近海工程论文课件

1、近海工程论文姓名：*班级：2010级土木工程班学号：*日期：2013年11月28日浅谈我国海洋石油装备技术现状及发展前景一、 摘要：本文以现代社会资源匮乏，尤其是石油资源的短缺为时代背景，讨论和比较了在陆地和海洋资源的蕴藏和产出等，就近海的石油资源开采做出了一些浅显建议，主要就近海钻井平台的建造和石油运输做出了一些讨论，对世界各国技术的差距，今后科研的前沿技术等进行了比较。目的是为以后的钻井平台技术革新和近海的油气资源开采提供帮助。二、关键字：近海工程、资源紧缺、石油、钻井平台三、引言： 近年来, 随着世界范围内油气资源消耗的递增和陆地原油开采速度的加快, 海洋领域内的油气勘探开发已成为新的焦

2、点。未来的15 20年, 将是我国海洋钻井市场实现快速发展的关键时期。由于我国对油气资源的巨大需求, 国内主要石油公司均制定出各自的深水钻井装备计划。在未来5年里,中国海洋石油总公司将投资1200亿元用于海上油气勘探和开发, 海洋工程装备投资是其中的主要部分, 需新建各种固定和移动式生产钻井平台70多座, 其中新建多座自升式和半潜式钻井平台。另外, 我国中石油、中海油、中石化三大石油集团公司均已开始了海洋深水油气勘探开发装备的研究工作, 计划在十二五期间研制我国具有自主知识产权的3000m 深水半潜式钻井平台, 这将有力促进我国海洋石油装备的快速发展。四、我国海洋石油装备的现状 当前, 我国海

3、上油气勘探开发主要集中在大陆架区块, 水深不超过300 m, 钻井深度在7 000 m以内, 水下生产系统设备几乎全部依赖进口, 海上原油发现率仅为18.5%, 天然气发现率仅9.2% 。资料显示, 我国拥有海洋钻井平台的数量相对较少。作为我国具有国际竞争力的海上石油公司, 中海油拥有平台的基本情况为: 固定平台65座、自升式平台9座、半潜式平台3座、FPSO14座。从海洋装备发展历史来看, 我国海洋石油装备的研制始于20世纪70 年代初期。80 年代后, 我国在半潜式钻井装备研制方面有所突破。进入21世纪后, 尤其是近几年来, 我国加大了海洋油气资源的勘探开发及石油钻采装备的更新力度, 海洋

4、装备技术有了较快发展。从我国海洋装备造船业基本情况分析, 当前我国还没有一家真正意义上的专门从事海洋石油钻采设备的专业造船公司。但就平台建造而言, 国内目前具有一定研制基础和建造经验的公司主要包括沪东中华造船(集团) 有限公司、上海外高桥造船有限公司、江南长兴造船有限责任公司、青岛北海船舶重工有限责任公司、大连船舶重工集团有限公司等。沪东中华造船(集团) 有限公司是国内第1家年造船总量突破100万t的企业, 曾完成我国第1艘双体钻井浮船“勘探1号”的建造, 并建造过4200m立方米LPG船, “胜利3号” 坐底式钻井平台等。上海外高桥造船有限公司是国内第1家年产能力达到200万t以上的船厂,

5、目前已经建成30万t级以上大型船坞2座和2台600T龙门起重机等。青岛北海船舶重工有限责任公司是中国船舶重工集团控股的大型船舶修造企业, 曾建造了我国“胜利2号”钻井平台、“胜利3号”作业平台、”辽河1号” 自升式钻修井平台等。大连船舶重工是中国船舶重工集团控股的特大型综合性造船企业, 拥有一般船台4个, 半坞式船台1个, 船坞5座等, 迄今为止, 共建造自升式、半潜式等平台36座。 从海洋装备研究机构情况来看, 我国专门从事海洋装备研究的机构较少, 具有系统研究海洋石油钻采装备的机构则更少。就单元技术而言, 主要研究单位包括: 上海七O 八所、上海交通大学、大连理工大学、中国石油大学( 华东

6、) 等。上海七O八所是一个在海洋平台工程设计方面信息化较高、较系统的研究机构, 曾设计过自升式、半潜式、坐底式钻井平台, 坐底式采油平台等。迄今已研制了9个型号的FPSO, 从5万t级到15万t级,单点系泊从软钢臂式到内转塔式, 作业水深从24m 到120m。上海交通大学设有海洋工程国家重点实验室, 在动力定位系统研制方面已经取得具有自主知识产权的研究成果。大连理工大学参与过4座半潜式钻井平台( B INGO - 9000型) 主体结构优化设计、多点锚泊系统设计研究和高压管线系统设计, 形成了海洋环境参数分析预报、海洋结构物在海洋环境作用下运动与遭遇环境荷载计算、系泊系统分析、结构动力响应与优

7、化设计、结构疲劳分析计算等软件系统。中国石油大学(华东) 开设有海洋石油工程研究室, 配置有高频疲劳试验机、智能涡流检测系统、大型风浪槽等硬件系统及AN-SYS、ABAQU S等多个分析计算软件, 在油气装备强度分析和可靠性评估理论等方面具有一定的理论基础和经验。 从我国海洋石油装备制造情况来看, 生产成套海洋石油钻机、海洋水下生产系统等具有较大影响和规模制造能力的企业相对较少。宝鸡石油机械有限责任公司能够设计制造1500 12000m 的成套陆上/海洋钻机、大功率钻井泵等产品。近年来,该公司已先后承担并完成了CNOOC 惠州、春晓、番禺30 - 1、南堡35- 2、CPOE 61、63等多个

8、项目钻、修井机模块的研制工作, 为我国海洋石油成套装备的发展打下了良好的基础。兰石国民油井石油工程有限公司目前能够制造1 000 9 000m 各种成套石油钻机及海洋井架等。南阳二机石油装备(集团) 有限公司能够制造1 000 4 000m 橇装系列钻机、车装系列钻机以及海洋修井机等。五、我国海洋石油钻井平台现状1.我国海洋石油钻井装备产业取得骄人业绩我国油气开发装备技术在引进、消化、吸收、再创新以及国产化方面取得了长足进步。( 1) 建造技术比较成熟海洋石油钻井平台是钻井设备立足海上的基础。从1970年至今, 国内共建造移动式钻采平台53 座, 已经退役7座,在用46座。目前我国在海洋石油装

9、备建造方面技术已经日趋成熟, 有国内外多个平台、船体的建造经验, 已成为浮式生产储油装置( FPSO ) 的设计、制造和实际应用大国, 在此领域, 我国总体技术水平已达到世界先进水平。( 2) 部分配套设备性能稳定 海洋钻井平台配套设备设计制造技术与陆上钻井装备类似, 但在配置、可靠性及自动化程度等方面都比陆上钻井装备要求更苛刻。国内在电驱动钻机、钻井泵及井控设备等研制方面技术比较成熟, 可以满足7 000 m以内海洋石油钻井开发生产需求。宝石机械、南阳二机厂等设备配套厂有着丰富的海洋石油钻井设备制造经验, 其产品完全可以满足海洋石油钻井工况的需要。( 3) 深海油气开发装备研制进入新阶段 目

10、前, 我国海洋油气资源的开发仍主要集中在200 m水深以内的近海海域, 尚不具备超过500 m深水作业的能力。随着海洋石油开发技术的进步, 深海油气开发已成为海洋石油工业的重要部分。向深水区域推进的主要原因是由于浅水区域能源有限, 满足不了能源需求的快速增长需求, 另外, 随着钻井技术的创新和发展, 已经能够在许多恶劣条件下开展深水钻井。虽然我国在深海油气开发方面距世界先进水平还存在较大差距, 但我国的深水油气开发技术已经迈出了可喜的一步, 为今后走向深海奠定了基础。2004年, 由中海油研究中心牵头承担了国家“863 ”课题“深水油气田开发工程共用技术平台研究”项目, 开始了国内首个深水工程

11、技术的系统研究, 标志着我国的深海油气开发进入一个新的历史阶段。另外, 在南海珠江口盆地, 中海油通过与国外石油公司合作, 所开发的油气田已部分或全部采用了深海油气田的开发技术。目前中海油已具备了寻找复杂地质条件下大中型油气田、自营开发海上油气田、在海上专业技术领域参与国际竞争、开发海外油田的海洋石油勘探开发能力。2006年, 中石油集团海洋石油工程公司牵头承担了国家“863 ”项目“南海深水油气勘探开发”的“深水半潜式钻井平台关键技术”课题,迈开了进军深海油气开发的步伐。2我国海洋石油钻井装备产业基础薄弱尽管我国海洋石油钻井装备产业取得了骄人业绩, 但同发达国家近百年发展历史相比, 我国海洋

12、石油开发装备产业起步相对较晚, 总体来看主要表现出以下明显的不足。( 1) 关键设备国产化程度低尽管我国在一些比较先进的油气工程装备方面已实现国产化, 但国内厂商还基本停留在结构物的制造上, 相关配套技术滞后, 关键设备、技术仍然掌握在国外厂商手里, 严重制约着海洋油气的规模开发。我国海洋石油钻井平台的国产化率仅在20% 左右, 自配套产品范围较窄, 性能和质量同国外有一定差距, 关键设备几乎全部依赖进口, 目前完全依赖进口的设备有: 平台(船) 配套的柴油发电机组、电控系统、大型吊机、船舶主机、主推进系统、轴系、前后侧推等; 钻井系统配套的水下防喷器、固控设备等; 自升式平台升降系统齿轮和齿

13、条等。 关键设备依赖进口带来的问题有:供货周期长, 有时交货期比合同规定延长达5个月, 甚至不定期延长; 成本高, 因为国内没有替代品, 国外厂家大幅加价, 而且采购环节多, 成本高; 国内相关产业的设计制造水平提升速度缓慢。( 2) 现有钻井平台数量不足 我国3大石油公司在海洋石油钻井装备方面数量明显不足, 而且种类和作业能力也远不能满足海洋油气勘探开发的需要。截至2005年, 我国共有移动式钻采平台46座, 其中中国海洋石油总公司( CNOOC ) 拥有其中的大部分设备, 中石油集团( CNPC ) 现有1座自升式钻井平台, 但只能在滩海和极浅水域作业;中国石油化工股份有限公司( SINO

14、PEC ) 拥有8座钻井平台, 其中3座坐底式, 5座自升式。3我国海洋石油钻井平台市场需求强劲 从国内油气资源的开发前景看, 目前国内陆上石油生产总量的70% 集中在普遍进入开发后期、产量逐年递减的东部油区, 而西部油区还没有形成大规模的生产接替能力, 因此, 海洋石油增量成为我国石油产量增加的主力。我国管辖的海域面积约300万km2, 其中近海大陆架约130万km2, 石油地质资源量约237亿t 天然气地质资源量约15.8万亿m3, 蕴藏了丰富的油气资源。全国海洋经济发展规划纲要中指出: 石油开发建设近期以渤海为重点, 在现有开发区域周围扩大储量规模,将成为我国第2个大庆, 今后5年, 渤

15、海海域钻采平台将有大的需求; 海南岛近海及珠江口的现有油田以挖潜为主, 同时加强新层系及深水区域的勘探, 整个南海的石油地质储量大致在230 300亿t，约占我国石油总资源量的3%; 继续加强东海的石油勘探工作, 加快滩海地区重点区域的勘探开发。三大石油公司在未来5年内海洋石油装备投资额约220亿元, 按照海洋油气开发先近后远的计划, 未来10 年我国海洋油气开发战场将逐步向东海、南海等深海转移, 随着深海开发步伐的加快, 海洋石油装备投资额将继续增长, 我国海洋石油装备的需求和海洋石油工程建设的工作量将有较好的扩张前景。六、海洋石油钻井平台技术特点1、技术特点( 1) 作业范围广且质量要求高

16、移动式钻井平台(船) 不是在固定海域作业, 应适应移位、不同海域、不同水深、不同方位的作业。移位、就位、生产作业、风暴自存等复杂作业工况对钻井平台(船) 提出很高的质量要求。如半潜式钻井平台工作水深达1 500 3 500m, 而且要适应高海况持续作业、13级风浪时不解脱等高标准要求。( 2) 使用寿命长, 可靠性指标高 高可靠性主要体现在:强度要求高。永久系泊在海上, 除了要经受风、浪、流的作用外, 还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境力的作用;疲劳寿命要求高。一般要求25 40 a不进坞维修, 因此对结构防腐、高应力区结构型式以及焊接工艺等提出了更高要求;建造工艺要求高。为了保证海洋工程的质

17、量, 采用了高强度或特殊钢材(包括Z向钢材、大厚度板材和管材); 生产管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上运输、海上安装甚为复杂,生产管理明显地高于常规船舶。( 3) 安全性要求高 由于海洋石油工程装置所产生的海损事故十分严重, 随着海洋油气开发向深海区域发展、海上安全与技术规范条款的变化、海上生产和生活水准的提高等因素变化, 对海洋油气开发装备的安全性能要求大大提高, 特别是对包括安全设计与要求、火灾与消防及环保设计等HSE 的贯彻执行更加严格。( 4) 学科交叉, 技术复杂 海洋石油钻井平台的结构设计与分析涉及了海洋环境、流体动力学、结构力学、土力学、钢结构、船舶技术等多门学科。因此,

18、只有运用当代造船技术、卫星定位与电子计算机技术、现代机电与液压技术、现代环保与防腐蚀技术等先进的综合性科学技术, 方能有效解决海洋石油开发在海洋中定位、建立海上固定平台或深海浮动式平台的泊位、浮动状态的海上钻井、完井、油气水分离处理、废水排放和海上油气的储存、输送等一系列难题。2、海洋石油钻井平台技术发展 世界范围内的海洋石油钻井平台发展已有上百年的历史, 深海石油钻井平台研发热潮兴起于20世纪80年代末, 虽然至今仅有20多年历史, 但技术创新层出不穷, 海洋油气开发的水深得到突飞猛进的发展。( 1) 自升式平台载荷不断增大 自升式平台发展特点和趋势是: 采用高强度钢以提高平台可变载荷与平台

19、自重比, 提高平台排水量与平台自重比和提高平台工作水深与平台自重比率; 增大甲板的可变载荷, 甲板空间和作业的安全可靠性, 全天候作能力和较长的自持能力; 采用悬臂式钻井和先进的桩腿升降设备、钻井设备和发电设备。( 2) 多功能半潜式平台集成能力增强 具有钻井、修井能力和适应多海底井和卫星井的采油需要, 具有宽阔的甲板空间, 平台上具有油、气、水生产处理装置以及相应的立管系统、动力系统、辅助生产系统及生产控制中心等。( 3) 新型技术FPSO 成为开发商的首选 海上油田的开发愈来愈多地采用FPSO 装置, 该装置主要面向大型化、深水及极区发展。FPSO 在甲板上密布了各种生产设备和管路, 并与

20、井口平台的管线连接, 设有特殊的系泊系统、火炬塔等复杂设备,整船技术复杂, 价格远远高出同吨位油船。它除了具有很强的抗风浪能力、投资低、见效快、可以转移重复使用等优点外, 还具有储油能力大, 并可以将采集的油气进行油水气分离, 处理含油污水、发电、供热、原油产品的储存和外输等功能, 被誉为海上加工厂 , 已成为当今海上石油开发的主流方式。( 4) 更大提升能力和钻深能力的钻机将得到研发和使用 由于钻井工作向深水推移, 有的需在海底以下5 000 6 000m或更深的地层打钻, 有的为了节约钻采平台的建造安装费用, 需以平台为中心进行钻采, 将其半径从通常的30 00m扩大至4 000 5 00

21、0 m, 乃至更远, 还有的需提升大直径钻杆( 1683mm)、深水大型隔水管和大型深孔套管等, 因此发展更大提升能力的海洋石油钻机将不可避免。七、我国与世界先进海洋石油钻井平台的主要差距 我国海洋勘探开发从无到有, 至今已具备一定规模, 海洋石油装备在消化吸收国外先进技术和自我发展过程中也取得了显著成效, 但与国外相比还有不小的差距, 主要表现在以下方面。( 1) 钻井平台类型单一, 技术含量低 我国目前主要采用导管架式、坐底式、自升式钻采装置, 结构简单, 功能单一, 新型张力腿平台( TLP), 单柱平台( SPAR)、顺应式平台及其它多功能综合性平台的设计和建造技术还是空白。针对海洋石

22、油钻井平台的特点和国内外市场的需求, 结合我国研发与建造的实际水平, 进一步发展海洋石油钻井平台, 需要解决以下关键技术:探索海洋石油钻井平台的新型式;总体设计与结构设计准则;主要设备配置与模块化技术;主要设备国产化技术; ( 特种设备与系统技术开发)；特种结构分析技术开发;海洋防腐技术;海洋项目管理与信息化技术。 对于自升式钻井平台应尽快掌握关键设计技术, 研究主体布置格局、桩腿及桩靴型式与尺度、升降装置的型式; 在各种工况下结构设计载荷与强度分析; 结构关键节点的疲劳分析; 悬臂梁结构的设计等。 对于半潜式、张力腿钻井平台, 应合理设计平台结构, 提高其抗疲劳寿命。主要研究风浪载荷等复杂的动力学问题, 考虑实际海浪的随机性与不规则性, 预报波浪载荷; 改进钢架结构局部结构, 消除在交变载荷、海水腐蚀等作用下, 结构连接节点处出现应力集中危害及疲劳破坏; 系泊索疲劳问题也是张力腿平台的主要研究课题之一。( 2) 现有钻井平台不适应深