海上石油（气）勘探及开发工程

海上勘探及开发工程技术

海上石油（气）勘探及开发工程，查明海底石油、天然气矿藏分布情况，并钻采其中可资开采的部分所使用的各种工程技术。

发展简史

19世纪末，美国即在加利福尼亚海边与岸相连的木桩平台上开采海底石油。以后40多年间，由于受技术条件限制，各国都只在海边简单的工程设施上沿用陆上油田的工艺设备打井和采油。

20世纪30年代至50年代，墨西哥湾和波斯湾相继发现大油（气）田，海上石油（气）勘探和开发工程开始有较快发展。

1947年美国在6米水深的浅海建造了第一座岛状导管架桩基平台，1954年又建成第一艘可迁移的自升式钻井平台，使海上勘探和开发活动的范围进一步扩大。60年代后，出现了新型的勘探装置及大型施工船舶，与此同时，能源需求剧增，导致世界海上石油和天然气工业产生一次飞跃，海上石油（气）勘探和开发进入自然条件更复杂的近海海域。

到1979年为止，世界上已有近百个国家和地区在海上开采石油（气），已能在10000米水深海域进行地球物理勘探，在1000多米水深海域钻井采油，采油平台的高度达330米，海底管线的敷设深度达到350米。中国沿海的石油（气）勘探开始于1959年，1967年首次在渤海钻采到石油，1972年自行设计建造了第一艘自升式钻井平台，1975年又在渤海建成第一座多功能的综合性平台。海上石油（气）生产过程　海上油（气）的生产分为勘探和开发两个阶段。海上勘探与陆上一样也分普查和详查两步。普查是从地质调查研究入手，主要通过地震、重力和磁力等地球物理方法寻找油（气）构造，其中以地震测量法最为常用（见海洋地球物理测量）。勘探是在普查基础上选择井位，钻取岩心，对已发现的油（气）构造做进一步核实，确定地质储量，以作出资源评价。开发过程包括钻生产井、采油（气）、集中、处理、贮存及输送等环节。其中把开采出来的油(气)全部送往岸上处理、贮存并外运的系统称全陆式集输贮运系统，一般只适合于离岸较近、井底有足够压力的油(气)田；各生产环节部分置于海上、部分置于陆上的称半海半陆式集输贮运系统，适合于离岸较远、规模较大的高产油(气)田；全部环节都在海上进行的称全海式集输贮运系统，一般只适合于离岸很远或分散、低产的油(气)田，以及早期开发的油（气）田。海上石油（气）勘探及开发工程设施　按其工作性质分为勘探设施、钻采工程设施和集输贮运工程设施3类。

勘探设施　

供普查用的专门设施主要有地震勘探船、重力和磁力勘探船及飞机等。仪器安装在船或飞机上，按预定测线勘探。供勘探时打钻井的设施，除近岸浅水区的个别情况下用固定平台外，多采用活动平台。其中坐底式钻井平台仅适用于5～30米水深；自升式钻井平台适用于10～110米水深，是目前世界上应用最广、拥有数量最多的一种钻井平台；半潜式钻井平台采取锚链系泊时，一般能适用于30～300米水深，采取索、链结合型或全索型系泊时，工作水深已达610米，甚至更深；船式钻井平台通常用锚泊定位，但在波浪作用下运动振幅较大。

近年来发展了一种动力定位系统，它是用装在钻井船底部的检波器接收设在海底的声学装置发射的信号，来测定钻机相对于井口的位置，由计算机根据输入的位置坐标和环境信息控制全方位推进器的功率分配，以约束钻井船保持在井口上方的容许范围内，有动力定位系统的船式钻井平台已可用于600米以上深水中作业(见海上平台)。海上钻探的工艺与陆上类同，但需要用一根隔水套管隔开海水、引入钻具和导出泥浆。半潜式与船式平台的钻井设备上安装有消除摇荡影响的升沉与平移补偿器，还备有一套再进入井口的水下器具，包括井口盘、导向索或水下声学装置、水下电视等，以便在重返井场时将设备再导入海底井口。所有钻井平台均用于打勘探井，但浮式钻井平台也有用于深水中钻生产井的。

钻采工程设施　

供在海上钻生产井和开采油(气)的工程设施主要有4种类型：

①人工岛，这种设施在近岸浅水中使用较经济。

②固定式平台，是目前主要采用的一种工程类型。为了控制更大的油（气）藏面积，在一个平台上除打一口直井外，往往还要打多达几十口的斜井。由于其造价随水深成倍增长，这种类型在深水中使用有时不经济。

③浮式采油（气）平台，将井口安装在浮式平台的甲板上，井口至海底之间以立管相联，依靠系泊锚链或张力钢索严格限制平台的摇荡。与勘探用的浮式钻井平台一样，也备有保证安全作业的水下器具，这种平台能适用于300米以上水深。

④海底采油（气）装置，采取钻水下井口的方法。井口安装在海底，开采出来的油（气）用管线直接送往陆上或输入海底集油（气）设施。有的水下井口罩有一个常压室，油井的组装、控制和维修等作业都在常压环境中进行，称“干”式常压水下装置；无常压室的称“湿”式装置。这类装置无需露出水面的工作平台，但要具有深潜水的作业装备和技术条件。

集输贮运工程设施　

供开采出来的石油（气）集中、处理、转输、贮存和外运的工程设施，分为以下4部分：

①装有集油(气)、处理、计量以及动力和压缩设备的平台。这类平台的结构形式与上述固定钻采平台相同。为减少平台数量和便于管理，有时把这些作业环节和钻采、贮存等环节合并在同一个平台上进行，使之成为多功能的综合性平台。不过，燃烧废气的火炬平台和生活平台往往单独设置。

②贮油设施。对于全海式或半海半陆式系统，由于受海洋自然环境影响和运输条件的限制，需在海上设贮油设施，其容量要与油井日产量、来船周期和运输能力、环境因素极值等相协调。主要形式有系泊式和固定式两种，前者如贮油船、贮油浮筒等。后者又分两种，一种是设在固定平台上的贮罐，容量较小；另一种是座落于海底的水下贮罐，具有一个伸出海面之上的作业甲板，容量一般较大，如北海埃克菲斯克油田的钢筋混凝土水下油罐，底部直径92米，贮量达10000立方米（100万桶）。为了减小罐壁内外压力差，水下贮油罐常采取油水置换工艺。

③海底输油（气）管线。通过它把整个海上油（气）田的生产系统联系起来。根据输送的油（气）性质和环境条件，分单层管和双层管两种。后者内管输油(气)，外管作为保护套，内外管之间环形空间充填隔热保温材料。为了防止事故和延长使用年限，管线外部包有防腐绝缘层和混凝土防护层（兼作配重），而且在浅海区、通航区或渔场常将其埋置于海底表面以下一定深度。海底管线的敷设一般采用漂浮法、牵引法和敷管船法等，对于深海大油（气）田海底管线的敷设则多用敷管船进行。

④油（气）出运码头。有单点系泊装置和常规的海上码头两类。单点系泊装置是一个用锚链系泊在海上的浮筒，浮筒与海底管线之间用橡胶软管或金属的弯曲硬管相连，浮筒与船舶之间用水面漂浮软管相连，船舶缆索系在浮筒顶部转盘的缆臂上，可随风、浪、海流自由旋转，始终处于最小阻力位置，具有适应性强、安装迅速并能搬迁等优点(如图)。海上码头分固定式和浮式两种，前者建于沿岸，后者往往就是贮油船，兼作靠泊来船码头之用。安全保障问题　海上石油（气）勘探和开发不仅耗资巨大，而且存在一定的危险，几乎年年都发生事故。其原因一是风暴、海浪、冰凌及地震（海啸）等自然因素产生的破坏，或井喷；二是操作不慎、管理不善或设计建造不周等所致。如：1969年春，中国“渤海2”号钢质桩基固定平台被特大冰凌推倒；1980年3月，挪威“亚历山大·基尔兰”号五立柱半潜式钻井平台在北海工作时，因其中一根立柱的连接构件疲劳断裂导致整个平台倾覆；1977年，埃科菲斯克油田一条海底输油管线突然失去控制，造成严重漏油事故。所以，应反复审核方案和工程质量，定期对工程设备作预防性维护，并加强对水文气象和地震的预测预报。

发展趋势　

海上石油（气）勘探和开发的规模将更大，半潜式平台已扩大应用于采油（气）、敷管以及后勤等方面，并将出现更多的海底采油（气）装置和全海式集输贮运系统。同时，浅于200米水深的大陆架海域仍是重要的油（气）勘探和开发区域，仍会继续完善和发展自升式钻井平台、浅水钻井船和常规的钻采工程设施，以及半海半陆式甚至全陆式的集输贮运系统。

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