海洋钻井工程

1、1主讲教师：王主讲教师：王 林林2第一章 绪论z 海洋石油工业概况海洋石油工业概况z 海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点3时间海洋石油产量占世界总产量六十年代初 1.94亿吨11%1971年4.57亿吨18.70%1975年4.13亿吨15.70%1983年7.09亿吨26%第一节第一节 海洋石油工业概况海洋石油工业概况一一. .海洋石油工业的发展史海洋石油工业的发展史z 海洋石油开发是从海洋石油开发是从1887年美国在加利福利亚州西海岸年美国在加利福利亚州西海岸架木质栈桥打井开始的。架木质栈桥打井开始的。z 六十年代进入飞跃发展阶段：六十年代进入飞跃发展阶段：4第一节 海洋石油工业概况z

2、1984年海上十大产油国z 英国 11700万吨 沙 特 11250万吨 美国 8900万吨 墨西哥 8600万吨 委内瑞拉 5625万吨 挪 威 3275万吨 埃 及 2515万吨 印 尼 2210万吨 马来西亚 1870万吨 巴 西 1725万吨5第一节 海洋石油工业概况z 1958年起有十多个国家对我国沿海进行了多次大规模的地质调查和勘探。z 我国自己也对沿海有关海域进行了勘探开发。z 南海海域：58年在莺歌海坳陷区域打顿钻发现原油； 63年用座底式平台钻了第一口海上井；75年用自升式钻井平台在莺歌海号构造打井，发现工业油流。z 黄海海域：74年开始，地质部在黄海打了勘探井，发现了含油、

3、气坳陷和多个可能的油藏。6第一节 海洋石油工业概况z渤海海域：66年用固定式平台钻了第一口探井，67年3月获得工业性油流，到目前已有多个油田（海四井油田、埕北油田等）投入采油，已发现多个高产含油区。84年11月渤海石油公司使用“渤海7号”自升式钻井平台在辽东湾地区打成了一口日产凝析油226方和天然气53万方的探井。z东海海域：74年我国第一海洋调查大队地质概查工作，并于82年钻井发现了多层高压天然气和油砂层。第11界世界石油大会认为我国东海可能是“第二个中东”。7第一节 海洋石油工业概况二.海洋石油资源z地质学家 L.G.威克斯估计 海洋石油有2500亿吨 z由第九届世界石油会议资料 水深小于

4、200M的海上油田已证实储量为280亿吨z近海杂志1974年估计 海上石油储量为213亿吨,天然气13.5万亿m3z联合国资料 水深超过200M的深海区 石油与天然气储量相当于3100 亿吨石油8第一节 海洋石油工业概况z我国：沿海海域面积约463万km2,大陆架 （水深200m）140万km2(渤海 7.3万km2,黄海26.4万km2,东海40.2万km2,南海66.2万km2), 占我国海域面积30%左右，占世界大陆架面积的5.2%。z南海东、西部公司以11250为界9第二节第二节 海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点一一. .海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点要有坚不可摧的井场要有坚

5、不可摧的井场要有隔水、引导、防喷系统、套管头要有隔水、引导、防喷系统、套管头要有定们系统和升沉补偿装置要有定们系统和升沉补偿装置先进的交通、通讯及良好的生活保障先进的交通、通讯及良好的生活保障有一套防腐措施和设备有一套防腐措施和设备普遍采用丛式井（定向井）技术普遍采用丛式井（定向井）技术井身结构复杂，套管尺寸大，层次多井身结构复杂，套管尺寸大，层次多注意安全注意安全遵守海洋法、环境法遵守海洋法、环境法“渤海渤海7号号”打的井打的井30”导管导管 50M20”表面套管表面套管 445M13 3/8 ” 1775米米技术套管技术套管 9 5/8 ” 2505米米技术套管技术套管 7” 尾管尾管 3

6、500米米10标准井深结构类型标准井深结构类型可用于一般的深井和超深井可用于一般的深井和超深井z 毫米毫米 914.4 660.4 444.5 311.15 215.9 152.4z 井眼尺寸井眼尺寸z 英寸英寸 36 26 17 1/2 12 1/4 8 1/2 6z 毫米毫米 762.0 508.0 339.73 244.48 177.8 114.3z 套管尺寸套管尺寸z 英寸英寸 30 20 13 3/8 9 5/8 7 4 1/2z 套管名称套管名称 表层套管表层套管 表层套管表层套管 中间套管中间套管 尾管尾管z 强化强化 14 11 3/4 （代替（代替121/4 95/8）用于复

7、杂的高温高压深井）用于复杂的高温高压深井11第二节第二节 海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点二.海上投资海上石油投资是较大的海上油气田开发费用随水深增加而增加 墨西哥海上油田开发费用 水深 30M 比陆地油田高1倍 水深 180M 比陆地油田高1-2.5倍 水深 300M 比陆地油田高2-8倍开发费用这么大，为什么各石油公司还要把钱往水里扔呢？海上每米进尺的探明储量比陆上高27倍海上每吨储量的探明成本比陆上低6.7-23倍12第二节第二节 海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点三三. .海洋石油勘探开发的几项最高纪录海洋石油勘探开发的几项最高纪录最深的海洋钻井最深的海洋钻井 钻于路易斯安那西三

8、角钻于路易斯安那西三角2727区块区块 6983M6983M最深的海上采油井最深的海上采油井 位于路易斯安那州近海位于路易斯安那州近海 深度深度61736173米米钻井最大水深钻井最大水深 19831983年美国东海年美国东海 水深水深23862386米米水深最大的固定平台水深最大的固定平台 壳牌石油公司建于墨西哥湾的壳牌石油公司建于墨西哥湾的CognacCognac 平台平台 水深水深312.5M312.5M最重的钻采平台最重的钻采平台 雪弗龙公司的北海雪弗龙公司的北海NinianNinian混凝土平台混凝土平台 重达重达6060多万吨多万吨 高高167M167M钻井最多的平台钻井最多的平台

9、 加利福利亚圣巴巴拉海峡的加利福利亚圣巴巴拉海峡的GildaGilda平台平台 可钻可钻9696口井口井产量最高的海上油田产量最高的海上油田 1951 1951年在沙特发现的年在沙特发现的SafaniyahSafaniyah油田油田 最大油轮最大油轮 55 55万吨万吨( (法国）法国）13第二章第二章 海上钻井装置海上钻井装置海上钻井平台应满足下面三个条件海上钻井平台应满足下面三个条件适应海洋钻井区域环境且安全适应海洋钻井区域环境且安全成本较低成本较低满足钻井、采油、测试等各项作业的要求满足钻井、采油、测试等各项作业的要求14第二章第二章 海上钻井装置海上钻井装置海上钻井平台的分类海上钻井平

10、台的分类桩基式平台重力式平台张力式平台固定式座底式平台自升式平台着底式半潜式平台浮式钻井船浮动式移动式海上钻井装置15第二章第二章 海上钻井装置海上钻井装置 优点：优点：y稳定性好稳定性好y海面气象条件对钻海面气象条件对钻井工作影响小井工作影响小y如有工业性油气，如有工业性油气，可很快转换成采油可很快转换成采油平台平台固定式与移动式平台比较情况固定式与移动式平台比较情况 缺点：缺点：y不能够移动和不能够移动和重复使用重复使用y造价较高，其造价较高，其成本随水深增成本随水深增加而急剧增加加而急剧增加16第一节 导管架桩基平台一一. .结构组成结构组成17导管架：导管架的作用导管架：导管架的作用支

11、承上部结构支承上部结构作为打桩定位和导向的工具作为打桩定位和导向的工具将平台上面的负荷比较均匀地传将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩上递到桩上可安装系靠船的设备可安装系靠船的设备可作为安装上部结构时的临时工可作为安装上部结构时的临时工作平台作平台第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台18第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台桩：桩：用于承受平用于承受平台的垂直重台的垂直重量及水平环量及水平环境推力境推力支承桩支承桩磨擦桩磨擦桩上部结构：上部结构：由承受作业机由承受作业机械（机器）和其它载荷的械（机器）和其它载荷的各类桁架及平台甲板组成。各类桁架及平台甲板组成。上层平台：用作安放井架、上

12、层平台：用作安放井架、绞车、钻具堆放场地及宿舍绞车、钻具堆放场地及宿舍等等下层平台：安放泥浆泵、下层平台：安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、泥浆池、防喷器、发电房、固井设备、仓库等固井设备、仓库等19二二.导管架的运送、就位及安装导管架的运送、就位及安装第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台20第一节第一节 导管架桩基平台导管架桩基平台z提升法：水深提升法：水深30M以以内内z滑入法滑入法+起重机：水起重机：水深深30-70M（如图）（如图）z滑入法滑入法+控制压载机：控制压载机： 水深水深70-120Mz浮运法：水深浮运法：水深120M以上以上z打桩：少则四根，多则打桩：少则四根，多则

13、 十多根，打入深度少则十多根，打入深度少则50M，多则几百米，多则几百米z铺设平台上部结构铺设平台上部结构y整体铺设整体铺设y分块铺设分块铺设 z井架的移位井架的移位21井架的移位井架的移位6M2M6M2M1012845679311121314161522第二节第二节 其它固定式平台其它固定式平台z重力式平台重力式平台z张力（腿）式平台张力（腿）式平台z绷绳塔架式平台绷绳塔架式平台23重力式平台重力式平台 七十年代初出现，它完全借助于其本身的七十年代初出现，它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底重量直接稳定地座在海底分为混凝土重力式平台和钢质重力式平台分为混凝土重力式平台和钢质重力式平台混

14、凝土重力式平台：混凝土重力式平台：z重力式平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成重力式平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成z沉垫有多种形式：圆形、六角形、正方形沉垫有多种形式：圆形、六角形、正方形z立柱有：三腿、四腿、独腿等几种立柱有：三腿、四腿、独腿等几种z甲板有钢质和混凝土两种甲板有钢质和混凝土两种241 1、混凝土重力式平台、混凝土重力式平台康迪普型平台康迪普型平台此种平台此种平台1973年出现年出现。塞尔默型平台塞尔默型平台25混凝土重力式平台混凝土重力式平台与导管架平台相比，具有以下优缺点与导管架平台相比，具有以下优缺点z优：优：不需打桩不需打桩 具有相当的贮油能力具有相当的贮油能力 节省钢材

15、，防火、防腐性较好，维节省钢材，防火、防腐性较好，维 修费用低，寿命长修费用低，寿命长z缺：缺：对地质条件要求高对地质条件要求高 出现缺陷后修复较困难出现缺陷后修复较困难262 2、钢质重力式平台、钢质重力式平台1971年意大利首造，水深年意大利首造，水深90米，米，称洛安高平台称洛安高平台z整个平台由沉箱、支承框架、整个平台由沉箱、支承框架、甲板三部分组成，沉箱可作贮甲板三部分组成，沉箱可作贮油罐油罐 重量比混凝土轻重量比混凝土轻预制过程中对水域要求不高预制过程中对水域要求不高拖船马力小拖船马力小对地基承载力要求不高对地基承载力要求不高 贮油量小贮油量小 用钢多，易腐蚀用钢多，易腐蚀优优缺缺

16、27世界最大的钢质重力式平台是英国北海莫林（Maureen)油田的一个平台，水深98M，平台结构钢重4万吨，造价3.2亿美元；固体压舱物重5.1万吨，甲板、组块和设备重16200吨，钻井导管重490吨，平台储油能力为65万吨，平台建造时间36个月，于83年夏安装就位28 张力（腿）式平台张力（腿）式平台TLPTLP (Tension Leg Platform)(Tension Leg Platform) 英国北海赫顿（英国北海赫顿（Hutton）油田首）油田首次于生产中使用此平台，次于生产中使用此平台，1983年安年安装，装，84年投产年投产z张力式平台主要由甲板、立柱（大浮张力式平台主要由甲

17、板、立柱（大浮体）、缆索及系缆桩组成体）、缆索及系缆桩组成z它是今后深水用主要平台它是今后深水用主要平台z优点：受力合理、用钢少、成本低、优点：受力合理、用钢少、成本低、适用于深水、对海洋环境适应性大适用于深水、对海洋环境适应性大29绷绳塔架式平台绷绳塔架式平台z研究证明：绷绳塔架式平台研究证明：绷绳塔架式平台最经济的工作水深范围在最经济的工作水深范围在240480米之间米之间z与钢质桩基相比，优点如下与钢质桩基相比，优点如下y节省钢材（成本低）节省钢材（成本低）y井口装置可设置于水面井口装置可设置于水面上上30第三节第三节 移动式钻井平台移动式钻井平台z1949年出现第一台移动式钻井装置年出

18、现第一台移动式钻井装置“环球钻机环球钻机40”，它是一台座底式钻，它是一台座底式钻井平台井平台z1953年出现第一台自升式钻井平台年出现第一台自升式钻井平台z1953年出现了浮式钻井船年出现了浮式钻井船z1961年出现了半潜式钻井平台年出现了半潜式钻井平台31移动式钻井平台分类移动式钻井平台分类z座底式钻井平台座底式钻井平台z自升式钻井平台自升式钻井平台z半潜式钻井平台半潜式钻井平台z浮式钻井平台浮式钻井平台32座底式钻井平台座底式钻井平台z结构组成结构组成y沉垫浮箱沉垫浮箱y工作平台工作平台y中间支撑中间支撑33座底式钻井平台座底式钻井平台优缺点优缺点z优点：优点：y钻井时固定牢靠不受海洋环

19、境的影响钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响y完井后移动灵活完井后移动灵活z缺点：缺点：y工作高度恒定，不能调节工作高度恒定，不能调节y对海底地基要求高对海底地基要求高y工作水深较浅工作水深较浅34“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介35“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介 它由上海交通大学和胜利油田钻采设它由上海交通大学和胜利油田钻采设计研究院联合设计的世界上第一座极浅海计研究院联合设计的世界上第一座极浅海步行式石油钻井平台，于步行式石油钻井平台，于8888年年9 9月月1919日在日在青岛北海船厂下水。这是我国也是国际造青岛北海船厂下水。这是

20、我国也是国际造船史上的一项重大突破。船史上的一项重大突破。36“ “胜利胜利2 2号号”座底式钻井平台简介座底式钻井平台简介 “胜利胜利2 2号号”钻井平台长钻井平台长72m72m，宽，宽42.5m42.5m，主甲板高主甲板高12.6m12.6m排水量排水量40004000吨。平台船体结构吨。平台船体结构象火柴盒，有内体和外体。在拖航、沉浮、座底象火柴盒，有内体和外体。在拖航、沉浮、座底等情况下，内外体由锁紧装置连接，平台在陆上等情况下，内外体由锁紧装置连接，平台在陆上移动时脱开锁紧装置，内外体在微机控制下分别移动时脱开锁紧装置，内外体在微机控制下分别起降升落，并借助于液压步行机械系统，实行内

21、起降升落，并借助于液压步行机械系统，实行内外体交替移动。该平台外体交替移动。该平台“一步一步”可跨可跨10m10m，“ “步步行行”平均速度为每小时平均速度为每小时6060至至100m100m。37自升式钻井平台自升式钻井平台德朗德朗1号号38结构组成结构组成自升式平台由工作平台、桩腿和升降自升式平台由工作平台、桩腿和升降机构组成机构组成z工作平台的形状有三角形、四边形、工作平台的形状有三角形、四边形、五角形等多种形状五角形等多种形状39桩腿桩腿z桩腿数目有桩腿数目有3,4,5,6,12,14,18腿等多种腿等多种z桩腿直径从两米多到十多米不等桩腿直径从两米多到十多米不等z桩腿外形桩腿外形z桩

22、腿箱和底垫桩腿箱和底垫柱型柱型桁架型桁架型矩形矩形三角形三角形四边形四边形圆筒形圆筒形40升降机构升降机构z升降机构的作用是升降机构的作用是升降平台和拔桩。升降平台和拔桩。它分为两类：一类它分为两类：一类是孔穴插销液压升是孔穴插销液压升降装置，另一类是降装置，另一类是齿轮齿条式电动升齿轮齿条式电动升降装置降装置z孔穴插销液压升降孔穴插销液压升降装置装置41升降机构升降机构齿轮齿条式电动升降装齿轮齿条式电动升降装置置42自升式平台的安置与撤离自升式平台的安置与撤离z降下平台降下平台y固定活动部件，关闭密封舱门，注意天气预固定活动部件，关闭密封舱门，注意天气预报，检查升降机构报，检查升降机构y抛锚

23、抛锚 下降速度下降速度1ft/minz拔起桩腿拔起桩腿y冲桩冲桩 迅速同时提桩迅速同时提桩 固桩固桩z拖航拖航y拖航方式有串联和并联拖航方式有串联和并联43自升式平台的安置与撤离自升式平台的安置与撤离z压载压载y压载有两种：压载有两种：一种是靠自身重一种是靠自身重量压载，另一种量压载，另一种是压载舱压载是压载舱压载z升起平台升起平台y平台纵向和横向倾斜不能大于平台纵向和横向倾斜不能大于1度度y平台离开水面高度一般在平台离开水面高度一般在618m之间之间44自升式平台的优缺点自升式平台的优缺点z对水深适应性强对水深适应性强z无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低z在出现

24、意外的高海浪时，平台可增大离水面在出现意外的高海浪时，平台可增大离水面的距离的距离z桩脚插入海底时，有良好的搞侧向移动性桩脚插入海底时，有良好的搞侧向移动性z平台离开水面后，可维修整个船体平台离开水面后，可维修整个船体z桩腿下部有底垫时，容易造成整个装置的飘桩腿下部有底垫时，容易造成整个装置的飘移移z不适于更深海域不适于更深海域z拖航时，易遭风暴的袭击拖航时，易遭风暴的袭击优优缺缺45半潜式钻井平台半潜式钻井平台46半潜式钻井平台半潜式钻井平台z结构组成结构组成y沉垫浮箱沉垫浮箱其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下平坦、左右两侧为椭圆等多种形式平坦、左右两侧为椭

25、圆等多种形式y上部平台上部平台其外形有三角形、矩形、五角形、八角其外形有三角形、矩形、五角形、八角形、十字形及中字形等多种形式形、十字形及中字形等多种形式y立柱立柱立柱个数有立柱个数有3，4，5，6，8个等个等z抛锚作业抛锚作业用得较多的用得较多的是是45 夹角夹角类类 下面是几下面是几种典型的种典型的抛锚方法抛锚方法o47半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第一种方法（半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第一种方法（1 1）45o3(4)1(3)2(7)4(1)5(2)6(5)7(8)8(6)风力风力2到到4级级风向风向平台航向平台航向48半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第一种方法（半潜式钻井平台进入井场

26、和锚泊的第一种方法（2 2）45o3(5)1(6)2(8)4(2)5(1)6(4)7(7)8(3)风力风力2到到4级级49半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第二种方法（半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第二种方法（1 1）45o3(1)1(4)2(2)4(3)5(5)6(6)7(7)8(8)风力风力6级级50半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第二种方法（2）45o7(2)5(3)6(1)8(4)1(8)2(7)3(6)4(5)风力风力6级级51半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第三种方法（半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第三种方法（1 1）45o3(4)1(5)2(8)4(1)5(2)6(3)7(7)8(6)风

27、力风力6级级52半潜式钻井平台进入井场和锚泊的第三种方法（2）45o3(7)1(3)2(5)4(1)5(8)6(6)7(4)8(2)风力风力6级级53半潜式钻井平台优缺点半潜式钻井平台优缺点z优点：优点：y稳定性好稳定性好y移动灵活移动灵活y兼有座底式平兼有座底式平台的优点台的优点z缺点缺点：y造价高造价高y净负荷能力小净负荷能力小y航行速度较低航行速度较低54浮式钻井船浮式钻井船第一艘浮式钻井船是第一艘浮式钻井船是1953年年改装下水的改装下水的船体有单船体和双船体船体有单船体和双船体55z增设升沉补偿装置增设升沉补偿装置z采取定位（抛锚或动力定采取定位（抛锚或动力定位）措施位）措施z中心抛

28、锚以减少摇摆中心抛锚以减少摇摆z采用钻杆自动排放架采用钻杆自动排放架z设置减摇舱、减摇罐设置减摇舱、减摇罐z采用双体船型，增加横摇采用双体船型，增加横摇周期周期人们采取克服船体运动对钻人们采取克服船体运动对钻井影响的措施井影响的措施56浮式钻井平台优缺点浮式钻井平台优缺点z优点：优点：y适用于较深的海适用于较深的海域域y移动性能好移动性能好y造价较低，易维造价较低，易维护护y船速高船速高z缺点：缺点：y对风浪极为敏感、对风浪极为敏感、稳定性差稳定性差y被迫停工率高被迫停工率高57第三章第三章 移动式钻井平台的锚泊定位系统移动式钻井平台的锚泊定位系统z锚泊定位系统锚泊定位系统z锚系的组成锚系的组

29、成z锚系的分类锚系的分类z平台对锚系的要求平台对锚系的要求z锚泊系统的布锚方式锚泊系统的布锚方式第一节第一节 锚泊定位概述锚泊定位概述58第一节第一节 锚泊定位概述锚泊定位概述z锚泊定位系统锚泊定位系统它是在海底设置固定的基底设备，用锚泊线将它是在海底设置固定的基底设备，用锚泊线将水面系留物（平台）与基底设备联系起来，从水面系留物（平台）与基底设备联系起来，从而限制系留物（平台）的漂移而限制系留物（平台）的漂移z锚系的组成锚系的组成它是由锚（基底设备）、锚链（锚缆）、锚机、它是由锚（基底设备）、锚链（锚缆）、锚机、锚架、锚浮标等组成。（见照片）锚架、锚浮标等组成。（见照片）59锚系的分类锚系的

30、分类L移动性锚系移动性锚系L暂时性锚系暂时性锚系L永久性锚系永久性锚系60平台对锚系的要求平台对锚系的要求z要满足升船前的要满足升船前的锚泊定位要求锚泊定位要求z要满足锚泊定位要满足锚泊定位后的移船就位要后的移船就位要求求z要满足拖航过程要满足拖航过程中对锚泊的要求中对锚泊的要求z定位要求定位要求最大漂移半径最大漂移半径56%水深水深常为漂移半径常为漂移半径23%水深水深z拖航与就位的要求拖航与就位的要求y控制平台的漂移控制平台的漂移y确保平台的生存确保平台的生存y拖航时，与自升平台相同拖航时，与自升平台相同y移船就位的要求移船就位的要求自升式平台自升式平台半潜式平台半潜式平台61浮式平台的锚

31、泊要求浮式平台的锚泊要求z1、最短出链长度要求：该长度应该大于锚链承、最短出链长度要求：该长度应该大于锚链承受极限张力（受极限张力（1/2锚链破断张力）时的悬链长度，锚链破断张力）时的悬链长度，以保证锚前面始终有一段锚链水平躺在海床上，以保证锚前面始终有一段锚链水平躺在海床上，使锚总是承受水平拉力。使锚总是承受水平拉力。z2、锚链张力（锚抓力）试验：即预计的最大锚、锚链张力（锚抓力）试验：即预计的最大锚链张力试验，一般不超过锚链破断张力的链张力试验，一般不超过锚链破断张力的1/3。如张力试验达不到要求，要调大锚爪角，或增加如张力试验达不到要求，要调大锚爪角，或增加串联锚等。串联锚等。z3、锚链

32、预张力：根据当平台位移达到、锚链预张力：根据当平台位移达到5%水深水深时，锚链张力达到其时，锚链张力达到其1/3破断张力来确定破断张力来确定62锚泊系统的布锚方式锚泊系统的布锚方式z临时锚泊临时锚泊z定位锚泊定位锚泊63第二节第二节 锚泊系统的静力分析锚泊系统的静力分析z悬链线悬链线它是一种具有均质、完全柔性而无延伸的它是一种具有均质、完全柔性而无延伸的链或索自由悬挂于两点上所形成的曲线链或索自由悬挂于两点上所形成的曲线z悬链线方程悬链线方程64悬链线方程悬链线方程0cos)cos()( TddTT0sin)sin()( wdlTddTT 0cossin dTdT d很小时，很小时，1cos

33、d dd sin忽略忽略 ，则，则 dTd0sincos wdldTdT 由由得得)cos(sin1 dTwdldT 上式代入上式代入得得65悬链线方程)cos(sincossin dTwdldT sincossincos2dTwdl )sincos(sinsincos2 wdlTd)cos(sincos22 wdlwdl cos 66悬链线方程由由得得 ddTTsincos 上式代入上式代入得得0sinsincos2 wdldTdT dlwwdldT sin)sinsincos(2 又dldxcosdldysinbbaaoTTT coscos 67悬链线方程即悬链线的水平张力相等即悬链线的水

34、平张力相等由由和和式，得式，得wdydT 在在a,b段上积分段上积分 baTTywdydT0wyTTab 由由式得式得 代入代入式得式得 coswTddl 68悬链线方程 cossinwTddy 由于由于 代入代入上式得上式得 cosoTT dwTdyo2cossin 积分积分 dwTdybaoy 20cossin)cos1cos1(abowTy )11(22 abotgtgwT 69悬链线方程同理由同理由和和式得式得由由式得式得 dwTdxocos1 dwTdxbaoy cos10)1ln()1ln(22 aabbotgtgtgtgwTx )()(11abotgshtgshwT 70悬链线方

35、程注意：注意：a 点并未与海底相切点并未与海底相切(9)(13)是锚链线静力是锚链线静力分析的基本公式分析的基本公式) dwTdlo2cos1 dwTdlbaol 20cos1)(abotgtgwTl 71锚泊线静力分析锚泊线静力分析0 a oaTT 以以并将并将b bTT yhxs 代入代入 则可得如下的公式则可得如下的公式oTwltg 22)(ooTwlwhTT )()(11 tgshwTTwlshwTsooo 1)(1111)(22 oooooTwschwTtgwTTwlwTh 单一成分锚泊线单一成分锚泊线72锚泊线静力分析锚泊线静力分析单一成分锚泊线单一成分锚泊线以上公式共有七个变量：

36、以上公式共有七个变量： 、 、 、 、 、 和和woTlTsh 如果已知如果已知 、 和锚泊线上端所受的水平力和锚泊线上端所受的水平力 （ ）QoTQhw便可由上述公式求出便可由上述公式求出 、 、 、lTs若已知若已知 、 、 则可求出最大外力则可求出最大外力 及及 、 、mQhwlTs 若实际所受外力若实际所受外力 ，则锚泊线未全部提起，则锚泊线未全部提起mQQ 若若 ，则锚泊线全部提起且下端倾角必大于零，则锚泊线全部提起且下端倾角必大于零mQQ lh wQ则可根据则可根据 、 、 计算出实际提起的悬垂长度计算出实际提起的悬垂长度 及其它参数及其它参数这时应根据公式这时应根据公式至至计算各

37、相关参数计算各相关参数73锚泊线静力分析锚泊线静力分析二成分锚泊线二成分锚泊线74锚泊线静力分析锚泊线静力分析二成分锚泊线二成分锚泊线(21(21)注意各符号的意义注意各符号的意义oTQ便得便得Qlwlwtg)(22111 Qlwtg222 2222112211)(QlwlwlwlwQT )()(211111 tgshtgshwQs )(2122 tgshwQs (22(22)21sss (23(23)75锚泊线静力分析锚泊线静力分析二成分锚泊线二成分锚泊线(24)(24)(26)(26)(25(25)21hhh 11221211 tgtgwQh)11(2212 tgwQh上面九个公式中共有十

38、四个变量：上面九个公式中共有十四个变量：11h21w1lQ1s2w2lTsh2s2hQ1w1l2w2lh 若已知若已知 、 、 、 、 便可计算出保悬链线下端张便可计算出保悬链线下端张力水平时，其上端所能承受的最大水平外力力水平时，其上端所能承受的最大水平外力 及其及其他参数他参数 （采用迭代法，先假设一个（采用迭代法，先假设一个 值）值）mQ76迭代法迭代法先假设一个先假设一个QQ值，代入（值，代入（1818）、（）、（1919）式可）式可算算 、 。将求得的。将求得的 和已知的和已知的 及假设的及假设的QQ代入（代入（2424）、（）、（ 25 25 ），就可算出），就可算出h h1 1和

39、和h h2 2。再检再检验验h h1 1+h+h2 2是否等于是否等于h h。若不等，就修正。若不等，就修正QQ值，再重值，再重复上一过程，直至复上一过程，直至h h1 1+h+h2 2与与h h的差值达到所要求的的差值达到所要求的精度为止，这在计算机上是很容易实现的，其它参精度为止，这在计算机上是很容易实现的，其它参数也就容易解出了。数也就容易解出了。1 2 121w2w77锚泊线静力分析锚泊线静力分析二成分锚泊线二成分锚泊线若已知若已知 ， ， ， 和预张力和预张力 ，要确定在预张状态下，要确定在预张状态下悬垂长度悬垂长度 及其他相应参数，则可能出现多种情况及其他相应参数，则可能出现多种情

40、况：1w1l2whpT若若 ，则有三种情况：，则有三种情况：hl 11l没有被完全提起没有被完全提起1l恰好被完全提起恰好被完全提起2l1l不仅不仅 全部提起且全部提起且 被部分提起被部分提起以上三种情况应根据公式以上三种情况应根据公式 来进一步判断来进一步判断 的大小的大小hwQT1 hwTQp1 l78锚泊线静力分析二成分锚泊线122wQTp 1l1122lwQTp 注：为（注：为（15）式）式0 Q0 Q表明水平外力为零，锚泊线自由下垂表明水平外力为零，锚泊线自由下垂为正常情况，这时进一步比较为正常情况，这时进一步比较 与与 的大小的大小2211)(QlwT 若若 ，表明，表明 未全部提

41、起，这时预紧状未全部提起，这时预紧状态下悬链线长度为态下悬链线长度为1122lwQTp 1l若若01 hwTQp所给条件有矛盾（加大所给条件有矛盾（加大 ）pT122wQTp 若若 表明表明 恰好全部提起，这时预张恰好全部提起，这时预张状态下悬链线长度为状态下悬链线长度为1l1l79二成分锚泊线二成分锚泊线若 ，表明 长度不足，下段 也要提起一部分，按至(26)式用迭代法先假设一个 按公式（20）计算出Q，再代入（18）、（19）式中可算出 将已知代入（24）、（25）中，可算出h1、h2，再检验再检验h h1 1+h+h2 2是否等于是否等于h h。若不等，就修正。若不等，就修正 值，再重复

42、上一过值，再重复上一过程，直至程，直至h h1 1+h+h2 2与与h h的差值达到所要求的精度为止，其它的差值达到所要求的精度为止，其它参数也就容易解出了参数也就容易解出了注意：实际下段长度 应大于假设的1122lwQTp 1l2l2l2l2l122l80锚泊线静力分析锚泊线静力分析二成分锚泊线二成分锚泊线1l2l0)(121 lhwhwTQp若若 ，则有以下几种情况：，则有以下几种情况：hl 1 时，若 ，恰好提起hl 101 hwTQp1l0Q所给条件有矛盾0Q正常 （按二成分计算，方法同样是先假设一个 ） 时，时，若若 ，所给，所给条件有矛盾条件有矛盾hl 10Q所说明水平外力为零，锚

43、泊线自由下垂，所说明水平外力为零，锚泊线自由下垂，全部全部 提起和部分提起和部分 （其长度（其长度 ）0Q正常正常 说明说明 被斜提起一部分（用二成分被斜提起一部分（用二成分 按按迭代法先假设一个迭代法先假设一个 ）2l2l12lhl 2l81第四章第四章 海上钻井特殊工艺和装置海上钻井特殊工艺和装置z水下井口装置水下井口装置z升沉补偿装置升沉补偿装置z钻井施工和水下井口安装钻井施工和水下井口安装z绳索作业及完井方法绳索作业及完井方法82第一节第一节 水下井口装置水下井口装置z水下井口装置的功用及组成水下井口装置的功用及组成z水下井口装置各部件的作用水下井口装置各部件的作用83水下井口装置的水

44、下井口装置的功用组成功用组成z功用功用y隔绝海水、引入钻具、导出泥浆隔绝海水、引入钻具、导出泥浆y适应升沉、漂移和摇适应升沉、漂移和摇 摆的工作环境摆的工作环境y控制井口控制井口z组成组成y导向装置导向装置y套管头组套管头组y防喷器组防喷器组y隔水管柱隔水管柱y连接器连接器y其它其它84水下井口装置各部的作用水下井口装置各部的作用z井口盘：其作用是井口盘：其作用是固定海底井口位置，固定海底井口位置，确定一个开钻基点，确定一个开钻基点，并承受井口的重量并承受井口的重量z导引架：其作用是导引架：其作用是引导其它水下工具引导其它水下工具就位就位85水下井口装置各部的作用水下井口装置各部的作用z导引绳

45、张紧器：其作用导引绳张紧器：其作用是保持导引绳的张力恒是保持导引绳的张力恒定，使其不受平台升沉定，使其不受平台升沉的影响的影响z套管头组：其作用是悬套管头组：其作用是悬持套管持套管z连接器：其作用是便于连接器：其作用是便于某些水下器具间的快速某些水下器具间的快速连接与拆卸连接与拆卸86水下井口装置各部的作用水下井口装置各部的作用z防喷器组：其作用在于开启和封闭井口，以便处防喷器组：其作用在于开启和封闭井口，以便处理和控制井内复杂情况，防止井喷理和控制井内复杂情况，防止井喷z球形、挠性接头：其作用是使隔水管适应钻井船球形、挠性接头：其作用是使隔水管适应钻井船的摇摆、漂移运动，防止隔水管弯曲的摇摆

46、、漂移运动，防止隔水管弯曲87水下井口装置各部的作用水下井口装置各部的作用z隔水管隔水管 其主要作用是隔绝海水、导引钻具，造成其主要作用是隔绝海水、导引钻具，造成泥浆的回路泥浆的回路防止隔水管因自重压弯的四种方法：防止隔水管因自重压弯的四种方法：y平衡锤法平衡锤法y用漂浮材料用漂浮材料y装同心充气筒装同心充气筒y隔水管张紧器隔水管张紧器z伸缩隔水管：其作用是适应钻井船的升沉运动，伸缩隔水管：其作用是适应钻井船的升沉运动，使水下器具不受钻井船上下升沉的影响。使水下器具不受钻井船上下升沉的影响。88第二节第二节 升沉补偿装置升沉补偿装置z使用伸缩钻杆使用伸缩钻杆z钻柱升沉补偿装置钻柱升沉补偿装置z

47、死绳恒张力补偿装置死绳恒张力补偿装置z天车恒张力补偿装置天车恒张力补偿装置89使用伸缩钻杆使用伸缩钻杆z结构结构z位置位置 安装于钻铤的上面安装于钻铤的上面z原理原理z使用伸缩钻杆的优缺点使用伸缩钻杆的优缺点 优：结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求优：结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求 缺：钻压不能调节缺：钻压不能调节 承载条件恶劣承载条件恶劣 增加防喷器的磨损增加防喷器的磨损 难以准确确定井深难以准确确定井深90钻柱升沉补偿装置钻柱升沉补偿装置73年研制成功年研制成功z位置：在游车与大位置：在游车与大钩之间钩之间z结构组成结构组成：y液缸液缸y活塞（杆）活塞（

48、杆）y储能器储能器y锁紧装置锁紧装置y空气动力储罐空气动力储罐z工作原理工作原理91钻柱升沉补偿装置工作原理钻柱升沉补偿装置工作原理 当平台上升时，游车带动液缸上行，链当平台上升时，游车带动液缸上行，链条因液缸上行而放松，链条放松后，来自链条因液缸上行而放松，链条放松后，来自链轮及活塞杆的载荷减小，失去平衡，因而活轮及活塞杆的载荷减小，失去平衡，因而活塞下端液体压力大于活塞杆上外载荷，于是，塞下端液体压力大于活塞杆上外载荷，于是，液体压力推动活塞上行，固定在活塞杆上的液体压力推动活塞上行，固定在活塞杆上的链轮也随之上升，这样就可使链条继续保持链轮也随之上升，这样就可使链条继续保持张紧状态，大钩

49、处于基本无运动。从而不影张紧状态，大钩处于基本无运动。从而不影响钻压变化，保持正常钻井。平台下沉时，响钻压变化，保持正常钻井。平台下沉时，正与上述相反，原理相同。正与上述相反，原理相同。92钻柱升沉补偿装置钻柱升沉补偿装置z钻压的调节钻压的调节 正常钻井时，向上力正常钻井时，向上力=向下力向下力 即即 则则z存在的问题存在的问题 大钩还有少许位移大钩还有少许位移 原因原因y工作缸中液体的摩擦影响工作缸中液体的摩擦影响y机械摩擦影响机械摩擦影响y活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压力的影活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压力的影响响wPPAb 2PAwPb2 nnVPVP2211

50、 93死绳恒张力装置死绳恒张力装置z结构结构7272年研制成功年研制成功主要由定主要由定滑轮组、滑轮组、动滑轮组、动滑轮组、液缸、高液缸、高低压储能低压储能器、控制器、控制台等组成台等组成94死绳恒张力装置死绳恒张力装置工作原理工作原理 死绳自天车引出后，先经过一个传感死绳自天车引出后，先经过一个传感滑轮，将拉力大小变成电信号，输送到电滑轮，将拉力大小变成电信号，输送到电控系统和指重表。当平台下沉时，死绳上控系统和指重表。当平台下沉时，死绳上拉力减少，于是传感滑轮发出讯号，指令拉力减少，于是传感滑轮发出讯号，指令阀动作，使液缸活塞右端压力增加，推动阀动作，使液缸活塞右端压力增加，推动活塞向左移

51、动，将滑轮组上的钢丝绳拉紧，活塞向左移动，将滑轮组上的钢丝绳拉紧，活塞左端液体流回低压储能器。反之，平活塞左端液体流回低压储能器。反之，平台上升，动作与上述相反。台上升，动作与上述相反。95天车恒张力补偿装置天车恒张力补偿装置72年研制成功年研制成功z位置：安装于天车上位置：安装于天车上z结构组成结构组成主要由浮动天车、主要由浮动天车、主气缸、液缸、储主气缸、液缸、储能器等组成能器等组成96天车恒张力补偿装置工作原理天车恒张力补偿装置工作原理 当钻井船上升时，天车相对于井架沿当钻井船上升时，天车相对于井架沿轨道向下运动，压缩主气缸中的气体，使轨道向下运动，压缩主气缸中的气体，使气体流到储能器中，从而保持天车在空间气体流到储能器中，从而保持天车在空间的位置不变来达到补偿目的。当钻井船下的位置不变来达到补偿目的。当钻井船下降时，与上述相反，原理相同。降时，与上述相反，原理相同。97各升沉补偿装置的优缺点各升沉补偿装置的优缺点 死绳恒张力装置机械结构简单，但电控系统较死绳恒张