論海洋石油鉆井現狀與技術發展研究
論文關鍵詞：海洋 石油 鉆井 現狀 發展
論文摘 要：隨著海洋石油的大力開發，鉆井技術的研究至關重要，本文主要闡述海上鉆井發展及現狀，我國海上石油鉆井裝備狀況，海洋石油鉆井平臺技術特點，以及海洋石油鉆井平臺技術發展分析。
1 海上鉆井發展及現狀
1.1 海上鉆井可及水深方面的發展歷程
正規的海上石油工業始于20世紀40年代,此后用了近20年的時間實現了在水深100m的區域鉆井并生產油氣,又用了20多年達到水深近2000m的海域鉆井,而最近幾年鉆井作業已進入水深3000m的區域。圖1顯示了海洋鉆井可及水深的變化趨勢。20世紀70年代以后深水海域的鉆井迅速發展起來。在短短的幾年內深水的定義發生了很大變化。最初水深超過200m的井就稱為深水井;1998年“深水”的界限從200m擴展到300m,第十七屆世界石油大會上將深海水域石油勘探開發以水深分為:400m以下水域為常規水深作業,水深400~1500m為深水作業,大于1500m則稱為超深水作業;而現在大部分人已將500m作為“深水”的界限。
1.2海上移動式鉆井裝置世界擁有量變化狀況
自20世紀50年代初第一座自升式鉆井平臺“德朗1號”建立以來,海上移動式鉆井裝置增長很快,圖2顯示了海上移動式鉆井裝置世界擁有量變化趨勢。1986年巔峰時海上移動式鉆井裝置擁有量達到750座左右。1986年世界油價暴跌5成,海洋石油勘探一蹶不振,持續了很長時間,新建的海上移動式鉆井裝置幾乎沒有。由于出售流失和改裝(鉆井平臺改裝為采油平臺),其數量逐年減少。1996年為567座,其中自升式平臺357座,半潛式平臺132座,鉆井船63座,坐底式平臺15座。此后逐漸走出低谷,至2010年,全世界海上可移動鉆井裝置共有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510座,半潛式鉆井平臺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86%。
2我國海洋石油鉆井裝備產業狀況
我國油氣開發裝備技術在引進、消化、吸收、再創新以及國產化方面取得了長足進步。
2.1建造技術比較成熟海洋石油鉆井平臺是鉆井設備立足海上的基礎。從1970年至今,國內共建造移動式鉆采平臺53座,已經退役7座,在用46座。目前我國在海洋石油裝備建造方面技術已經日趨成熟,有國內外多個平臺、船體的建造經驗,已成為浮式生產儲油裝置(FPSO)的設計、制造和實際應用大國,在此領域,我國總體技術水平已達到世界先進水平。
2.2部分配套設備性能穩定海洋鉆井平臺配套設備設計制造技術與陸上鉆井裝備類似,但在配置、可靠性及自動化程度等方面都比陸上鉆井裝備要求更苛刻。國內在電驅動鉆機、鉆井泵及井控設備等研制方面技術比較成熟,可以滿足7000m以內海洋石油鉆井開發生產需求。寶石機械、南陽二機廠等設備配套廠有著豐富的海洋石油鉆井設備制造經驗,其產品完全可以滿足海洋石油鉆井工況的需要。
2.3深海油氣開發裝備研制進入新階段目前,我國海洋油氣資源的開發仍主要集中在200m水深以內的近海海域,尚不具備超過500m深水作業的能力。隨著海洋石油開發技術的進步,深海油氣開發已成為海洋石油工業的重要部分。向深水區域推進的主要原因是由于淺水區域能源有限,滿足不了能源需求的快速增長需求,另外,隨著鉆井技術的創新和發展,已經能夠在許多惡劣條件下開展深水鉆井。雖然我國在深海油氣開發方面距世界先進水平還存在較大差距,但我國的深水油氣開發技術已經邁出了可喜的一步,為今后走向深海奠定了基礎。
3海洋石油鉆井平臺技術特點
3.1作業范圍廣且質量要求高
移動式鉆井平臺(船)不是在固定海域作業,應適應移位、不同海域、不同水深、不同方位的作業。移位、就位、生產作業、風暴自存等復雜作業工況對鉆井平臺(船)提出很高的質量要求。如半潛式鉆井平臺工作水深達1 500~3 500 m,而且要適應高海況持續作業、13級風浪時不解脫等高標準要求。
3.2使用壽命長,可靠性指標高
高可靠性主要體現在:①強度要求高。永久系泊在海上,除了要經受風、浪、流的作用外,還要考慮臺風、冰、地震等災害性環境力的作用;②疲勞壽命要求高。一般要求25~40 a不進塢維修,因此對結構防腐、高應力區結構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量,采用了高強度或特殊鋼材(包括Z向鋼材、大厚度板材和管材);④生產管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上運輸、海上安裝甚為復雜,生產管理明顯地高于常規船舶。
3.3安全要求高
由于海洋石油工程裝置所產生的海損事故十分嚴重,隨著海洋油氣開發向深海區域發展、海上安全與技術規范條款的變化、海上生產和生活水準的提高等因素變化,對海洋油氣開發裝備的安全性能要求大大提高,特別是對包括設計與要求、火災與消防及環保設計等HSE的貫徹執行更加嚴格。
3.4學科多,技術復雜
海洋石油鉆井平臺的結構設計與分析涉及了海洋環境、流體動力學、結構力學、土力學、鋼結構、船舶技術等多門學科。因此,只有運用當代造船技術、衛星定位與電子計算機技術、現代機電與液壓技術、現代環保與防腐蝕技術等先進的綜合性科學技術,方能有效解決海洋石油開發在海洋中定位、建立海上固定平臺或深海浮動式平臺的泊位、浮動狀態的海上鉆井、完井、油氣水分離處理、廢水排放和海上油氣的儲存、輸送等一系列難題。
4海洋石油鉆井平臺技術發展
世界范圍內的海洋石油鉆井平臺發展已有上百年的歷史,深海石油鉆井平臺研發熱潮興起于20世紀80年代末,雖然至今僅有20多年歷史,但技術創新層出不窮,海洋油氣開發的水深得到突飛猛進的發展。
4.1自升式平臺載荷不斷增大
自升式平臺發展特點和趨勢是:采用高強度鋼以提高平臺可變載荷與平臺自重比,提高平臺排水量與平臺自重比和提高平臺工作水深與平臺自重比率;增大甲板的可變載荷,甲板空間和作業的安全可靠性,全天候工作能力和較長的自持能力;采用懸臂式鉆井和先進的樁腿升降設備、鉆井設備和發電設備。
4.2多功能半潛式平臺集成能力增強
具有鉆井、修井能力和適應多海底井和衛星井的采油需要,具有寬闊的甲板空間,平臺上具有油、氣、水生產處理裝置以及相應的立管系統、動力系統、輔助生產系統及生產控制中心等。
4.3新型技術FPSO成為開發商的首選
海上油田的開發愈來愈多地采用FPSO裝置,該裝置主要面向大型化、深水及極區發展。FPSO在甲板上密布了各種生產設備和管路,并與井口平臺的管線連接,設有特殊的系泊系統、火炬塔等復雜設備,整船技術復雜,價格遠遠高出同噸位油船。它除了具有很強的抗風浪能力、投資低、見效快、可以轉移重復使用等優點外,還具有儲油能力大,并可以將采集的油氣進行油水氣分離,處理含油污水、發電、供熱、原油產品的儲存和外輸等功能,被譽為“海上加工廠”,已成為當今海上石油開發的主流方式。
4.4更大提升能力和鉆深能力的鉆機將得到研發和使用
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,有的為了節約鉆采平臺的建造安裝費用,需以平臺為中心進行鉆采,將其半徑從通常的3000m擴大至4000~5000m,乃至更遠,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,因此發展更大提升能力的海洋石油鉆機將成為發展趨勢。
參考文獻
[1]Phil Rae. Lightweight Cement Formulation for Deep Water Ce-menting: Fact and Fiction[A]. SPE91002, 2004.
[2]Thierry Botrel, Patrick Lsambourg, Total Fina Elf. Off SettingKill and Choke Lines Friction Losses, a New Method for DeepWater Well Control[A]. SPE67813, 2001.
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