海洋工程概论1.ppt

海洋工程概论 内容 前言一 我国海洋石油工业二 海洋工程研究的对象和范围海洋平台一 概述二 海洋平台的分类三 各种不同平台的特点 前言 当今世界面临着人口 资源和环境三大问题 随着世界人口的增长和陆地资源因加速开采而日渐枯竭 海洋资源的开发 海洋环境的保护与利用已成为世界各国普遍关注的问题 一 我国海洋石油工业 我国海域辽阔 海岸线长达18000多公里 海域面积47 7万平方公里 大陆架面积为130多平方公里 从60年代初期开始 我国就开始了海洋石油资源的勘探工作 先后发现了渤海 南黄海 东海 珠江口 莺歌海 北部湾六个大型含油气的地质盆地 海洋石油资源总量约450亿吨 天然气资源储量约14万亿立方米 分别占全国油气资源总量的57 和33 1990年突破100万吨大关 1994年的原油产量达到了647万吨 天然气产量达到了3 7亿立方米 1998年原油产量达到了163l万吨 天然气38亿立方米 2000年400万桶 天 全球在2000年海洋原油日产量达到2600万桶 天然气年产量达到6580亿立方米 我国海洋石油开发工程面临四个方面的挑战 1 我国近海石油地质条件较为复杂 如渤海油田的近岸滩涂地区 2 原油性质特殊 轻 中 重三种油质中 中质与重质油储量可能会多些 3 国际油价起伏不定 不时处于疲软状态 4 海况条件比中东等地区差 台风 海冰 地震影响较大 与英 美 日本 挪威等先进国家相比 我国的海洋石油工程仍有些差距 表现在 1 平台设计2 平台材料3 平台设备及仪器仪表系统4 平台的制造工艺5 海上施工安装 二 海洋工程研究的对象和范围 从广义上说 所有涉及或与海洋环境有关的工程都可以归为海洋工程研究的范围 如海洋平台 系泊系统 海底管线以及其它开发海洋资源的设备和工程建筑 潜水器技术 海底管线埋设 检测与维修技术 海洋油气开发技术 海洋空间利用技术 海上施工技术 包括以下技术 里海地区阿塞拜疆 50 哈萨克斯坦和土库曼斯坦 30 40 北海地区 产量最多 海湾地区 非洲 远东地区 巴西1997年储量达169亿桶 海洋平台 一 概述海洋平台是在海洋上进行作业的场所 海洋石油钻探与生产所需的平台 主要分钻井平台和生产平台两大类 在钻井平台上设钻井设备 在生产平台上设采油设备 平台与海底片口有立管相通 平台是进行海上钻井与采油作业的一种海洋工程结构 海洋平台一般都高出海面 能够避免波浪的冲击 型式有三边形 四边形或多边形 上下两层甲板或单层甲板面供安装 储存钻井或采油设备用 1 按运动方式 可分为固定式与移动式两大类 二 海洋平台的分类 2 按功能 海洋平台的分类有钻井平台 生产平台 生活平台 储油平台 近海平台等 TensionLegs steeltubularlengthsscrewedtogether SnorreTLP 钻井平台 海洋钻井的目的足为了了解海底地质构造及矿物储藏情况 这项工作通常是由钻井平台来完成的 三 各种不同平台的特点 海上钻井的设备相当复杂 包括井架 又称钻塔 提升设备 转动系统 泥浆循环系统 动力系统 井口系统 封井系统 水下钻井设备的控制操作系统 运动补偿系统等 因为海上钻井要受到风 浪 流的影响 所以比陆上钻井要复杂得多 1 坐底式钻井平台坐底式钻井平台是早期在浅水区域作业的一种移动式钻井平台 平台分本体与下体 由若干立柱连接平台本体与下体 平台上设置钻井设备 工作场所 储藏与生活舱室等 钻井前在下体中灌入压载水使之沉底 下体在坐底时支承平台的全部重量 而此时平台本体仍需高出水面 不受波浪冲击 在移动时 将下体排水上浮 提供平台所需的全部浮力 如属自航者 动力装置都安装在下体中 坐底式的工作水深比较小 愈深则所需的立柱愈长 结构愈重 而且立柱在拖航时升起太高 容易产生事故 由于坐底式平台的工作水深不能调节 已日渐趋于淘汰 2 自升式钻井平台自升式钻井平台是由一个上层平台和数个能够升降的桩腿所组成的海上平台 这些可升降的柱腿能将平台升到海面以上一定高度 支撑整个平台在海上进行钻井作业 这种平台既要满足拖航移位时的浮性 稳性方面的要求 又要满足作业时着底稳性和强度的要求 以及升降平台和升降桩腿的要求 由于自升式平台可适用于不同海底土壤条件和较大的水深范围 移位灵活方便 便于建造 因而得到了广泛的应用 目前 在海上移动式钻井平台中它仍占绝大多数 3 半潜式钻井平台半潜式钻井平台 又称立柱稳定式钻井平台 它是大部分浮体沉没于水中的一种小水线面的移动式钻井平台 它从坐底式钻井平台演变而来 由平台本体 立柱和下体或浮箱组成 此外 在下体与下体 立柱与立柱 立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接 在下体问的连接支撑一般都设在下体的上方 这样 当平台移位时 可使它位于水线之上 以减小阻力 平台上设有钻井机械设备 器材和生活舱室等 供钻井工作用 平台本体高出水面一定高度 以免波浪的冲击 下体或浮箱提供主要浮力 沉没于水下以减小波浪的扰动力 平台本体与下体之间连接的立柱 具有小水线面的剖面 主柱与主柱之间相隔适当距离 以保证平台的稳性 所以又有立柱稳定式之称 4 钻井船钻井船是设有钻井设备 能在水面上钻井和移位的船 也属于移动式 船式 钻井装置 较早的钻井船是用驳船 矿砂船 油船 供应船等改装的 现在已有专为钻井设计的专用船 目前 已有半潜 坐底 自升 双体 多体等类型 钻井船在钻井装置中机动性最好 但钻井性能却比较差 钻井船与半潜式钻井平台一样 钻井时浮在水面 井架一般都设在船的中部 以减小船体摇荡对钻井工作的影响 且多数具有自航能力 钻井船在波浪中的垂荡要比半潜式平台大 有时要被迫停钻 增加停工时间 所以更需采用垂荡补偿器来缓和垂荡运动 钻井船适于深水作业 但需要适当的动力定位设施 钻井船适用于波高小 风速低的海区 它可以在600m水深的海底上进行探查 掌握海底油 气层的位置 特性 规模 贮量 提供生产能力等 生产平台通常又叫浮油平台 是专门从事海上油 气等生产性的开采 处理 贮藏 监控 测量等作业的平台 有的是单个平台 也可由几个不同用途的平台扭引桥相连 组成石油生产基地 按建筑材料可分为钢筋混凝土平台和钢质平台 按结构型式可分为固定式平台和移动式平台 固定式平台又可分为桩基式与重力式两种 移动式平台又可分为自升式与张力腿式 牵索塔式等 生产平台 1 重力式采油平台它一般都足钢筋混凝土结构 作为采油 贮存和处理用的大型多用途平台 它由底部的大贮油罐 单根或多根立柱 平台甲板和组装模块等部分组成 规模较大的 可开采几十口井 贮油十几万吨 平台的总重量可高达数十万吨 各类平台 根据作业要求 配备相应的采油 处理及生活等设施 2 导管架式平台桩基式平台用钢桩固定于海底 钢桩穿过导管打入海底 并由若干根导管组合成导管架 导管架先在陆地预制好后 拖运到海上安装就位 然后顺着导管打桩 桩是打一节接一节的 最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆 使桩与导管连成一体固定于海底 这种施工方式 使步上工作量减少 平台设于导管架的顶部 高于作业区的波高 具体高度须视当地的海况而定 一般大约高出4 5m 这样可避免波浪的冲击 桩基式平台的整体结构刚性大 适用于各种土质 是目前最主要的固定式平台 但其尺度 重量随水深增加而急骤增加 所以在深水中的经济性较差 3 张力腿式平台张力腿式平台是利用绷紧状态下的锚索链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 一般来说 半潜式平台的锚泊定位系统 都是利用锚索的悬垂曲线的位能变化来吸收平台在波浪中动能的变化 悬垂曲线链的特征之一是链的下端必须与水底相切 以保证锚柄不会从水底抬起 这样就可保证锚的抓力 张力腿式平台也是采用锚泊定位的 但与一般半潜式平台不同 其所用锚索是绷紧成直线的 不是且悬垂曲线的 钢索的下端与水底不是相切的 而是几乎垂直的 用的锚是桩锚 即打入水底的桩作为锚用 或重力式锚 重块 等 不是一般容易起主的转爪锚 张力腿式平台的重力小于浮力 所相差的力可依靠锚索向下的拉力来补偿 且此拉力应大于波浪产生的力 使锚索上经常有向下的拉力 起着绷紧平台的作用 4 牵索塔式平台牵索塔式平台是一瘦长的桁架结构 其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撑 其上端支承作业甲板 桁架的四周用钢索 重块 锚链和锚所组成的锚泊系统加以牵紧 使它能保持直立状态 由于这种平台是由锚泊系统