海上钻井平台分类及技术特点

1本章主要内容一、海洋钻井与陆地钻井的异同二、钻井平台及分类三、固定式钻井平台四、移动式钻井平台五、钻井平台的选择六、海洋环境条件对钻井装备的影响勘探投资开发投资勘探开发总投资钻井费用占59.9%钻井费用占48.8%钻井费用占51.5%2010年钻井占勘探开发投资比例一、海洋钻井与陆地钻井的异同钻井是一门工程技术。它是利用现有技术条件，建立一条连接地面及地下油藏的安全的油气流通通道。钻井作为勘探开发过程中的重要环节，其费用占勘探开发投资的50%以上，钻井速度的高低、钻井质量的优劣在很大程度上影响着勘探开发的整体效益。钻井过程中包括的程序陆地、海洋钻井一口井的综合设计井场及设备基础准备复杂情况处理破岩钻进复杂情况处理固井复杂情况处理完井复杂情况处理34陆地钻井海洋钻井5泥浆池泥浆泵顶驱井下钻具钻井绞车转盘一、海洋钻井与陆地钻井的异同ABCDEF各种钻头地层岩石裂缝油层叠加海上多层系油层辐射型多个断层井眼轨迹设计固井与完井工艺陆地钻井一口井的综合设计程序接近，但内容不同井场及设备基础准备本质区别复杂情况处理本质区别破岩钻进复杂情况处理固井复杂情况处理完井复杂情况处理海洋钻井10相同与不同相同接近但不同接近但不同接近但不同相同相同11本章主要内容一、海洋钻井与陆地钻井的异同二、钻井平台及分类三、固定式钻井平台四、移动式钻井平台五、钻井平台的选择六、海洋环境条件对钻井装备的影响12海洋钻井分为：海上钻井、海底钻井和深海科研钻井三类（主要是海上钻井）。海上钻井是在追踪陆地油田在海底延伸的过程中开始的。海上钻井平台：从事海上油气勘探开发的各种海上建筑物的统称，一般是一种高出海面或海底的顶部平坦结构物，是进行近海作业的施工场所，目前使用的平台型式主要取决于平台用途。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。二、钻井平台及分类13海上石油平台14海洋石油平台15海上石油平台16海上石油平台是海上石油开采的主要装置，它的分类方法有很多，其中按照用途大体可以为四类：钻井/勘探平台：主要用于勘探石油资源、钻探石油。采油平台：主要用于石油生产。中心平台：用于石油初步加工和石油输送。储存式平台：主要用于石油采集后海上储存，并且还有预处理功能。以上四种平台又可以细分为很多类，下面我们主要讲述一下海洋钻井平台的分类及其特点。海上石油平台17海洋钻井平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。开发海洋石油，首先从浅水海域开始，然后逐渐向深海发展。海洋钻井平台经历了由浅海到深海、由简单到复杂的发展过程。海洋钻井平台18•按资产拥有方式：油公司模块钻机和承包商专业钻机;油公司模块钻机具有油气处理设施且很少移位，用于开发井和调整井；承包商专业钻机为客户服务，频繁跨海区移位，多用于探井和评价井；海洋钻井平台19•按结构外形：钻井船和半潜式平台钻井船续航能力强、可变载荷大、机动性好，常用于探井；半潜式平台稳性好、易于近距离移位，多用于评价井或调整井；海洋钻井平台20不同立柱支撑的半潜钻井平台21•四个立柱、无侧面斜拉筋船体结构；•双浮体水下结构、DP3定位系统；•双作业钻机配置、38米井架净空高度；•75ft长RISER管、65/8”OD钻杆。海洋钻井平台22海洋石油钻井平台分类23滩海：沿海高与低潮位间的潮差浸带和平均水深小于5m的近海海域；浅水：水深等于5m小于500m的海域；－可采用常规固定的站立式生产平台的海域。深水：水深等于500m至小于1500m的海域；－不能采用常规的固定的站立式生产平台的海域。超深水：指水深等于1500m至小于3000m的海域；－不能用锚泊方式而只能采用DP定位的作业海域。极深水：水深大于3000米的海域；海水钻井深度分类24陆地海洋固定式移动式不同水深的海洋钻井平台25不同水深的海洋钻井平台26本章主要内容一、海洋钻井与陆地钻井的异同二、钻井平台及分类三、固定式钻井平台四、移动式钻井平台五、钻井平台的选择六、海洋环境条件对钻井装备的影响27固定式钻井平台，固定于海底，在整个使用寿命期内位置固定不变，不能再移动。主要用于有工业油流的油田，一般工作水深在20m左右（如渤海早期的埕北A/B钻井平台）。某些钻采综合固定平台的工作水深超过90m，但平台建造费用较高。固定式平台的结构特点是通过管架结构在海底将平台固定。三、固定式钻井平台28按照自给程度不同，分为：自容型海洋型钻井平台和带辅助船的小型钻井平台两类。自容型固定平台：型体尺寸较大；能容纳全部钻井设备及一切队、附属设施，包括各种仓库及生活设施。因此，需要平台的面积大，建设费用高。为了缩减这类平台的面积，多做成双层平台的型式。固定式钻井平台分类29带辅助船的小型固定钻井平台：将部分设备和材料放在辅助船上，以减小平台的尺寸。这种小型平台建筑面积可以达到最小限度。一般只将井架、绞车、动力联动机及其附属设备放在平台上，而其它设施及食宿等都设置在辅助船上。优点：平台的投资少，体积小，便于施工，而且当钻完一口油井后，辅助船可以很快转移到另一井位，钻井平台可转化为采油平台使用。固定式钻井平台分类30按导管架结构分：直桩式、直桩-斜桩式、联结式。按桩柱结构分：木桩、钢桩、混凝土。混凝土桩要先预制好，再在海上打桩。现在的钢管桩都要在管中加注混凝土。按打桩的设施分：带桩架、不带桩架。按设备布置分：带浮船、不带浮船。按照结构特点分：导管架式钻井平台、重力式钻井平台、张力式钻井平台、绷绳塔式钻井平台。下面主要介绍一下最后一种分类方法。固定式钻井平台分类31七十年代初出现，它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底，从而与海底牢固联结。一般用混凝土制造，少数也有钢质的。1、重力式平台康迪普型平台塞尔默型平台32结构：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、独腿等几种甲板有混凝土和钢质两种：混凝土重力式平台、钢质重力式平台重力式平台的基础和腿柱中都分为许多舱室，这些舱室本身就是非常好的大型储油罐，在平台安装阶段的拖航和下沉时可作为压载舱。1、重力式平台33混凝土重力式平台优点：不需打桩；具有相当的贮油能力；节省钢材，防火、抗暴、防腐性；抵御风浪的能力较好；制造、维修费用低，寿命长。缺点：对地质条件要求高出现缺陷后修复较困难34钢质重力式平台重量比混凝土轻预制过程中对水载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{{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。优点缺点35重力式平台的特点由于整个结构比较大，一般先在岸边开挖的泥坞中建造基座，再拖往有掩护的深水区接高，然后浮运至现场，加载下沉。目前这种平台一般是作为海底贮油罐或用于钻采海底石油。其主要特点是抵御风暴及波浪袭击的能力强，结构耐久和维护费用低，但需开挖岸边坞坑，并要有近岸深水施工水域，结构高度因此受到限制。36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；张力腿平台可以用于水深超过600m的海区，但通常认为最经济的作业水深范围是450～600m之间。张力腿式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索及系缆桩组成，它是今后深水用主要平台。2、张力腿式平台TLP37张力腿式钻井平台38张力腿式平台本身是一个浮动平台，平台的贮备浮力远远大于平台的重力，靠缆绳或锚链(称作张力腿)的张力将平台与事先固定在海底的锚桩上拉紧，平衡一部分浮力，并使平台较好地固定在海面上。这种非刚性地连接，不仅可减小平台的摇摆和倾斜，而且由海底地震引起的海床运动，也在到达平台之前被大大减弱了。张力腿式平台的特点39绷绳塔式平台亦称牵索塔平台，是将一个预制的钢质塔身安放在海底基础块上，四周用钢索锚定拉紧而成。它适用于水深较大的海域。优点：节省钢材（成本低）井口装置可设置于水面上3、绷绳塔式平台（牵索塔式平台）40特点：结构简单构件尺寸小，能抵抗周围环境所产生的各种作用力；从工作水深上比较，在深水区，这种平台的建造总费用比桩基导管架式平台低，反映在钢材费用、建造和安装时间上，绷绳塔式平台在成本上占有优势。它适应深水钻采作业的需要，工作水深在300~600m。有的资料表明，绷绳塔式平台最经济的工作水深范围在240~480m之间。绷绳塔式平台的特点41桩：用于承受平台的垂直重量及水平环境推力。目前国内外应用最多的是钢桩平台。优点：(1)可事先做成导管架型式，在岸上预制好，然后到海上进行打桩；(2)平台的整体性好，施工快。缺点：抗海水腐蚀性能差。所以，有的地方，曾采用过抗海水腐蚀性能好的铝制平台，但因造价昂贵，未能普遍应用。结构：基础部分和上层建筑。4、导管架式钻井平台42基础部分是由导管架和桩管组成。导管可事先在岸上预制好。然后，用驳船运至目的地，或依靠中空的浮力拖至目的地，下沉并坐在海底上。再将桩管由导管内插入，并用打桩机打入海底一定深度。上层建筑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、仓库等导管架式平台的结构43导管架式平台的结构44•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导管架的作用45安装完毕后平台状态46各类固定式钻井平台性能对比表47固定式钻井平台的优点是稳定，海面气象条件对它的影响较小，而且完井后可作为采油平台，使用时间大大增加。但是，它的灵活性差，不能及时运移，而且造价高，不能在较深的水域工作。固定式钻井平台的面积和平台上的设备都要合理，而且结构强度要满足要求。固定式钻井平台的优缺点48本章主要内容一、海洋钻井与陆地钻井的异同二、钻井平台及分类三、固定式钻井平台四、移动式钻井平台五、钻井平台的选择六、海洋环境条件对钻井装备的影响49移动式钻井平台，作业完成后，可拖航或自航到其他地点。包括坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台以及浮式钻井船。可随意移动，特别适用于钻勘探井或纵式生产井。钻井模块既可以放到固定式平台上，也可以采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几亿美元以上，所以一般都放到移动式平台上面，一般是打一枪换一个地方。四、移动式钻井平台50单立柱坐底式钻井平台坐底式钻井平台坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等30m以下的浅水域。1、坐底式钻井平台51类型：浮筒型，钢瓶型和浮垫型。浮垫型坐底式平台是目前应用最为广泛的坐底式平台。1、坐底式钻井平台52海面海底1、坐底式钻井平台53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拖航时阻力大，当海底冲刷严重时，钻井易移位，需要采取防滑移、防冲刷及防掏空等措施坐底式钻井平台的优缺点54自升式钻井平台又称甲板升降式或桩腿式平台,是目前国内外应用最为广泛的钻井平台。结构：船体、桩脚和升降机构三大部2、自升式平台55海面海底2、自升式平台562、自升式平台57渤海4号各种自升式平台海上钻井作业大多数也是使用自升式平台，如：“渤海四号”、“渤海五号”、“渤海七号”、“渤海八号”、“渤海十号”、“南海三号”、“南海四号”、“勘探二号”、“胜利五号”和“胜利六号”等自升式钻井平台。其中“渤海五号”和“渤海七号”是我国自行设计建造的自升式钻井平台。58总长：64.90米船体型宽:64.62米船体型深：8.23米桩腿总长：127.20米桩腿数量：3桩腿结构：三角桁架式TrusstriangularwithSpudcan直升机直径：22.5米×22.5米最大作业水深：91.44米最大钻井深度：6096米(5DP)最大风速：55.9m/s桩腿入泥深度：10米主要尺寸渤海4号自升式平台设计标准59对水深适应性强无桩脚底垫时，用钢量少，造