《海洋石油工程》1章

海洋石油工程天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油工程系鉆井教研室—郟志剛課程目標通過本課程的學(xué)習(xí)，期望達到如下教學(xué)目標：1.認識海洋相關(guān)基礎(chǔ)知識；2.了解世界海洋石油工程的近況；3.了解我國海洋石油工程的發(fā)展史；4.熟悉海洋石油工程的相關(guān)機械設(shè)備；5.掌握海洋石油工程的相關(guān)工藝流程；▲海洋石油勘探工藝概論?！Ｑ笫豌@井工藝概論?！Ｑ笫凸叹昃に嚫耪??！Ｑ笫筒捎洼斢凸に嚫耪摗?.了解海浪、海流、風(fēng)等海洋環(huán)境對石油工程的影響。前言當(dāng)今世界面臨著人口、資源和環(huán)境三大問題。隨著世界人口的增長和陸地資源因加速開采而日漸枯竭，海洋資源的開發(fā)、海洋環(huán)境的保護與利用已成為世界各國普遍關(guān)注的問題。我國海洋石油工業(yè)概況我國海域遼闊，海岸線長達18000多km2，海域面積47.7萬km2，大陸架面積為130多km2。從60年代初期開始，我國就開始了海洋石油資源的勘探工作，先后發(fā)現(xiàn)了渤海、南海、黃海、東海、珠江口、北部灣六個大型含油氣的地質(zhì)盆地。海洋石油資源總量約450億噸，天然氣資源儲量約14萬億m3，分別占全國油氣資源總量的57％和33％。1998年原油產(chǎn)量達到了163l萬噸，天然氣38億m3，2000年原油產(chǎn)量達到400萬桶/天。我國海洋石油開發(fā)工程面臨的挑戰(zhàn)1.我國近海石油地質(zhì)條件較為復(fù)雜，如渤海油田的近岸灘涂地區(qū)。2.原油性質(zhì)特殊，輕、中、重三種油質(zhì)中，中質(zhì)與重質(zhì)油儲量可能會多些。3.開發(fā)成本較高且國際油價起伏不定，經(jīng)濟價值不穩(wěn)定。4.毗鄰太平洋、印度洋，海況條件比中東等地區(qū)差，受臺風(fēng)、海冰、地震影響較大。5.我國海洋石油開發(fā)工程起步較晚。（海洋石油鉆采技術(shù)、設(shè)備落后于發(fā)達國家）世界海洋油田的分布里海地區(qū)阿塞拜疆（50%）哈薩克斯坦和土庫曼斯坦（30%-40%）遠東地區(qū)北海地區(qū)（產(chǎn)量最多）海灣地區(qū)非洲南美巴西北美地區(qū)中國油氣田的分布目錄第一章緒論第二章海洋資源第三章海洋災(zāi)害及防治第四章海洋鉆井設(shè)備概述第五章海洋鉆井工程概述第六章海洋采油設(shè)備概述第七章海洋采油工程概述第八章海洋石油工程相關(guān)計算概述第一章緒論第一節(jié)海洋概述海又稱為“大?！?，是指與“大洋”相連接的大面積咸水區(qū)域，即大洋的邊緣部分。通常大型內(nèi)陸鹽湖、沒有與海洋連通的大型咸水湖泊也稱海。海分為邊緣海、內(nèi)海和內(nèi)陸海。海在大洋的邊緣，是大洋的附屬部分。海的面積約占海洋的11%，海的水深比較淺，一般在2000m以內(nèi)。由于?？拷箨?，受大陸、河流、氣候和季節(jié)的影響，水的溫度、鹽度、顏色和透明度都會出現(xiàn)明顯的變化。和大洋相比，海沒有自己獨立的潮汐與海流。第一節(jié)海洋的定義及海洋之最一、海洋的定義洋是海洋的中心部分。深度一般在2000m以上。約占海洋總面積的89%，有自己獨立的潮汐與海流，水溫及鹽度等受陸地氣候影響不大。世界四大洋：太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。第一節(jié)海洋的定義及海洋之最二、海洋的區(qū)分從水體上講，海是洋的附屬部分，但是本質(zhì)上海是被淹沒的大陸，主體位于大陸架上，其下的地殼是大陸地殼。而洋下面則是大洋地殼。由此產(chǎn)生了一系列差異。當(dāng)然隨著地質(zhì)運動，海、洋是可以互相轉(zhuǎn)化的。三.海洋之最最大最深的海世界上最大最深的海是珊瑚海，面積為479.1萬Km2。最深度達9174m。珊瑚海因有大量珊瑚礁而得名，世界有名的大堡礁就分布在這個海區(qū)。它象城壘一樣，從托雷斯海峽到南回歸線，南北綿延伸展2400Km，東西寬約2～150Km，總面積8萬Km2，為世界上規(guī)模最大的珊瑚體。最小的海馬爾馬拉海是土耳其的內(nèi)海，位于土耳其亞洲和歐洲部分分界線之間，是歐亞大陸之間斷層下陷而形成的。它的東北經(jīng)博斯普魯斯海峽與黑海溝通，西南經(jīng)達達尼爾海峽與愛琴海相連。它的面積僅1.1萬Km2，是世界上最小的海。最古老的?！刂泻Ｔ跉W、亞、非洲之間有一個海，就是地中海。它是世界上最大的陸間海。東西長約4000km，南北寬約1800km，面積約250多萬km2。地中海西邊有21km寬的直布羅陀海峽，穿過它就到大西洋；東邊可以通過蘇伊士運河進印度洋，東北部通過達達尼爾海峽、博斯普魯斯海峽，與黑海相連。地中海沿岸國家有：阿爾及利亞、突尼斯、利比亞、埃及、以色列、黎巴嫩、敘利亞、土耳其、希臘、阿爾巴尼亞、南斯拉夫、克羅地亞、意大利、西班牙、法國、葡萄牙和摩洛哥等。紅色的?！t海在非洲北部與阿拉伯半島之間，有一片顏色鮮紅的海，這就是紅海，它是印度洋的附屬海。由于海底裂谷有幾處熱源，致使海內(nèi)的紅藻會發(fā)生季節(jié)性的大量繁殖，使整個海水變成紅褐色，有時連天空、海岸，都映得紅艷艷的，給人們的印象太深刻了，因而叫它紅海。實際上，在通常情況下，海水是藍綠色的。四.中國之?！澈２澈Ｔ谶|東半島南與山東半島北連線以西，為一半封閉型中國內(nèi)海。渤海包括北部遼東灣、西部渤海灣、南部萊州灣三個灣和中央淺海盆地，渤海海峽五部分組成，海域面積7.7萬平方公里，為我國海域面積的1.63%，平均水深18m，總?cè)萘?730Km3。渤海由河北、山東、遼寧3省和天津市環(huán)抱，總共有13座環(huán)渤海城市。渤海通過渤海海峽與黃海相通。渤海海峽口寬59海里，有30多個島嶼，其間構(gòu)成8條寬狹不等的水道，扼渤海的咽喉，是京津地區(qū)的海上門戶，地勢極為險要。渤海古稱滄海，又因地處北方，也有北海之稱。四.中國之?！澈Ｋ?中國之?！S海出了渤海海峽，海面驟然開闊，深度逐漸加大，這就是黃海。黃海因為古時黃河水流入，江河搬運來大量泥沙，使海水中懸浮物質(zhì)增多，海水透明度變小，故呈現(xiàn)黃色，黃海之名因此而得。黃海是我國華北的海防前哨，也是華北一帶的海路要道。黃海寒暖流交匯，水產(chǎn)豐富，特別是渤海和黃海沿岸地勢平坦，面積寬廣，適宜曬鹽。長江口北岸的啟東角與韓國濟州島西南角的連線是黃海與東海的分界線。四.中國之?！獤|海東海是中國海的一部分、中國三大邊緣海之一。它北起中國長江口北岸到韓國濟州島一線，與黃海毗鄰，東北面以濟州島、五島列島、長崎一線為界，南以廣東省南澳島到臺灣省本島南端一線同南海為界，東至日本琉球群島。位于中國大陸和臺灣島、日本琉球群島和九州島之間。并經(jīng)對馬海峽與日本海相連，瀕臨中國的滬、浙、閩、臺4省市。面積77萬多平方公里。多為水深200m以內(nèi)的大陸架。鹽度為31-32‰，東部為34‰。海水溫度平均9.2℃。冬季南部水溫在20℃以上。四.中國之?！獤|海四.中國之海—南海南海位于我國大陸的南方。南海北邊是我國廣東、海南、廣西、福建和臺灣四省一區(qū)，東南邊至菲律賓群島，西南邊至越南和馬來半島，最南邊的曾母暗沙靠近加里曼丹島。通過巴士海峽、蘇祿海和馬六甲海峽等，與太平洋和印度洋相連。它的面積最廣，約有356萬Km2，相當(dāng)于16個廣東省那么大。我國最南邊的曾母暗沙距大陸達2000Km以上，這要比廣州到北京的路程還遠。南海也是鄰接我國最深的海區(qū)，平均水深約1212m，中部深海平原中最深處達5567m，比大陸上西藏高原的高度還要大。四.中國之?！虾Ｎ?大洋之—太平洋太平洋是地球最大的海洋，覆蓋著地球約46%的水面以及約32%的總面積?？缍葟哪蠘O大陸海岸延伸至白令海峽，西面為亞洲、大洋洲，東面則為美洲，跨越135°緯度，南北最寬15500Km。包括屬海的面積為18134.4萬Km2，不包括屬海的面積為16624.1萬Km2。它的平均深度為4000m左右，其最大深度為馬里亞納海溝（在馬里亞納群島之東），深達11,033m，很大一部分洋面位于近赤道與熱帶緯度（故又稱溫暖之洋）。五.大洋之—太平洋五.大洋之—大西洋大西洋是世界第二大洋，占地球表面積的近20%，原面積8,221.7萬Km2，在南冰洋成立后，面積調(diào)整為7,676.2萬Km2，平均深度3300m，最深處波多黎各海溝深達9219m。從赤道南北分為北大西洋和南大西洋。北面連接北冰洋，南面則以南緯66°與南冰洋接連，東面為歐洲和非洲，而西面為美洲。大西洋的中文名稱，最早來自于明萬歷11年（1583年）意大利傳教士利瑪竇所譯。五.大洋之—大西洋繁忙的航運豐富的物產(chǎn)傳奇的歷史感人的故事五.大洋之—印度洋印度洋位于亞洲、大洋洲、非洲和南極洲之間，是世界的第三大洋，北為印度、巴基斯坦和伊朗；西為阿拉伯半島和非洲；東為澳大利亞、印度尼西亞（印尼）和馬來半島；南為南極洲；中為英屬印度洋領(lǐng)地。印度洋包括屬海的面積為7411.8萬Km2，約占世界海洋總面積的20%。包括屬海的體積為28460.8萬Km3，印度洋的平均深度僅次于太平洋，平均深度為3839.9m，正式使用印度洋一名是在1515年左右，當(dāng)時被稱為“東方的印度洋”，后簡化為“印度洋”。五.大洋之—北冰洋北冰洋又稱北極海，位于北極圈內(nèi)，大致以北極點為中心。面積1405.6萬Km2，約占世界大洋面積的3.6%。平均深度1200-1300m，為世界大洋平均深度的三分之一。最深處為南森海盆，深度為5450m。北冰洋是世界最小最淺和最冷的大洋。大致以北極圈為中心，位于地球的最北端，被亞歐大陸和北美大陸環(huán)抱著，有狹窄的白令海峽與太平洋相通；通過格陵蘭海和許多海峽與大西洋相連，1845年，英國倫敦地理學(xué)會命名，經(jīng)譯文為北冰洋。五.大洋之—北冰洋第二節(jié)海洋形成之謎與海水含鹽之謎一.海洋形成之謎（學(xué)說一）地球形成初期，火山活動持續(xù)不斷，地表中重元素不斷下沉，輕元素緩慢上浮，由此地球表面溝壑縱橫、褶皺密布。地下及地表水不斷蒸發(fā)，反復(fù)地形云致雨，重又落回地面，長期的降雨積累在低洼處就形成了原始的海洋。由于當(dāng)時大氣中沒有氧氣，也沒有臭氧層，紫外線可以直達地面，靠海水的保護，生物首先在海洋里誕生。大約在38億年前，即在海洋里產(chǎn)生了有機物，先有低等的單細胞生物。在6億年前的古生代，有了海藻類，在陽光下進行光合作用，產(chǎn)生了氧氣，慢慢地積累，最終在大氣中形成了臭氧層。至此生物才開始登上陸地。第二節(jié)海洋形成之謎與海水含鹽之謎一.海洋形成之謎（學(xué)說二）最新科學(xué)研究證明，宇宙中存在著大量含有固態(tài)冰的小型天體。小型冰天體在宇宙運行過程中，與地球發(fā)生碰撞，最終汽化成云和雨，海洋由此形成。第二節(jié)海洋形成之謎與海水含鹽之謎二.海水含鹽之謎來源一：地球形成初期，火山活動加劇，火山噴發(fā)將大量地下水噴出地表，并攜帶巖漿中的鹽分匯集成原始的海洋。海底土壤及巖石在長期海水浸泡過程中，鹽分不斷地分離并溶解于海水中，使海水含鹽量在不斷增加。來源二：巖漿使地下及地表水不斷蒸發(fā)，反復(fù)地形云致雨，重又落回地面，形成了縱橫交錯的大小河流。在河流流向大海的過程中，沖刷剝離出沿途泥土和巖石中的鹽分，最終帶入大海。第三節(jié)海底形貌一.大陸邊緣（大陸架、大陸坡、大陸?。?.大陸架：是指水深為0～200m的臺地。2.大陸坡：由大陸架向外伸展，海底突然下落，形成陡峭的斜坡，這個破叫做大陸坡。3.大陸?。河址Q大陸基，是大陸坡以外到大洋盆地之間的過渡地帶，水深為2500～4500m。第三節(jié)海底形貌二.大洋盆地1.定義：也稱深海盆地，分布在大陸邊緣和大洋中脊之間，大洋盆地主體部分水深為4000～6000m。2.成因：建立在地球物理科學(xué)基礎(chǔ)上的“海底擴張說”，以及之后發(fā)展起來的“板塊構(gòu)造學(xué)”理論認為，大洋的誕生始于大陸地殼的破裂。地殼由于內(nèi)部物質(zhì)上涌產(chǎn)生隆起，在張力作用下向兩邊拉伸，從而導(dǎo)致局部破裂，形成一系列的裂谷與湖泊。后來大陸地殼終于被拉斷，巖漿沿裂隙上涌，凝結(jié)而成大陸地殼，一個具有典型洋盆地的大洋便從此誕生。二.大洋盆地3.大洋盆地成因示意圖三.大洋中脊1.定義：大洋中脊是大洋底的山脈或隆起，它們是海底擴張的中心。2.成因：大洋中脊的形成與火山活動有關(guān)，巖漿上涌沖出海底時，在海底火山口周圍冷卻、凝固、堆積。重復(fù)這個過程，就會在海底深處形成大洋中脊，有的頂部距海平面2000～3000m，有的則在長期噴發(fā)過程中高出海面，形成島嶼。如著名的“夏威夷群島”、“加拉帕戈斯群島”，1835年啟發(fā)達爾文寫出《進化論》的地方。第四節(jié)海水的物理、化學(xué)性質(zhì)一.海水的鹽度及化學(xué)成分目前發(fā)現(xiàn)海水含有80種元素，其化合物的種類更多，這些化合物以離子態(tài)（陰離子、陽離子、結(jié)合離子）、懸浮態(tài)、膠體以及氣泡等形式存在于海水中，海水的含鹽量通常在35%左右（P7海水鹽度影響）。海水化學(xué)成分含量的不同，可劃分為五類元素：1、常量元素：鈉、鎂、鈣、鉀、氯、硫、碳、溴、氟、硼等，占海水中溶解鹽類的99.8~99.9%，它們在海水中的含量基本不變。2、營養(yǎng)元素：包括氮（以硝酸鹽和亞硝酸鹽和銨等形式存在）、硅、磷、鐵、錳、銅等，這些元素與生物的生長很密切。第四節(jié)海水的物理、化學(xué)性質(zhì)一、海水的鹽度及化學(xué)成分3、微量元素：種類很多，但總量卻非常少，僅占總鹽的0.1%左右，如鋰、銫、鋅等。4、溶解氣體：主要來自海氣交換，如氮、氧、氬、二氧化碳、氖、氦等，在缺氧情況下還會出現(xiàn)硫化氫和甲烷等。5、有機物：包括碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)和元素有機物等等，部分來源于大陸河流輸入，大部分來自海洋生