第9章海洋石油工程装备

6
渤海区块包括：中海油油田、 辽河油田、冀东油田、大港油田、 胜利油田。现有海上设施：浮式装 置 7 座，固定平台 190 座，人工岛 2 座，海底管道528公里。
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东海区块包括中海油油田：平 湖油田和春晓油田。现有海上设施： 固定平台8座，海底管道455公里。
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南海东部区块包括中海油油田： 陆丰油田群、西江油田群、惠州油 田群、番禺油田群、流花油田。现
五 可燃冰(Natural Gas Hydrate，also called methane hydrate, hydromethane, methane ice, fire ice or gas hydrate)
可燃冰是分布于深海，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的 结晶物质。因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰” 或者“固体瓦斯”和“气冰”。 主要成分是甲烷与水分子，学名为“天然气水合物”。 能量密度高，杂质少，燃烧后几乎无污染，矿层厚，规模大，分布广，资 源丰富。全球可燃冰的储量是现有石油天然气储量的两倍。
日本、前苏联、美国均已发现大面积的可燃冰分布区。
我国也在南海和东海发现了可燃冰。据测算，仅我国南海的可燃冰资源量 就达700亿吨油当量，约相当于我国目前陆上油气资源量总数的1/2。
• 形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先， 可燃冰可在0℃以上生成，但超过20℃便会分解。而海底温度 一般保持在 2~4℃左右；其次，可燃冰在 0℃时，只需 30 个大 气压即可生成，而以海洋的深度， 30 个大气压非常容易保证， 并且气压越大，水合物就越不容易分解。
海洋石油工程概论
海,sea
• 海是海洋的边缘部分，深度较浅，一般在 2000-3000 米以 内，占海洋总面积的 11% 。根据被大陆孤立的程度和周围 环境的不同，海可分为地中海、边缘海和内海。
– 地中海又称陆间海，指位于几个大陆间的海，如南北美洲间的加 勒比海等。 – 边缘海 指位于大陆边缘，一面以大陆为界，另一面以岛屿等与 大洋分开的海，如我国的黄海、东海和南海等。 – 内海 是指深入陆地内部，海水水文特征受陆地影响显著的海，如 渤海。 – 洋中之海 位于北大西洋中心的马尾藻海，是世界上唯一没有大 陆海岸的海，因而成为独特的洋中之海。
1. 半潜式钻井平台发展现状
☆ ☆ ☆ ☆ 1961年第一条半潜式钻井平台诞生 目前已发展到第六代超深水钻井平台 在全球现有钻井平台中,半潜式平台约占1/6 全球在建钻井平台中,半潜式平台1/3
1.1 第一代半潜式钻井平台
20世纪60年代
作业水深小于100米 结构型式不太合理 设备自动化程度低
Ocean Driller (1961) Sedco 135 (1965)
3 目前我国海洋油气田分布
我国的海洋油气田总体分为四个
大区块：渤海区块、东海区块、南海
东部区块和南海西部区块。 中国海洋石油总公司2011年生产 原油4661万吨，天然气167亿立方米。 2012年，生产原油5186万吨，其中， 国内3857万吨，海外1329万吨；天然 气164亿立方米，其中国内113亿立方 米，海外51亿立方米。
• 根据国际水道测量局公布的资料，世界的海共有54个。我 国主要有渤海、黄海、东海和南海等。
第一节 海洋矿产资源
• • • • • 海洋油气资源 滨海砂矿和煤铁等固体矿产 多金属结核和富钴锰结核 热液矿 天然气水合物（可燃冰）
一、海洋油气资源
•
1 国际情况
–全球已经发现了2000多个海洋油气田，海洋油气的储量已经占到全球储
发展趋势
我国海洋工程技术与重大装备差距
与国外先进技术存在巨大差距： 国外钻探最大水深：3095米，我国：505米 中海油服“海洋石油708”船首次在1720米水深完成100米连续取心任务。 投产油田最大水深：2900米，我国：333米 自主开发油田：200米内 国外铺管最大水深： 突破3000米，我国：100-150米 国外深水作业起重能力：14000吨，我国 7000吨
1
2 3 4 5
南海2号
南海5号 南海6号 勘探3号 勘探4号
购买旧船
购买旧船 购买旧船 国内研制 购买旧船
304.8
457 457 200 610
1974年
1983年 1982年 1984年 1983年
1979年
1986年 1989年 1994年 1994年
32
23 24 22 23
挪威
挪威 瑞典 中国上海 新加坡
代表平台： 南海5号 南海6号 Atwood Hunter
1.4
第四代半潜式钻井平台 20世纪90年代末 作业水深达1500米 推进器辅助定位 配有部分自动化钻台甲板机械 设备能力与甲板可变载荷都有提高
代表平台： Jack Bates Scarabeo 西方阿尔法
1.5
第五代半潜式钻井平台 20世纪90年代末 作业水深达2300米 VDL达7000MT 动力定位为主，锚泊定位为辅 配有全自动化的司钻房
四 热液矿
• 热液矿有块状和泥状两种。现在的一般做法是：对于块 状，由于其分类集中、硬度高，需要用自动控制的海底钻 探装置先把矿石打碎，然后再用与采集锰结核相似的办法
输送到水面进行加工；对于软泥，可用从采矿船上拖下的
一根长的钢管，管的末端装有一个抽吸装置，先把软泥通 过这种装置抽吸到采矿船上，然后经过处理得到金属的浓 缩混合物，再经冶炼就可以加工出金属物质了。
对外依存度
60 50 40 30 20 10 0 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
二 滨海砂矿和煤铁等固体矿产
• 南非大西洋沿岸 1600 千米范围内拥有世界上规模 最大的金刚石砂。 • 美国在阿拉斯加海滨开发了诺姆砂金矿。 • 钍、铈及其他稀土金属可从独居石中获取。当今 世界开采独居石的地区主要在印度海滨和斯里兰 卡5-70米深的海域中。 • 我国的滨海砂矿分布广泛，沿海省份辽宁、山东、 福建、广东、台湾和海南均发现有锆石、金红石、 钛铁矿、独居石、砂金、铜、煤、硫、磷、石灰 石等多种砂矿 。
平台种类
• （一）固定式海洋平台（Fixed platform）
顺应塔平台（Compliant tower）
筒形基础平台
（二）坐底式平台（Submersible Platform ）
作业水深不但有限，而且也受到海底基础(平坦及坚实程度)的制约。
步行式平台
（三）半潜式钻井平台（Semi-submersible platform）
有海上设施：浮式装置 7座（其中1
座建造中），固定平台17座，单点 系泊装置1座，海底管道323公里。
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南海西部区块包括中海油油田： 文昌油田群、涠洲油田群、东方油 田群、崖城油田群、乐东油田群。
现有海上设施：浮式装置 2 座（其
中 1 座建造中），固定平台 27 座， 单点系泊装置 1 座，海底管道276公
中海油981平台
（四）自升式钻井平台（jack-up rig）
齿轮齿条升降机构
插销式升降机构
（五）钻井船（Drillship）
(六) Spar Platform
A spar is a deep-draft floating caisson, which is a hollow cylindrical structure similar to a very large buoy. Its four major systems are hull, moorings, topsides, and risers. The spar relies on a traditional mooring system (that is, anchor-spread mooring) to maintain its position. About 90 percent of the structure is underwater.
里。
10
进口额(亿美元)
2500
2000
1500
1000
500
0 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
进口数量(万吨)
30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
量的30—40%，产量也达到了30%以上，近年来，海洋油气已经成为世界石
油生产增长的主要来源。 –世界海洋油气的主要分布地区：墨西哥湾、巴西海域、西非几内亚湾、
北海、波斯湾、南中国海、澳大利亚沿海、美国阿拉斯加。总的来看目前
世界海洋油气勘探开发已经形成了“二湾两海两湖”的格局，“二湾”就 是波斯湾和墨西哥湾，“两海”就是北海、和南中国海，“两湖”就是里
三 多金属结核和富钴锰结核
• 锰结核一般多分布在远离海岸、水深在3000－5000米的大 洋的表层沉积中 。各大洋已知的锰结核总储量为 3 万亿 吨 。内含锰4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨、钴58亿吨。
这些储量相当于目前陆地锰储量的 400 多倍、镍的 1000 多
倍、铜的88倍、钴的5000多倍。锰结核以每年1000万吨左 右的速度在“疯狂”地生长 。
ห้องสมุดไป่ตู้
海和委内瑞拉湖。
4
•2 我国海洋油气资源
• 东海大陆架可能是世界上最丰富的油田之一，钓鱼岛附近水域可能成为“第 二个中东”。钓鱼岛周围海域的石油储量约为30亿－70亿吨。还有资料反映，该 海域海底石油储量约为800亿桶，超过100亿吨。 • 南海海域更是石油宝库。中国对南海勘探的海域面积仅有16万平方千米，发
代表平台： Deepwater Horizon Sedco Energy Aker-H3.2
1.6
第六代半潜式钻井平台 21世纪初 作业水深达3000米 船体结构更为优化，重量减轻 配置双井架 DP3动力定位 全自动化控制的钻井系统操作和甲板操作 平台可变载荷更大
F&G ExD
Aker H-6e
Blue Water Rig No.1 (1961)
1.2 第二代半潜式钻井平台
20世纪70年代中后期
作业水深达300米 VDL3000～4000S/T 设备操作自动化程度不高
代表平台： 南海2号 Sedco 701/702
1.3
第三代半潜式钻井平台 20世纪80年代中期 作业水深达500米 VDL约为4000S/T 结构较为合理，设备操作自动化程度不高 20世纪80、90年代主力平台，建造数量最多
国内拥有的钻井平台船龄大部分都在22～32年之间，虽然目前这些平台 的设备状况良好，但是在设备配置上也仅增加了顶部驱动和泥浆泵，作业能 力方面已落后于当今的第四、五代主力钻井平台的配置。而且，现有的平台 作业水深也无法进入南海深水区域，主要在中国近海海域进行钻井作业，自 主深水勘探开发尚为空白。 2011年，国内生产出了第一条第六代半潜式平台。
MSC DSS21
GVA7500
2. 国内半潜式钻井平台发展现状 2011年前，中国海洋石油总公司现拥有15条钻井平台，其中3条为半潜 式钻井平台。作业水深不超过500米，主要在中国近海海域进行钻井作业。 国内其他公司现拥有2条半潜式钻井平台。
序号 船名 获得方式 作业水深( 米) 建造日 期 购入时 间 船龄 建造地点
• 海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的
条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。
第二节、海洋平台
一、海洋平台建造
• 现状 –海洋石油装备制造业的格局：欧美设计，亚洲制造。
• 第一梯队是欧美 • 第二梯队，是亚洲的韩国和新加坡 • 最后一个梯队的，中国模式。
–国产化率低：中国制造的自升式钻井平台只有 24%的国 产化率。
现的石油储量达52.2亿吨。而有资料显示，仅在南海的曾母盆地、沙巴盆地、万 安盆地的石油总储量就将近200亿吨，是世界上尚待开发的大型油藏，其中有一 半以上的储量分布在应划归中国管辖的海域。经初步估计，整个南海的石油地质 储量大致在230亿至300亿吨之间，约占中国总资源量的三分之一，属于世界四大 海洋油气聚集中心之一，有“第二个波斯湾”之称。