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世界海洋钻井、完井采油技术发展历程(上)

时间:2016-01-25 14:03 来源:

    100多年来世界海洋石油钻井、完井采油及关键技术与装备经历了漫长的发展时期,本文将进行简要介绍,供广大读者阅知。

    1897年~1968年

    1897年,在美加加利福尼亚州萨姆兰德(Summ erland—避暑圣地)离岸约76.2米的木架码头上安装钻机钻井,可视为世界上首次涉入海洋钻井。 1911年,世界上第一座固定平台钻井装置,竖立在美国路易桑纳州的卡多(Caddo)湖上。 1925年,原苏联在里海建造的人工岛上进行石油钻井。 1932年,美国得克萨斯公司用钻井驳船“麦克布雷得号(Mcbride)”用数只锚定位在路易桑纳州“花园岛(Garden)”湾首次浮船钻井,但由于船上钻井器材太重而沉坐到海底,因而成为坐底式钻井平台的构想。 1933年,按上述构想而正式设计建造的“盖娜松号(Giliasso)”成为业主建造的首座坐底式钻井平台在路易桑纳州的“裴脱(Pelto)”湖钻井,井深达1,377米。

    1937年,由木质桩插入水深4.3米泥底的、距海平面高4.6米的钻井采油平台,首次在墨西哥湾的海上钻井,在海底约1,710米深获得日产85.9立方米的海底石油。 1953年,一艘巡逻艇改装的第一艘钻井浮船“沙玛瑞克斯号(Submarex)”,采用悬臂式钻井井架,首次在加州岸外进行浮式钻井。 1954年,J.Ray Mcdermott公司建造了第一艘采用气动机械升降、可移动的自升式石油钻井装置。 1955年,由YF型供应驳船改装的钻井浮船“卡斯1号(Cuss1)”和具有中心船井的钻井驳船“西方勘探者号”诞生。 1956年,美国雪佛隆(Chevron)公司在加州近海,创造了当时世界上海洋采油井最深的采油记录,其采油井深达4,036米。

    1960年,由美国维高公司(Vetco)设计和制造的遥控钻井和采油井口的操作系统,装于壳牌公司(Shell)的“莫伯特(MOBOT)号”海洋石油钻采装置上。 1960年,我国用驳船安装冲击钻,在海南岛岸外莺歌海盐场水道口浅海打了井深约26米的两口井,首次在海上获得约150公斤的重质原油。 1961年,美国环球海洋公司的“卡斯1号(Cuss1)”成为第一艘应用舷外马达推进器的动力定位钻井船,同年,特别为海底工作而设计了防喷器(BOP)和控制系统。 1962年,第一艘半潜式钻井平台“碧水1号(Blue Water No.1)”投入使用(可视为第1代半潜式钻井平台诞生)。因其原为坐底式钻井平台,工作水深23米,为减少移位时间而在吃水12米的半潜状态下拖航,发现在拖航状态下平台稳定,可以钻井的启示而改装成半潜式钻井平台。 1963 年,第一个工业用的海底防喷器组(BOP Stack)控制系统在美国卡姆伦(Cameron)公司出现。 1964年,我国茂名石油公司以“浮筒”拼装的平台装上陆用钻机,在海南岛岸外的莺歌海水道口作了浮式钻井试钻,水深约15米,钻深388米,获原油约10公斤。

    1967年6月14日,在我国渤海海-1井井深2,441米发现工业油流,试油结果为原油35.2吨/天;天然气1,941立方米 /天。 1968年,一条设计完善的“格洛玛·挑战者(GLOMAR CHALENGER)号”动力定位船开始在深海进行以科学考察为目的大洋取芯钻井作业;同年,海湾石油公司(Gulf Oil)在美国路易桑纳州近海创造了当时海上钻井深度为6,962米的世界记录。 1970年~1979年 1970年,在美国加州近海,“伍德柯4号(WODECO IV)”钻井浮船首次成功地采用了钻柱升沉运动补偿器;同年,该船首次创造了用导向绳系统的钻井水下设备、使用于456米水深的世界记录;同年,钻井船“格洛玛·挑战者号”创造了无导向绳钻井系统在3,962水深重返井口的记录。 1971年,美国Hunt石油公司在路易桑纳州近海开创了采油井深度为6,248米的海上深井采油记录。

    1971年,我国在渤海“海四油田”正式建立了两座固定式采油平台,累计采油60.3万吨,是我国第一个海上油田。 1972年,第一座Spar平台在北海投入使用;同年,我国大连船厂建成国内第一艘电动液压升降的自升式钻井平台—“渤海一号”,并运用于渤海海区的钻井。 1973年,联合石油公司(Union Oil)在加里曼丹近海最先应用多井口的海底井口基板(多井口的井口盘)用于油田开发,和为以后使用导管架采油平台的井口回接装置创造了条件。 1973年,“大洋世纪(Ocean Century)号”矩形半潜式钻井平台建成,是世界石油杂志(World Oil,以下筒称《WO》)2000年12期报道中建成最早、至今未升级改造、似为第2代半潜式钻井平台。钻井工作水深为244米,钻井深度能力为7,620米 (25,000ft)。 1974年,维高公司第一次推出了工业性的105Mpa(15,000PSI)工作压力的浮式钻井海底井口头(套管头)组,应用在北海的“五角84号(PENTAGONE 84)”半潜式平台进行浮式钻井。 1974年6月,由我国自行设计建造的第一艘双体钻井浮船“勘探一号”,在南黄海利用我国自行设计制造的钻井水下设备试钻成功,第一口探井钻深1,500余米,之后又继续成功钻井8口(已退役)。 1974年,“JW Mclean号”半潜式钻井平台建成,1992和1996年完成升级改造,为第3代半潜式钻井平台。钻井工作水深为381米,钻井深度能力为7,620米;船体尺寸为长64米×宽42.7米矩型6立柱平台;(《WO》2000年12期报道,Transocean Co.推荐资料)。 1975年,第一个工业用多路传输和声学海底钻井控制系统在美国卡姆伦公司出现。 1976年,“七海发现者号(Discover Seven Seas)”钻井浮船成功地采用电、液多路传输控制系统,用于无导向绳的水下BOP组的控制。 1977年,第一艘动力定位半潜式石油钻井平台“赛德柯709号(Sedco709)”,在格陵兰投入海上钻井作业。

    1977年,第一个电液多路传输海底采油控制系统在美国卡姆伦公司出现。1979年,世界海洋石油钻井工作水深接近1,500米(为1,486.2米)。 1979年,我国开始海洋石油开发对外技术合作,与13个国家的48家石油公司签订了8个海洋地球物理勘探协议;1980年发现有利于油气生成的珠江口盆地169个、莺—琼盆地47个、南黄海盆地74个,并在渤海友现BZ28-1、BZ34-2油田,在北部湾发现W-103油田,在琼东南发现崖城13-1大气田。

    1981年~1989年

    1981年12月,美国瓦科(Varco)公司将世界上第一个成功研制的顶部驱动系统(TOP Drive syste米,简称TDS)正式用于自升式钻井平台上进行钻井,替代了传统的以转盘旋转钻柱进行钻井,是石油钻井的又一重大技术变革。同年,我国第一座坐底式钻井平台“胜利一号”投入极浅海石油钻井作业。 1982年,封井压力为105M pa(15,000 PSI)、垂直通径为476毫米(18 3/4in)的海底BOP组、井口头组及相应工作压力等级的节流压井管汇正式在美国卡姆伦公司(Cameron)、维高公司(Vetco)、N.L谢弗尔公司(N.L Shaffer)等生产并正式用于浮式钻井作业。 1983年,由欧洲经济共同体财政支持建造的张力腿平台(Tension Leg Platfor米,简称TLP)基本完工;1984年8月,第一座张力腿平台(TLP)在北海Hutton油田安装投产。 1984年9月,由巴西石油公司在巴西近海的PU—2号井创造了当时世界完井的工作水深纪录,工作水深达307米(突破1,000ft)。 1984年,世界海洋石油钻井的工作水深突破2,000米,达2,116米。同年5月,由我国自行设计建造的半潜式石油钻井平台“勘探三号”投入中国东海石油勘探钻井,迄今已在东海成功钻发现井逾20口。 1986年,世界海洋移动式石油钻井装置发展到946艘,移动式钻井装置从数量上发展到顶峰。

    1986年建成、1996年完成升级改造的“Jack Baqtes号”半潜式钻井平台,为第4代半潜式钻井平台。钻井工作水深为1,219米 (4,000ft), 钻井深度能力为9,144米 (30,000ft);船体尺寸为长64米×宽42.7米; 立柱为矩型4立柱平台(《WO》2000年12期报道,Transocean Co.推荐资料)。 1987年,钻井工作水深达2,292.4米(突破7,500ft)。 1987年,我国第一个对外合作开发的渤海埕北油田建成投产,年产原油40万吨。该油田共有8座平台,其中最大的导管架储油平台甲板负荷达1.3万吨,可抗1.7米厚冰层的挤压。 1987年,在北海爱德华E(Edward E),一个获专利的特殊罐型Spar平台用于海上采油。

    1988年,世界海洋石油钻井工作水深再创记录,达2,328米。同年,由我国自行设计建造的当今世界上第一座液压步行式坐底式钻井平台“胜利2号”建成投入试用(已退役)。         1989年,在美国墨西哥湾587米水深的张力腿平台(TLP)投入使用。

    1991年~1996年

    1991年3月,海底完井工作水深突破500米,达到721米,是由巴西国家石油公司在巴西近海的MRL—3号井创造的;同年,又在MRL—6号井,再创海底完井工作水深为752米的世界纪录。 1991年,全世界投入海底完井操作使用的井数突破500个,实际达669个。 1991年7月,美国联合石油公司在加州近海的A—21固定平台上钻井,其最大钻井水平位移(HD)为4,535米,真实的垂直井深(TVD)为1,463米,比值HD/TVD=3.1;同年,其在加州近海的C30号井,以HD=1,485米,TVD=294米,创造了比值HD/TVD=5.05的高纪录。 1992年3月,美国联合石油公司在泰国湾的FUNAN E—7井,每天钻井858米,用3天零19.5小时钻完深度为3,273米的井,其快速钻井世界纪录亦是由该公司在泰国湾埃拉旺气田钻井创造的,其效率为1,850米/天。

    1994年3月31日,由菲利浦石油公司用HYCALOG 12 1/4in DS34HG HYBRD PDC 钻头,24h进尺2,211.03米,如以纯钻井14.7h计,效率为150.41米/小时,用一个PDC钻头钻进2,833米(是在54°定向井创造的)。 1995年,在美国阿拉巴马州(Alabama)水域,由美孚(Mobil)石油公司,在Lower Mobile湾的S.L350—5 Tract 95区块,创造了采气井井深达7,393.23米的世界纪录。 1995年,全世界投入使用的海底完井井数超过900个,达948个,占当年实际拥有数(包括停待的井)1,340个的70,75%,比上一年实际投入使用数871个提高8.8%。

    1996年,用于海上采油的第一代传统的(Classic) 筒形Spar平台“海王星号(Neptune)”入使用。 1996年,在日本三菱重工完成改造设计的胜利级(Vicory Class)笫4代半潜式钻井平台“大洋探索号(Ocean Quest)”(在日本三菱重工完成改造)、 “大洋明星号(Ocean Star)” (在Avondale船厂完成改造) 和“大洋胜利号(Ocean Vicory)” (在Avondale船厂完成改造)。其工作水深分别达1,067米 (3,500ft)、1,372米 (4,500ft)和1,524米(5,000ft); 钻井深度能力均达7,620米(25,000ft);可变载荷均为5,000t;平台上配备钻机为Emsco C3或Oilwell E-3000;TDS为Varco TDS-4S;BOP系统为476毫米(18-3/4 in)、105Mpa。 1996年,在美国OCS海湾,由壳牌(Shell)近海石油公司在花园礁(Garden Bank)427的 OCS—G7493 AOU井,创造钻井深度达7,881.82米的纪录。 1996年7月,由挪威海事液压公司(Maritime Hydraulics)成功开发了无绞车液缸升降型钻机(Ram Rig)。它的优点是省去了庞大笨重的绞车,用升降液缸替代了绞车,同时也替代了浮式钻井庞大的钻柱升沉运动补偿器,可降低成本约30%。于1999年和2001年分别装备于建成的第5代半潜式钻井平台“西方未来Ⅱ号(West Future Ⅱ)”和“STENA DON”号〔其工作水深为2,438米 (8,000ft),钻深10,060米(33,000 ft)〕上及“西纳维I号(WEST NAVION I)”钻井浮船〔工作水深为2,500米、钻深能力10,060米(33,000ft) 〕和“西.奥丁号(West Odin)” 钻井浮船(工作水深为2,500米) 上。

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