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010-第一章 绪论-海洋石油工程(课件)-中国石油大学(北

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010 第一章 绪论 海洋 石油 工程 课件 中国 石油大学
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海洋石油工程绪论石油天然气工程学院檀朝东tantcd@126.com13801331255海洋石油是一个高投入、高风险、高科技的行业,决策和操作的失误可造成巨大经济和社会损失,同世界石油工业一样,中国海洋油气工业面临着油气田开发难度、投资额度和风险程度日益增加,油气储量增长缓慢,环境保护费用递增,国际油价波动性起伏很大等难题。针对这些问题,需在油气田勘探、开发过程中,优化作业进程;有效地利用各种人力、技术和财力资源;促进地质油藏、钻完井、工程建设和经济评价等各专业的充分协同配合;进行观念创新,科技创新,管理创新,制度创新,以最小的投资成本和作业费用,获得最大的经济和社会效益。海洋石油工程发展回顾绪论海洋石油开发特点海洋石油开发概述海上钻完井特点海洋石油开发简史1887年,美国人以栈桥连陆方式在加利福尼亚距海岸200多米处打出了第一口海上油井标志着海上石油工业的诞生。20世纪40年代建造成功第一台专门设计用于海上石油钻井平台。标志着海洋石油工业与陆地石油工业相同,开始了明确的分工,即海上油公司与专业服务公司的分野。50年代以后,研制成功移动式钻井平台已经系统地形成了海洋石油工业体系,通过一种严密的社会分工体系,多专业公司协作开展海洋石油的开发工作。1976年浮动石油平台已超过350台海洋石油勘探已经成为各个油公司是否可持续发展的重要指标80年代中期,海洋石油产量就已占世界石油产量的三分之一海洋石油的勘探开发已经成为国际关系的重要环节海洋油气资源海洋石油的绝大部分存在于大陆架上,海底蕴藏着丰富的石油和天然气资源。据1995年的估计世界近海已探明的石油资源储量为379亿吨,天然气的储量为39万亿立方米。据不完全统计,海底蕴藏的油气资源储量约占全球油气储量的1/3。目前,海底油气开发已从浅海大陆架延伸到千米水深的海区。全球石油资源可采储量为3000亿吨。海洋石油储量占45%,可采储量为1350亿吨。为什么海洋石油资源大部分在大陆架上?根据石油海生理论,大河出口具有大量的海生物,容易形成石油原生物,而大陆架往往是大河出口的主要沉积区域。海洋油气资源深水油气产量在海陆产量比例明显上升预测1990年涉足深海油气生产;2005年,海洋油气生产深海几乎占海陆总和的50%;其中深海油气生产约占海洋油气生产的30%以上。海洋油气资源最大首推非欧近海,特别是西非安哥拉和尼日利亚),占40%;其次是北美近海,(特别是美国墨西哥湾),占25%;其三是拉丁美洲(特别是巴西近海),占20%;亚洲占10%;西欧占3%;澳洲占2%;其他为1%。2006-2010年深水油气产量占比例海洋油气资源世界十大深水油藏发现国wo-07.09p59Top 10 deepwater discover reserves countries序号 国别及海域(Country &Offshore) 深水发现油藏 2006年本国油气总储量的油当量(亿m3)108 m3占2006年本国储量比率(%)百万桶油当量(Mboe)折合亿m3(108 m3 )1 巴西近海Brazil 21,000 33.39 22.98 145.32 美国墨西哥湾US(GOM-DW) 17,000 27.03 95.13 28.413 安哥拉近海Angola 13,000 20.67 15.99 129.394 尼日利亚近海Nigeria 9,000 14.31 117.38 12.195 澳大利亚近海Australia 8,000 12.72 50.09 25.396 埃及近海Egypt 约4,900 7.79 24.82 31.397 挪威近海Norway 约4,000 6.36 32.26 19.718 马来西亚近海Malaysia 约3,000 4.77 21.52 22.179 印度尼西亚近海Indonesia 约2,800 4.45 34.04 13.0710 印度近海India 约2,500 3.97 13.76 28.85海洋油气资源2010年世界前七位深水生产油气国的产油当量(Top 7 deepwater producing countries 2000-2010)序号No.国别及海域(Country &Offshore)至2010年预计深水生产油气的油当量2010 年比2000年增长率(%)百万桶油当量/日(Mboe)折合年产油当量万m3 (104 m3 )1 美国墨西哥湾US(GOM-DW) 2.3 13,347.21 2092 巴西Brazil 2.09 12,128.55 1783 安哥拉Angola 1.55 8,994.864 尼日利亚 Nigeria 0.7 4,062.195 印度 India 0.52 3,017.636 挪威Norway 0.42 2,437.327 埃及 Egypt 0.37 2,147.16美国、墨西哥之间的墨西哥湾 西非地区 中东地区的波斯湾英国、挪威之间的北海中国近海南沙群岛海底西伯利亚目前全球作业的海上石油平台共计4万多个,仅美国墨西哥湾7000多个我国石油资源我国平均探明率为38.9%,海洋仅为12.3%,远远低于世界平均探明率73%和美国的探明率75%。我国天然气的平均探明率为23%,海洋为10.9%,而世界平均探明率在60.5%左右。因此我国油气资源的探明率(尤其是海洋)很低,整体上处于勘探的早中期阶段。我国海洋石油发展现状中国海上油气总蕴藏量我国海上油气勘探主要集中于渤海、黄海、东海及南海北部大陆架,预测石油資源量為275.3×108t(275.3亿t),天然气资源量为10.6×1012m3(油当量106亿m3)合计油当量约375亿t,为2007年中国探明油当量储量46.19亿m3的8.5倍。目前原油的发现率仅为18.5%,天然气发現率仅为9.2%,极具勘探开发潜力。20世纪50年代末,中国的海洋石油工业开始起步1967年到1979年,我国海洋石油十年的累计产油量也才63万余吨70年代末期,中国海洋石油首先开始对外开放2000年底时,对外合作累计探明的石油地质储量8.5亿吨,自营探明石油地质储量5.7亿吨,年产原油近2000万吨,天然气近43亿立方米。我国海洋石油发展现状JZ9-3JZ9-3JZ20-2JZ20-2QK17-18QK17-18CB/BZCB/BZCFD/ZDCFD/ZDPH/CXPH/CXLFLFWZ10/11/12WZ10/11/12XJ30/24/XJ30/24/LHLHSZ36-1SZ36-11、中国海洋石油总公司总体技术能力已达到国际水平。“七五”期间形成的含油气盆地资源评价和勘探目标评价;海上地震采集、处理、解释,水平井、大斜度井及复杂地层钻井,海上油气田完井及延长测试,数控测井与资料分析处理;油气田数值模拟和油藏评价、海上复杂油气田开采;海上油气田工程设计、建造和安装;海上油气管道铺设;海洋石油环境条件调查及预报等技术。我国海洋石油发展现状1、中国海洋石油总公司“八五”期间,中海油的总体技术能力已达到国际水平。中海油"九五"期间油气储量增长的目标是:探明原油地质储量4.6亿吨、天然气地质储量3000亿立方米左右,2005年原油年产量将实现南海海域稳产1000万吨、渤海海域达到1000万吨、以南海西部海域为主的全海域天然气产能折合油当量1000万吨,即"三个一千万吨"的奋斗目标。我国海洋石油发展现状涠洲11-4涠洲12-1崖城13-1东方1-1西江30-2西江24-3惠州32-2/3惠州26-1流花11-1惠州21-1惠州32-5陆丰13-1陆丰22-1平湖油气田文昌油田群锦州20-2锦州9-3绥中36-1秦皇岛32-6埕北油田歧口18-1歧口17-2/3渤中34-2/4蓬莱19-3番禺4-2番禺5-1歧口18-2渤中26-2渤中28-1曹妃甸11-12渤中25-1/S2、中国石油天然气集团公司中石油投入开发了最大对外合作项目-中石油大港赵东油田,于2001年3月开始开发建设,2003年8月4日投入生产。赵东合作区发现并探明了6000万吨规模的整装高产油田。该油田具有丰度高、埋藏浅、油层物性好、产量高等特点。2004年实现生产原油96.5万吨,2005年头3个月原油日产量始终保持在3000吨的高线运行,踏上了年产百万吨的道路,表现出高效发展的态势。我国海洋石油发展现状绪论海上钻完井特点海洋石油开发特点海洋石油开发概述海洋石油开发特点中国海洋石油工业起步于20世纪50年代末,大约比世界海洋石油的发展晚了70多年。20世纪60年代正式决定“下海”的时候,沿袭的是陆地找油的思路。开始的想法很简单,大海找油就是“陆地加水”,想的是如何将陆地的钻探经验和办法往海上搬,名之曰“以陆推海”。1965年冬天,集合在渤海之滨的一只50多人的钻井队伍,选择了渤海的一个沙岛——曹妃甸,作为建设井场展开海上钻探的起步点,不期遭遇猛扑而来的海啸,吞噬了整个沙岛,也吞噬了用了一个多月的辛勤劳动建设起来的井场,全体人员躲避在一个航标灯架上临时搭设的避难所,幸免于难,这次事件让第一代向海上进军的中国石油人初步领略到大海的威力。海洋石油开发特点由于海洋环境的特殊性,决定了海上油气田开发与陆上油气田开发有相当大的差异,对专业技术的要求有很大的不同,这主要是由客观环境的截然不同所决定的。主要有以下十个显著的特点:一自然环境恶劣;二平台工作空间有限;三油气田建设装备工具复杂、科技含量高;四投资大、牵涉面广、管理难度大及未知领域多;五采用低成本和技术创新的策略带来高风险;海洋石油开发特点由于海洋环境的特殊性,决定了海上油气田开发与陆上油气田开发有相当大的差异,对专业技术的要求有很大的不同,这主要是由客观环境的截然不同所决定的。主要有以下十个显著的特点:六人员素质要求高;七油气田寿命周期短;八对交通运输的要求与陆地完全不同;九陆地基地的支持保障及海上应急救助的特殊需求;十海上生产设施安全管理和环境保护比陆上要求高。一、自然环境恶劣除了与陆地一样承受天气的影响外,还要承受海洋这一特殊环境的影响。海浪、海冰与台风、季风的综合作用对油气田生产设施将产生巨大的破坏力,以致影响海上正常作业和油气井的正常生产。海上飓风被称为海上气象恶魔,严重威胁着海上平台的安全。1979年11月25日“渤海2号”钻井平台在井位迁移时倾覆,1983年12月25日美国阿科公司租用的“爪哇海”号钻井船在南海受台风袭击翻沉,两次事故均造成严重人员伤亡的惨痛结果。经过多年实践的经验积累,人们认识到海上飓风至今还无法抗拒,只能要求加强气象预报的准确性,做好防范工作。特点被飓风吹倒的平台 海上飓风 台风云图海况介绍由于海洋自然环境与陆地完全不同,所以掌握海况条件对海洋石油开发尤其重要,根据国际通用的分类方式我们一般将海况划分为:海冰、海浪、潮汐、海流、热带气旋这几个海洋特殊环境状况,这几个都是可能导致海洋石油开发失败或不安全事故发生的自然主导因素,比如:海冰 推倒平台海浪 构建物疲劳损伤减少构建物的寿命潮汐 钢结构腐蚀严重影响运输海流 海底管线弯曲热带气旋 人工岛大面积进水特点海况介绍海上波浪对海上平台的影响很大。1980年8月,狂风巨浪摧毁了墨西哥湾的4座钻井平台,1989年11月,美国的“海浪峰”号钻井船被巨大海浪掀翻。据1989年的统计,全球的海洋钻井船已经有50多座被海浪吞没。直到现在,海浪同样不可抗拒,只能加强预测和防范。我们将重点介绍海洋自然环境条件中的风、波、流和海冰对于海洋石油开发的影响。海冰对海上设施的影响海冰对海上设施的影响主要表现在冰增加了设施所需要承受的荷载,主要有以下几种形式:一在风及潮流的作用下,大面积冰层移动对钻采装置产生挤压力;二流冰期间,大小冰块撞击钻采装置的冲击力,冰覆盖层对钻采装置的磨损作用;三潮汐涨落时,如果超过平台底层甲板高度,将会产生上拔力;四冰覆盖层形成时和冬季气温剧烈变化使冰层膨胀引起的静压力。海冰对海上设施的影响直观上看就是冰成为一种具有巨大动能的固体与设施发生强大力的作用,渤海历史上由于海水结冰而造成灾难性事故是发生过的,其中最典型的是海2井和海4井烽火台于1969年和1977年分别被海冰推倒,造成两起重大的海洋结构物破坏事故。下面简要介绍一下海2井倒塌重大事故的相关情况。海2井事故海2井是我国自行设计、制造和安装的海洋石油钻采平台,是一座钢质桩基固定平台;1969年立春后形成渤海历史上罕有的大冰封,海冰在平台导管架下和平台周围堆积,部分构件因强度不够而被冰挤破开裂,从预报到第一个桩腿破坏到平台倒塌仅十几个小时。特点海面冰情 破冰船 尼罗河冰形事故原因分析通过详细的事故原因分析,主要有以下5条因素:WNS20度设备平台钻井平台生活平台最大流方向290度特点一 设计时没有考虑冰载荷,仅以波浪为设计控制载荷;二 平台整体结构设计不合理桩长壁薄(桩长41m,外径650-836mm,壁厚12-18mm)整体稳定性差、平台震动严重、产生自激振动;三 平台整体布局不合理,以面积最大迎接来冰;四 施工粗糙、焊接质量不高;五只用材料力学进行静强度计算。海 浪海洋波浪主要由风引起的,热带气旋、台风、海啸可掀起巨大的海浪;海浪的高低与风速和风持续的时间等因素有密切的关系;其能量与波高的平方成正比;在海浪作用的强烈部位,会加速金属腐蚀。从设计的角度,海浪的影响还要考虑其往复作用力加剧了构建物的疲劳,影响了构建物的使用寿命。特点飓风与大浪 大浪拍击潮 汐潮汐是由月球以及太阳对地球的相对移动引起的,表现为海水周期性涨落,海水在白天上涨称为潮,晚上上涨称为汐。在进行海上钻采设计和施工时,都要考虑潮位差和潮流影响。在一个潮汐周期内,相邻高潮位与低潮位间的差值,又称潮幅。潮差大小受引潮力、地形和其他条件的影响,随时间及地点而不同。在人工岛建设、海上原油运输等作业对于潮汐的影响要充分考虑,避免出现冲灌、搁浅事故的发生。特点潮汐后的泥滩 潮汐进入海湾 船只搁浅海 流海流是海水按照一定的方向、路线连续不断的流动。一般上讲,海流分为洋流、风生海流和潮生海流,其中风生海流与潮生海流对海上油气钻采装置的作用力最强。其作用力的影响主要表现在海流所产生的水动力对构建物结构的冲击,以及长时间往复作用下结构的疲劳影响。海洋工程领域通过近百年的研究与实践,已经掌握了海流影响海上构建的基本规律,并进行了量化处理,现在我们已经能够使用相应的公式,计算出作用在海上油气钻采装置上的海流载荷,从设计上保障设施的本质安全性。特点海轮顺海流运动 海流作用于海冰 逆海流收集海上溢油热带气旋/台风热带气旋是指发生在热带海洋上的一种强烈风暴;热带气旋/台风对我国南部海域海洋石油开发的影响很大,是影响海上各类石油作业的一种主要灾害性气候。虽然我们渤海海域台风与热带气旋较少,但今年的麦莎就对我们产生了很大的影响,还有就是比如黄骅海域的土台风曾经就造成人工岛堤岸被毁的事故。所以防止局部热带气旋以及风暴潮的影响在设施设计的时候就需要进行全面的考虑。特点台风云图 风暴潮将人工岛护堤打坏 井场被毁通过各种海洋环境影响的事故教训,海洋石油工程界,在设计、建造和生产过程中借鉴国际规范做法,采取了以下措施:一根据API RP 2A的要求进行结构工作许用应力的校核,从设计开始就考虑到各种潜在的影响结构安全的因素,而且需要考虑平台的安装过程中应力情况;二通过第三方发证检验机构,严格执行平台制造质量控制标准;三定期对设施进行结构检测,进行寿命评估,以保证设施的正常使用。结构可靠性保障的一般做法特点平台结构许用应力的校核工具平台结构许用应力校核的基本思想就是采用量化的专用有限元软件系统,模拟各种风、海浪、波流等自然力对结构物的作用,考量设计是否能够满足各种自然条件力的冲击和长时间的作用。特点整体目标整体目标数据采集模拟计算安全评估安全评估导管架状态导管架状态环境参数载荷变化载荷变化在位分析在位分析疲劳分析疲劳分析最大UC.值的确定最大UC.值的确定腐蚀海生物海生物损伤损伤名义应力名义应力 冲剪应力冲剪应力简化疲劳分析简化疲劳分析风风波流冰冰结构设备活荷载活荷载栈桥栈桥吊机整体目标模拟计算安全评估疲劳分析最大简化疲劳分析二、平台工作空间有限钻井和采油的活动空间狭小,一切设备都集中在一个或几个平台上,每个平台一般有2-3层甲板,每层甲板面积最大不过30m×67.5m。在如此有限空间内开发面积约数十平方千米的油气田,无论是开发方案还是工程设计都与陆上不同。如:生产井口高度集中,井口距离最大2.5m×2.5m,最小的达到1.5m×1.8m,全部只能为定向井和水平井;开发过程中的调整井数受预留井槽限制;油井作业非常困难;工程设施小而全,除了与陆上油气田开发生产需要的设施外,还增加了生活,自救设施,因此给方案设计增加了难度,海上钻采绝不能走扩大空间的路子,只能大力精减队伍,加大装备技术含量,尽量缩减其体积和质量,以适应海上空间狭小的客观环境。空间的变化,给钻采作业带来了人员结构、装备、技术的深刻变化。由于空间狭小,设备布置紧凑,作业风险大,有时会因一些很小的事故而带来严重的后果。特点上部生产设施简介典型的生产、生活、动力平台生活楼组块钻井/修井机组块生产组块导管架特点三、油气田建设装备工具复杂科技含量高由于海上作业要降低作业周期和成本,提高油气田的经济效益,因此,必须采用一些与陆地不同的高科技装备和工具,如使用钻井船(自升式或悬臂式)钻井,水下采油树、浮式生产储油轮、特大型浮吊,采用铺管船铺设海底管线进行油气水输送、采用大型吊车进行海上安装等。由于海上油气田设备集中,地面和水下装备、工具、井下设施必须考虑防风浪、防雷电、防火、防爆、防腐蚀、防冰、防撞击等。特点逃生缆梯 工艺区救生设施 高级别防爆风冷器 集成电子控制系统四、投资大、牵涉面广、管理难度大及未知领域多海上石油工程项目大都属于大型作业,计划性非常强,方案需要预见性,但常常受多方面的影响,不确定性大;海洋气候的影响也很大,常常需要选择好的气候窗进行作业,工程管理难度大。因此,如果管理、协调不好,将会使项目各工序衔接出问题,造成巨大经济损失。例如有的项目需要从欧洲动复员大型浮吊,其日费用高达18万美元,加上其他费用,每天项目需要支付20多万美元,如果由于衔接和计划出现问题,大型浮吊到达地点后不能开始工作,出现闲置,并错过好气候窗,那么等待的时间可能很长。由于大型浮吊常常需要服务于多个项目,在一个项目造成耽搁,必然会影响另一个项目。另外,由于动复员的费用很高,也不可能先干别的项目,再来干这个项目。因此造成的损失难以估量。特点四、投资大、牵涉面广、管理难度大及未知领域多由于海洋地域广阔,人类对海洋的认识非常有限,国家对海洋各领域投入的研究也非常有限,因此,对海洋石油开发来说 ,存在很多未知的领域。对海洋气候(如海浪、海冰与台风、季风)的综合作用,海底的地貌、地质及其变化规律等认识不足给油气田生产带来很大的问题。例如上海东海平湖油管线在岱山登陆段受海底地貌变化和海流的影响出现断裂,对油气田的生产产生巨大损失,也给海洋环境造成污染。由于对海底地质不了解,因此对钻井船和平台的就位和安装也将产生重大的影响。如泥底钻井平台容易移位。特点五、采用低成本和技术创新的策略带来高风险由于海洋石油投资巨大,用最低的成本去开发油气田,获得最大的经济效益,同时,能够将效益低的油气田投入开发是每个海洋石油企业追求的目标。另外,随着环境更恶劣和深海的油气田发现,需要不断采用以往没有使用过的技术。各方面的需要促进石油企业进行技术创新,并不断降低成本。这样也给海上油气田的开采带来更大的风险。特点外输管线 利用各种空间堆物 探测报警系统盘 顶驱六、人员素质要求高为保证油气田开发达到经济、安全的目的,需要个路人员技术全面且具有风险辨识和控制能力,以免出现重大事故。在前期研究阶段,地质油藏人员需要比较准确的地质油藏描述,并判断其风险程度;钻完井和工程设计人员要结合地质油藏的需要找出经济可行,安全的工程方案;在建设阶段,工程人员要进行严格的项目管理,保证按时、按质完成任务。因此需要各方面人员具有丰富的知识和经验。在生产阶段,由于平台空间有限,技术和操作人员的数量受到限制,因此,需要这些人员技术全面。特点七、油气田寿命周期短海洋环境对钢材有严重的腐蚀作用,海水中生存的大量生物和微生物,通过侵蚀或附着作用,会对钢结构平台的使用寿命产生影响。一般情况下,平台的安全寿命在20年左右,因此与陆地油气田不同的是要在平台寿命周期内尽可能多地将油气开采出来,必须在有限开采期内获得最高的采收率。暴露的法兰腐蚀情况高温管线的腐蚀情况 管线外腐蚀情况 设备表面结盐现象特点八、对交通运输的要求与陆地完全不同海上钻井和生产平台远离陆地,即使是近海作业,其距离也在数十海里至数百海里以外。随着海上钻探从近海向深海发展,这个距离还将往远处延伸。人员出海作业,生活必需品,钻采装备、器材、和物资的供应,以及出现紧急情况时的紧急救援,都有赖于海上交通运输。因此,一支海上钻探队伍,需要配备一支能满足各方面需要的船队,包括具有输水、输油、输灰能力和载运钻井器材物资的三用工作船,保障海上安全作业的守护船、消防船,人员往返所需要的直升机和客轮。还有在特殊海域作业的特殊船舶,如冰区的破冰船等。海上交通运输是海上开发的命脉,没有完备的海上交通就不可能存在有效的海上各项作业。特点九、陆上基地的支持保障及海上应急救援的特殊需要基地的支持保障,包括陆地管理、生产作业指挥机关及生产与生活保障设施。与陆地最大的不同,是要与海上油气勘探开发规模相适应的港口、码头和船队,以便停靠和拖带钻采装备、储存和运送生产物资,以及为海上作业人员提供往返的交通工具。还有海上钻采不但距离陆地远,而且危及钻井人员生命和钻井装备安全的因素很多,属于高风险作业,因而海上救助和管理也成了陆地支持保证不可缺少的重要组成部分。海上救援涉及的方面多,从平台的防范,险情出现之前的预报,到险情发生后的及时救援,都是一个不可分割的系统工程。同时还需要得到社会诸多部门的帮助,彼此协同工作,形成整体力量。海上应急救助应当“养兵千日,用兵一时”,需要有健全的系统、完善的结构,并实行专门的管理。特点十、海上平台安全管理和环境保护比陆上要求高海上平台既是生产设施的基础又是人们生活的空间,也是从事一切海上活动的场所,一旦发生事故,没有逃生空间。所以对安全和环保必须有设备和制度的保证。同时,海洋钻井还要特别关注对海洋环境的保护。石油对人类来说,是现代经济的血液 ,对大海来说,却是污染海洋的毒液,灭绝海上生物的杀手。在海洋钻井中要十分重视石油以及其他钻井液体有可能对海洋环境造成的威胁,以高度的责任感防范和避免钻探作业给海洋环境造成的污染。特点海上油气生产作业应注意的6方面事项根据以上10点海洋石油开发的特点,再强调6点注意事项:一建立一套完善的海上气象预报系统,一个准确及时的天气预报系统能够极大的提高海上作业计划的落实率;二积极推行项目管理,所有的作业应当以项目思想来规划,从时间、人力、财力、物力等方面进行统筹;三注重安全环保工作,严格的国家安全环保法律是海洋石油开发的重要特点;特点海上油气生产作业应注意的6方面事项四讲究效益应当具有全面性。海洋石油开发是个复杂的系统工程,应当从系统上考虑各个环节的整体效益;五搞好地方关系。要重视并善于搞好与地方政府的关系,争取各方面的支持和配合;六加强业务培训,海上石油开发面临很多崭新的开发技术和知识,应通过实施多种形式、系统的业务培训,尽快掌握海洋石油开发知识。特点绪论钻完井特点海洋石油开发特点海洋石油开发概述钻完井特点钻完井是油气田开发工程非常重要的环节,目前海洋油气田开发投资中,钻完井的投资约占总投资的35%~70%。用好现有的钻完井技术,并不断在技术和管理方面创新,对开发边际油田起到非常积极的作用,达到优质、高效、安全、低耗进行钻完井的目的。实际工作中,需要切实研究钻完井方案的每个细节,要保证钻完井作业的安全;在进行技术创新,采用新技术、新工艺、新方法的同时,要保证方案的切实可行,预算准确,将各种风险降到最低。其中优快钻井技术就是从思想上有了重大突破,这就是采用先进、实用、配套的技术;建立先进、严密的组织管理与发扬团队协作精神三大要素。钻完井成熟的海上钻完井管理具体的表现在以下6点要求:一建立健康安全环保管理体系,规范作业各个重要环节的管理制度,明确职责;二建立重大钻完井项目专家审查制度;三建立开发井质量控制,评价及验收制度,形成控制标准、批准程序及验收程序,为日后正常生产打下良好的基础;四完善钻完井工程的考核制度,加大对井身质量、安全环保等方面的考核力度;五完善钻完井器材的采办程序,确立分级授权制度,提高工作效率,明确工作职责;六做好经济评价,对钻完井费用进行控制,规定钻井、完井和修井即费用细目的编制内容和格式。钻完井特点优快完井渤海在20世纪70年代到80年代早期的油田生产一直被油井出砂所困扰,找不到合适的防砂,给油田生产带来很多问题。在优快钻井技术取得成功的鼓舞下,通过技术创新、精心设计、严密组织、充分准备等技术指导下,完井作业也取得了非常好的效果。几种典型的海上油气井生产管柱1、自喷井管柱海上油田常见的自喷井管柱其井下安全阀及封隔器构成井下安全系统,满足有关法规的要求,是海上油田安全生产系统重要的组成部分。老堡南1井管柱图井下安全阀化学剂注入阀传压筒滑套永久式封隔器FOX气密封扣S13Cr油管井下安全阀:油井紧急关闭装置FOX气密封扣S13Cr油管:气密性好、防腐化学剂注入阀:预防结蜡毛细管传压筒:井底流压监测滑 套:实现洗、压井作业永久式封隔器:防腐、耐高压、高温设计原理:1、满足自喷生产2、满足测试要求3、满足安全生产,具备防腐和防失控能力4035.19m4215.10m井下安全阀:油井紧急关闭装置过电缆封隔器:采用电缆整体穿越装置,实现无套压生产“Y”型接头:连接电泵机组和自喷管柱滑 套:实现自喷和电泵举升的转换毛细管传压筒:井底流压监测滤 砂 管:挂滤式防砂装置南堡1-5井管柱图过电缆封隔器(电缆整体穿越)Y型接头电泵机组滑套传压筒封隔器滤砂管2698.6m2784.6m井下安全阀设计原理:1、满足自喷和电泵举升生产2、具备防砂功能3、满足测试要求4、满足安全生产,预防失控2、电潜泵管柱几种典型的海上油气井生产管柱3、气举井管柱此类管柱突出的特点是为了进行气举采油一连串下入多个偏心工作筒,就可根据油藏的情况在不同深度安装气举阀,以便于进行钢丝作业。4、注水井管柱该管柱使用偏心工作筒配注,如果每一层需要的注水量比较小,可在偏心工作筒下入注水调配器,可自动调节注水量;如果需要的量很大,可以在偏心工作筒里下入水嘴,通过计算水嘴尺寸及与其他层的管线进行注水量的调节。5、气井管柱优快完井目前优快完井的主要技术有:一是长井段负压射孔和隔板传爆技术;二是一趟管柱多层高速水充填防砂技术;三是优质完井液技术;四是电潜泵“一变多控”控制技术。下面我们仅就电潜泵“一变多控”技术进行解释。“一变多控”电潜泵启动技术稠油田电潜泵经常遇到的问题就是寿命短,给生产带来非常不利的影响。主要原因是电机启动电流过大容易造成机组烧坏。给每台电潜泵安装一套变频器可有效解决启动难和机组易损坏问题,但每口井都装变频器,不仅产生大量投资而且占用了海上设施的空间。“一变多控”也是在思想上突破,用成熟的变频技术,集散控制技术及变频/工频同步切换技术,安装一套变频器并与每口井电潜泵控制柜连接,当一口井的电潜泵利用变频器启动后,变频器复位工频后,就可自动切换到下口井启动,这样直到所有电潜泵启动。五、生产管柱及钢丝作业由于海上油气生产安全的需要和国家法规的要求,海上油气田生产管柱与陆地最大的不同是绝大多数油气井在井下管柱安装封隔器,井下安全阀,并与地面控制装置组成的井下安全系统。由于海上很多油气田修井费用昂贵,生产管柱设计要考虑尽可能少用修井设备,而尽可能多地使用钢丝、电缆作业、基于上述原因,海上油气田地生产管柱要比陆地油田复杂得多,因此,其设计具有海上油气田得特点。生产管柱设计生产管柱设计是完井工程中的重要环节,直接影响油气生产,对提高平台操作和井下作业的可操作性,减少费用有着重要的作用。因此生产管柱的设计必须认真研究,主要应考虑以下几方面问题:(1)生产管柱主要功能类型划分要根据油藏和油气井的特定需要和条件选定具体的完井功能和方式,海上生产管柱的主要功能有:流量控制工具安全防喷注化学药剂工具测试循环压井分层封隔人工举升配套工具注水工具调节管柱受力及防砂配套生产管柱设计(2)海上油气田生产管柱设计原则首先要满足油气田开发方案的要求,并且需要与井下状况(包括油气层分层系开发,产能,流体特性等)相适应,满足安全的需要,尽可能通过钢丝作业进行井下工具的操作,减少修井的需要,到达降低操作费的目的,井下管柱结构和施工尽可能简单,降低投资。生产管柱设计(3)对所选井下工具的要求工具强度及压力等级满足要求:根据压力等级和压差要求进行工具的选择;工具的开关动作及配套工具的选择符合井下管柱设计;工具内通径、外径的选择要与油管内劲和套管的直径相配合,工具有导向斜面和台阶,在斜井中能畅通无阻;工具连接螺纹和上下接头螺纹相符,同时,所选的螺纹符合油气井条件(如密封性和拉力等);工具材质及密封件材质的选择应根据流体成分,腐蚀性流体类别、含量及油气井温度、压力等条件。(4)尺寸、动作、强度的校核选择井下工具后,需对工具的尺寸、使用、操作动作、强度进行核实。水平分支井近年来,随着水平钻井和完井工具的不断发展,钻分支井的技术有了很大的进展,对充分发挥油气藏的潜力,提高采油速度和采收率起到重要的作用。中海油除了完成垂直分支井外,2002年在疏松砂岩又成功完成水平分支井钻完井作业,大大提高稠油油田的单井产量,大大提高了稠油油田的经济效益。在疏松砂岩地层打分支水平井的主要难点(1)防止地层坍塌(2)地层较薄,轨迹控制难(3)要保证主井眼与分支井眼分得开(4)要保证筛管下到主井眼打水平分支井最关键在于有好得定向井轨迹控制技术。已打成的分支井采用常规导向钻具+LWD技术+Auto Tack钻水平井分支及主井眼,不钻领眼并实现主井眼与分支井眼有效分离。油气井的腐蚀和防护二氧化碳与硫化氢在油气田中广泛存在,当其在油气中浓度超过一定量时会对井下套管、生产管柱及工具、地面生产设施、输送管道产生腐蚀,存在安全隐患,影响油气田正常生产,造成经济损失,严重的可产生平台爆炸等巨大危害,因此井下腐蚀问题应该给以高度重视。目前,防止腐蚀的主要措施是:用抗腐蚀金属材料、表面涂层保护、加注缓蚀剂、除去水、氧和其他杂质以及通过适当的系统和设备设计,尽量避免或减轻各种加速腐蚀的因素。一般在开发油气田前就应决定采取哪些措施,如井下管柱及地面设备管线是否采用昂贵的抗蚀材料、进行涂层保护、完井时是否下封隔器等。油气井的腐蚀和防护主要防护措施:(一)选用性能合适的耐蚀材料(二)采用塑料涂层、衬里和非金属材料(三)使用缓蚀剂(四)系统设计中的防腐考虑(五)去除杂质(六)其他防护措施,如增大pH值,降低温度,避免紊流等井下管柱设计:(1)了解腐蚀及防护研究理论(2)研究油藏产出气、液情况(3)与科研单位和油管、套管厂家协作,了解其他油气田的使用经验(4)进行室内试验(5)提出备选方案并进行经济评价(6)推荐防腐方案(7)按照美国腐蚀工程师协会编写的RP-0755-91标准对腐蚀程度进行划分谢谢大家
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本文标题:010-第一章 绪论-海洋石油工程(课件)-中国石油大学(北
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