海洋油气开发发展历史课件

海洋平台发展历史和海洋海洋平台发展历史和海洋油气工业发展趋势油气工业发展趋势海洋平台发展历史和海洋油气工业发展趋势主要内容主要内容 1、海洋平台发展历史 2、我国海洋钻井平台发展概况 3、油气工业发展的现在与将来主要内容 1、海洋平台发展历史 人类最早的海上石油开采，可以追溯到人类最早的海上石油开采，可以追溯到18871887年。年。在加利福尼亚南部圣巴巴拉附近海域，人们采用木质在加利福尼亚南部圣巴巴拉附近海域，人们采用木质结构钻塔实施钻井（在海里打桩建造码头，在码头上结构钻塔实施钻井（在海里打桩建造码头，在码头上钻井，而后又发展成在海里修建木头栈桥，在栈桥上钻井，而后又发展成在海里修建木头栈桥，在栈桥上钻井）。钻井）。1、海洋平台发展历史 人类最早的海上石油开采，可以追溯到1887年。在 1920 1920年，委内瑞拉在马拉开波湖发现油田。该湖水年，委内瑞拉在马拉开波湖发现油田。该湖水深深3.53.54.3m4.3m 。为开采湖底石油，建造了木结构石油钻。为开采湖底石油，建造了木结构石油钻井平台，它被认为是井平台，它被认为是世界上第一座固定式海洋平台。世界上第一座固定式海洋平台。19301930年，前苏联在里海巴库地区采用人工岛的方式年，前苏联在里海巴库地区采用人工岛的方式钻井和采油。钻井和采油。1920年，委内瑞拉在马拉开波湖发现油田。该湖水 科麦吉石油公司科麦吉石油公司于于19471947年在墨西哥湾年在墨西哥湾 路易斯安娜地区路易斯安娜地区1414英英尺水深中，建造了尺水深中，建造了世世界上第一座钢结构固界上第一座钢结构固定平台定平台，在上面安装，在上面安装了离岸油井。了离岸油井。1.1 固定导管架平台的出现 科麦吉石油公司于1947年在墨西哥湾 路易斯该公司采用固定平台和浮式驳船相结合的方法，该公司采用固定平台和浮式驳船相结合的方法，钻机安在平台上，其它设备安在驳船上。这样，就只需要钻机安在平台上，其它设备安在驳船上。这样，就只需要建一座小平台。建平台的合同给了建一座小平台。建平台的合同给了布朗路特公司布朗路特公司。这家公。这家公司在井位上打了司在井位上打了3 3 根试验桩，经过测试，每根直径根试验桩，经过测试，每根直径24 24 英英寸的钢桩，打入海底寸的钢桩，打入海底104 104 英尺，可以承受英尺，可以承受48 48 吨载荷。他吨载荷。他按科麦吉的设计，打按科麦吉的设计，打16 16 根钢桩和根钢桩和6 6 根经过防腐处理的木根经过防腐处理的木桩，打入海底桩，打入海底69 69 英尺，把上部平台支撑在低潮位以上英尺，把上部平台支撑在低潮位以上20 20 英尺的高度，平台大小为英尺的高度，平台大小为11.611.6米米*21.621.6米。钢桩和木桩分米。钢桩和木桩分别支撑平台的两个部分。别支撑平台的两个部分。该公司采用固定平台和浮式驳船相结合的方法 这一事件标志着这一事件标志着当代海洋油气开发工业的开端当代海洋油气开发工业的开端，到，到19491949年时，在美国墨西哥湾已经开发了年时，在美国墨西哥湾已经开发了1111个油气田、共计个油气田、共计4444口勘探井。口勘探井。自从自从美国墨西哥湾安装的第一个离岸固定式平台美国墨西哥湾安装的第一个离岸固定式平台以来以来的的5050年里，海洋油气业出现了很多创新的平台结构设计，年里，海洋油气业出现了很多创新的平台结构设计，采用固定式或者浮动式形式，安装在越来越深的水域中，采用固定式或者浮动式形式，安装在越来越深的水域中，受到的海洋环境也越来越恶劣。到受到的海洋环境也越来越恶劣。到19751975年，离岸石油开采年，离岸石油开采的水深延伸到的水深延伸到144144米，在接下来的米，在接下来的3 3年里，随着年里，随着COGNACCOGNAC固定固定式平台的安装，离岸石油开采水深一下到了式平台的安装，离岸石油开采水深一下到了312312米。直到米。直到19911991年，年，COGNACCOGNAC平台一直保持着世界上最深的固定式海平台一直保持着世界上最深的固定式海上平台的记录。在二十世纪九十年代，上平台的记录。在二十世纪九十年代，5 5座固定式平台的座固定式平台的水深超过水深超过328328米，最深的一座是米，最深的一座是ShellShell石油公司石油公司BullwinkleBullwinkle平台，安装水深达到了平台，安装水深达到了412412米。米。这一事件标志着当代海洋油气开发工 导管架平台又称桩导管架平台又称桩式平台，是由打入海底式平台，是由打入海底的桩柱来支承整个平台，的桩柱来支承整个平台，能经受风、浪、流等外能经受风、浪、流等外力作用，可分为群桩式、力作用，可分为群桩式、桩基式桩基式(导管架式导管架式)和腿和腿柱式。柱式。钢质导管架平台钢质导管架平台由导管架、桩基和顶部由导管架、桩基和顶部设施（甲板结构和甲板设施（甲板结构和甲板模块）组成。模块）组成。导管架平台又称桩式平台，是由打入海底的桩柱来海洋油气开发发展历史课件早期固定式平台的发展历程早期固定式平台的发展历程海洋油气开发发展历史课件 1949 1949年初，美国人约翰年初，美国人约翰海沃德发明海沃德发明布伦顿一布伦顿一20 20 型型坐底式钻井驳船。该方案采用可沉没坐底的双甲板驳船。坐底式钻井驳船。该方案采用可沉没坐底的双甲板驳船。船的下部是水舱，灌进水去，船就下沉，坐落在井位上；船的下部是水舱，灌进水去，船就下沉，坐落在井位上；抽出水，船就上浮，可以移动。甲板上安装钻机等设备。抽出水，船就上浮，可以移动。甲板上安装钻机等设备。它重它重20002000吨，吃水吨，吃水5 5英尺，重心在龙骨上方英尺，重心在龙骨上方3030英尺。英尺。它由它由3 3条拖轮牵引，航行条拖轮牵引，航行7070英里到达井位。中途遇到每小英里到达井位。中途遇到每小时时2525英里的大风，船安然无恙。它坐落到海底就得到了平英里的大风，船安然无恙。它坐落到海底就得到了平衡。在井场衡。在井场4 4 个月，钻成了一口深达个月，钻成了一口深达1090610906英尺的井。在英尺的井。在此期间，它经受住了每小时此期间，它经受住了每小时7070英里以上的大风。完井以后，英里以上的大风。完井以后，此船顺利浮起，移往新的井位。此船顺利浮起，移往新的井位。1.2 坐底式平台的出现 1949年初，美国人约翰海沃德发明布伦顿一20 坐底式钻井平台又叫坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳钻驳或插桩钻驳，适用于河流，适用于河流和海湾等和海湾等30m30m以下的浅水域。坐底式平台有两个船体，上以下的浅水域。坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，通过尾部开口船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，通过尾部开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其主要功能是压载以及借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。海底支撑作用，用作钻井的基础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到作业两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从稳性和结构方面地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础(平坦及坚平坦及坚实程度实程度)的制约。所以这种平台发展缓慢。的制约。所以这种平台发展缓慢。坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于早期的各类坐底式平台早期的各类坐底式平台我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域，潮差大而海底坡度小，油田等向海中延伸的浅海海域，潮差大而海底坡度小，坐底式平台仍有较大的发展前途。坐底式平台仍有较大的发展前途。80 80年代初，人们开始注意年代初，人们开始注意北极海域的石油开发北极海域的石油开发，设，设计、建造计、建造极区坐底式平台极区坐底式平台也引起海洋工程界的兴趣。目也引起海洋工程界的兴趣。目前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底，前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底，然后在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成钻井后可然后在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成钻井后可排出压载起浮，并移至另一井位。排出压载起浮，并移至另一井位。我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河我国胜利二号坐底式钻井平台我国胜利二号坐底式钻井平台我国胜利二号坐底式钻井平台 与座底式钻井驳船相对应，一个名叫与座底式钻井驳船相对应，一个名叫莱翁莱翁德龙德龙的的法国人提出了一种全新的概念。他的方案是在平底驳船法国人提出了一种全新的概念。他的方案是在平底驳船上设几根可升降的支腿，船在航行时，支腿升起，就位上设几根可升降的支腿，船在航行时，支腿升起，就位后，支腿下落，插入海底，把船体顶升到浪峰以上。这后，支腿下落，插入海底，把船体顶升到浪峰以上。这就是后来广泛采用的自升式钻井平台。就是后来广泛采用的自升式钻井平台。1.3 自升式平台的出现中海油中海油6363号自升式平台号自升式平台 与座底式钻井驳船相对应，一个名叫莱翁德龙的第第l l家试用德龙概念的是家试用德龙概念的是玛格诺利亚石油公司玛格诺利亚石油公司。19501950年建造了德龙年建造了德龙l l号平台，可以在水深号平台，可以在水深3030英尺（英尺（1 1英英=0.3048=0.3048米）处作业，但是不能移动。米）处作业，但是不能移动。真正意义上的第真正意义上的第1 1艘自升式钻井平台，是海洋公司的艘自升式钻井平台，是海洋公司的加利福尼亚加利福尼亚l l号，于号，于19541954年年4 4月投入使用月投入使用。它的工作水深是。它的工作水深是4040英尺。它用德龙的气压顶升器使支腿升降。海洋公司对英尺。它用德龙的气压顶升器使支腿升降。海洋公司对它非常满意，又订购了另一艘更大的。它有它非常满意，又订购了另一艘更大的。它有1414根直径根直径2 2英英尺的支腿。每根支腿下部有一个直径尺的支腿。每根支腿下部有一个直径1616英尺、高英尺、高1818英尺的英尺的沉箱。沉箱。第l家试用德龙概念的是玛格诺利亚石油公司。1 自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面，拔出桩腿并全部提起，整个平台浮于海面，台降到海面，拔出桩腿并全部提起，整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。由拖轮拖到新的井位。19531953年美国建成第一座自升式平台，年美国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快，这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总数的约占移动式钻井装置总数的1 12 2。自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组自升式平台的结构组成自升式平台的结构组成自升式平台的结构组成自升式平台的发展历程自升式平台的发展历程自升式平台的发展历程海洋油气开发发展历史课件 2020世纪世纪5050年代，美国加州的石油公司大陆、联合，年代，美国加州的石油公司大陆、联合，壳牌、苏必利尔组成壳牌、苏必利尔组成CUSSCUSS集团着手研制试验性的浮式集团着手研制试验性的浮式钻井船，希望将其适用于大陆架坡度陡峭海域的油气钻井船，希望将其适用于大陆架坡度陡峭海域的油气开发。开发。1.4 钻井船的出现 20世纪50年代，美国加州的石油公司大陆 19551955年，他们从战争剩余物资中买了一条大型年，他们从战争剩余物资中买了一条大型甲板驳船，长甲板驳船，长260260英尺，宽英尺，宽8888英尺，加以改造。在船英尺，加以改造。在船的底部切出一块菱形的空间，上面安装钻机。采用的底部切出一块菱形的空间，上面安装钻机。采用桅杆式井架。大钩的载重能力为桅杆式井架。大钩的载重能力为5555万磅。每万磅。每2 2根钻杆根钻杆组成组成1 1个单根。船上有个单根。船上有3 3块甲板，工作面积达块甲板，工作面积达3 3万多平万多平方英尺。船到达井位后用方英尺。船到达井位后用6 6根钢缆锚定。设计了一套根钢缆锚定。设计了一套独特的立管和井口。实践证明，这条船的设计是成独特的立管和井口。实践证明，这条船的设计是成功的。到功的。到19581958年，这条年，这条CUSS CUSS 一号船已经钻进一号船已经钻进1010万多万多英尺。其他一些公司以它为范例设计，建造了几条英尺。其他一些公司以它为范例设计，建造了几条浮式钻井船。浮式钻井船。1955年，他们从战争剩余物资中买了一 钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影响，但它可用船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影响，但它可用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船钻井船发展历程钻井船发展历程钻井船发展历程钻井船示意图钻井船示意图钻井船示意图海洋油气开发发展历史课件 半潜式钻井平台半潜式钻井平台半潜式钻井平台半潜式钻井平台（SEMISEMISEMISEMI）由坐底式平台发展）由坐底式平台发展）由坐底式平台发展）由坐底式平台发展而来而来而来而来，上部为工作甲板，下，上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立部为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时下船体潜入柱连接。工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小，波浪影响度，水线面积小，波浪影响小，稳定性好、自持力强、小，稳定性好、自持力强、工作水深大，新发展的动力工作水深大，新发展的动力定位技术用于半潜式平台后，定位技术用于半潜式平台后，工作水深可达工作水深可达30003000米。米。1.5 半潜式钻井平台的发展半潜式钻井平台示意图半潜式钻井平台示意图 半潜式钻井平台（SEMI）由坐底式平台 半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。到目前为止到目前为止到目前为止到目前为止，半潜式钻井平台已经历了第一代到第六代的历程半潜式钻井平台已经历了第一代到第六代的历程半潜式钻井平台已经历了第一代到第六代的历程半潜式钻井平台已经历了第一代到第六代的历程。据统计，。据统计，。据统计，。据统计，目前世界范围内有深水自升式钻井平台目前世界范围内有深水自升式钻井平台目前世界范围内有深水自升式钻井平台目前世界范围内有深水自升式钻井平台65656565艘，大部分工作艘，大部分工作艘，大部分工作艘，大部分工作在墨西哥湾和北海。其运营商主要为美国石油公司。在墨西哥湾和北海。其运营商主要为美国石油公司。在墨西哥湾和北海。其运营商主要为美国石油公司。在墨西哥湾和北海。其运营商主要为美国石油公司。半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，移动 19621962年，布年，布鲁斯鲁斯鲁斯鲁斯 科里普科里普科里普科里普发明了半潜式钻井平台。发明了半潜式钻井平台。第第第第1 1 1 1座半潜式平台是座半潜式平台是座半潜式平台是座半潜式平台是“蓝水蓝水蓝水蓝水l l l l号号号号”。当年在墨西哥湾投入。当年在墨西哥湾投入了使用，可惜了使用，可惜19641964年被飓风刮倒沉没。年被飓风刮倒沉没。19641964年，凯撒公司年，凯撒公司为圣菲国际公司制造的为圣菲国际公司制造的“蓝水蓝水2 2号号”半潜式钻井平台，它半潜式钻井平台，它有有4 4条腿（立柱），工作水深达条腿（立柱），工作水深达900900英尺。英尺。First Semi Drilling Platform1961 by chance 1962年，布鲁斯 科里普发明了 半潜式平台综合了浮式钻井船和坐底式驳船的优点。半潜式平台综合了浮式钻井船和坐底式驳船的优点。半潜式平台综合了浮式钻井船和坐底式驳船的优点。半潜式平台综合了浮式钻井船和坐底式驳船的优点。浮在浮在水面作业，才能在较深的海域工作；船体灌入水，可以调节吃水面作业，才能在较深的海域工作；船体灌入水，可以调节吃水深度，保持船体稳定。它的下部是有相当容积的浮筒，上面水深度，保持船体稳定。它的下部是有相当容积的浮筒，上面是若干个中空的立柱，支撑着上部平台，平台上面是全部钻井是若干个中空的立柱，支撑着上部平台，平台上面是全部钻井装备和必要的生活设施。整个平台靠浮筒浮在水面，由拖轮牵装备和必要的生活设施。整个平台靠浮筒浮在水面，由拖轮牵引而移动。到达井位后，向浮筒里灌入一定量的水，以增加吃引而移动。到达井位后，向浮筒里灌入一定量的水，以增加吃水，提高作业时的稳定性。并且用锚链固定。水，提高作业时的稳定性。并且用锚链固定。半潜式平台综合了浮式钻井船和坐底式驳船的优点。浮Development of Semi-submersibleFirst Semi Drilling Platform1961 by chance First Semi Production Platform1975North SeaARGYII FieldWD:79mFirst Semi Production PlatformThunder Horse Platform(The Largest Offshore Semi-submersible)Displacement:130,000t Weight:59,500t Cost:$1 BillionDevelopment of Semi-submersibl 到到2020世纪世纪7070年代，在海洋大陆坡年代，在海洋大陆坡2002002000m2000m范围内范围内发现了油气资源。导管架平台的作业水深已经达到发现了油气资源。导管架平台的作业水深已经达到300300米米 ,接近它的经济极限，因此提出了接近它的经济极限，因此提出了顺应式平台顺应式平台顺应式平台顺应式平台的概念。的概念。牵索塔平台与铰接塔平台均为顺应式平台牵索塔平台与铰接塔平台均为顺应式平台牵索塔平台与铰接塔平台均为顺应式平台牵索塔平台与铰接塔平台均为顺应式平台。顺应式平台。顺应式平台随风浪运动，而不像固定式平台在风浪作下岿然不动，随风浪运动，而不像固定式平台在风浪作下岿然不动，与海洋载荷对扰。与海洋载荷对扰。19541954年，年，美国人美国人美国人美国人MarshMarshMarshMarsh率先提出了倾斜率先提出了倾斜系泊索群固定牵索塔平台，系泊索群固定牵索塔平台，第一座牵索塔平台是第一座牵索塔平台是第一座牵索塔平台是第一座牵索塔平台是20202020世纪世纪世纪世纪80808080年代初安装在墨西哥湾的年代初安装在墨西哥湾的年代初安装在墨西哥湾的年代初安装在墨西哥湾的LenaLenaLenaLena号号号号，作业水深作业水深300300米。米。1.6 牵索塔和铰接塔平台的出现 到20世纪70年代，在海洋大陆坡200牵索塔平台由甲板、塔体、牵索系统三部分组成。塔体是一个类似于导管架的空间钢架结构，塔是顺应式的，随波浪的响应稍微移动，其系泊系统能对塔提供足够的复原力，使其始终保持垂直状态，设计时允许塔的倾斜度在20以内。牵索塔平台由甲板、塔体、牵索系统三部分组成。为了解决牵索安装施为了解决牵索安装施工难度大的问题，牵索塔工难度大的问题，牵索塔平台去掉了斜拉索，相应平台去掉了斜拉索，相应在塔柱水面附近增加浮力在塔柱水面附近增加浮力舱，此种结构形式称为铰舱，此种结构形式称为铰接塔，它可用于钻采平台、接塔，它可用于钻采平台、装载终端及单点系泊等。装载终端及单点系泊等。1990199019901990年，世界上第一座铰年，世界上第一座铰年，世界上第一座铰年，世界上第一座铰接塔作为单点系泊终端安接塔作为单点系泊终端安接塔作为单点系泊终端安接塔作为单点系泊终端安装在澳大利亚西北海岸的装在澳大利亚西北海岸的装在澳大利亚西北海岸的装在澳大利亚西北海岸的东帝汉海域。东帝汉海域。东帝汉海域。东帝汉海域。铰接塔平台示意图铰接塔平台示意图 为了解决牵索安装施工难度大的问题，牵 世界上第一座用于采油的世界上第一座用于采油的BaldpateBaldpate铰接塔平台于铰接塔平台于1998 1998 年年6 6月建成，位于墨西湾月建成，位于墨西湾Garden Banks260Garden Banks260区海域。该平台区海域。该平台工作水深工作水深502.3m 502.3m，塔高，塔高580m 580m。设计油井数量。设计油井数量1818口，是世口，是世界上第一座没有钢索、铰接安装在海床上的顺应式铰接塔界上第一座没有钢索、铰接安装在海床上的顺应式铰接塔平台。平台。BaldpateBaldpate铰接塔平台铰接塔平台铰接塔平台铰接塔平台BaldpateBaldpate铰接塔平台基础安装铰接塔平台基础安装铰接塔平台基础安装铰接塔平台基础安装 世界上第一座用于采油的BaldpateBaldpateBaldpate铰接塔钢质导管架铰接塔钢质导管架 整个平台主体包括基础管架和铰接塔两部分组成。基础管架结构高351英尺，成六面体棱台，棱台底部横截面为140 x140英尺，上部变细为90 x90英尺。基础重8700吨，导管直径为144英寸。在基础管架的每个边角，连有三个裙桩套管，裙桩通过套管打入海底，嵌入深度达430英尺。铰接塔结构部分高1320英尺，横截面尺寸为90 x90英尺，重量为20200吨，导管直径为128英寸。在导管架的每个边角，有针脚与基础管架顶端的套管托架配合。Baldpate铰接塔钢质导管架 整个平台主体包括BaldpateBaldpateBaldpateBaldpate铰接塔上部模块铰接塔上部模块铰接塔上部模块铰接塔上部模块 包括三层甲板结构，不包括设备结构自重2400吨，可以容纳28名工作人员居住，布置有油气处理和生产设备。Baldpate铰接塔上部模块 包括三层甲板结构，20002000年年,铰接塔平台铰接塔平台petraniuspetranius号在墨西哥湾号在墨西哥湾viosca Knollviosca Knoll海域建成。该平台工作水深海域建成。该平台工作水深534.6m 534.6m，塔体自重，塔体自重43000t43000t。截至。截至20062006年，世界上有效排水量最大的铰接塔平台位于西非安格拉年，世界上有效排水量最大的铰接塔平台位于西非安格拉第第1414区海域，有效排水量为区海域，有效排水量为4350043500吨。吨。2000年,铰接塔平台petranius号在墨 牵索塔平台与铰接塔的不足之处是随水深的增加，平台牵索塔平台与铰接塔的不足之处是随水深的增加，平台运动的稳定性降低，因此在牵索塔平台的基础上发展了张力运动的稳定性降低，因此在牵索塔平台的基础上发展了张力腿平台（腿平台（Tension Leg Platform)Tension Leg Platform)。19841984年，年，ConocoConoco公司在公司在欧洲北海欧洲北海157157米水深的米水深的HuttonHutton油田安装了世界上第一座张力油田安装了世界上第一座张力腿平台。腿平台。1.7 张力腿平台的出现 牵索塔平台与铰接塔的不足之处是随水深的增加，平台张力腿结构示意图张力腿结构示意图 张力腿平台是一种垂直系泊的顺应式平台，在20多年的实践中不断发展，已形成了一种典型的结构形式。它一般由五大部分组成。平台上体、立柱（含横撑和斜撑）、下体（沉箱）、张力腿系泊系统和锚固基础。从结构特点看，张力腿平台就像一个倒置的钟摆，是一个刚性系统和弹性系统两者综合的复杂非线性动力系统。张力腿结构示意图 张力腿平台是一种垂直系泊的顺应式平张力腿平台工作原理及性能张力腿平台工作原理及性能张力腿平台工作原理及性能张力腿平台工作原理及性能 张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的刚性。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力力，这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受拉的腿平台的垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受拉的绷紧状态。较大的张力腿预张力使平台平面外的运动绷紧状态。较大的张力腿预张力使平台平面外的运动（横摇、纵摇和垂荡）较小，近似于刚性。（横摇、纵摇和垂荡）较小，近似于刚性。张力腿平台工作原理及性能 张力腿平台设计 张力腿将平台和海底固接在一起，为生产提供一个张力腿将平台和海底固接在一起，为生产提供一个相对平稳安全的工作环境。另一方面，张力腿平台本体相对平稳安全的工作环境。另一方面，张力腿平台本体主要是直立浮筒结构，一般浮筒所受波浪力的水平方向主要是直立浮筒结构，一般浮筒所受波浪力的水平方向分力较垂直方向分力大，因而通过张力腿在平面内的柔分力较垂直方向分力大，因而通过张力腿在平面内的柔性，实现平台平面内的运动（纵荡、横荡和首摇），即性，实现平台平面内的运动（纵荡、横荡和首摇），即为顺应式。这样，较大的环境载荷能够通过惯性力来平为顺应式。这样，较大的环境载荷能够通过惯性力来平衡，而不需要通过结构内力来平衡。张力腿平台这样的衡，而不需要通过结构内力来平衡。张力腿平台这样的结构形式使得结构具有良好的运动性能。结构形式使得结构具有良好的运动性能。张力腿将平台和海底固接在一起，为生产提供一张力腿平台在张力腿系泊系统张力变化和平台本体浮力变化控制下，平台水平运动固有频率低于波浪频率，而平面外的运动固有频率高于波浪频率。一座典型的张力腿平台，其垂荡运动的固有周期为24s，而纵横荡运动的固有周期为100200s；横摇、纵摇运动固有周期均低于4s，而首摇的运动固有周期则高于40s。整个结构的频率跨越在海浪的一阶频率谱两端，避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振，使平台结构受力合理，动力性能良好。迄今为止，张力腿平台有着良好的安全记录，这与结构设计上的成功是密不可分的。张力腿平台在张力腿系泊系统张力变化和平 24 TLP(including mini-TLP)Worldwide First TLP in 500 ft.U.K.Sector North Sea in 1984(Hutton First TLP in 500 ft.U.K.Sector North Sea in 1984(Hutton TLP)TLP)Second TLP in GOM in 1800 ft.in 1989(Jolliet TLP)Second TLP in GOM in 1800 ft.in 1989(Jolliet TLP)WaWater depths can go up to about 6,000（1800米）米）24 TLP(including mini-TLP)TLP TLP 平台目前可分为二平台目前可分为二 代。代。第一代为传统类型的第一代为传统类型的第一代为传统类型的第一代为传统类型的TLPTLPTLPTLP平台平台平台平台，自，自19841984年以来得到发展。年以来得到发展。TLP TLP TLP TLP 平台分类平台分类平台分类平台分类传统类型TLP TLP 平台目前可分为二 代。TLP 平台分类传统 第二代张力腿平台第二代张力腿平台第二代张力腿平台第二代张力腿平台出现于出现于2020世纪世纪9090年代初年代初期，它是在继承传统张力腿平台优良运动性能和良好期，它是在继承传统张力腿平台优良运动性能和良好经济效益的同时，对结构形式进行了优化，使其更适经济效益的同时，对结构形式进行了优化，使其更适合于深海，并且降低了建造成本。合于深海，并且降低了建造成本。AtlantiaAtlantia公司设计的公司设计的SeastarSeastar系列张力腿平台；系列张力腿平台；ModecModec公司设计的公司设计的MosesMoses（最小化深海水面设备结构）（最小化深海水面设备结构）张力腿平台；张力腿平台；ABBABB公司设计的延伸式张力腿平台（公司设计的延伸式张力腿平台（ETLPETLP）第二代张力腿平台出现于20世纪90年Moses张力腿平台延伸式张力腿平台Sea Star张力腿平台Moses张力腿平台延伸式张力腿平台Sea Star张力腿平Other Studied Concepts一些新概念TLP平台Other Studied Concepts一些新概念TLP 深海油气生产的另外一种优秀平台是单柱式平台、深海油气生产的另外一种优秀平台是单柱式平台、称为称为sparspar平台。平台。19871987年年美国人美国人美国人美国人Fdward E.HortonFdward E.HortonFdward E.HortonFdward E.Horton首次提首次提出了深水单柱式平即出了深水单柱式平即Spar PlatformSpar Platform概念。概念。1996 1996 年在墨年在墨西哥湾的西哥湾的NeptuneNeptune（海王星）油田，成功建造了世界上（海王星）油田，成功建造了世界上第一座单柱式生产平台第一座单柱式生产平台第一座单柱式生产平台第一座单柱式生产平台，工作水深为，工作水深为588588米。米。1.8 SPAR平台的出现 深海油气生产的另外一种优秀平台是单柱式平 18 Spar Platforms 18 Spar Platforms 大部分位于墨西哥湾，仅有一大部分位于墨西哥湾，仅有一座位于东南亚座位于东南亚 大部分现有平台属于桁架式大部分现有平台属于桁架式SparSpar平台平台 SparSpar平台属于干树式平台，对水深没有限制平台属于干树式平台，对水深没有限制 SparSpar生产平台概念的提出受到浮动式工具平台（生产平台概念的提出受到浮动式工具平台（FLIPFLIP）和和BrentBrent储油平台的影响。储油平台的影响。18 Spar Platforms 大部分位于墨西哥 实际上实际上实际上实际上SparSparSparSpar平台技术应用于人类海洋开发的历史已经平台技术应用于人类海洋开发的历史已经平台技术应用于人类海洋开发的历史已经平台技术应用于人类海洋开发的历史已经超过超过超过超过30303030年了，但是在年了，但是在年了，但是在年了，但是在1987198719871987年之前，在人类开发海洋的工作年之前，在人类开发海洋的工作年之前，在人类开发海洋的工作年之前，在人类开发海洋的工作中，中，中，中，SparSparSparSpar平台一向是作为辅助系统使用而不是直接生产系平台一向是作为辅助系统使用而不是直接生产系平台一向是作为辅助系统使用而不是直接生产系平台一向是作为辅助系统使用而不是直接生产系统。例如：统。例如：统。例如：统。例如：1961196119611961年，北海海域建造的一座浮动式工具平台年，北海海域建造的一座浮动式工具平台年，北海海域建造的一座浮动式工具平台年，北海海域建造的一座浮动式工具平台（floating instrument platformfloating instrument platformfloating instrument platformfloating instrument platform，简称，简称，简称，简称FLIPFLIPFLIPFLIP），主要用），主要用），主要用），主要用于海洋研究工作。于海洋研究工作。于海洋研究工作。于海洋研究工作。实际上Spar平台技术应用于人类海洋开发的历史已经FLIP-Scripps Floating Instrument Platform FLIP was built in 1962 When it is in the verticalposition,behaves like a SPAR Success of FLIP in deep ocean(up to 20,000)contributed to the Development ofSPAR productionplatform conceptFLIP-Scripps Floating Inst海洋油气开发发展历史课件 20世纪70年代，Royal Dutch Shell公司又在北海的中等水深建造了一座 Brent Spar平台，用作石油的储藏和装卸中心。20世纪70年代，Royal DutchBrent Oil Storage SparBrent Oil Storage Spar Brent Spar installed in the field,Brent Spar installed in the field,6/19766/1976 Ceased Operation,9/1991 Ceased Operation,9/1991 Plan of Sinking to Deep Water Plan of Sinking to Deep Water Granted,2/1995Granted,2/1995 New Plan of decomposition and re-New Plan of decomposition and re-use,1/1998use,1/1998 New Plan was granted,8/1998New Plan was granted,8/1998 Topside was removed,11/1998Topside was removed,11/1998 Decomposition was completed,Decomposition was completed,7/19997/199916 June 1995,Greenpeace stopped the dumping of the Brent Spar and other at-sea installations,in a campaign against using the oceans as a dumping ground.Decomposition Completed in 1999Brent Oil Storage Spar Brent 早期建造早期建造SparSpar平台的结构和当前深海油气开发使平台的结构和当前深海油气开发使用的用的SparSpar平台相比还是有所区别的。它们的主体并不是平台相比还是有所区别的。它们的主体并不是连续的圆柱结构，而是分为两段甚至数段，每一段主体连续的圆柱结构，而是分为两段甚至数段，每一段主体的直径各不相同。例如，的直径各不相同。例如，FLIPFLIP的主体从上至下分为上段的主体从上至下分为上段主体、锥形部和下段主体，而主体、锥形部和下段主体，而Brent SparBrent Spar的主体也由一的主体也由一层分段甲板分为上下两段。通过对这些早期的层分段甲板分为上下两段。通过对这些早期的SparSpar平台平台进行观测，各国的研究者收集了大量的数据，为现代进行观测，各国的研究者收集了大量的数据，为现代SparSpar平台的诞生和发展打下了坚实的基础。平台的诞生和发展打下了坚实的基础。早期建造Spar平台的结构和当前深海油气海洋油气开发发展历史课件 1987年，Edward E.HortonEdward E.Horton设计了一种专用于深海钻探和采油工作的Spar平台，其结构形式特别适合于深水作业环境。Horton设计的这种Spar平台被公认为现代Spar生产平台的鼻祖。1987年，Edward E.Horto现代现代SparSpar平台总体结构平台总体结构平台上体（平台上体（TopsideTopside）主体外壳（主体外壳（Hull shellHull shell）浮力系统（浮力系统（BuoyancyBuoyancy）中央井（中央井（CenterwellCenterwell）立管系统（立管系统（RisersRisers）系泊系统系泊系统 (Mooring)(Mooring)现代Spar平台总体结构 平台上体（Topsi Spar Spar 平台目前可分为三代：平台目前可分为三代：第一代第一代第一代第一代为经典为经典Spar Spar 平台，在役平台工作最大水深平台，在役平台工作最大水深为为14631463米，它是米，它是1999 1999 年安装在墨西哥湾的年安装在墨西哥湾的Hoover Hoover 平台。平台。第二代第二代第二代第二代为桁架式为桁架式 ，其最大优点是运动性能更好且，其最大优点是运动性能更好且造价更低。造价更低。20012001年，世界上第一座桁架式年，世界上第一座桁架式SparSpar平台平台（Nansen SparNansen Spar）平台在在墨西哥湾安装下水。）平台在在墨西哥湾安装下水。第三代第三代第三代第三代为蜂巢式为蜂巢式(Cell)Spar(Cell)Spar。Spar 平台目前可分为三代：桁架式桁架式SparBoomvang/Nansen蜂巢式蜂巢式SParSParRed Hawk(Cell Spar)桁架式Spar蜂巢式SParConventional Spar,Truss Spar and Cell SparHybrid:MinDOC1,2,3Conventional Spar,Truss Spar 2008 1st truss spar in Asia(Kikeh,Murphy)Kikeh SparInstallation 2008 1st truss spar in Asia 20042004年，年，BPBP石油公司在墨西哥湾建造了石油公司在墨西哥湾建造了Mad DogMad Dog桁架式桁架式SparSpar平台，工作水深平台，工作水深13471347米，其最大特点是采米，其最大特点是采用尼龙缆系泊，从而显著减轻了主体重量。第三代为用尼龙缆系泊，从而显著减轻了主体重量。第三代为多柱式平台（多柱式平台（Cell Spar)Cell Spar)，其建造安装便利，建造，其建造安装便利，建造费用低。世界上第一座费用低。世界上第一座Cell SparCell Spar平台在美国德克萨平台在美国德克萨斯州的斯州的AransasAransas建造，主体总高度价建造，主体总高度价171m171m，工作水深，工作水深15001500米。米。2004年，BP石油公司在墨西哥湾建造了Mad 随着各类顺应式海洋结构物定位的需要，海洋结构物随着各类顺应式海洋结构物定位的需要，海洋结构物的系泊技术也得到了相应发展。早期的系泊系统由贯入海的系泊技术也得到了相应发展。早期的系泊系统由贯入海底的桩或锚与缆索连接构成，缆索材料为钢绳或钢链。底的桩或锚与缆索连接构成，缆索材料为钢绳或钢链。随着深海开发工程的发展新型系泊结构和材料不断随着深海开发工程的发展新型系泊结构和材料不断涌现。涌现。单点系泊技术的兴起是在单点系泊技术的兴起是在2020世纪世纪5050年代末、年代末、6060年代初。年代初。深海系泊系统逐渐发展成为三种类型：锚链悬链线系深海系泊系统逐渐发展成为三种类型：锚链悬链线系泊，一般水深不大于泊，一般水深不大于1000m 1000m。链，钢缆，链半张紧系泊，。链，钢缆，链半张紧系泊，水深大于水深大于1000m 1000m；链，尼龙缆，链全张紧系泊，经济性能；链，尼龙缆，链全张紧系泊，经济性能优越。更适合深海平台定位的需要。优越。更适合深海平台定位的需要。1.9 深水锚泊系统的发展 随着各类顺应式海洋结构物定位的需要，海洋油气开发发展历史课件海洋油气开发发展历史课件海洋油气开发发展历史课件海洋油气开发发展历史课件海洋油气开发发展历史课件海洋油气开发发展历史课件 在英国北海地区，海洋环境条件恶劣，浪高可达在英国北海地区，海洋环境条件恶劣，浪高可达3030米，而且持续时间很长，为了缩短海上安装时间，米，而且持续时间很长，为了缩短海上安装时间，采用了重力混凝土平台。这种平台与其它固定式平台采用了重力混凝土平台。这种平台与其它固定式平台不同点在于完全靠平台自身的重量来保持定位和稳定不同点在于完全靠平台自身的重量来保持定位和稳定性。在性。在1980198019901990年早些时候，在环境恶劣的北海和年早些时候，在环境恶劣的北海和巴西，加拿大，菲律宾等地，安装了占当时海洋平台巴西，加拿大，菲律宾等地，安装了占当时海洋平台20%20%左右的重力混凝土平台。左右的重力混凝土平台。1.10 重力式平台的出现 在英国北海地区，海洋环境条件恶劣，浪高可达30米海洋油气开发发展历史课件 在诸多的混凝土平台中，在诸多的混凝土平台中，Troll ATroll A采气平台是目前最采气平台是目前最高的混凝土结构，该平台高的混凝土结构，该平台19961996年在挪威北海安装，总高度年在挪威北海安装，总高度是是369369米，包含有米，包含有245000m245000m3 3混凝土，平台自身在海底依靠混凝土，平台自身在海底依靠自身重量下陷自身重量下陷3636米，以保持定位能力。米，以保持定位能力。在诸多的混凝土平台中，Troll A采气平台是目 第一座浮动式生产系统，由一条半潜式平台转化第一座浮动式生产系统，由一条半潜式平台转化而来，于而来，于19751975年安装在英国北海的年安装在英国北海的ArgyleArgyle油田。油田。19771977年，壳牌石油公司首次将一艘商业油船改装成年，壳牌石油公司首次将一艘商业油船改装成浮式生产储卸油装置（浮式生产储卸油装置（FPSOFPSO），用于水深），用于水深117117米的地中米的地中海卡斯特伦油田。海卡斯特伦油田。1.11 浮动式生产系统的出现 第一座浮动式生产系统，由一条半潜式平台转海洋油气开发发展历史课件FPSOFPSOFPSOFPSO适用于海底没有完善的管线设施的适用于海底没有完善的管线设施的适用于海底没有完善的管线设施的适用于海底没有完善的管线设施的深水油气田开发深水油气田开发深水油气田开发深水油气田开发FPSO适用于海底没有完善的管线设施的FPSO TypesFPSO TypesSpread MooringDICAS Mooring按按锚泊系泊系统来来进行区分行区分FPSO TypesSpread MooringDICAS 1st FPSO Project in GoM Source:MMS More Than 100 Worldwide First known application for FPSO was in 1977 atthe Castellon field in Spain First FPSO in GoM is plannedfor 20091st FPSO Project in GoM MoreOffshore Industry&TechnologyOffshore Industry&TechnologyAt Ocean University of China,Qingdao,ChinaAt Ocean University of China,Qingdao,ChinaMay,2009May,2009FPSOFPSO的主要优点的主要优点 资本投入相对于水深不大敏感资本投入相对于水深不大敏感资本投入相对于水深不大敏感资本投入相对于水深不大敏感 具有很大的油气存储和外输功能，不必安装海底管线设施具有很大的油气存储和外输功能，不必安装海底管线设施具有很大的油气存储和外输功能，不必安装海底管线设施具有很大的油气存储和外输功能，不必安装海底管线设施 平台拖拽和锚泊系统安装相对简单平台拖拽和锚泊系统安装相对简单平台拖拽和锚泊系统安装相对简单平台拖拽和锚泊系统安装相对简单 平台重新部署较为灵活平台重新部署较为灵活平台重新部署较为灵活平台重新部署较为灵活 平台上部模块安装和集成较为容易平台上部模块安装和集成较为容易平台上部模块安装和集成较为容易平台上部模块安装和集成较为容易 船体建造成本较低，可以由油船改造船体建造成本较低，可以由油船改造船体建造成本较低，可以由油船改造船体建造成本较低，可以由油船改造 船体拆解成本较低船体拆解成本较低船体拆解成本较低船体拆解成本较低Offshore Industry&Technology 2010 1st FPSO in GoM(Chinook,Petrabras)Chinook FPSO in GoM 2010 1st FPSO in GoM(Chi2 2、我国海洋钻井平台发展概况、我国海洋钻井平台发展概况 我国石油工业起步比较晚，上世纪我国石油工业起步比较晚，上世纪5050年代末，当时年代末，当时的石油部领导提出了的石油部领导提出了“上山下海，以陆推海上山下海，以陆推海”的海洋石的海洋石油发展战略。油发展战略。19631963年，在对海南岛和广西地质资料进行年，在对海南岛和广西地质资料进行详尽分析的基础上，决定在南中国海建造海上石油平台。详尽分析的基础上，决定在南中国海建造海上石油平台。此后的此后的2 2年间，广东茂名石油公司的专家们用土办法制年间，广东茂名石油公司的专家们用土办法制成了中国第一座浮筒式钻井平台，在莺歌海渔村水道口成了中国第一座浮筒式钻井平台，在莺歌海渔村水道口外距海岸外距海岸4 4公里处钻了公里处钻了3 3口探井，并在口探井，并在400400米深的海底钻米深的海底钻获了获了1515升原油。升原油。2、我国海洋钻井平台发展概况 我国石油工业起 1966196619661966年年年年12121212月月月月31313131日日日日，中国的第一座正式海上平台在渤海，中国的第一座正式海上平台在渤海，中国的第一座正式海上平台在渤海，中国的第一座正式海上平台在渤海下钻，并于下钻，并于下钻，并于下钻，并于1967196719671967年年年年6 6 6 6月月月月14141414日喜获工业油流，从此揭开了我日喜获工业油流，从此揭开了我日喜获工业油流，从此揭开了我日喜获工业油流，从此揭开了我国海洋石油勘探开发的序幕。国海洋石油勘探开发的序幕。国海洋石油勘探开发的序幕。国海洋石油勘探开发的序幕。1966年12月31日，中国的第一座正式海上 19811981年地矿部为了开展海洋石油勘探，决定建设一年地矿部为了开展海洋石油勘探，决定建设一台半潜式的海洋钻井平台，取名叫台半潜式的海洋钻井平台，取名叫“勘探三号勘探三号勘探三号勘探三号”。19841984年年6 6月由上海月由上海708708研究所、上海船厂、海洋地质调查局联研究所、上海船厂、海洋地质调查局联合设计，上海船厂建造的中国第一座半潜式钻井平台合设计，上海船厂建造的中国第一座半潜式钻井平台勘探勘探3 3号建成。其后转战南北，共打出号建成。其后转战南北，共打出1515口海底油、气口海底油、气井。它为发现中国东海平湖油气田残雪构造，作出了重井。它为发现中国东海平湖油气田残雪构造，作出