海洋石油开采工程 第二章 海上油气田生产与集输

第二章 海上油气田生产与集输
第一节 海上油气田生产与集输
海上油气田的生产就是将海底油（气）藏中的原
油或天然气开采出来，经过采集、油气水初步分离与
加工，短期的储存，装船运输或经海管外输的过程。
一、海上油气田生产的特点
1、海上生产设施应适应恶劣的海况和海洋环境的要求 2、满足安全生产的要求 3、海上生产应满足海洋环境保护的要求
图1－1 水深和钻井平台的形式选择
图1－2 水深和采油平台的形式选择
二、海上钻井平台
海上钻井平台是指在海上钻井时的工作场所。就其作业特点来 说，可分为固定式与浮动式两种。前者作业时固定于海底；后者作 业时漂浮于海面，随海水浮动。 （一）海上钻井平台的类型、性能及选择 1．海上钻井平台的类型与性能 海上钻井平台按照能否移动来划分，可分为两大类。 1）固定式：固定钻井平台。固定于海底后，即不能再移动。 2）移动式：包括自升式钻井平台、坐底式钻井平台、半潜式 钻井平台和钻井浮船。作业完成后，它们可以通过拖航或自航，移 运至其它地点。 在表2－1中列出了移动式钻井平台的性能参数，各类钻井平台 的结构及其对比情况如图2－3则所示。
第二节 海洋石油生产设备
海洋平台的分类 按运动方式，可分为固定式与移动式两大类
桩式
固定式 重力式 群柱式 桩基式 腿柱式
海洋平台
浮式
船式
半潜式 独立腿式 沉垫式
移动式
坐底式
坐底式 自升式
顺应式
牵索塔式 张力腿式
一、海上平台的主要性能要求
按使用功能分类，海水石油平台可划分为：海上钻探、海上 油和气开采、海上油和气集输和海上服务四类。 （一）海上钻探 钻探平台主要用来安装钻探设备，进行钻探活动，故必须有 相应的甲板面积和载重量。 这类平台在钻探工作时尽可能减少其位移，以限制平台的钻 探设备（如钻管等）的受力和变形，保证正常的钻探工作。根据操 作情况，这种位移在垂向应不大于±1.5m，水平方向应不大于水深 的6%，平台的纵横倾角应不大于3度。 因为一口油井约需钻1～4个月，所以这类平台，在早期油田 开发中，以移动式较为有利，可以便于经常迁移。这类平台有半潜 式、自升式和船舶式等。但在大规模油田的开发中，也有用固定式 平台作为多井钻井平台，随之作为开采平台使用的。
（四）海上服务平台 海上服务可包括多方面的内容，如海上居住平台，海上 起重平台，以及打桩、铺管作业等。 工作人员长期生活在海上，条件恶劣，工作紧张，故居 住条件应能保证船员的充分休息，例如能保证摇晃小，振动小， 振动频率低等，还应能保证船员的充分安全，对防火，救生等 应符合有关规范的要求。对浅水和多井的作业区，居住平台可 用固定式的，但在深水区，则多用半潜式的。 其他如起重、打桩、铺管等作业平台，对海洋环境的运 动响应也都有一定的要求必须给予满足。
（二）海上油气开采平台 开采平台主要用来开采油、气和对油、气进行初步处理 （如油气、油水分离）的，它必须成为多口生产井和油气处理设施 的基础。故必须有相应的甲板面积和载重量，但对位移限制则没有 钻探平台那么严格。 由于这类平台固定在一个定位点的使用时间较长，一般多使用 固定式的，如导管架平台或重力式平台，在浅水区，固定式平台也 较经济。但在深水区，或在早期生产中，则以使用移动式平台较为 经济。 （三）海上油、气集输平台 开采平台生产的油、气，可以自己储存一部分，大量的则需 另用储油平台贮存，并由此平台通过固定的管线或穿梭油轮向陆上 输送。这在同一地区同时有若干个开采平台时显得尤其必要。从安 全的观点看，开采平台和贮存平台分开更有好处。
3.自升式（桩腿式）钻井平台 自升式（桩腿式）钻井平 台是一种具有自行升降的数根桩 腿，并借助桩腿稳定于海底的移 动式平台。如图2－8所示。 其结构组成有： （1）桩腿 按其结构来分， 有圆柱及桁架两种。按其升降方 式来分，又有气动、液压、齿轮 齿条传动三种。管柱桩腿采用气 动或液压方式升降，而桁架桩腿 则采用齿轮齿条传动方式。桩腿 长度视水深而定，一般为75～ 125m。Leabharlann （二）各类钻井平台的结构及特点
1．固定钻井平台 固定平台是借助导管架固 定在海底的一个高出水面的 建筑物，上面铺设甲板，作 为平台，用以放置钻井机械 及设备。其类型有： （1）按导管架的结构型式 分，有直桩式、直桩－斜桩 式、联结式三种，如图2－4 所示。
图2－4 固定平台的结构型式
（2）按桩柱制造材料分，有木桩、 钢桩、混凝土桩三种。混凝土桩一般 预制好后，再在海上打桩。目前多用 钢管桩即在空心钢管中浇注混凝土的 结构。 （3）按打桩用的设施分，有带桩架、 不带桩架两种，如图2－5所示。前者 通过打桩架打桩，打桩后，打桩架即 作为导管架的组成部分。后者需在驳 船运送来的甲板上打桩，打桩后留下 甲板固定好，驳船即离开，此法应用 图2－5 带桩架与不带桩 广泛。 架的固定平台
（4）按钻井设备布置分，有带辅助船、不带辅助船两种。前 者将钻杆、套管、泥浆材料库、水泥库等器材存放在辅助船上， 因而平台面积可缩小至15×30m2。后者需加大平台面积至 16×40m2，或采用多层式结构，分层布置设备，但因高度增加， 稳定性差。 固定平台的优点是： 1）稳定性好。 2）海面气象条件对钻井工作影响小。 其缺点是： l）不能移运。 2）造价高，适用水深有限，它的成本随水深而急剧增加。 固定钻井平台一般应用于有价值的油田，且适用水深在 20m以内。完井后可做采油平台用。
其结构组成包括： （1）沉垫（浮箱）常制成船 形，内有供沉降用的压载舱。沉垫 的横截面为矩形或梯形。前者压载 水舱对称，易于控制排、灌水；后 者能适应钻井船上载荷的不均匀性， 拖运时阻力较小，迎浪性能好。 图1－10 半潜式钻井平台 （2）船体 可用钢材或钢筋混凝土制成。应有缺口或做成V 形，以便于完井后拖运时不受水下井口装置的阻碍。 半潜式钻井平台的优点是：稳定性较钻井浮船好。当沉垫 中注水后，可使整个装置下部有20～30m浸没在水中，再加上用锚 链固定，故虽处于漂浮状态，但仍比钻井浮船稳定；另外它移运 灵活。完井后，沉垫排水，形成浮箱，使整个装置升起，至吃水 仅7～8m时，即可自航或拖航。因而，它兼有坐底式钻井平台及钻 井浮船的优点。
图1－3 各类钻井平台对比图
表1－1 各类移动式钻井平台的性能
各种不同平台的特点 钻井平台
海洋钻井的目的足为了了解海底地质构造及矿物
储藏情况，这项工作通常是由钻井平台来完成的。
海上钻井的设备相当复杂，包括井架(又称 钻塔)、提升设备、转动系统、泥浆循环系统、动 力系统、井口系统、井控系统、水下钻井设备的 控制操作系统、运动补偿系统等。因为海上钻井 要受到风、浪、流的影响，所以比陆上钻井要复 杂得多。
图1－7 坐底式钻井平台
其结构组成有： （1）沉垫（浮箱）利用充水排气及排水充气的沉浮原理来控 制沉垫沉降或上升。钻井时，沉垫中注水，因而可坐于海底。完井 后，沉垫排水充气，构成浮箱，因而平台升起，即可拖航。沉垫 （浮箱）有船舱型及浮筒型两种。 （2）工作平台 用于安放机械设备。有正方形、长方形、三 角形三种型式，与中间支柱焊接相连。一边有开口，以便于完井后 移运；另一边安置吊梯或起重机，以便从辅助船上搬运器材。 （3）支柱一般采用金属桁架结构，与平台及沉垫相连接，它 的高度随工作水深而定，约为20～30m。若在四个角柱处增添大直 径的钢瓶或浮筒，则其适用水深可略增，稳定性也可提高，升降速 度也可加快。 坐底式（沉垫式）钻井平台的优点是：钻井时固定牢靠；完 井后移运灵活。其缺点是：工作平台高度恒定，不能调节；工作平 台面积不宜过大，否则不易拖运；工作水深较浅。
一、海上油气田生产的特点
4、平台上的设备更紧凑、自动化程度更高
5、要有可靠、完善的生产生活供应系统
6、独立的发电／配电系统 7、可靠的通讯系统是海上生产和安全的保证
二、海上油气集输系统
1、油气的开采和汇集
2、油气处理系统
3、水处理系统
三、海上油气田生产辅助系统
（1）安全系统；（2）中央控制系统；（3）发电／配电系统； （4）仪表风／工厂风系统；（5）柴油、海水和淡水系统；（6） 供热系统；（7）空调与通风系统；（8）起重设备； （9）生活住房系统；（10）排放系统；（11）放空系统；（12） 通信系统；（13）化学药剂系统。
1、坐底式钻井平台
坐底式钻井平台是早期在浅水区域作业的一种移动式钻 井平台。平台分本体与下体，由若干立柱连接平台本体与下 体，平台上设置钻井设备、工作场所、储藏与生活舱室等。 钻井前在下体中灌入压载水使之沉底，下体在坐底时支承平 台的全部重量，而此时平台本体仍需高出水面，不受波浪冲 击。在移动时，将下体排水上浮，提供平台所需的全部浮力。 如属自航者，动力装置都安装在下体中。坐底式的工作水深 比较小，愈深则所需的立柱愈长，结构愈重，而且立柱在拖 航时升起太高，容易产生事故。由于坐底式平台的工作水深 不能调节，已日渐趋于淘汰。
图1－8 自升式钻井平台
（2）工作平台 本身就是一个驳船甲板，用以安放机械设备。 钻井时，桩腿下降，支在海底，平台高出海面，以便进行作业。完 井后，先将平台降至海面，再拔起桩腿，于是驳船漂浮于海面，以 便拖运。 自升式钻井平台的优点是：对水深适应性强，稳定性好；但 缺点是不适于在更深的海域工作。 4．钻井浮船 钻井浮船是利用改装 的普通轮船或专门设计的船 作为工作平台，如图2－9所 示。它的船体可以是一个或 者两个。前者必须在海底完 井，否则船移动时会撞坏井 口装置，后者则可在海面上 完井。
3、半潜式钻井平台 半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台。它是大部分 浮体沉没于水中的一种移动式钻井平台，它从坐底式钻井平台 演变而来，由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。此外，在下 体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与 斜撑连接，在下体间的连接支撑一般都设在下体的上方，这样， 当平台移位时，可使它位于水线之上，以减小阻力；平台上设 有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本 体高出水面一定高度，以免波浪的冲击。下体或浮箱提供主要 浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。平台本体与下体之间 连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当 距离，以保证平台的稳性，所以又有立柱稳定式之称。