉運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償措施 1）增加伸縮鉆桿 這種辦法是在鉆柱的鉆鋌上方加一根可伸縮的鉆桿。伸縮鉆桿由內(nèi)、外管組成，沿軸向可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，行程一般為 2m 。當(dāng)平臺(tái)上下升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，伸縮鉆桿的內(nèi)管隨伸縮鉆桿以上的鉆柱作軸向運(yùn)動(dòng)，而與伸縮鉆桿外管相連的鉆艇則基本

64、不作升沉運(yùn)動(dòng)。因而可保持鉆壓恒定，同時(shí)還可避免平臺(tái)上升時(shí)提起鉆艇，平臺(tái)下沉?xí)r壓彎鉆柱。 伸縮鉆桿存在的問(wèn)題： ① 鉆壓不能調(diào)節(jié)。增加伸縮鉆桿后，鉆壓大小取決于伸縮鉆桿以下的鉆鋌部分重量。因而不能隨巖層的變化調(diào)節(jié)鉆壓。 ② 承載條件惡劣。伸縮鉆桿既承受泥漿的高壓，傳遞鉆柱的扭矩；又承受因內(nèi)外管周期性軸向運(yùn)動(dòng)所引起的交變載荷，承載條件十分惡劣。 ③ 不利于特殊作業(yè)。當(dāng)不壓井鉆井時(shí)關(guān)防噴器后，由于伸縮鉆桿以上的鉆柱隨船體升沉做周期性上下運(yùn)動(dòng)，使防噴器的芯子反復(fù)摩擦，對(duì)于作業(yè)不利。 2）增設(shè)升沉補(bǔ)償裝置 升沉補(bǔ)償裝置一般采用液壓傳動(dòng)。如在游動(dòng)滑車(chē)與大鉤間裝設(shè)雙液缸，缸體與游動(dòng)滑車(chē)相連。

65、當(dāng)平臺(tái)升沉?xí)r，游動(dòng)滑車(chē)帶動(dòng)液缸的缸體作周期性上下運(yùn)動(dòng)；而活塞與大鉤則基本保持不動(dòng)。這時(shí)、整個(gè)鉆柱的重量由活塞下面的液壓所支承。液體壓力可保持恒定，也可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，以控制鉆柱的拉力，隨時(shí)調(diào)節(jié)井底鉆壓。 3.3.3 升沉補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)類(lèi)型與工作原理 1）游動(dòng)滑車(chē)與大鉤間裝設(shè)的升沉補(bǔ)償裝置 結(jié)構(gòu) ① 液缸。兩個(gè)液缸用上框架與游動(dòng)滑車(chē)相連，隨平臺(tái)升沉而上下運(yùn)動(dòng)。 ② 活塞。兩個(gè)液缸中的活塞通過(guò)活塞桿與固定在大鉤上的下框架連接，大鉤載荷由 活塞下面的液壓所支承。 ③ 儲(chǔ)能器。儲(chǔ)能器與液缸相通。儲(chǔ)能器中有活塞，其下端的液體通過(guò)軟管與液缸相通；其上端的氣體通過(guò)管線與儲(chǔ)氣罐相通。這樣，液缸中

66、液體壓力由儲(chǔ)能器中氣體壓力所決定。調(diào)節(jié)氣體壓力即可以改變液體壓力。 ④ 鎖緊裝置。用以將上下兩個(gè)框架鎖緊成一體，從而使游動(dòng)滑車(chē)與大鉤連接在一起，進(jìn)行起下鉆工作。 工作原理 正常鉆井時(shí)：大鉤懸掛的鉆柱總重量Q，井底鉆壓W和補(bǔ)償裝置的液缸中的液壓PL間的平衡關(guān)系式如下 將 Q ＝q L 代入上式，則可得 式中，q為每米鉆柱的重量， N / m ；L為鉆柱的全長(zhǎng)， m ；Ap為補(bǔ)償裝置的液缸中的活塞面積，m2 。 上式說(shuō)明： ① 為了保持鉆壓，只要保持液缸中的液體壓力 PL為一定位值即可；而為了調(diào)節(jié)鉆壓，只要調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器中進(jìn)氣壓力即可。 ② 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送進(jìn)，只要調(diào)節(jié)液缸中液體壓力 PL，使2PLAp 略小于整個(gè)鉆柱的懸重，并使液缸中活塞行程大于升沉位移即可。 2）天車(chē)上裝設(shè)的升沉補(bǔ)償裝置 結(jié)構(gòu) ① 浮動(dòng)天車(chē) ② 主氣缸，它是支持浮動(dòng)天車(chē)用的，相當(dāng)于大型彈簧，共四個(gè)。 ③ 液缸，共兩個(gè)。 ④ 儲(chǔ)能器，它安裝在井架上，有管路與四個(gè)主氣缸相通，用以調(diào)節(jié)主氣缸中的氣體壓力。 工作原理 ① 補(bǔ)償升沉由浮動(dòng)天車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。當(dāng)浮動(dòng)平臺(tái)上升或下降時(shí)井架沿軌道