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海上石油(氣)勘探及開發工程

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1 海上石油(氣)勘探及開發工程 -海上石油(氣)勘探及開發工程

 

2 海上石油(氣)勘探及開發工程 -正文

  查明海底石油、天然氣礦藏分佈情況,並鑽采其中可資開採的部分所使用的各種工程技術。
  發展簡史  19世紀末,美國即在加利福尼亞海邊與岸相連的木樁平台上開採海底石油。以後40多年間,由於受技術條件限制,各國都只在海邊簡單的工程設施上沿用陸上油田的工藝設備打井和採油。20世紀30年代至50年代,墨西哥灣和波斯灣相繼發現大油(氣)田,海上石油(氣)勘探和開發工程開始有較快發展。1947年美國在 6米水深的淺海建造了第一座島狀導管架樁基平台,1954年又建成第一艘可遷移的自升式鑽井平台,使海上勘探和開發活動的範圍進一步擴大。60年代后,出現了新型的勘探裝置及大型施工船舶,與此同時,能源需求劇增,導致世界海上石油和天然氣工業產生一次飛躍,海上石油(氣)勘探和開發進入自然條件更複雜的近海海域。到1979年為止,世界上已有近百個國家和地區在海上開採石油(氣),已能在10000米水深海域進行地球物理勘探,在1000多米水深海域鑽井採油,採油平台的高度達330米,海底管線的敷設深度達到350米。中國沿海的石油(氣)勘探開始於1959年,1967年首次在渤海鑽採到石油,1972年自行設計建造了第一艘自升式鑽井平台,1975年又在渤海建成第一座多功能的綜合性平台。
  海上石油(氣)生產過程  海上油(氣)的生產分為勘探和開發兩個階段。海上勘探與陸上一樣也分普查和詳查兩步。普查是從地質調查研究入手,主要通過地震、重力和磁力等地球物理方法尋找油(氣)構造,其中以地震測量法最為常用(見海洋地球物理測量)。勘探是在普查基礎上選擇井位,鑽取岩心,對已發現的油(氣)構造做進一步核實,確定地質儲量,以作出資源評價。開發過程包括鑽生產井、採油(氣)、集中、處理、貯存及輸送等環節。其中把開採出來的油(氣)全部送往岸上處理、貯存並外運的系統稱全陸式集輸貯運系統,一般只適合於離岸較近、井底有足夠壓力的油(氣)田;各生產環節部分置於海上、部分置於陸上的稱半海半陸式集輸貯運系統,適合於離岸較遠、規模較大的高產油(氣)田;全部環節都在海上進行的稱全海式集輸貯運系統,一般只適合於離岸很遠或分散、低產的油(氣)田,以及早期開發的油(氣)田。
  海上石油(氣)勘探及開發工程設施  按其工作性質分為勘探設施、鑽采工程設施和集輸貯運工程設施 3類。
  勘探設施  供普查用的專門設施主要有地震勘探船、重力和磁力勘探船及飛機等。儀器安裝在船或飛機上,按預定測線勘探。供勘探時打鑽井的設施,除近岸淺水區的個別情況下用固定平台外,多採用活動平台。其中坐底式鑽井平台僅適用於 5~30米水深;自升式鑽井平台適用於 10~110米水深,是目前世界上應用最廣、擁有數量最多的一種鑽井平台;半潛式鑽井平台採取錨鏈系泊時,一般能適用於 30~300米水深,採取索、鏈結合型或全索型系泊時,工作水深已達 610米,甚至更深;船式鑽井平台通常用錨泊定位,但在波浪作用下運動振幅較大。近年來發展了一種動力定位系統,它是用裝在鑽井船底部的檢波器接收設在海底的聲學裝置發射的信號,來測定鑽機相對於井口的位置,由計算機根據輸入的位置坐標和環境信息控制全方位推進器的功率分配,以約束鑽井船保持在井口上方的容許範圍內,有動力定位系統的船式鑽井平台已可用於600米以上深水中作業(見海上平台)。
  海上鑽探的工藝與陸上類同,但需要用一根隔水套管隔開海水、引入鑽具和導出泥漿。半潛式與船式平台的鑽井設備上安裝有消除搖蕩影響的升沉與平移補償器,還備有一套再進入井口的水下器具,包括井口盤、導向索或水下聲學裝置、水下電視等,以便在重返井場時將設備再導入海底井口。所有鑽井平台均用於打勘探井,但浮式鑽井平台也有用於深水中鑽生產井的。
  鑽采工程設施  供在海上鑽生產井和開採油(氣)的工程設施主要有4種類型:①人工島,這種設施在近岸淺水中使用較經濟。②固定式平台,是目前主要採用的一種工程類型。為了控制更大的油(氣)藏面積,在一個平台上除打一口直井外,往往還要打多達幾十口的斜井。由於其造價隨水深成倍增長,這種類型在深水中使用有時不經濟。③浮式採油(氣)平台,將井口安裝在浮式平台的甲板上,井口至海底之間以立管相聯,依靠系泊錨鏈或張力鋼索嚴格限制平台的搖蕩。與勘探用的浮式鑽井平台一樣,也備有保證安全作業的水下器具,這種平台能適用於 300米以上水深。④海底採油(氣)裝置,採取鑽水下井口的方法。井口安裝在海底,開採出來的油(氣)用管線直接送往陸上或輸入海底集油(氣)設施。有的水下井口罩有一個常壓室,油井的組裝、控制和維修等作業都在常壓環境中進行,稱「干」式常壓水下裝置;無常壓室的稱「濕」式裝置。這類裝置無需露出水面的工作平台,但要具有深潛水的作業裝備和技術條件。
  集輸貯運工程設施  供開採出來的石油(氣)集中、處理、轉輸、貯存和外運的工程設施,分為以下 4部分:①裝有集油(氣)、處理、計量以及動力和壓縮設備的平台。這類平台的結構形式與上述固定鑽采平台相同。為減少平台數量和便於管理,有時把這些作業環節和鑽采、貯存等環節合併在同一個平台上進行,使之成為多功能的綜合性平台。不過,燃燒廢氣的火炬平台和生活平台往往單獨設置。②貯油設施。對於全海式或半海半陸式系統,由於受海洋自然環境影響和運輸條件的限制,需在海上設貯油設施,其容量要與油井日產量、來船周期和運輸能力、環境因素極值等相協調。主要形式有系泊式和固定式兩種,前者如貯油船、貯油浮筒等。後者又分兩種,一種是設在固定平台上的貯罐,容量較小;另一種是座落於海底的水下貯罐,具有一個伸出海面之上的作業甲板,容量一般較大,如北海埃克菲斯克油田的鋼筋混凝土水下油罐,底部直徑92米,貯量達 10000立方米(100萬桶)。為了減小罐壁內外壓力差,水下貯油罐常採取油水置換工藝。③海底輸油(氣)管線。通過它把整個海上油(氣)田的生產系統聯繫起來。根據輸送的油(氣)性質和環境條件,分單層管和雙層管兩種。後者內管輸油(氣),外管作為保護套,內外管之間環形空間充填隔熱保溫材料。為了防止事故和延長使用年限,管線外部包有防腐絕緣層和混凝土防護層(兼作配重),而且在淺海區、通航區或漁場常將其埋置於海底表面以下一定深度。海底管線的敷設一般採用漂浮法、牽引法和敷管船法等,對於深海大油(氣)田海底管線的敷設則多用敷管船進行。④油(氣)出運碼頭。有單點系泊裝置和常規的海上碼頭兩類。單點系泊裝置是一個用錨鏈系泊在海上的浮筒,浮筒與海底管線之間用橡膠軟管或金屬的彎曲硬管相連,浮筒與船舶之間用水面漂浮軟管相連,船舶纜索系在浮筒頂部轉盤的纜臂上,可隨風、浪、海流自由旋轉,始終處於最小阻力位置,具有適應性強、安裝迅速並能搬遷等優點(如圖)。海上碼頭分固定式和浮式兩種,前者建於沿岸,後者往往就是貯油船,兼作靠泊來船碼頭之用。

  安全保障問題  海上石油(氣)勘探和開發不僅耗資巨大,而且存在一定的危險,幾乎年年都發生事故。其原因一是風暴、海浪、冰凌及地震(海嘯)等自然因素產生的破壞,或井噴;二是操作不慎、管理不善或設計建造不周等所致。如:1969年春,中國「渤海2」號鋼質樁基固定平台被特大冰凌推倒;1980年3月,挪威「亞歷山大·基爾蘭」號五立柱半潛式鑽井平台在北海工作時,因其中一根立柱的連接構件疲勞斷裂導致整個平台傾覆;1977年,埃科菲斯克油田一條海底輸油管線突然失去控制,造成嚴重漏油事故。所以,應反覆審核方案和工程質量,定期對工程設備作預防性維護,並加強對水文氣象和地震的預測預報。
  發展趨勢  海上石油(氣)勘探和開發的規模將更大,半潛式平台已擴大應用於採油(氣)、敷管以及後勤等方面,並將出現更多的海底採油(氣)裝置和全海式集輸貯運系統。同時,淺於 200米水深的大陸架海域仍是重要的油(氣)勘探和開發區域,仍會繼續完善和發展自升式鑽井平台、淺水鑽井船和常規的鑽采工程設施,以及半海半陸式甚至全陸式的集輸貯運系統。

 

3 海上石油(氣)勘探及開發工程 -配圖

 

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