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海上油气开采工程与生产系统教程(DOC 11页)海上油气开采工程与生产系统中海工业有限公司第一章海上油气开采工程概述海底油气资源的存在是海洋石油工业得以发展的前提。
海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%，全球海洋石油蕴藏量约1000多亿吨，其中已探明的储量约为380亿吨。
世界对海上石油寄予厚望，目前全球已有100多个国家在进行海上石油勘探，其中对深海进行勘探的有50多个国家。
一、海上油气开采历史进程、现状和将来一个多世纪以来，世界海洋油气开发经历如下几个阶段：早期阶段：1887年～1947年。
1887年在墨西哥湾架起了第一个木质采油井架，揭开了人类开发海洋石油的序幕。
到1947年的60年间，全世界只有少数几个滩海油田，大多是结构简单的木质平台，技术落后和成本高昂困扰着海洋石油的开发。
起步阶段：1947年～1973年。
1947年是海洋石油开发的划时代开端，美国在墨西哥湾成功地建造了世界上第一个钢制固定平台。
此后钢平台很快就取代了木结构平台，并在钻井设备上取得突破性进展。
到20世纪70年代初，海上石油开采已遍及世界各大洋。
发展阶段：1973年～至今。
1973年全球石油价格猛涨，进一步推进了海洋石油开发的历史进程，特别是为了应对恶劣环境的北海和深水油气开发的需要，人们不断采用更先进的海工技术，建造能够抵御更大风浪并适用于深水的海洋平台，如张力腿平台（TLP）、浮式圆柱型平台（SPAR）等。
海洋石油开发从此进入大规模开发阶段，近20年中，海洋原油产量的比重在世界总产油量中增加了１倍。
进军深海是近年来世界海洋石油开发的主要技术趋势之一。
二、海上油气开采流程海上油气田开采可划分为勘探评价、前期研究、工程建设、油气生产和设施弃置五个阶段：勘探评价阶段：在第一口探井有油气发现后，油气田就进入勘探评价阶段，这时开发方面的人员就开始了解该油气田情况，开展预可行性研究，将今后开发所需要的资料要求，包括销售对油气样品的要求，提交勘探人员。
海上油气开采工程与生产系统简介海上油气开采工程与生产系统是指在海上进行的油气勘探、开采和生产过程中所涉及的设备、工程和技术系统。
随着全球对能源需求的不断增长，海上油气开采工程逐渐成为了满足能源需求的重要途径之一。
本文将探讨海上油气开采工程的基本原理、关键技术以及未来发展方向。
基本原理海上油气开采工程与生产系统是通过在海底上建设各种设备和管道网络来实现对海底油气资源的勘探、开采和生产。
该系统包括以下几个基本组成部分：•海底设备：包括钻井平台、固定式或浮动式生产平台、子海底设备等。
这些设备通常需要抵御恶劣海洋环境和极端天气条件。
•油气管道：用于将从海底开采出来的油气输送到陆地上的处理厂。
这些管道通常要经过大规模的设计和建设，确保安全可靠地将油气输送到目的地。
•监测与控制系统：用于监测海底油气开采和生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等，并根据需要进行相应的控制。
这些系统通常采用自动化技术，以提高生产效率和安全性。
•安全设备：包括灭火系统、泄漏监测系统等，用于确保海上油气开采工程的安全性。
这些设备通常需要经过严格的测试和认证，以确保其能在紧急情况下有效地保护工作人员和环境。
关键技术海上油气开采工程与生产系统涉及到多个关键技术，以下是其中几个重要的技术：1.钻井技术：钻井是开采海底油气资源的关键过程。
传统的钻井技术已经相对成熟，但在海上钻井过程中需要考虑到海洋环境因素，如海浪、海盗等。
因此，海上钻井技术需要具备更高的安全性和稳定性。
2.水下生产技术：水下生产是指将油气从水下井口提到海面上进行处理和储存的过程。
水下生产技术可以大大减少在海上的设备和管道数量，降低成本和环境风险。
3.气液分离技术：油气从水下井口上升到海面后，需要进行气液分离，以分离出油气和水。
气液分离技术需要确保高效的分离效果，并将分离后的油气输送到陆地上的处理厂。
4.海上管道技术：海上油气开采工程中需要建设大规模的管道网络，以将油气从海底输送到陆地。
海上油气开采工程与生产系统教程导论：
一、海上油气开采的基本原理
1.1石油和天然气的形成和分布
1.2海上石油和天然气开采的优势和挑战
1.3海上石油和天然气开采的发展历程
二、海上油气开采工程设计
2.1采油平台的设计和选择
2.2海上钻井作业的设计和安全措施
2.3海底管道系统的设计和布置
2.4海上油气输送系统的设计和优化
2.5海上油气储存和处理系统的设计
三、海上油气生产系统的运行
3.1海上油气生产的基本步骤
3.2海上油气生产系统的运行控制
3.3海上油气生产系统的维护和修复
3.4海上油气生产系统的安全管理
四、海上油气环境保护
4.1海上油气开采对环境的影响
4.2海上油气环境监测和评价
4.3海上油气环境保护措施
4.4海上油气环境保护的法律和政策
五、海上油气开采的挑战和前景
5.1海上油气开采的技术挑战
5.2海上油气开采的经济挑战
5.3海上油气开采的环境挑战
5.4海上油气开采的未来发展前景
结论：
海上油气开采工程与生产系统是近年来海洋资源开发的热点之一、通过本教程的学习，读者可以了解海上油气开采的基本原理、工程设计和生产系统的运行，以及环境保护和未来发展的挑战和前景。
希望本教程对海上油气开采领域的研究和实践工作有所帮助。
海上油气集输工艺流程因为全海式油气集输系统可实现全部油气集输任务，本节就以全海式生产平台为例，介绍油气集输主要工艺流程及设备。
出油气集输生产包括油气水分离、原油处理、天然气处理、污水处理等主要生产项目。
一、油气计量及油气生产处理流程石油是碳氢化合物的混合物，在地层里油、气、水是共生的，又由于油气生成条件各异，因此各油田开采出的原油的组分是不同的。
此外，油中还含少量氧、磷、硫及沙粒等杂质。
油气生产处理的任务就是将油井液经过分离净化处理，能给用户提供合格的商品油气。
原油处理流程示意图。
由于各油田生产出来的油气组分和物性不同，生产处理流程也不完全相同，如我国海上生产的原油普遍不含硫和盐，因此就没有脱盐处理的环节。
有的油田生产的原油不含水，就没有脱水环节。
海上原油处理包括油气计量、油气分离、原油脱水及原油稳定几部分。
由于海上油田普遍采用注水增补能量的开采方法，因此原油脱水是原油处理的主要环节之一。
（一）油、气分离及油、气计量1．油、气分离原理及流程原油和天然气都是碳氢化合物。
天然气主要由甲烷和含碳小于5 个的烷烃类组成。
它们在常温、常压下是气态。
原油是由分子量较大的烷烃类组成，在常温下是液态。
在油层里由于高温、高压的作用，天然气溶解在原油中。
在原油生产和处理过程中，随着压力不断降低，天然气就不断从原油中分离出来，油、气就是根据这一物性原理进行分离的。
通过进行两次或多次平衡闪蒸，以达到最大限度地回收油气资源。
一般来说分高压力越高、级间压降越小，最终液体收率就越高；分高压力越低，则气体收率越高。
因此，确定分离工艺的压力和级数是取得气、液最大收率的关键因素。
从经济观点上看，一般认为分离级数以3～4 级为宜，最多可到5 级，超过5 级就没有经济效益了。
各油井生产的油井液汇集到管汇，通过管汇控制分别计量各口油井的油、气产量，计量后的油、气重新混合流到油气生产分离器，进行油、气、水的生产分离（图示为两级分离），分离后的油、气分别进行油、气处理。
第一篇 海上油气田生产系统（了解篇）一、海上生产设施的类型海上生产设施是指建立在海上的建筑物。
由于海上设施是用于海底石油开发及采油工作，加上海洋水深及海况的差异、油藏面积的不同、开采年限不一，因此海上生产设施类型众多。
基本上可分为三大类：海上固定式生产设施、浮式生产设施及水下生产系统。
在此三大类中又可细分如下：典型的海上生产设施如图1-2-1至1-2-7所示：1．固定式生产设施固定式生产设施是用桩基、座底式基础或其它方法固定在海底，并具有一定稳定性和承载能力的海上结构物。
海上固定式生产设施有各种各样的形式，按其结构形式可分为桩基式平台、重力式平台和人工岛以及顺应型平台；按其用途可分为井口平台、生产处理平台、储油平台、生活动力平台以及集钻井、井口、生产处理、生活设施于一体的综合平台。
（1）桩基式固定平台桩基式固定平台通常为钢质固定平台，是目前海上油（气）生产中应用最多的一种结构形式1）钢质固定平台的结构形式桩基式 重力式 人工岛顺应式平台半潜式张力腿式浮式生产储油船干式湿式钢质固定平台中最多的是导管架式平台，主要由四大部分组成：导管架、桩、导管架帽和甲板模块。
但在许多情况下，导管架帽和甲板模块合二为一，所以这时仅为三部分。
如图1-2-8所示。
①导管架：系钢质桁架结构，由大直径、厚壁的低合金钢管焊接而成。
钢桁架的主柱（也称大腿）作为打桩时的导向管，故称导管架。
其主管可以是三根的塔式导管架，也有四柱式、六柱式、八柱式等，视平台上部模块尺寸大小和水深而定。
导管架腿之间由水平横撑与斜撑、立向斜撑作为拉筋，以起传递负荷及加强导管架强度作用。
②桩：导管架依靠桩固定于海底，它有主桩式，即所有的桩均由主腿内打入；也有裙桩式，即在导管架底部四周布置桩，裙桩一般是水下桩。
③导管架帽：导管架帽是指导管架以上，模块以下带有甲板的这部分结构。
它是导管架与模块之间的过渡结构。
④模块：也称组块。
由各种组块组成平台甲板。
平台可以是一个多层甲板组成的结构，也可以是单层甲板组成的结构，视平台规模大小而定。
海上油气开采工程与生产系统1. 引言海上油气开采工程与生产系统是指在海上开采和生产油气资源的一系列工程和设备系统。
海上油气开采工程与生产系统由多个部分组成，包括油气井和油气平台等。
在本文档中，将介绍海上油气开采工程与生产系统的基本原理、工作流程以及相关的技术和设备。
2. 海上油气开采工程海上油气开采工程指的是在海上进行油气开采和生产的各项工作。
海上油气开采工程主要包括以下几个方面：2.1. 油气井油气井是进行油气开采的关键设施。
它们通常通过水平或垂直钻井的方式开采油气资源。
油气井的设计和构建需要考虑地质条件、沉积物特性以及井筒完整性等因素。
2.2. 油气平台油气平台是进行海上油气开采和生产的基础设施。
它们通常包括生产平台、钻井平台和作业平台等。
油气平台的设计和建造需要考虑海洋环境条件、平台结构强度以及设备可靠性等因素。
2.3. 生产装置生产装置是进行油气加工和处理的设备系统。
生产装置通常包括分离器、压缩机、泵站和管道等。
它们的设计和运行需要考虑油气性质、加工工艺以及设备可靠性等因素。
2.4. 集输系统集输系统是将采集的油气从海上输送到岸上的管道系统。
它们通常包括输油管线、输气管线和储存设施等。
集输系统的设计和运行需要考虑油气输送能力、管道材质以及安全防护等因素。
3. 工作流程海上油气开采工程与生产系统的工作流程通常包括以下几个阶段：3.1. 井筹划与建设阶段在井筹划与建设阶段，需要选择合适的地质构造和井位，设计并建设油气井。
这一阶段需要进行地质勘探、井筹划和井工设计等工作。
3.2. 井完井与采油阶段在井完井与采油阶段，需要进行井完井作业和采油作业。
井完井作业包括井下设备安装和油管连接等工作，采油作业包括井口装置和生产装置运行等工作。
3.3. 油气处理与集输阶段在油气处理与集输阶段，需要进行油气分离、压缩和输送等工作。
这一阶段需要运行生产装置、管道和储存设施等设备。
4. 技术和设备海上油气开采工程与生产系统涉及到多种技术和设备。
海上油气开采工程与生产系统中海工业有限公司第一章海上油气开采工程概述海底油气资源的存在是海洋石油工业得以发展的前提。
海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%，全球海洋石油蕴藏量约1000多亿吨，其中已探明的储量约为380亿吨。
世界对海上石油寄予厚望，目前全球已有100多个国家在进行海上石油勘探，其中对深海进行勘探的有50多个国家。
一、海上油气开采历史进程、现状和将来一个多世纪以来，世界海洋油气开发经历如下几个阶段：早期阶段：1887年～1947年。
1887年在墨西哥湾架起了第一个木质采油井架，揭开了人类开发海洋石油的序幕。
到1947年的60年间，全世界只有少数几个滩海油田，大多是结构简单的木质平台，技术落后和成本高昂困扰着海洋石油的开发。
起步阶段：1947年～1973年。
1947年是海洋石油开发的划时代开端，美国在墨西哥湾成功地建造了世界上第一个钢制固定平台。
此后钢平台很快就取代了木结构平台，并在钻井设备上取得突破性进展。
到20世纪70年代初，海上石油开采已遍及世界各大洋。
发展阶段：1973年～至今。
1973年全球石油价格猛涨，进一步推进了海洋石油开发的历史进程，特别是为了应对恶劣环境的北海和深水油气开发的需要，人们不断采用更先进的海工技术，建造能够抵御更大风浪并适用于深水的海洋平台，如张力腿平台（TLP）、浮式圆柱型平台（SPAR）等。
海洋石油开发从此进入大规模开发阶段，近20年中，海洋原油产量的比重在世界总产油量中增加了１倍。
进军深海是近年来世界海洋石油开发的主要技术趋势之一。
二、海上油气开采流程海上油气田开采可划分为勘探评价、前期研究、工程建设、油气生产和设施弃置五个阶段：勘探评价阶段：在第一口探井有油气发现后，油气田就进入勘探评价阶段，这时开发方面的人员就开始了解该油气田情况，开展预可行性研究，将今后开发所需要的资料要求，包括销售对油气样品的要求，提交勘探人员。
前期研究阶段：一般情况，在勘探部门提交储量报告后，才进人前期研究阶段。
前期研究阶段主要完成预可行性研究、可行性研究和总体开发方案(ODP)。
前期研究阶段也将决定油气田开发基础，方案的优化是最能提高油气田经济效益的手段。
因此，在可行性研究和总体开发方案( ODP ）上都要组织专家进行审查，并得到石油公司高级管理层的批准。
工程建设阶段：在工程建设阶段，油藏、钻完井和海洋工程方面的主要工作是成立各自的项目组，建立有效的组织结构和管理体系，组织基本设计编写并实施，对工程质量、进度、费用、安全进行全过程的管理和控制，使之达到方案的要求。
油藏项目组主要进行随钻分析和井位、井数等方面调整；钻完井项目组密切与油藏项目组配合进行钻井、完井方案的实施；海洋工程项目组负海上生产设施的建造；生产方面的人员也会提前介入，并进行投产方面的准备。
生产阶段：生产阶段在油气田开发过程中延续的时间最长，从油气田投产开始，直至油气井废弃为止。
该阶段由于平台到处有油、气的存在，操作人员除进行正常的设施操作和维护外还需要经常配合钻完井方面人员进行钻井、完井、修井等方面的作业，有时还要配合地面工程设施的改造，因此，安全工作尤为重要。
弃置阶段：海上油气生产设施的退役和拆除是海上油气田开发的组成部分和最后一个工作环节。
设施废弃处置，不仅涉及拆除技术、费用，而且涉及海洋环境的保护。
油气田设施弃置不仅要遵守国内有关法律、法规，而且需要履行国际公约所承担的义务。
三、海上油气开采工程系统构成海洋石油工程建设的目的是为油气田生产提供必要的生产设施，主要有海上生产设施、油气储运设施及陆地终端三个部分。
1.海上生产设施海上生产设施是指建立在海上的建筑物。
由于海上设施是用于海底油气开采工作，加上海洋水深及海况的差异、油气藏类型和储量的不同、开采年限不一，因此海上生产平台类型众多。
基本上可分为海上固定式生产设施（导管架式平台、重力式平台和人工岛以及顺应塔型平台）、浮式生产设施（潜式平台、TLP、SPAR及FPSO 等）、水下生产设施等三大类。
2.油气储运设施海上油田原油的储存和运输，基本上有两种：储油设施安装在海上，采用运输油轮将原油直接运往用户；或利用安装海底输油管道将原油从海上输送到岸上的中转储油库，然后再用其他运输方式运往用户。
海上气田的气一般采用海底长输管线进行外输到岸上终端，然后再用其他运输方式运往用户。
3.陆地终端陆上终端是建造在陆地上，通过海底管线接收和处理海上油气田或油气田群开采出来的油、气、水或其混合物的油气初加工厂，是海上终端的延伸。
它一般设有原油或轻油脱水与稳定、天然气脱水、轻烃回收和污水处理以及原油、轻油、液化石油气储运等生产设施，并有供热、供排水、供变电、通讯等配套的辅助设施与生活设施。
因此它具有大规模集中处理和储存油气，几乎不受气候影响的优点。
第二章海上油气生产系统海上油气田开发具有高投入、高风险、高科技、高收益等特点，选择合适的生产设施和生产技术是减少海上油气生产投入的关键。
为此，世界各大石油公司研制开发了适合不同海域、不同海况和不同产量的海上生产系统。
本章主要就海上油气生产系统的模式、平台型式、上部组块、水下生产系统和油气输送系统进行阐述，对海上油气生产系统的总体概况进行介绍。
第一节开发模式要进行海上油气的开发，必须有井口系统、生产、辅助系统，还必须有钻井、安全和生活方面的系统，如何合理布置这些系统就要根据油气田的特性、规模、地理位置和海洋环境的具体情况而定，一般布置可分为全海式和半海半陆式两大类。
一、全海式海上油气田开发生产模式全海式就是将开采和生产处理的全过程都在海上完成，经处理的合格原油由海上用穿梭油轮外输或管道外输。
固定式生产设施、浮式生产设施和水下生产设施的不同组合形成了海上油气田全海式生产模式。
国内全海式油气田的几种组合形式：1.井口平台+中心处理平台+储油平台及输油码头（渤海的第一个海上油田－埕北油田）2.井口平台+浮式生产储油轮（FPSO），由海底管线和电缆相连（涠州10-3，绥中36-1，惠州油田群等油田）3.水下井口+浮式生产系统由海底管线相连（如南海流花11-1油田，陆丰22-1油田）4.自升式平台+漂浮软管+两点系泊的FSO二、半海半陆式海上油气田的开发生产模式半海半陆模式由海上生产设施、陆上处理设施（陆上终端）和连接它们的海底管线组成。
在海上平台（井口平台、中心处理平台）上，将井流物在平台上计量并作简单处理后，用海底管线将油气集中输送到陆上终端做进一步的处理。
陆上终端对原油进行处理、储存和外输。
天然气和伴生气分离成为干气和其他深加工原料（如液化气和轻油），再经管线或汽、火车向外运输（如锦州20-2油气田）。
采取此形式开采的油气田一般距海岸较近，尤其是气田的开发及在具有较多的伴生气可以利用时。
由于气体的净化、分离等设施较复杂，占地面积多，且危险性也比较大，在海上建气体处理平台造价远高于海管的铺设和在陆上建处理厂，所以从经济和安全的考虑，半海半陆式是最合适的模式。
第二节主要平台形式海洋平台主要是用于海洋石油勘探、开发，由于海洋水深和其他海况相差悬殊，因此海洋平台也设计成很多种，以更好的适应具体环境。
依据其结构形式的不同，将其分为：导管架平台、重力式平台、顺应塔式平台、自升式平台、半潜式平台、张力腿平台、浮式柱状海洋平台（以下称为SPAR）以及FPSO等八种，如上图所示。
一、导管架平台导管架平台是通过打桩的方法将钢质导管架式平台固定于海底的一种固定式平台。
导管架平台是最早使用的，也是目前技术最成熟的一种海上平台。
迄今为止世界上建成的大、中型导管架式海洋平台已超过2000座。
导管架平台主要由三部分组成：上部模块、导管架和桩基础。
导管架平台的技术特点：1）导管架平台主要由杆件组成。
各杆件相交处形成了杆结点结构，由于结点的几何形状复杂并受焊接影响，故其应力集中系数很高，容易发生各种形式的破坏。
对杆节点的校核是导管架分析的重要环节，API等规范对管节点的设计都有明确要求。
2）导管架是刚性结构，是靠自身的结构刚性来抵制外部载荷的，一般要求导管架不能随着波浪的冲击而大幅摆动。
所以当水深越深时，要达到结构要求的刚性，必须增加材料，以致成本会成几何级数增长。
所以，导管架结构不适合在较深的海域。
3）随着工程技术水平的发展，导管架形式越来越多。
4）导管架平台的分析计算一般包括就位、装船、运输、吊装、地震、疲劳等，需根据这一系列工况的分析和计算，最终确定结构形式及构件尺寸。
5）导管架的形式很大程度上取决于当地的运输及海上安装能力及设备。
如海上吊装能力足够大，则导管架设计成吊装下水形式；如吊装能力不够，则导管架必须设计成滑移下水形式，需要专用的带滑道的下水驳船。
导管架平台的优点：1）技术成熟、可靠；2）在浅海和中深海区使用较为经济，尤其在浅海的边际油田，导管架平台有较强的成本优势；3）海上作业平稳、安全。
导管架平台的缺点：1）随着水深的增加，导管架平台的造价成指数级增长，所以不能继续向深水发展，一般适用于水深200米以内的油气田；2）海上安装工作量大，制造和安装周期长；3）当油田预测产量发生变化时，对油田开发方案调整的灵活性较差。
二、半潜式平台半潜式生产平台是用于深海钻井及采油的一种平台型式，最初由半潜式钻井平台改造而成，由于其非常适合深水开发，现在的半潜式生产平台一般为新建平台，主要集中在墨西哥湾、北海和巴西海域，最深水深将达到2414米。
半潜式平台一般选择适用的水下生产系统，并利用FPSO觧决原油的贮运问题。
除常规的动力系统和公用系统外，半潜式生产平台包括：船体和甲板系统、锚泊定位系统、生产系统和立管等，综合生产平台可能还有钻完井系统。
三、张力腿平台张力腿平台是一种垂直系泊的顺应式平台。
1954年，美国的R.O.Marsh率先提出了采用倾斜系泊索群固定的张力腿平台方案。
1984年，Conoco公司在北海148米水深的Hutton油田安装了世界上第一座张力腿平台。
在此后20多年中，张力腿平台得到飞速发展，在建和在役的张力腿平台共有23座，大部分在墨西哥湾，最深工作水深达1425米。
张力腿平台通常简称TLP，它由上部设施、甲板、柱型船体、浮筒、张力腿构成，船体通过由钢管组成的张力腿与固定于海底的锚桩相连。
船体的浮力使得张力腿始终处于张紧状态，从而使平台保持垂直方向的稳定。
根据张力腿平台结构形式进化的阶段，大致可以将它们分为第一代张力腿平台和第二代张力腿平台。
第一代张力腿平台又称为传统类型的张力腿平台，这种平台一般由4～6根立柱和连接立柱的浮筒组成。
张力腿与立柱的数量关系一般是一一对应的，每条张力腿由2至4根张力筋腱组成，上端固定在平台本体上，下端与海底基座模板相连，或是直接接连在桩基顶端。
第二代张力腿平台出现于20世纪90年代初期，它在保持了传统类型张力腿平台优良的稳定性和良好的经济效益同时，同时又降低了建造成本，使张力腿平台更适合于深海环境。
