淺談海洋石油鉆井現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展研究論文
論文關(guān)鍵詞：海洋 石油 鉆井 現(xiàn)狀 發(fā)展
論文摘 要：隨著海洋石油的大力開發(fā)，鉆井技術(shù)的研究至關(guān)重要，本文主要闡述海上鉆井發(fā)展及現(xiàn)狀，我國(guó)海上石油鉆井裝備狀況，海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)，以及海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)發(fā)展分析。
1 海上鉆井發(fā)展及現(xiàn)狀
1.1 海上鉆井可及水深方面的發(fā)展歷程
正規(guī)的海上石油工業(yè)始于20世紀(jì)40年代,此后用了近20年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了在水深100m的區(qū)域鉆井并生產(chǎn)油氣,又用了20多年達(dá)到水深近2000m的海域鉆井,而最近幾年鉆井作業(yè)已進(jìn)入水深3000m的區(qū)域。圖1顯示了海洋鉆井可及水深的變化趨勢(shì)。20世紀(jì)70年代以后深水海域的鉆井迅速發(fā)展起來。在短短的幾年內(nèi)深水的定義發(fā)生了很大變化。最初水深超過200m的井就稱為深水井;1998年“深水”的界限從200m擴(kuò)展到300m,第十七屆世界石油大會(huì)上將深海水域石油勘探開發(fā)以水深分為:400m以下水域?yàn)槌Ｒ?guī)水深作業(yè),水深400~1500m為深水作業(yè),大于1500m則稱為超深水作業(yè);而現(xiàn)在大部分人已將500m作為“深水”的界限。
1.2海上移動(dòng)式鉆井裝置世界擁有量變化狀況
自20世紀(jì)50年代初第一座自升式鉆井平臺(tái)“德朗1號(hào)”建立以來,海上移動(dòng)式鉆井裝置增長(zhǎng)很快,圖2顯示了海上移動(dòng)式鉆井裝置世界擁有量變化趨勢(shì)。1986年巔峰時(shí)海上移動(dòng)式鉆井裝置擁有量達(dá)到750座左右。1986年世界油價(jià)暴跌5成,海洋石油勘探一蹶不振,持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間,新建的海上移動(dòng)式鉆井裝置幾乎沒有。由于出售流失和改裝(鉆井平臺(tái)改裝為采油平臺(tái)),其數(shù)量逐年減少。1996年為567座,其中自升式平臺(tái)357座,半潛式平臺(tái)132座,鉆井船63座,坐底式平臺(tái)15座。此后逐漸走出低谷,至2010年,全世界海上可移動(dòng)鉆井裝置共有800多座,主要分布在墨西哥灣、西非、北海、拉丁美洲、中東等海域,其中自升式鉆井平臺(tái)510座,半潛式鉆井平臺(tái)280座,鉆井船(包括駁船)130艘,鉆井裝置的使用率在83%左右。目前,海上裝置的使用率已達(dá)86%。
2我國(guó)海洋石油鉆井裝備產(chǎn)業(yè)狀況
我國(guó)油氣開發(fā)裝備技術(shù)在引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新以及國(guó)產(chǎn)化方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。
2.1建造技術(shù)比較成熟海洋石油鉆井平臺(tái)是鉆井設(shè)備立足海上的基礎(chǔ)。從1970年至今,國(guó)內(nèi)共建造移動(dòng)式鉆采平臺(tái)53座,已經(jīng)退役7座,在用46座。目前我國(guó)在海洋石油裝備建造方面技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,有國(guó)內(nèi)外多個(gè)平臺(tái)、船體的建造經(jīng)驗(yàn),已成為浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)際應(yīng)用大國(guó),在此領(lǐng)域,我國(guó)總體技術(shù)水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。
2.2部分配套設(shè)備性能穩(wěn)定海洋鉆井平臺(tái)配套設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)與陸上鉆井裝備類似,但在配置、可靠性及自動(dòng)化程度等方面都比陸上鉆井裝備要求更苛刻。國(guó)內(nèi)在電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、鉆井泵及井控設(shè)備等研制方面技術(shù)比較成熟,可以滿足7000m以內(nèi)海洋石油鉆井開發(fā)生產(chǎn)需求。寶石機(jī)械、南陽二機(jī)廠等設(shè)備配套廠有著豐富的海洋石油鉆井設(shè)備制造經(jīng)驗(yàn),其產(chǎn)品完全可以滿足海洋石油鉆井工況的'需要。
2.3深海油氣開發(fā)裝備研制進(jìn)入新階段目前,我國(guó)海洋油氣資源的開發(fā)仍主要集中在200m水深以內(nèi)的近海海域,尚不具備超過500m深水作業(yè)的能力。隨著海洋石油開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步,深海油氣開發(fā)已成為海洋石油工業(yè)的重要部分。向深水區(qū)域推進(jìn)的主要原因是由于淺水區(qū)域能源有限,滿足不了能源需求的快速增長(zhǎng)需求,另外,隨著鉆井技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展,已經(jīng)能夠在許多惡劣條件下開展深水鉆井。雖然我國(guó)在深海油氣開發(fā)方面距世界先進(jìn)水平還存在較大差距,但我國(guó)的深水油氣開發(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基礎(chǔ)。
3海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)
3.1作業(yè)范圍廣且質(zhì)量要求高
移動(dòng)式鉆井平臺(tái)(船)不是在固定海域作業(yè),應(yīng)適應(yīng)移位、不同海域、不同水深、不同方位的作業(yè)。移位、就位、生產(chǎn)作業(yè)、風(fēng)暴自存等復(fù)雜作業(yè)工況對(duì)鉆井平臺(tái)(船)提出很高的質(zhì)量要求。如半潛式鉆井平臺(tái)工作水深達(dá)1 500~3 500 m,而且要適應(yīng)高海況持續(xù)作業(yè)、13級(jí)風(fēng)浪時(shí)不解脫等高標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.2使用壽命長(zhǎng),可靠性指標(biāo)高
高可靠性主要體現(xiàn)在:①?gòu)?qiáng)度要求高。永久系泊在海上,除了要經(jīng)受風(fēng)、浪、流的作用外,還要考慮臺(tái)風(fēng)、冰、地震等災(zāi)害性環(huán)境力的作用;②疲勞壽命要求高。一般要求25~40 a不進(jìn)塢維修,因此對(duì)結(jié)構(gòu)防腐、高應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)型式以及焊接工藝等提出了更高要求;③建造工藝要求高。為了保證海洋工程的質(zhì)量,采用了高強(qiáng)度或特殊鋼材(包括Z向鋼材、大厚度板材和管材);④生產(chǎn)管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上運(yùn)輸、海上安裝甚為復(fù)雜,生產(chǎn)管理明顯地高于常規(guī)船舶。
3.3安全要求高
由于海洋石油工程裝置所產(chǎn)生的海損事故十分嚴(yán)重,隨著海洋油氣開發(fā)向深海區(qū)域發(fā)展、海上安全與技術(shù)規(guī)范條款的變化、海上生產(chǎn)和生活水準(zhǔn)的提高等因素變化,對(duì)海洋油氣開發(fā)裝備的安全性能要求大大提高,特別是對(duì)包括設(shè)計(jì)與要求、火災(zāi)與消防及環(huán)保設(shè)計(jì)等HSE的貫徹執(zhí)行更加嚴(yán)格。
3.4學(xué)科多,技術(shù)復(fù)雜
海洋石油鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析涉及了海洋環(huán)境、流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)、船舶技術(shù)等多門學(xué)科。因此,只有運(yùn)用當(dāng)代造船技術(shù)、衛(wèi)星定位與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)電與液壓技術(shù)、現(xiàn)代環(huán)保與防腐蝕技術(shù)等先進(jìn)的綜合性科學(xué)技術(shù),方能有效解決海洋石油開發(fā)在海洋中定位、建立海上固定平臺(tái)或深海浮動(dòng)式平臺(tái)的泊位、浮動(dòng)狀態(tài)的海上鉆井、完井、油氣水分離處理、廢水排放和海上油氣的儲(chǔ)存、輸送等一系列難題。
4海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)發(fā)展
世界范圍內(nèi)的海洋石油鉆井平臺(tái)發(fā)展已有上百年的歷史,深海石油鉆井平臺(tái)研發(fā)熱潮興起于20世紀(jì)80年代末,雖然至今僅有20多年歷史,但技術(shù)創(chuàng)新層出不窮,海洋油氣開發(fā)的水深得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
4.1自升式平臺(tái)載荷不斷增大
自升式平臺(tái)發(fā)展特點(diǎn)和趨勢(shì)是:采用高強(qiáng)度鋼以提高平臺(tái)可變載荷與平臺(tái)自重比,提高平臺(tái)排水量與平臺(tái)自重比和提高平臺(tái)工作水深與平臺(tái)自重比率;增大甲板的可變載荷,甲板空間和作業(yè)的安全可靠性,全天候工作能力和較長(zhǎng)的自持能力;采用懸臂式鉆井和先進(jìn)的樁腿升降設(shè)備、鉆井設(shè)備和發(fā)電設(shè)備。
4.2多功能半潛式平臺(tái)集成能力增強(qiáng)
具有鉆井、修井能力和適應(yīng)多海底井和衛(wèi)星井的采油需要,具有寬闊的甲板空間,平臺(tái)上具有油、氣、水生產(chǎn)處理裝置以及相應(yīng)的立管系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)控制中心等。
4.3新型技術(shù)FPSO成為開發(fā)商的首選
海上油田的開發(fā)愈來愈多地采用FPSO裝置,該裝置主要面向大型化、深水及極區(qū)發(fā)展。FPSO在甲板上密布了各種生產(chǎn)設(shè)備和管路,并與井口平臺(tái)的管線連接,設(shè)有特殊的系泊系統(tǒng)、火炬塔等復(fù)雜設(shè)備,整船技術(shù)復(fù)雜,價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出同噸位油船。它除了具有很強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力、投資低、見效快、可以轉(zhuǎn)移重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)外,還具有儲(chǔ)油能力大,并可以將采集的油氣進(jìn)行油水氣分離,處理含油污水、發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品的儲(chǔ)存和外輸?shù)裙δ?被譽(yù)為“海上加工廠”,已成為當(dāng)今海上石油開發(fā)的主流方式。
4.4更大提升能力和鉆深能力的鉆機(jī)將得到研發(fā)和使用
由于鉆井工作向深水推移,有的需在海底以下5000~6000m或更深的地層打鉆,有的為了節(jié)約鉆采平臺(tái)的建造安裝費(fèi)用,需以平臺(tái)為中心進(jìn)行鉆采,將其半徑從通常的3000m擴(kuò)大至4000~5000m,乃至更遠(yuǎn),還有的需提升大直徑鉆桿(168·3mm)、深水大型隔水管和大型深孔管等,因此發(fā)展更大提升能力的海洋石油鉆機(jī)將成為發(fā)展趨勢(shì)。
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