海洋石油开发历史演变全景立体模型设计书1.世界海洋装备的发展情况随着人类对石油研究的不断深入，到了20世纪，石油不仅成为现代社会最重要的能源材料，而且其五花八门的产品已经深入到人们生活的各个角落，被人们称为“黑色的金子”，“现代工业的血液”，极大地推动了人类现代文明的进程。高额的石油利润极大推动了石油勘探开采活动，除了陆地石油勘探外，对于海洋石油资源的开发也日益深入。近海石油的勘探开发已有100多年的历史。1897年，在美国加州Summer land滩的潮汐地带上首先架起一座76.2米长的木架，把钻机放在上面打井，这是世界上第一口海上钻井。1920年委内瑞拉搭制了木制平台进行钻井。1936年美国为了开发墨西哥湾陆上油田的延续部分，钻成功第一口海上油井并建造了木制结构生产平台，两年后，于1938年成功地开发了世界上第一个海洋油田。第二次世界大战后，木制结构平台改为钢管架平台。1964-1966年英国、挪威在水深超过100米、浪高达到30米、最高风速160千米/小时、气温至零下且有浮冰的恶劣条件下，成功地开发了北海油田。标志着人们开发海上油田的技术已臻成熟。目前已有80多个国家在近海开展石油商业活动，原油产量占世界石油总产量的30%左右。1897年，在世界上第一口海上钻井的旁边，美国人威廉姆斯在同一个地方造了一座与海岸垂直的栈桥，钻机、井架等放在上面钻井。由于栈桥与陆地相连，物资供应就方便多了。另外，钻机在栈桥上可以随意浮动，从而在一个栈桥上可打许多口井。在海边搭架子，造栈桥基本上是陆地的延伸，与陆地钻井没有差别。能否远离岸边在更深的海里钻井呢？ 1932年，美国得克萨斯公司造了一条钻井驳船“Mcbride”，上面放了几只锚，到路易斯安那州Plaquemines地区“Garden”岛湾中打井。这是人类第一次“浮船钻井”，即这个驳船在平静的海面上漂浮着，用锚固定进行钻井。但是由于船上装了许多设备物资器材，在钻井的时候，该驳船就坐到海底了。从此以后，就一直用这样的方式进行钻探。这就是第一艘坐底式钻井平台。同年，该公司按设计意图建造了一条坐底式钻井驳船“Gilliasso”。1933年这艘驳船在路易斯安那州Pelto湖打了“10号井”，钻井进尺5700英尺。以后的许多年，设计和制造了不同型号的许多坐底式钻井驳船，如1947年，john hayward设计的一条“布勒道20号”，平台支撑件高出驳船20多米，平台上备有动力设备、泵等。它的使用标志着现代海上钻井业的诞生。 由于经济原因，自升式钻井平台开始兴起，滨海钻井承包商们认识到在40英尺或更深的水中工作，升降系统的造价比坐底式船要低得多。自升式钻井平台的腿是可以升降的，不钻井时，把腿升高，平台坐到水面，拖船把平台拖到工区，然后使腿下降伸到海底，再加压，平台升到一定高度，脱离潮、浪、涌的影响，得以钻井。1954年，第一条自升式钻井船“迪龙一号”问世，12个圆柱形桩腿。随后几条自升式钻井平台，皆为多腿式。1956年造的“斯考皮号”平台是第一条三腿式的自升式平台，用电动机驱动小齿轮沿桩腿上的齿条升降船体，桩腿为架式。1957年制造的“卡斯二号”是带有沉垫和4条圆柱形桩腿的平台。随着钻井技术的提高，在一个钻井平台上可以打许多口井而钻井平台不必移动，特别是近海的开发井。这样，固定式平台也有发展。固定式平台就是建立永久性钻井平台，大都是钢结构，打桩，然后升出海面；也有些是水泥结构件。至今工作水深最深的固定平台是“Cognac”，它能站立在路易斯安那州近海318米水深处工作。 1953年，Cuss财团造成的“Submarex”钻井船是世界第一条钻井浮船，它由海军的一艘巡逻舰改装建成，在加州近海3000尺水深处打了一口取心井。1957年，“卡斯一号”钻井船改装完毕，长78米，宽12.5米，型深4.5米，吃水3米，总吨位3000吨，用6台锚机和6根钢缆把船系于浮筒上。用浮船钻井会带来一系列问题，由于波浪、潮汐至少给船带来三种运动，即漂移、摇晃、上下升沉，钻头随时可能离开井底，泥浆返回漏失，钻遇高压油气大直径的导管伸缩运动而不能耐高压等等。这样就把防喷器放到海底。该船首先使用简易的水下设备，从而把浮船钻井技术向前推进了一步。 浮船钻井的特点是比较灵活，移位快，能在深水中钻探，比较经济。但它的缺点是受风浪海况影响大，稳定性相对较差，给钻井带来困难。 1962年，壳牌石油公司用世界上第一艘“碧水一号”半潜式钻井船钻井成功。“碧水一号”原来是一条坐底式平台，工作水深23米。当时为了减少移位时间，该公司在吃水12米的半潜状态下拖航。在拖航过程中，发现此时平台稳定，可以钻井，这样就受到了启示，后把该平台改装成半潜式钻井平台。1964年7月，一条专门设计的半潜式平台“碧水二号”在加州开钻了。第一条三角形的半潜式平台是1963年完工的“海洋钻工号”，第二条是1965年完工的“赛德柯135”。 随着海上钻井的不断发展，人类把目光移向更深的海域。半潜式钻井平台就充分显示出它的优越性，在海况恶劣的北海，更是称雄，与之配套的水下钻井设备也有发展，从原来简单型逐渐趋于完善。半潜式钻井平台的定位一般都是用锚系定位的，而深海必须使用动力定位。第一条动力定位船是“Cussl”，能在12000英尺水深处工作，获取600英尺的岩心。以后出现了动力定位船“格洛玛挑战者号”，它于1968年投入工作，一直用于大洋取心钻井。世界上真正用于海上石油勘探的第一条动力定位船是1971年建成的“赛柯船445”钻井船，工作水深在动力定位时可达600米以上。半潜式平台有自航和非自航的。动力定位船所配套的水下设备是无导向绳的水下钻井设备。后来，钻井平台又有新的型式出现。如张力腿平台和“Spar”。科学在进步，时代在发展，海上钻井技术也在飞速发展，人们现在已向更深的海域进军，无论是钻井井深、钻井水深、钻井效率都有新的世界纪录出现。2.中国海洋石油装备的发展情况我国石油工业起步比较晚，上世纪50年代末，当时的石油部领导提出了“上山下海，以陆推海”的海洋石油发展大略。1963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。此后的2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外距海岸4公里处钻了3口探井，并在400米深的海底钻获了15升原油。1966年12月31日，中国的第一座正式海上平台在渤海下钻，并于1967年6月14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。 1981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船，取名叫“勘探三号”。1984年6月由上海708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勘探3号建成。其后转战南北，共打出15口海底油、气井。它为发现中国东海平湖油气田残雪构造，作出了重要贡献。 “勘探3”号由一座箱式甲板（亦称平台甲板）6根大型立柱、一座高大井架和两只潜艇式的沉垫组成的半潜式钻井平台。从沉垫底部到平台的上甲板有35.2米高，相当于一座12层的高楼，如果算到井架顶部总高有100米，总长91米，总宽71米，工作排水量219910吨，工作吃水20米，平台上装有900项，8600多台件机电设备。平台甲板被6根直径9米的主柱高高地托在高空，远远看去像是一座岛屿。它除了包括钻井、泥浆、固井、防喷系统在内的全套钻探设备外，还配置了4组（8台）150吨的电动锚机，5组660千瓦的柴油发电机组。同时，船上还配有潜水钟和甲板减压舱组成的200米饱和潜水系统，防火、防爆和可燃性气体自动报警系统等现代化设备。“勘探3”号平台上设有地质楼、报务室、应急发电机室、水文气象室、中心控制室和居住室等现代化的生活设施，水电通讯一应齐全，甲板顶还有可供直升飞机起降的停机坪。 半潜式钻井平台具有优良的抗风浪性能和较大的可变载荷，并可在较深海域进行钻探作业。当时世界上只有少数几个国家能建造，而且造价昂贵。为了能设计出适应中国大陆架实际情况的半潜式钻井平台，3个单位的设计人员收集了大量的水文气象资料，并通过深入实际的调查研究，对5种方案进行了严格筛选，最后正式确定采用矩形半潜式钻井平台的方案。其主要性能参数为；工作水深35200米，最大钻井深度6000米。 1984年6月25日上午，“勘探3”号在我国最大的拖轮“德大”号的拖引下，离开上海港到东海温州湾外的海域进行各种性能试验。试验表明，“勘探3”号辐射状锚泊系统布置合理，十分适应该平台的精确定位和作业。其间“勘探3”号在试验的狂风巨浪中接受了中国船舶检验局和美国ABS船级社的入级签证，美国船级社的日籍验船师木下博敏把“勘探3”号称作为中国现代海上工程的标志。国外一般海洋钻探公司获悉中国有这样高质量的钻井平台后，纷纷前来探询租用或合资经营“勘探3”号钻探承包作业的可能性。 目前世界海洋石油的勘探开发主要集中在靠近陆地的称之为大陆边缘的部分。大陆边缘又分为大陆架、大陆坡和大陆隆三部分。中国大陆架是世界最宽的大陆架之一，总面积473万平方千米。据有关专家估计仅大陆架石油地质储量约250亿吨，天然气80000亿立方米。如果再考虑整个大陆边缘，其发展前景更不可限量。 目前我国在建造平台、船体吨位总量方面仅次于韩国而居世界第2位，但在自行设计建造用于平台、船上的主机、特别是浮式钻井专用设备方面几乎还是空白，这需要国内海洋装备企业瞄准世界顶尖水平继续努力。3.海洋石油装备模信原始实物资料介绍（1）固定式平台固定式平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台。固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等30m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，通过尾郡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。这种钻井装置在到达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看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础(平坦及坚实程度)的制约。所以这种平台发展缓慢。然而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，对于开发这类浅海区域的石油资源，坐底式平台仍有较大的发展前途。80年代初，人们开始注意北极海域的石油开发，设计、建造极区坐底式平台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，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。（2）自升式平台世界上第一艘自升式钻井平台产生于 20世纪50年代。我国第一艘自升式钻井平台“渤海1号”于1967年由708研究所完成设计,1972年在大连造船厂建成交船。全部设备均为国产。在当时条件下,完全靠自力更生。其总长60.4m,总宽32.5m,型深5m,井槽尺寸10.510.8m,作业水深30m,最大钻井深度 4000 m,满载排水量5700 t,吃水3.3m。4根圆柱形桩腿,直径 2.5 m,长度73 m,为摩擦支承桩。设计了液压油缸升降横梁插销式升降机构 ,每桩举升力 1600 t。甲板可变载荷1400 t,自持能力 30天 ,定员 90人。投入使用后 ,在渤海打了几十口井 ,其间经历过 1976年8月唐山大地震严峻考验。实践证明 ,该平台基本上是成功的 ,开创了我国自升式钻井平台的先例。自升式钻井平台主要由平台结构、桩腿、升降机构、钻井装置 (包括动力设备和起重设备 )以及生活楼 (包括直升飞机平台 )等组成。平台在工作时用升降机构将平台举升到海面以上 ,免受海浪冲击 ,依靠桩腿的支撑站立在海底进行钻井作业。