021第二章第一节 海上钻井装置-海洋钻井概述-海洋石油工程(课件)-中国石油大学(北京)-檀朝东
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海上石油的开采PPT课件
3万吨，工可在举300升0m水采深作油业。方式。它的举升原理和自喷井相似，是通过向
随着全球能源短缺状况日益严重，人类把目光转向海洋，致力与海上石油开发。
油套环空注入高压气体，并通过油管上的多组气举阀在不 有杆抽油机泵组的主要优点是结构简单,维修管理方便,在中深井中泵的效率为50％左右，适用于中、低产量的井。
注入井底，将原油举升出地面的人工举升采油方式。
东海： 挪世威界国 大家型石石油油公企主司业（，要是St由a北to欧中il A最S海大A的）油石于和油20公0中7司年石和由挪化原威挪最威大国的家公石司油。公司（Statoil）和挪威海德罗公司（Norsk Hydro）油气部门合并而成的
有杆抽油投机泵资组建的主设要。优点我是国结构与简日单,维本修在管理该方便,在中深井中泵的效率为50％左右，适用于中、低产量的井。 这深个海设 生备产海被平用台域来自油提动升操气和纵争放装下置夺钻。相柱的当。激烈。
下部为一大型浮力沉垫，上部为钻井平台，中间用支柱联结。 有杆泵的工作深度在国外已超过 3000m,抽油机的载荷已超过25t，泵的排量与井深有关,有些浅井日排量可以高达400m3,一般中深井可
达200m3,但有抽油些井的浅产量井主要日根据油排层的量生产可能力以。 高达400m3,一般中深井可达200m3,
海上采油、深井、斜井、含砂井、含气井和含有腐蚀性成分而不宜用其他人工举升采油方式开采的油井，都可采用气举采油。
井口。同时，注入的高压气体在井筒上升的过程中，体积 在一定的油层压力和油气比的条件下，每口井中的油管尺寸和深度不变时，有一个充分利用能量的最优流速范围，即最优日产量范围。
油气在地壳中生成后，呈分散状态存在于生油气层中，经过运移进入储集层，在具有良好保存条件的地质圈闭内聚集，形成油气藏。
随着全球能源短缺状况日益严重，人类把目光转向海洋，致力与海上石油开发。
油套环空注入高压气体，并通过油管上的多组气举阀在不 有杆抽油机泵组的主要优点是结构简单,维修管理方便,在中深井中泵的效率为50％左右，适用于中、低产量的井。
注入井底，将原油举升出地面的人工举升采油方式。
东海： 挪世威界国 大家型石石油油公企主司业（，要是St由a北to欧中il A最S海大A的）油石于和油20公0中7司年石和由挪化原威挪最威大国的家公石司油。公司（Statoil）和挪威海德罗公司（Norsk Hydro）油气部门合并而成的
有杆抽油投机泵资组建的主设要。优点我是国结构与简日单,维本修在管理该方便,在中深井中泵的效率为50％左右，适用于中、低产量的井。 这深个海设 生备产海被平用台域来自油提动升操气和纵争放装下置夺钻。相柱的当。激烈。
下部为一大型浮力沉垫，上部为钻井平台，中间用支柱联结。 有杆泵的工作深度在国外已超过 3000m,抽油机的载荷已超过25t，泵的排量与井深有关,有些浅井日排量可以高达400m3,一般中深井可
达200m3,但有抽油些井的浅产量井主要日根据油排层的量生产可能力以。 高达400m3,一般中深井可达200m3,
海上采油、深井、斜井、含砂井、含气井和含有腐蚀性成分而不宜用其他人工举升采油方式开采的油井，都可采用气举采油。
井口。同时，注入的高压气体在井筒上升的过程中，体积 在一定的油层压力和油气比的条件下，每口井中的油管尺寸和深度不变时，有一个充分利用能量的最优流速范围，即最优日产量范围。
油气在地壳中生成后，呈分散状态存在于生油气层中，经过运移进入储集层，在具有良好保存条件的地质圈闭内聚集，形成油气藏。
海洋钻井工程技术简介课件
海洋风能开发
利用海洋丰富的风能资源，建设海上 风电场，为可再生能源产业提供支持 。
海洋波浪能开发
利用海洋波浪的能量，研发波浪能发 电技术，为偏远岛屿和海上设施提供 电力。
海洋科学研究
海洋地质研究
通过钻井获取海底地层样本，研究海洋地质构造、沉积物分布和地球物理特征 。
海洋生物研究
利用钻井技术获取海底沉积物和岩心样本，研究海洋生物群落、生态系统和古 生物遗迹。
包括半潜式和浮式钻井平 台，可在不同水深作业， 灵活性高。
人工岛
在近岸浅水区建造的人工 岛屿，用于支持钻井作业 。
海洋钻井设备与工具
钻机
泥浆泵
井口装置
防喷器
用于破碎海底岩层，形 成钻孔。
将钻屑从钻孔中排出。
用于控制和密封钻孔的 设备。
在钻井过程中控制井内 压力，防止井喷。
海洋钻井工程设计
地质勘探
智能化与自动化
自动化钻井系统
通过自动化控制系统，实现钻井设备的远程监控和操作，减少人 工干预和操作风险。
智能化钻井决策支持系统
利用人工智能技术，开发智能化的钻井决策支持系统，提供实时钻 井优化方案和风险预警。
智能化钻井装备
研发智能化的钻井装备，如智能钻头、智能稳定器等，提高钻井过 程的稳定性和安全性。
海洋钻井工程技 术简介
目录
• 海洋钻井工程概述 • 海洋钻井工程技术 • 海洋钻井工程应用 • 海洋钻井工程挑战与解决方案 • 未来海洋钻井工程技术展望
01
海洋钻井工程概述
海洋钻井工程定义
01
海洋钻井工程是指利用钻井技术 ，在海洋环境中进行石油、天然 气等资源的勘探和开发的过程。
02
海洋钻井工程涉及多个学科领域 ，包括地质学、地球物理学、海 洋工程学、石油工程学等。
利用海洋丰富的风能资源，建设海上 风电场，为可再生能源产业提供支持 。
海洋波浪能开发
利用海洋波浪的能量，研发波浪能发 电技术，为偏远岛屿和海上设施提供 电力。
海洋科学研究
海洋地质研究
通过钻井获取海底地层样本，研究海洋地质构造、沉积物分布和地球物理特征 。
海洋生物研究
利用钻井技术获取海底沉积物和岩心样本，研究海洋生物群落、生态系统和古 生物遗迹。
包括半潜式和浮式钻井平 台，可在不同水深作业， 灵活性高。
人工岛
在近岸浅水区建造的人工 岛屿，用于支持钻井作业 。
海洋钻井设备与工具
钻机
泥浆泵
井口装置
防喷器
用于破碎海底岩层，形 成钻孔。
将钻屑从钻孔中排出。
用于控制和密封钻孔的 设备。
在钻井过程中控制井内 压力，防止井喷。
海洋钻井工程设计
地质勘探
智能化与自动化
自动化钻井系统
通过自动化控制系统，实现钻井设备的远程监控和操作，减少人 工干预和操作风险。
智能化钻井决策支持系统
利用人工智能技术，开发智能化的钻井决策支持系统，提供实时钻 井优化方案和风险预警。
智能化钻井装备
研发智能化的钻井装备，如智能钻头、智能稳定器等，提高钻井过 程的稳定性和安全性。
海洋钻井工程技 术简介
目录
• 海洋钻井工程概述 • 海洋钻井工程技术 • 海洋钻井工程应用 • 海洋钻井工程挑战与解决方案 • 未来海洋钻井工程技术展望
01
海洋钻井工程概述
海洋钻井工程定义
01
海洋钻井工程是指利用钻井技术 ，在海洋环境中进行石油、天然 气等资源的勘探和开发的过程。
02
海洋钻井工程涉及多个学科领域 ，包括地质学、地球物理学、海 洋工程学、石油工程学等。
021第二章第一节 海上钻井装置-海洋钻井概述-海洋石油工程(课件)-中国石油大学(北京)-檀朝东
固定式钻井平台的主要类型
Ø Ø
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。
Ø Ø Ø
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。
固定式钻井平台的优缺点
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——张力腿式
张力腿式钻井平 台（TLP）是利用绷紧 状态下的锚索产生的 拉力与平台的剩余浮 力相平衡的钻井平台 或生产平台。
固定式钻井平台——导管架式
导管架型平台在软土地基上 应用较多的一种桩基平台。
固定式钻井平台——重力式
稳 坐 在 海 底 坚 实 土 层 之 上 。 重 力 式 平 台 是 靠 平 台 自 身 重 量
海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
Ø
柴油机电驱动方式 海上钻井 平台 离 按 较远 ， 无 工业 电 网 供 电 ， 平台用
电靠自配电站供电 。海上钻井 平台采用多台 大 功率柴 油 发 电 机 组 发 电 ， 供各 电 动机 分 别 驱 动 钻井 绞车 、泥 浆 泵、转盘、顶部驱动装置等钻井工作主机。
海洋钻井发展回顾
80 年代，全世界从 事 海上石油勘探开发的国家 或地区超过100个。 目 前， 世界各 国在海上 寻找 石油、 天然 气的 活 动正 在向深水、 超 深水发展。海底油气 资源 的勘 探、开发，已成为沿海国家重要的经济活动内容。
海洋石油钻井设备精讲教学课件
CHAPTER
泥浆组成与功能
泥浆组成
由钻屑、粘土、水和各种添加剂组成，具有悬浮钻屑、冷却钻头 、润滑钻具和平衡地层压力等功能。
泥浆类型
分为水基泥浆、油基泥浆和气体泥浆，根据不同地层和钻井条件选 择合适的泥浆类型。
泥浆性能要求
需要具备良好的流变性、稳定性、滤失性、润滑性和抗温性等性能 ，以确保钻井过程的顺利进行。
作业能力
最大作业水深达300米，钻井深度超过10000米。
作业海域
主要作业于全球海域。
技术特点
采用先进的动力系统和推进器，确保在各种海况 下稳定作业；配备先进的导航和定位系统，确保 精确定位；同时具备优良的储油和运输能力，可 实现采油、运输一体化作业。
谢谢
THANKS
工作原理
应用场景
适用于深海和超深海区域的钻井作业 。
通过调整平台下部的浮力，实现平台 的升降和平衡。
钻井船
特点
钻井船是一种移动式海上钻井设 备，可以在不同海域进行钻井作
业。
工作原理
通过船体自身的动力系统，实现船 体的移动和定位。
应用场景
适用于深海和超深海区域的钻井作 业。
动力定位系统
1 2 3
特点
该自升式钻井平台属于大型深水型， 具备钻井、生产、生活、动力等设施 。
作业海域
主要作业于南海、东海等深海区域。
作业能力
最大作业水深达300米，钻井深度超 过10000米。
技术特点
采用高强度钢材料，配备先进的升降 系统、稳定系统和动力系统，确保在 复杂海况下安全作业。
某半潜式钻井平台应用案例
平台类型
02 钻井平台
CHAPTER
自升式钻井平台
特点
泥浆组成与功能
泥浆组成
由钻屑、粘土、水和各种添加剂组成，具有悬浮钻屑、冷却钻头 、润滑钻具和平衡地层压力等功能。
泥浆类型
分为水基泥浆、油基泥浆和气体泥浆，根据不同地层和钻井条件选 择合适的泥浆类型。
泥浆性能要求
需要具备良好的流变性、稳定性、滤失性、润滑性和抗温性等性能 ，以确保钻井过程的顺利进行。
作业能力
最大作业水深达300米，钻井深度超过10000米。
作业海域
主要作业于全球海域。
技术特点
采用先进的动力系统和推进器，确保在各种海况 下稳定作业；配备先进的导航和定位系统，确保 精确定位；同时具备优良的储油和运输能力，可 实现采油、运输一体化作业。
谢谢
THANKS
工作原理
应用场景
适用于深海和超深海区域的钻井作业 。
通过调整平台下部的浮力，实现平台 的升降和平衡。
钻井船
特点
钻井船是一种移动式海上钻井设 备，可以在不同海域进行钻井作
业。
工作原理
通过船体自身的动力系统，实现船 体的移动和定位。
应用场景
适用于深海和超深海区域的钻井作 业。
动力定位系统
1 2 3
特点
该自升式钻井平台属于大型深水型， 具备钻井、生产、生活、动力等设施 。
作业海域
主要作业于南海、东海等深海区域。
作业能力
最大作业水深达300米，钻井深度超 过10000米。
技术特点
采用高强度钢材料，配备先进的升降 系统、稳定系统和动力系统，确保在 复杂海况下安全作业。
某半潜式钻井平台应用案例
平台类型
02 钻井平台
CHAPTER
自升式钻井平台
特点
海洋钻井(平台)课件PPT
我国海洋钻井发展简况及现状
目前中国正在设计、建造的超深水钻井平台（船）主要有： 1. 由708所与上海外高桥造船厂设计、建造3000米工作水深的半潜
式钻井平台。 2. 中国船舶重工集团公司大连造船新厂建造了4艘超深水半潜式钻
井平台。 3. 由上海船厂与美国Frontter公司开始建造4-5万吨动力定位深水钻
移动式钻井平台——坐底式
坐底式钻井平台 单立柱坐底式钻井平台
坐底式钻井平台: 有两个船体，上船体又叫工作甲 板，安置生活舱室和设备；下部是沉垫，其主要功 能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。两 个船体间由支撑结构相连。
该种钻井装置在到达作业地点后往沉垫内注水，
使其着底。因此从稳性和结构方面看，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。所以该平台发展缓慢。然而中国渤海沿岸 的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的 浅海海域，潮差大而海底坡度小，对于开发此类浅 海区域的石油资源，坐底式钻井平台仍有较大的发 展前途。
固定式钻井平台的主要类型
➢ 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
美国Transocean公司，是全球最大的海上和深海钻井承包商. 拥有 的深海钻井装置占全球总数的约30%。名列前5位的深海钻井承包商均 是美国公司。拥有的深海钻井装置占全球总数的70%。其次是挪威。
目前，我国只有中海油田服务股份有限公司（COSL）一家真正参 与国际钻井平台市场竞争，但仍以浅海和中深海钻井平台为主，虽然 目前已开始深海钻井平台的建造，但我国海洋钻井装备的发展已落后 于美国、挪威、巴西等国家。
第二章海洋钻完工艺系统
套管落井事故 顿钻事故 井喷事故和井漏事故 测井仪器遇卡事故
41
完井技术
● 完井：从钻开生产层、下油层套管、注水泥固井、射
孔到试采等一系列生产过程的总称。
● 完井工程包括的内容：
（1）钻开生产层：钻井完井液设计、平衡压力钻井 （2）完井井底结构设计和完井方法选择 （3）安装井底：包括下套管固井或下入筛管、割缝衬管 （4） 连通井眼与产层（射孔、裸眼等） （5）防砂措施 （6）安装井口，完井测试
26
自升式钻井平台导管架方式钻井 涠洲12-1油田B平台
27
自升式钻井平台导管架方式钻井 东方1-1气田
28
复位到采油井钻井
NH4 & W121A
NH4 & W121B
NH4 & W114B
29
半潜式钻井平台预钻井
安 装 钻 井 基 盘
30
修井机+支持船井 钻井
31
第二章 海洋钻完井工艺系统
钻穿油、气层之后， 下油层套管至油、气 层底部固井。然后再 用专门的射孔器在油 、气层部位射孔，射 穿套管和水泥环并进 入地层一定深度，油 、气通过这些孔道进 入井内。
或下入尾管后射孔。
49
射孔完井法示意图
尾管射孔完井法示意图
完井技术
三、完井井底结构和完井方法
（二）射孔完井法
● 主要优点：
（1）能有效地封隔不同压力的油、气、水层，消除互相干扰。可以进行分层测试、 分层开采、分层注水等作业。
优点：
可以确保油层套管下在油、气层顶部。
缺点：
（1）泥浆对油气层的浸泡时间长，易损害 油气层；
（2）同时也会受到水泥浆对油气层的损害 ，如油气层压力大时固井质量也不易保证。 这种完井法一般是在地层情况掌握不够的探 区采用。
41
完井技术
● 完井：从钻开生产层、下油层套管、注水泥固井、射
孔到试采等一系列生产过程的总称。
● 完井工程包括的内容：
（1）钻开生产层：钻井完井液设计、平衡压力钻井 （2）完井井底结构设计和完井方法选择 （3）安装井底：包括下套管固井或下入筛管、割缝衬管 （4） 连通井眼与产层（射孔、裸眼等） （5）防砂措施 （6）安装井口，完井测试
26
自升式钻井平台导管架方式钻井 涠洲12-1油田B平台
27
自升式钻井平台导管架方式钻井 东方1-1气田
28
复位到采油井钻井
NH4 & W121A
NH4 & W121B
NH4 & W114B
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半潜式钻井平台预钻井
安 装 钻 井 基 盘
30
修井机+支持船井 钻井
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第二章 海洋钻完井工艺系统
钻穿油、气层之后， 下油层套管至油、气 层底部固井。然后再 用专门的射孔器在油 、气层部位射孔，射 穿套管和水泥环并进 入地层一定深度，油 、气通过这些孔道进 入井内。
或下入尾管后射孔。
49
射孔完井法示意图
尾管射孔完井法示意图
完井技术
三、完井井底结构和完井方法
（二）射孔完井法
● 主要优点：
（1）能有效地封隔不同压力的油、气、水层，消除互相干扰。可以进行分层测试、 分层开采、分层注水等作业。
优点：
可以确保油层套管下在油、气层顶部。
缺点：
（1）泥浆对油气层的浸泡时间长，易损害 油气层；
（2）同时也会受到水泥浆对油气层的损害 ，如油气层压力大时固井质量也不易保证。 这种完井法一般是在地层情况掌握不够的探 区采用。
海洋石油钻井设备与工艺
• 1）自升式钻井平台 • 自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成， 平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下 放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度， 并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致 下陷。完井后平台降到海面，拔出桩腿并全部提起， 整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。1953年美 国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强， 工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总 数的1／2。我国自行制造的自升式钻井平台“渤海一 号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的 高度有七十多米，升降装置是插销式液压控制机构。 该型钻井平台造价较低、运移性好、对海底地形的适 应性强，因而，我国海上钻井多使用自升式钻井平台。 • 钻井平台桩腿的高度总是有限的，为解决在深海 区的钻井问题，又出现了漂浮在海面上的钻井浮船。
双： • 1. 井架、绞车、天车、游车、顶驱（转盘）、 泥浆泵、大钩、水龙头。 • 2. 钻台设备 • 3. 钻杆运输系统 • 4. 司控房 • 5. 钻井仪表、控制软件 • 6. 其它相关设备和工具
第一节 海洋钻井平台
海洋钻井平台（drilling platform）就是用于海洋 钻井的一种大型海上结构物。平台上装有钻机及动力 系统、通讯导航设备、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。海洋钻井平台主 要分为移动式平台和固定式平台两大类： （1）移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、 半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台 。 （2）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、 深水顺应塔式平台等。
• • • • •
海洋钻机的典型型式: • 常规钻机 • 半自动化钻机 • 全自动化钻机 • 双区作业钻机
• 常规钻机
海上钻井工艺技术课件
– 灭火技术： » 最有效的是爆炸灭火。设法将炸药包用钢丝绳 输送到火焰的上部，利用爆炸时大量消耗氧气， 并产生的局部真空，消除燃烧条件而灭火。 » 潜水员水下灭火。潜水员在水下套管上开孔并 引出管线，将流体有控制的引出并燃烧，逐渐 减小喷出。 » 救援井技术。通过救援井注入重泥浆，进行压 井。或引流。
– 隔水管系统：
» 作用：隔离海水；形成泥浆循环通道；
» 包括：隔水管；伸缩隔水管；挠曲接头及球接头； 张紧绳及张紧系统；
– 快速连接器：
» 快速连接和拆卸上述三部分。
1.1 海上钻井井口装置
• 水下井口装置—导引系 统
– 井口盘用水泥浇铸成钢 骨水泥结构；
– 送入井口盘应该有临时 导引绳；
– 用临时导引绳将导引架 及导管送入并座位；
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式 平台（常规法） – 第二步：钻孔。
» 依靠临时导引绳下钻， 使钻头准确进入井口盘； 钻柱上带伸缩钻杆；
» 用海水“有进无出”法 钻出36“的井眼；钻完 后立即用高粘度泥浆替 入。防止海水浸泡井眼 垮塌。
» 起钻。
导向臂
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式平台 （常规法）
第一章 海上钻井工艺技术
1.1 海上钻井井口装置 1.2 海上套管程序 1.3 海上井控技术 1.4 海上固井技术 1.5 海上泥浆技术 1.6 海上完井与测试 1.7 双梯度钻井介绍
1.2 海上套管程序
• 海上套管程序的系列化
– 由于井口装置的防喷器体积很大，一般一个平台只 搞一套防喷器组。每个钻井平台根据自己的特点， 选定一套适应防喷器组的套管程序，以后就基本上 不再改变。
» 对油层的损害； » 造成巨大的资金损失。
– 隔水管系统：
» 作用：隔离海水；形成泥浆循环通道；
» 包括：隔水管；伸缩隔水管；挠曲接头及球接头； 张紧绳及张紧系统；
– 快速连接器：
» 快速连接和拆卸上述三部分。
1.1 海上钻井井口装置
• 水下井口装置—导引系 统
– 井口盘用水泥浇铸成钢 骨水泥结构；
– 送入井口盘应该有临时 导引绳；
– 用临时导引绳将导引架 及导管送入并座位；
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式 平台（常规法） – 第二步：钻孔。
» 依靠临时导引绳下钻， 使钻头准确进入井口盘； 钻柱上带伸缩钻杆；
» 用海水“有进无出”法 钻出36“的井眼；钻完 后立即用高粘度泥浆替 入。防止海水浸泡井眼 垮塌。
» 起钻。
导向臂
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式平台 （常规法）
第一章 海上钻井工艺技术
1.1 海上钻井井口装置 1.2 海上套管程序 1.3 海上井控技术 1.4 海上固井技术 1.5 海上泥浆技术 1.6 海上完井与测试 1.7 双梯度钻井介绍
1.2 海上套管程序
• 海上套管程序的系列化
– 由于井口装置的防喷器体积很大，一般一个平台只 搞一套防喷器组。每个钻井平台根据自己的特点， 选定一套适应防喷器组的套管程序，以后就基本上 不再改变。
» 对油层的损害； » 造成巨大的资金损失。
海洋石油钻井装置概述
钻井装置海上钻井的工艺技术与陆地上钻井基本相同，只不过多了一套特殊的井口装置，以便隔离海水。
目前的钻井方法主要还是旋转钻井，利用钻头旋转破碎岩石，形成井身；利用钻杆将钻头送到井底；利用顶驱（大钩）、游车、天车、绞车起下钻杆；利用顶驱（转盘及水龙头）或井底钻具带动钻头，钻杆旋转；利用泥浆泵循环泥浆带出井底的岩屑。
原钻井装置按照不同的功能分为八大部件（绞车、井架、天车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头及泥浆泵）。
现由于安装了顶驱取代了大钩、水龙头、转盘的功能，故平台上无大钩及水龙头。
现对钻井装置的进行论述一、钻井装置的组成1、起升系统设备起升系统设备是由绞车、井架、天车、游车、顶驱及钢丝绳等组成。
起升系统设备的主要功用是起下钻具、控制钻区送钻、更换钻头和下套管等。
有时还要处理井下复杂情况和辅助起升重物。
2、旋转系统设备旋转系统设备是由顶驱（转盘）和井下钻具（井下动力钻具）钻头等组成。
该设备的主要功用是带动井下钻具、钻头旋转、破碎岩石（钻井）及连接起升系统和泥浆循环系统。
3、灌浆循环系统设备该系统主要是由泥浆泵、地面高压（低汇）管汇、立管、水龙带、泥浆净化、泥浆配制设备及井下钻具、钻头等组成，主要功用是利用泥浆或其它流体冷却钻头，冲洗井底带出岩屑，以利正常钻进。
打定向时，在涡轮钻井中以担负着给涡轮钻具传递动力的任务。
4、动力驱动设备海洋石油钻机全部采用柴油机为动力。
平台是五台柴油机带动交流发电机，发出的交流电经过可控硅整流装置变成直流电。
这样的驱动称为交——直流电驱动。
使各工作机组实现无级变速，简化了庞大的联动机构。
5、控制系统设备为了解决指挥各机组协调进行工作，钻机控制系统共分三大部分。
即气控系统、机械控制、电控系统。
气控制系统由司钻控制阀，气动离合器、继气器、刹车气缸及其他阀件等组成。
机械控制系统设备有手柄、踏板、杠杆及各种机械离合器。
电控制设备有变阻器、电阻器、继电器、录井仪等。
整个控制系统的功用是根据钻井工艺的要求，使每台工作机操作时反应迅速。
海洋钻井海上钻井工艺技术
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海洋钻井工程
2、水下井口装置的系统组成
(1)导引系统
导引系统包括： 井口盘、导引架、导引绳及其张紧装置。
导引系统是整个水下井口装置的基础。
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海洋钻井工程
井口盘是第一个 被安放在海底的圆饼 形部件。中心开孔， 孔内有与送入钻具配 合的“J”槽。用于确 定井位，并固定水下 井口。
将各层套管的重量悬挂在泥线处。这样可以 大大减轻固定平台的承重。每层套管下入时，利 用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。泥线支撑 器以上的套管延长到平台上。
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
泥线悬挂器的作用:(移动平台钻井 )
泥线悬挂器的作用也是悬挂各层套管柱的重量。每 层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。 悬挂器以上，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延 长到平台上。在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来， 这样在泥线悬挂器之上是没有套管的。钻完井后，平台 可以移走，泥线以上的海水中没有套管 。
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可编辑ppt 防喷器系统各组分部件 20
海洋钻井工程
半封闸板防 喷器是防喷器的 主要部分。
在出现井喷 溢流时，它可以 抱紧钻杆本体， 封闭钻杆外环形 空间。通过上下 两个半封闸板防 喷器的配合，可 以在井喷溢流情 况下，强行起钻。
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可编辑ppt 防喷器系统各组分部件 21
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海洋钻井工程
最顶部是两个万能防 喷器(也称为多效能防喷器， 或球形防喷器)。
优点：万能防喷器可 以抱紧任何尺寸的钻柱， 可抱紧钻铤，钻杆本体或 接头，套管，电缆，钢丝 绳，甚至可以全封。
海洋石油钻井设备精讲课件
配制适合不同地质条件的钻井液，满足钻孔过程 中的需求，同时保障钻孔的安全和稳定。
防喷器系统
防喷器系统概述
防喷器系统是用于控制和防止钻孔中气体、液体喷出的设备。
防喷器系统组成
防喷器系统主要由防喷器、控制柜、液压管线等组成。
防喷器系统功能
在钻孔过程中控制和防止气体、液体喷出，保障人员安全和环境清 洁。
海洋石油钻井设备精讲课件
目 录
• 海洋石油钻井设备概述 • 海洋石油钻井设备的组成与功能 • 海洋石油钻井设备的操作与维护 • 海洋石油钻井设备的选型与配置 • 海洋石油钻井设备的安全与环保 • 海洋石油钻井设备的未来发展与趋势
contents
01
海洋石油钻井设备概述
定义与分类
定义
海洋石油钻井设备是指在海洋上 进行石油钻探所需的设备和装置， 包括钻井平台、钻机、井口装置、 泥浆循环系统等。
05
海洋石油钻井设备的安全 与环保
安全防护措施
设备安全设计
确保设备设计符合安全 标准，减少潜在的安全 隐患。
安全操作规程
制定详细的安全操作规 程，规范操作人员的行 为，降低操作风险。
定期维护与检查
对设备进行定期维护和 检查，确保设备处于良 好状态，预防事故发生。
环保要求及排放标准
环保法规遵循 确保海洋石油钻井设备符合国家和国际的环保法规要求。
检查液压油是否清洁、充足，如有问题及时更换液压油。
电气故障
检查电气设备是否正常工作，如有问题及时维修或更换。
04
海洋石油钻井设备的选型 与配置
选型原则
适用性
根据钻井的深度、地质条件和工程要求，选择能够满足钻井需求 的设备型号。
可靠性
选择性能稳定、故障率低的设备，确保钻井作业的连续性和安全性。
防喷器系统
防喷器系统概述
防喷器系统是用于控制和防止钻孔中气体、液体喷出的设备。
防喷器系统组成
防喷器系统主要由防喷器、控制柜、液压管线等组成。
防喷器系统功能
在钻孔过程中控制和防止气体、液体喷出，保障人员安全和环境清 洁。
海洋石油钻井设备精讲课件
目 录
• 海洋石油钻井设备概述 • 海洋石油钻井设备的组成与功能 • 海洋石油钻井设备的操作与维护 • 海洋石油钻井设备的选型与配置 • 海洋石油钻井设备的安全与环保 • 海洋石油钻井设备的未来发展与趋势
contents
01
海洋石油钻井设备概述
定义与分类
定义
海洋石油钻井设备是指在海洋上 进行石油钻探所需的设备和装置， 包括钻井平台、钻机、井口装置、 泥浆循环系统等。
05
海洋石油钻井设备的安全 与环保
安全防护措施
设备安全设计
确保设备设计符合安全 标准，减少潜在的安全 隐患。
安全操作规程
制定详细的安全操作规 程，规范操作人员的行 为，降低操作风险。
定期维护与检查
对设备进行定期维护和 检查，确保设备处于良 好状态，预防事故发生。
环保要求及排放标准
环保法规遵循 确保海洋石油钻井设备符合国家和国际的环保法规要求。
检查液压油是否清洁、充足，如有问题及时更换液压油。
电气故障
检查电气设备是否正常工作，如有问题及时维修或更换。
04
海洋石油钻井设备的选型 与配置
选型原则
适用性
根据钻井的深度、地质条件和工程要求，选择能够满足钻井需求 的设备型号。
可靠性
选择性能稳定、故障率低的设备，确保钻井作业的连续性和安全性。
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海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
Ø
设备能力配备 海上钻井 远离后 方基 地， 设备 故 障 所 造 成 的 损失及
修复所需要的时间 均 大大超 过陆上，因此，海上钻井一 般选用工作能力较 大 的设备以减少故障 发生 ， 即在 相同 井深条件下，海上 配 备的钻井设备能力 一般 比 陆地上大 20%~25% 。 目 前，海上 多 选 用 钻深为 6000~8000m 的钻 机、70~100t提升能力的修井机。在油田生产后期，如果 用修井机补钻调整 井 或加密井、分 支 井，修井机的 提 升 能力要达到100~150t。
配有应急柴油发电 机 ，转盘配有 应 急驱 动链轮 ，泥 浆泵 配有应急泵，当主要 机组出现故 障 时，相应 的 应急 设备 立即启动，以保证 全 平台 的 生 活 和 动 力 用电 ， 避免卡钻 事故的发生。
海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
Ø
技术先进、效率高 海洋钻井平台的空间十分有限，因此，平台上所采
海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
Ø
柴油机电驱动方式 海上钻井 平台 离 按 较远 ， 无 工业 电 网 供 电 ， 平台用
电靠自配电站供电 。海上钻井 平台采用多台 大 功率柴 油 发 电 机 组 发 电 ， 供各 电 动机 分 别 驱 动 钻井 绞车 、泥 浆 泵、转盘、顶部驱动装置等钻井工作主机。
海洋恶劣条件下的钻井平台
海洋恶劣条件下的钻井平台
海洋恶劣条件下的钻井平台
海洋环境条件对钻井装备的影响
海洋为 人 类 提供了丰富的资源 ， 但变化多端 的 海水却为人类 获取海洋资源增添 了巨大的困 难 和 风 险。要获取海底油气资源，首先 必须 建造安全 可 靠 的、能牢牢立 在海面上的 工作平台， 这是开发海洋 资源的前提和基础。
海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
安全性 可靠性 设备能力配备 柴油机电驱动方式 可钻或修多口井 配备应急设备 技术先进、效率高
海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
Ø
安全性 海上钻井平台离岸较远，平台空间不大，设备
布 置 无 足 够 的 安全 距离 ， 操 作 者 的 活动 空间 有 限 ， 平台 常 年 处于风 、 浪 、 潮 之 中， 一 旦 发 生 事 故 ， 救援困 难 ， 后果严 重 ； 因此 ，海洋石油钻井 设备 必须 满足防 爆 、 防 火、 防 烟雾 的要 求 ， 并 要 有完善的监控系统，以防止事故发生。
海洋钻井发展回顾
80 年代，全世界从 事 海上石油勘探开发的国家 或地区超过100个。 目 前， 世界各 国在海上 寻找 石油、 天然 气的 活 动正 在向深水、 超 深水发展。海底油气 资源 的勘 探、开发，已成为沿海国家重要的经济活动内容。
第一节 海洋钻井概述
一、海洋钻井的主要特点 二、海洋环境条件对钻井装备的影响 三、海上钻井装置的类型 四、海上钻井装置的发展简况
海洋环境条件对钻井装备的影响
海上石油 天然气的钻 采工艺与陆上 基本相同， 所 不同 的是 工作 环境 不同 ，陆上钻 采设备不 受 场 地 限 制， 可 以分 散布 置 ，而海上钻采设备必须集中 布 置 在 狭小 的海洋 平台 上，受暴 风 雨 、洋 流 、 风 力 、 化 学 腐 蚀 ， 寒冷环境 下 钢料强度 、水深及 钻井成本等 问题的 影响，自然条件恶劣，操作工况十分复杂。 海洋钻井 平台 投 资大 ， 作业风险 高 ， 而 且 海上市 场 有 诸 多不 确 定因素。此外，海洋钻井远离陆地，运输十分困难。
ห้องสมุดไป่ตู้
海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
Ø
可靠性
各类海洋钻井平台的造 价都很高 ，若租用钻井 平台 ， 日租金也非常昂贵，如自升式钻井平台的日租金达2.5万~3 万 美 元 ，半潜 式钻井 平台 的 日租金 高 达 5 万 ~8万 ， 如 果 钻 机性能不佳导致经常停修，就会造成很大的经济损失；因 此，要求钻机各部件的性能都要十分可靠，且经久耐用， 尤其是平台的供电设备必须十分可靠，一旦断电停产，不 仅会造成经济损失，而且可能造成重大事故。
海洋钻井的主要特点
海洋钻井基本是沿用陆上钻井的工艺方法，所不同 的是海上钻井处于狂风巨浪的侵袭中，且与海底隔着巨 大的水体，要在复杂的条件下完成钻井作业，其特点有 以下几种：
8 (1) 在海上要求提供安装钻进的机械设备和钻井 工 3
作的场地，即海上钻井采油平台。将全套的钻井 机械设 5 备安装在平台上成为在海上能独立完成钻进工作的装 置。
固定式钻井平台的主要类型
Ø Ø
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。
Ø Ø Ø
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。
海洋石油工程
第二章 海上钻井装置
石油天然气工程学院
檀朝东 tantcd@ 13801331255
第二章 海上钻井装置
第一节 海洋钻井概述 第二节 固定式钻井平台 第三节 移动式钻井平台
海洋钻井发展回顾
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。 1890年，开始海洋油气勘探。根据陆地油气田向海洋延伸 的趋势，在海岸边修建栈桥，开展海边浅水域的石油钻井。
用 的钻井 设备 必须 技术先 进、 体 积 小 、 质量 轻 、 效率 高。 在同样技术性能的前提下，设备体积越小，钻井平 台的建造费用也就越低。
第一节 海洋钻井概述
一、海洋钻井的主要特点 二、海洋环境条件对钻井装备的影响 三、海上钻井装置的类型 四、海上钻井装置的发展简况
海洋石油平台
海上石油平台，一种岛状空间结 构物，具有一个高出海面的水平 台面，供进行生产作业或其他活 动用的海上工程设施。
混凝土重力式钻井平台
固定式钻井平台——牵索塔式
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。
各类固定式钻井平台性能对比表
种类 性能指标 用 途 工作水深(m) 可钻井深(m) 海底条件限制 灵活性 可钻井数 工作效率 安全性 定位方式 船体储藏能力 导管架式 钻井、采油 到达400 超过3000 对海底无特殊要求 极差 10～60 90% 好 桩基固定 较大 重力式 钻井、采油、集输 超过150 超过3000 要求平整、稳定的海底 极差 10～60 90% 好 靠重力定位 很大 90% 好 靠张力腿定位 较大 90% 好 桩和绷绳定位 大 张力式 钻井、采油 超过180 超过3000 各种海底 差 绷绳塔式 钻井、采油 超过300 超过3000 各种海底 差
海洋钻井平台
海洋钻井平台
Land rig Jackup Drillship Semisubmersible 自升式钻井平台 Submersible 陆地钻机 钻井船 潜入式钻井平台 半潜式钻井平台
海洋钻井平台
导管架平台 张力腿式平台 半潜式平台
绷绳塔式平台
浮式钻井船
海上钻井装置的分类
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。
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海洋钻井的主要特点
(2) 采用浮动钻井装置钻井，要克服在浮动条件下作 业的不利因素，满足井底钻压、将钻具导向海底井口、 保持井位等技术要求，需要有升沉补偿装置、水下井口 导向装置、伸缩隔水管系和自动定位装置等。 3 8 (3) 海上建造平台费用昂贵、操作难度大，因此海上 生产井一般均打丛式井（定向井） 。为了提5高海上钻井 速度，确保钻井的质量，海上钻井应用了高新钻井工艺 技术和钻井方法。
海洋环境条件对钻井装备的影响
海洋 环境 的 特 殊 条件 对 钻井 装备 的 影响很 大 ， 故 海上 平台及 钻井 设备 除必须达 到陆上 设备 的要 求 外 ， 还 要 具 备 适合 海上油气开发 特点 （ 经 受得起 风 、 浪 、 潮 、 流 、 冰 、 涌 等 海洋 环境 因素 的 冲击 ）的 结构 ，以 克服在海上作业的困扰。
固定式钻井平台的优缺点
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。
有预处理功能。 述一下海洋钻井平台的分类及其特点。
海上钻井装置的分类
海洋钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的 海上结构物。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。海洋石油钻井平台可分为2类：
海洋石油平台模型
海洋石油平台
海洋石油平台模型
海洋石油平台群组
海洋石油平台
海洋石油平台
海洋石油平台
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 ：
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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 以上四种 平台又可 以 细 分为很多 类， 下面我们 主要 讲