1、石油工程九四级选修课程 海洋采油工程主讲：西南石油学院采油教研室 胡永全 副教授联 系 电 话：（0817）-2224433-2808,海洋采油工程海洋采油工程是石油工程专业高年级学生的选修课，以拓宽学生的知识面。要求学生了解海洋石油的基本特点，基本概况和与陆上石油的根本差别。了解海洋石油生产的基本设施的基本工作原理，为学生毕业后从事海洋石油工程奠定一定的基础。主要内容包括海洋石油生产的基本设施，完井系统，采油控制系统和边际油田开发四大部分。,海洋采油工程绪言 第一章 海洋石油生产设施第一节 生产支承结构第二节 立管第三节 原油储存系统第四节 输油设施 第二章 完井系统第一节 平台完井第二节
2、过腿柱完井第三节 张力腿平台完井,第四节 多井水下完井第五节 水下卫星井完井系统 第三章 采油控制系统第一节 采油控制系统第二节 水下采油控制系统 第四章 边际油田开发第一节 边际油田支承结构设计准则第二节 早期生产系统第三节 深水开发第四节 生产延伸测试,绪言 0.1 我国石油工业现状 1978年起产量超亿吨，居世界第五； 发展不平衡，总体水平落后； 劳动生产率低； 1997年原油产量达1.5亿吨，约占世界5%； 1997年气产量达200亿方，约占世界1%； 能主要油田：大庆(5600万)，胜利(3300 万)，辽河(1500万)，新疆（800万）,0.2 我国海洋石油工业现状 起步阶段（6
3、5年70年代末） 独立自主，自力更生； 发展阶段（78年 至今）对外合作与自主经营相结合渤海海域：多为断块小型油气藏；黄海海域：未列入重点寻找油气区域；东海海域：前景评价极高，未开发；南海海域：东部石油公司，西部石油公司珠江口盆地：北部湾：莺歌海曾母暗沙：南沙群岛： 产量超过1600万吨,0.3 海洋石油特点 1.3.1 周期长（勘探-发现-开发，3-5年）(1) 一般开发程序 盆地评价：寻找可能的出油气构造 钻探井：查明油气存在状况； 钻生产井和进行油气集输油藏工程：油气分布与开发方案采油工程：采出油气地面工程：保证油气正常生产,(2) 油气开发规划勘探钻井（含评价井）油气开采可行性研究勘探
4、工作 评价 设备设计研究阶段 技术可行性经济可行性基本设计与预算详细设计开发工作 设备制造与采购设备安装试运行与投产 (3) 整体开发代替滚动开发,0.3.2 设备先进，技术可靠 0.3.3 知识、资金和技术三密集 知识密集：集天文、地理、数学、力学、机械、电子、通讯电脑于一体；还没有石油工业用不到大学科； 资金密集：北部湾水深40米,3000米井综合钻井成本1600-2100$/米莺歌海水深100米，5000米井综合钻井成本2400$/米三维地震：1200$/1km 技术密集：体现于设备与操作管理,0.4 我国石油工业发展战略 发展战略：稳定东部发展西部开发海洋 发展方针：油气并举,0.5
5、石油工业技术进步的特点 投资效果在很大程度取决于自然条件油田位置与产能埋藏深度与埋藏条件油藏规模与油气质量注意：自然条件的影响客观存在；相同条件下科技进步的效益更明显 新技术效果与探明油气储量利用水平关系极大 油气天各种自然因素随时间变化；自喷人工举升EOR/IOR/AORMOR； 技术经济指标具有概率性质 简单再生产投资比例越来越高。,油田最佳采油动态曲线 高峰采油动态曲线初期产量迅速增长，但递减快；后期开采困难，采收率低；短期需投入大量资金与劳动力；石油工业及相邻领域生产不稳定 平稳采油动态曲线可减少初期投资投资利用水平高可以较高速度开发剩余储量,主要参考文献 1.比利时 D.A Fee:
6、 Technology for Developing Marginal Offshore Olfield, 1986 2. 美国 R.S Hall: Drilling and Production Offshore, 1983 3. 美国 海洋钻井与采油 4. 陈宽主编： 近海工程导论 OTC会议论文,第一章 海洋石油生产设施 生产支承结构 立管 水下设备 原油储存 外输设施,基本要求,?- 其大小必须满足预计作业 - 能支撑各种工况下的设备负荷 - 建造方法切实可行 -费用合理,考虑因素 水深：波浪作用、疲劳损伤、建造安装； 气候：常以百年一遇的最坏情况考虑； 海床：坚硬性、平整性和稳定性；
7、 安装与制造 经济效益,第一节 生产支承结构 (1) 自升式支承结构 平台可租用，日租金很具竞争性； 拆迁清理费用低，可恢复为钻井平台； 井和立管有传统型式； 工作水深与上部设施重量受限； 无储油能力； 疲劳问题使使用期短。,(2)半潜式支承结构 运动小，可用于恶劣环境； 对刚性和柔性立管适应性好； 拆迁清理费用低，可恢复为钻井平台； 工作水深70-100米，井数4-10口； 排水量与稳定性对重量敏感，承载受限； 储油能力有限； 需海底管线或单点系泊系统。,(3) 油轮型支承结构,油轮型支承结构的特点 储油能力强、载重大； 生产油轮给穿梭油轮装油容易； 能在百年一遇的恶劣情况不间断生产； 工作
8、水深50-150米； 系泊系统必须和立管系统结合在一起； 系泊油轮要经受大的运动。,(4) 驳船式支承结构 甲板与载重能力大，足以安装处理设备； 有储油能力； 易改装、价格便宜； 工作水深30-150米，井数8 要求较好的环境条件； 无钻井/修井能力； 需系泊系统。,(5) 张力腿平台支承结构,张力腿平台支承结构的特点 不产生垂直运动，水平运动小； 深水域更经济（一般大于150米）； 有效承载大，有修井能力； 上层建筑与上部结构可在船厂制造,(6) 牵索塔（绷绳塔）支承结构,牵索塔（绷绳塔）支承结构特点 比传统平台更便宜； 易于制造； 技术上未得到足够证实； 有效在载荷受限； 无储油能力。,各
9、种生产支承结构的性能,选择边际油田生产支承结构类型的影响因素,7. 其它设施 - 计量站（分离器，脱水器，计量装置） - 集油站（分析，计量，泵送，控制） - 储油基地 - 装油平台 - 生活平台 - 烽火平台 - 注气（水）站,海洋集油和储油设施,第二节 立管将水下终端与水面或水面以上设备连接起 来的一根（组）管子，与管内流体流向无关。 钻井/修井立管； 绳索立管； 生产立管； 产品外输/销售立管,立管,(1) 生产立管 包括与流体从海底流到生产设备有关的所有部件。 立管下端的连接组件； 立管上端的流体排出口；张紧装置； 立管连接组件试验墩、立管试验设备等 (2) 立管束全部管子、受力构件、
10、浮力圈、导向喇叭口、 单根管线张紧器、铰接接头、伸缩接头 整体性立管束； 非整体性立管束； 混合型立管束,(3) 生产立管装置的管线 生产立管 气举立管 环空监测管线 外输立管 维修立管 天然气外输立管 液压控制管线 立管接头 立管试验墩,(4) 柔性立管,柔性立管(-): 组成 柔性立管 快速连接/解脱接头； 弯曲限制器； 锚顶装置； 立管不锈钢包裹物,柔性立管(二）:结构 从内向外: 联锁的螺旋型钢骨架：抗压与防变形； 聚酰胺II型内热塑覆盖层：密封； 联锁的Z型螺旋管：耐压护甲； 双层编织钢丝网：抗轴向应变； 聚酰胺II型外热塑覆盖层：密封。,柔性立管(三):应用特点 投资少于刚性立管；
11、 恶劣天气无需回收立管； 无需水下接头或重返进入； 易迅速安装； 易扩充系统能力； 对浮式结构设计影响小； 抗腐蚀性好。,1. 立管设计准则 生产流束的数目与体积； 水下多支管汇集水平； 油田二次采油的要求； 生产支承结构的钻井/修井能力； 抗风暴能力（对环境的适应性）； 外输/销售要求； 安装、保养和维护要求,2. 工作的立管装置 2.1北海Buchan油田 作业者：BP石油开发有限公司 投产：1974年8月发现，81年5月投产 水深：118米 油层深度：29003200米 井数：5口底盘井和2口卫星井 产出液流从水下管汇输到半潜式平台，经处理后的油再输回水下管汇，通过油轮外运。 立管系统：
12、刚性非整体型，另有气举管线,图1-5 Buchan油田立管装置,2.2 巴西近海Enchova油田,3. 其他立管设计 3.1 带状立管,3.2 与水下塔连接的悬链线柔性立管,4. 各种立管的比较与评价 1-与但锚腿系泊结合(SALM)的立管 2-刚性整体型立管 3-刚性非整体型立管 4-刚性单管柱立管 5-刚性带状立管 6-柔性悬链线式单井立管组 7-混输液流柔性悬链线立管 8-Blmoral油田立管 9-mobil公司立管 10-与水下塔结合的柔性悬链线立管,立管性能评价表,立管性能评价表（续）,第三节 原油储存系统 1. 海底贮油罐,第三节 原油储存系统 1. 海底贮油罐 经济性：与离岸
13、距离有关 可能性：外水内油 可靠性：自重座底，消波围壁保护 就位方式：油水置换 建造：,2. 油轮储油系统,3. 驳船储油系统,6. 选用储油系统考虑的因素 风暴出现频率和持续时间； 原油生产能力； 油田与卸油港口的距离； 穿梭油轮航速、数量与载油量； 港口卸油设备效率； 维护与修理时间,第四节 输油设施 1. 海底管线 1.1管线材料与尺寸 小直径管碳素钢 大直径管API 5LX规格X-42，X-46，X-52 焊接CO2或CO2+Ar保护钨极或熔化极电弧焊 尺寸确定：考虑强度与运营费用。,2. 管线重量调节与防腐 必要性：防腐：延长管线服役寿命重量调节：调节均布载荷 方法：调节防腐层厚度
14、海底管线标准剖面 内表面涂层 钢管 外表面 钢筋网 钢筋混凝土套管,1.3 海底管线敷设方法 海底曳引敷设法,?浮下沉敷设法,铺管船敷设法(-) 图1-9 传统铺管船敷设法,1.4 海底管线的防护 图1-11 挖泥法,1.4 海底管线的防护:其它方法 喷射吸泥法 振动法 爆破法,2.1 悬链锚泊腿系统（CALM）, 柔性系统，系泊力最小； 油轮可迅速系泊与解脱； 浮筒可重复使用； 旋转接头安装与浮筒上面； 要求在良好的天气条件下系泊； 漂浮软管易损坏。,2.2 单锚腿系泊系统（SALM),2.2 单锚腿系泊系统（SALM), 适应水深范围大； 对海床的土质条件适应性好； 系统主要部件可重复使用
15、； 系泊力小； 旋转接头布置于水下，需潜水员保养与维修,2.3 单浮筒储油系统(SBS), 采用架或刚臂，以刚性管取代漂浮软管； 取消了首缆 设置人行道，日常维修方便； 刚性连接减小了环境的影响。 2.4 旷海单浮筒系泊系统（ELSMB),2.5 转塔系泊油轮系统?Turrent Moored Tanker,2.6 铰接装油柱 (Articulated Loading Column),第二章 完井系统 第一节 平台完井 陆地完井：导管支承井口、四通、封隔器组件和采油树 浅水完井井下安全阀电泵电缆水面安全阀泥线悬挂设备,采油树 用于采油控制的一组阀门和装置； 总阀：离油管头最近的阀门； 顶阀：采
16、油树最顶部的阀门； 翼阀：采油树侧部的阀门。 整体式采油树Gray工具公司Santa Barbara海峡采油树高0.81米，最大横向空间1.2米,第二节 过腿柱完井,过腿柱完井 在平台腿柱内钻成并完成的井 每井设备所能占用空间大大小于常规平台井 要求各结构组件精确布置 卡箍连接代替法兰连接 完井组件标准化：互换性、可靠性 与常规平台甲板完井程序相同； 复杂的专门下入与连接程序。,第三节 张力腿平台完井 1. 回接系统示意图,漏斗形校直承口 锥形应力节 采油立管整体连 组合张紧器,16 3/4 X 9 5/8回接系统,采油立管张紧,采油井口,采油立管应力节,张力腿平台销售立管,张力腿平台卫星井采
17、油系统,立管基础底盘,下部采油立管组件 带浮力组件的采油立管节,第四节 多井水下完井 可接受一系列卫星井 大多数井可布置在一个固定的海底底盘 主要组件可回收利用； 水深可大于300米； 底盘位置,Petrobras公司水下底盘,三点调平装置； 六个井口导向基座 一个管汇基座 二个控制器基座 四个卫星出油管线基座 二个销售管线连接座,三点调平装置； 六个井口导向基座 一个管汇基座 二个控制器基座 四个卫星出油管线基座 二个销售管线连接座,1 钻井：底盘座于海底并找平，以浮式钻井装置在各井槽钻井。 2. 底盘采油树：与卫星采油树相同。 3. 采油立管系统 底盘采油平台，8“采油组合管线 采油平台S
18、BM，8“出油立管 底盘采油平台，8“环空通道 一口底盘井4“注水管线 另一底盘井4“注水管线,4. 水下管汇 集合7口井产液 9口井环空管线接入公共集油管 底盘井可通过环空出油集油管线和管汇管进行测流,第五节 水下卫星井完井系统 1. 湿式卫星井完井 油管悬挂器系统 完井立管 采油树装置 出油管线连接系统 控制系统 安装和修井系统,1.1 油管悬挂器系统(Enchova油田) 可接受各种油管设计和采油方式 机械或液压座封油管悬挂器 悬挂多油管 井下安全阀,液压座封油管悬挂,1.3 采油树装置 采油树导向架 井口连接器 阀门组 Y型短管 抽吸阀 出油管环路与转换器 采油树管汇 采油树罩装置,采
19、油树导向架,井口连接器? 抽吸阀,采油树管汇,1.4采油树控制系统 水面平台在修井安装中对采油树进行总控制 保持采油过程中的遥控； 卫星采油树 1.5 出油管线连接系统 潜水辅助出油管连接（出油管卫星采油树） 无潜出油管线连接系统,1.6 安装和修井系统,二、干式卫星井完井用一个耐压容器将井的设备包围起来， 并将其装入常压空气室实现。安装多口水下井时，可将各井单独回接 到固定平台或底盘。,三、泥线下完井系统,第三章 采油控制系统 第一节 采油控制系统 1 平台井 2 井下阀 流速阀 水面控制的井下安全阀- 单管控制阀- 双控制阀,3 水面阀 关闭顺序：翼阀 总阀 井下安全阀 关闭原则：翼阀可在
20、不压井情况更换，用于关闭井流；其余阀只有在停止井流下关闭井口阀安全翼阀：气控，0.4-1.0MPa井下安全阀: 液控, 10-70MPa单管控制井下安全阀: 控制压力大于油管压力双控制管阀: 平衡设计,5 相互连接图,6 控制动力供给控制阀组装控制逻辑与安全传感器 7 控制阀与组装 8 遥感器 9 高-低压倒多数传感器 10 探砂器 11 火灾监测 12 紧急关闭线路,第二节 水下采油控制系统 目的: 打开和关闭井口阀和井下安全阀 主要考虑因素 - 井口位置 - 采油平台设备 - 平台到水下井口的连接 - 井口控制设备 - 安装与维护,1 采油控制系统比较 - 井口水深 - 平台控制点到井口的
21、距离 - 控制功能的多少 - 位置要求 - 产量 - 环境因素(风,浪,海流,温度) - 控制系统反应时间 - 安装维护的可行性 - 辅助人员技术水平,2液压控制 2.1直接液压控制系统 平台设备由水下井口的液压动力装置和控制盘组成 控制盘有一个用于井生产操作各井控制功能的手动控制阀 液压动力装置:：压力液储罐，液压泵，储能器，压力调节阀，安全阀， 过滤器 石油基压力液： 注意粘度 高成本，低复杂性 启闭时间取绝于控制管线大小 在水下井口的使用 在水下完井的使用,2.2 引导液压系统 井口控制阀+液压源+控制管 导阀反应时间10-30秒 (长度,直径,液体粘度,控制压力与导阀工作特性),2.3
22、 电液控制 控制功能多（812功能） 控制距离远（大于69KM） 控制盘与水下井口通信 遥控终端装置（调制解调器，多路调制装置，顶置段,控制装置，模拟接收专职,状态输入装置，电源) 调制解调器: 与电匹配,输出来自多路调制器的输入信号,第四章 边际油田开发 商业性构造 非商业性构造 边际性构造 边际油田 边际油田技术特征:低投资:权衡高的生产作业费与低的可靠性开发快:缩短初期出油时间短期使用:保证系统转移后的重复利用革新的资金筹措,?. 边际油田支承结构设计准则(一) 足够大的有效承载能力 环境引起的结构运动小 极限海况下的系泊力与海泊漂移位移 非极限海况下的补救性操作 产品运输/销售的停工率
23、 证书、检验与维修考虑 资金及生产作业费 改/建/装时间,边际油田开发特征 2.1 早期生产 北海Hutton油田1973年发现，1984投产 巴西Garoupa North油田1974年发现，1979投产 巴西Pampo油田1977年发现，1980投产 巴西Badejo,Bicudo当年发现，当年投产 预钻开发的能力 及时获得生产支承结构的可能性,2.2 缩减投资 钻井平台、油轮改建支承结构，节约来源于前期工 程以及购买或租用旧的生产支承结构 边际油田生产系统，节约海上作业（吊装，连接? 费用 2.3 最大的投资回收 首次出油所需时间 租用支承结构和生产设备的可能,2.4 灵活性（一? 浮式系统作用的船型 驳船（Handil,Bekapi等油田） 自升式平台（Ekofidk,Badejo） 半潜式平台（amilton,Enchova） 油轮（Castellon,Nilde）,立管系统 管状立管（Argyll,Buchan） 柔状立管（castellon） 弧形柔性立管（Cadlao） 铰链栓（Garoupa） 系泊方式 悬链线泊 单锚腿泊系泊（SALM） 悬锚腿泊系泊（CALM） 铰链栓系泊 串接式系泊 旁靠式系泊,2.5 被证实的技术 2.6 最小拆迁清理费 2.7 识别油的方法,Thanks for Enjoying It,
