(1)自升式钻井平台。自升式钻井平台又称为起重型或桩脚型平台。这是一种能自行升降的钻井平台,它由平台甲板和桩脚组成。在平台甲板与桩腿之间有液压式或电动齿轮齿条式升降机,可使两者做相对升降。在钻井作业时,桩腿下降支承于海底,平台甲板沿桩腿上升撑出海面,达到不受波浪影响的高度。它一般不能自航,在移动时,平台甲板降至海面,然后利用平台浮力及升降机将桩腿拔起,进入拖航状态,移向新的钻井位置。这种平台钻井作业稳定,能在大风浪中工作,适于在10~110米水深的海域钻探。最近又发展了适用于海洋恶劣环境的巨型深水自升式钻井平台,作业水深已达160米。
(2)坐底式钻井平台。坐底式钻井平台又称为沉浮式钻井平台。它是工作时下沉坐底,移航时上浮于水面的钻井平台。这种平台的上部为工作甲板,下部为浮箱(兼作沉垫),其间由若干根立柱连接而成。平台甲板上设有钻井设备、钻井器材与人员舱室。浮箱内设压载水舱,当平台到达钻探海区位置后,往压载水舱内注水下沉到达海底,甲板高出海面一定高度,进行钻井作业。当钻井结束后,将压载水舱内的水排出,平台浮起。这种平台的作业水深受立柱的长短限制,一般只适于在5~30米水深的海域作业。
(3)半潜式钻井平台
半潜式钻井平台又称为立柱稳定式钻井平台由平台、立柱和下体或浮箱组成。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室,供钻井工作用;下体或浮箱提供浮力,沉没水下以减小波浪的扰动力。平台与下体连接的立柱,具有小水线面的剖面。半潜式钻井平台的类型极多,按下体的形状分,有沉垫型和下船身型。前者是具有全方位阻力等同的优点,后者具有移航时拖着阻力小的优点。这两种平台都用下部的“浮室”通过立柱支撑整个平台。一般在30~300米水深作业时,采用常规的锚泊定位系统;在600米深水海域作业时,采用动力定位系统。近年发展的新型双功能半潜式平台,能在2000米水深的海域进行钻探和生产作业,使钻探和采油集中在同一平台上。
(4)钻井船。钻井船指装有钻井设备并浮在水面进行钻井作业的船。这种船稳定性差,作业效率低,但其具有在水深大于600米海域钻探的能力,并且具有船身阻力小,移动井位方便的优点。自20世纪60年代开始,又在钻井船上安装了动力定位装置,它是利用装在船底部的检波器,接受由海底声呐信标发射的信号,通过船上的计算机,自动指令船的推进器工作,调整船只的偏移,使钻井船始终保持在井口上方容许钻井的范围内。最近发展的第2代钻井和采油作业船,可在1000米水深的海域作业,在钻井的同时可进行储油。
3. 开采技术和装备
海上石油和天然气的开发,经历了由沿岸、近海向深海域发展的过程。最初,人们把钻井设备安装在海岸边,从陆上向海里打斜井开采海底油气,后来,又在海边建造木结构的栈桥,或在浅海区建造人工岛,用于安放钻井设备进行钻探。第二次世界大战之后,随着海岸工程技术的发展,在近海出现了各种采油平台。1947年,美国在墨西哥湾建造了第一座远离海岸的钢导管架固定式采油平台,并钻出第一口商业性石油井,它标志着海洋石油开发进入了一个新阶段。据统计,到1997年底,世界海洋主要油田有2648座,其中北海311座,西非近海201座,东南亚近海202座,北美近海1482座。目前,世界上已有45个国家的100多家石油公司在海上开采石油和天然气,其采用的主要技术设备有固定式生产平台、浮式采油生产系统、海底采油装置等。
(1)固定式生产平台。这种类型的采油设备是下端支撑且固定于海底的平台。主要有钢导管架桩基平台、张力腿平台(TLP)、系索塔平台。大的整体型海上采油平台。
(2)浮式采油生产系统。浮式采油是使用浮于水面的船或半潜式平台以代替固定式平台的采油方式。浮式采油生产系统是由井口装置、采油分离装置、隔水管、采油平台、储油运输设施和系泊系统组成。1975年,在北海用半潜式平台改装成的第一个浮式生产系统,日产原油5.48×103吨,通过悬链式锚腿系泊浮筒和穿梭油轮输送石油,这是世界上首次使用浮式开采石油的设备。目前,浮式采油生产系统的作业水深已达300米。
(3)海底采油装置。随着自动控制技术和深潜技术的发展,近年出现了新型采油技术——海底采油装置。它是把整个采油装置、油气分离装置和储油系统都安装于水下,组成海底采油系统。
这种采油系统是1960年由美国研制成功的。它通过采油装置和许多汇集油气的管道把海底多口生产井采出来的石油集中到海底储油罐或采油平台中。开采操作则由在船上或陆上的遥控装置进行控制。由于这种采油系统可以避免风浪对油气生产作业的影响,而且建造成本低、完井时间短,很适用于开采深海油气田和边际油气田,所以很有发展前途。目前,海底油气生产系统已能在300米水深作业,正在开发研制400~752米,甚至1000米水深的海底采油平台。
世界最大水深的海上石油平台
美国壳牌石油公司所有的科涅克石油平台,重4.6万吨,共10条腿,是当时世界上最大的海上石油平台,1978年7月28日用驳船拖入墨西哥湾,在水深342米处进行安装,到10月底,包括所有钻探设备均已安装完毕。这个海上石油平台总造价2.75亿美元,年生产能力:石油1亿桶,天然气1400多万立方米。
4.储运技术
储运技术包括储油罐、储油平台、输油管及装卸终端。如按从近海到远海、从浅海到深海的顺序,又可分为全陆式、半海半陆式和全海式储运系统。
全陆式储运系统是把从井口采出的原油,直接经海底管线送到陆地,从油气的分离、计量、脱水直到储存,全在陆上进行,然后再经陆路或海路外运。这种系统适用于离岸很近、水很浅的海上油气田,不需在海上建造油气生产处理装置和储油平台。
半海半陆储运系统,是指油气分离、脱水及计量等作业在海上进行,然后把原油汇集到储油平台,再用油泵加压经海底管线输到岸上储运。
全海式储运系统,适用于远离海岸的油田,其储油、运输的全部过程都在海上进行。
(1)储油罐。这种容器设在海底,又称水下油库,是海上油田的一种储油设备,多呈“倒漏斗型”。其底部坐落在海底基础上,漏斗的出口伸出海面,并配有泵站和输油设施的工作平台。油罐的壳体为非耐压结构,随时充满石油或海水,用以保持罐内外的压力平衡。在波斯湾油田采用这种油罐,储油量约8×104立方米。也有呈长方形或圆柱形的储油罐,其底部也坐落在海底基础上,上部高出水面,四周筑有防波堤。这类储油罐已在北海油田使用,每只容量可达1.6×105立方米。另外,还有球形、环形等型式的海底储油罐,其装设在海底的架上。
(2)储油平台。储油平台是一种具有储存油气能力的固定式平台。它采用钢筋混凝土建造,一般适用于深水和可隐蔽的水域。这种平台的储油能力大,当装油船不能及时到达现场时,油井可以继续采油,避免频繁的并井和开井,以保持油井不间断地生产。储油平台的安装费用昂贵,在北海油田一般为5亿美元。
(3)海上装卸终端。海上装卸终端是用于把原油直接装入采油平台附近油轮中的装置。该装置可在360°范围内转动,使油轮对着风向停泊。目前使用的装卸终端有多种类型。主要包括单浮筒系泊海上装卸终端和单腿锚式系泊海上装卸终端。
5. 我国海上油气开发技术的进展
我国海上石油和天然气的勘探开发工作是从1959年在渤海进行石油物探开始的,1963年在南海钻了第一口石油钻井,到1993年底,仅就中国海洋石油总公司系统的统计而言,总共完成地震工作量5.37×105千米,钻预探井234口,评价井104口,钻进总进尺7.38×105米,钻探3200多个地质构造,发现了78座大油气田。
目前,我国采取对外合作和自营相结合的方针,使海洋油气勘探开发技术从无到有,现已基本成熟配套。截至1993年底,海洋石油总公司共有可移动的钻井平台12艘、物探船9艘、三用工作船(供应船)35艘,各种工程船27艘。其中,“渤海”1号是我国建造的第一座自行式钻井平台,自1972年9月开始在渤海进行钻探以来,20多年来已钻了30多口井;“勘探”1号是我国改装的一艘双体式钻井船,于1974年在南黄海进行钻探;“胜利”1号是我国建造的第一座浅海坐底式钻井船,长56.6米、宽24米,空载排水量1188吨,1978年6月在渤海莱州湾进行钻探;“勘探”3号是我国第一座半潜式钻井平台,1986年6月建成,可在黄海、东海、南海200米水深的海域作业;1988年9月,我国建成世界上第一座极浅海“两栖”钻井平台“胜利”2号,这座平台长72.24米、宽43.14米、高59.80米,自持能力20天。它有独特的内体、外体结构,采用一整套庞大而精确的驱动系统,使内、外体交替举升或着地,互为依托地牵引前进或后退,完成整座平台的移动,其作业水深0~6.8米,在水深2米以下的极浅海区,又能像人用双腿开步走路那样,以步幅10米之距离涉水前进后退,钻井作业可以陆海连片。
在我国海上已发现的油气田中,经过对它们的开发评价研究,目前已有17座油气田建成投产。1996年,原油产量1.69×107吨以上,天然气的产量达到2.69×109立方米。
目前,开发这些油气田所采用的海上工程设施主要有以下几种:
(1)浮式生产系统。该系统由井口平台、海底管线、单点系泊和生产储油轮组成。我国多数海上油田都采用这一系统生产。
(2)固定式平台生产系统。该系统由综合生产平台,储油平台和外轮栈桥组成。固定式平台生产系统由于投资高,目前只有埕北油田采用。
(3)水下井口生产系统。该系统由半潜式钻井船、水下井口、海底管线及系泊生产储油轮组成,适于深水油田。例如,水深300米的流11-1油田就是采用这一系统。
综上所述,目前我国海洋油气开发技术已基本具备了国际上20世纪80年代初的技术水平。我国海洋石油工业是最早引进对外合作机制的企业之一。迄今为止,我国已与16个国家和地区的60多家公司建立了多层次、多形式的合作关系。通过引进、消化、吸收国外先进技术,积极发展我国海洋油气高技术及其产业,使我国海洋油气工业在国民经济中的贡献率及所具备的高技术含量接近或达到国际水平。