第四章海洋石油工程概述介绍

海洋石油工程概论
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。 逆海流收集海上溢油 海轮顺海流运动 海流作用于海冰
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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。
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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。
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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。
海洋石油工程概论 海洋石油开发概述 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
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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。
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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。
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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
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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。 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 。
海洋石油开发概述
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。
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1、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。 “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。
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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： 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。
海洋油气资源
世界十大深水油藏发现国wo-07.09p59 Top 10 deepwater discover reserves countries
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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)
海洋石油工程概论 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
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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。 被飓风吹倒的平台 海上海上飓风 台风云图
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海洋油气资源
2006-2010年深水油气产量占比例
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%。
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海洋石油工程概论 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。
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2、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。
海洋石油工程概论 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。
海面冰情
破冰船
尼罗河冰形
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海洋石油工程概论 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。
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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； 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。
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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。 潮汐后的泥滩 潮汐进入海湾 船只搁浅
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主讲人：徐建功
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基本内容：
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 绪论 海洋资源 海洋灾害及防治 海上钻井设备概述 海上采油设备概述
第六章
第七章 第八章
波浪理论
海洋环境及环境载荷 海洋石油钻采设备的运动学和动力学
第九章
海洋石油钻采设备的强度
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