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1. 鉆井船工作原理

海底石油的生產(chǎn)過程一般分為勘探和開采兩個(gè)階段。海上勘探原理和方法與陸地上勘探基本相同,，也分普查和勘探兩個(gè)步驟,。方法是以地球物理勘探法和鉆井勘探法為主，其任務(wù)是探明油氣藏構(gòu)造,、含油面積和儲(chǔ)量,。普查是從地質(zhì)調(diào)查研究入手,，主要通過地震、重力和磁力調(diào)查法尋找油氣構(gòu)造,。在普查的基礎(chǔ)上,，運(yùn)用地球物理勘探分析了解海底地下巖層分布、地質(zhì)構(gòu)造類型,、油氣圈閉情況,，從而確定勘探井井位。然后,，采用鉆井勘探法取得地質(zhì)資料,，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，確定該地質(zhì)構(gòu)造是否含油,、含油量及開采價(jià)值,。海底石油的開采過程包括鉆生產(chǎn)井、采油氣,、集中,、處理、貯存及輸送等環(huán)節(jié),。海上石油生產(chǎn)與陸地上石油生產(chǎn)不同的是要求海上油氣生產(chǎn)設(shè)備體積小,、重量輕、自動(dòng)化程度高,、布置集中緊湊,。一個(gè)全海式的生產(chǎn)處理系統(tǒng)包括：油氣計(jì)量、油氣分離穩(wěn)定,、原油和天然氣凈化處理,、輕質(zhì)油回收、污水處理,、注水和注氣系統(tǒng),、機(jī)械采油、天然氣壓縮,、火炬系統(tǒng),、貯油及外輸系統(tǒng)等。供海上鉆生產(chǎn)井和開采油氣的工程措施主要有以下幾種,。

1,、人工島，多用于近岸淺水中,，較經(jīng)濟(jì),；

2、固定式采油氣平臺(tái),，其形式有樁式平臺(tái)（如導(dǎo)管架平臺(tái)）,、拉索塔式平臺(tái),、重力式平臺(tái)（鋼筋混凝土重力式平臺(tái)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混合的重力式平臺(tái)）,；

3,、浮式采油氣平臺(tái)，其形式又可分為可遷移式平臺(tái)（又稱活動(dòng)式平臺(tái)）,，如自升式平臺(tái),、半潛式平臺(tái)和船式平臺(tái)（即鉆井船）；不遷移的浮式平臺(tái),，如張力式平臺(tái),、鉸接式平臺(tái)；

4,、海底采油裝置：采用鉆水下井口的辦法，將井口安裝在海底,，開采出的油氣用管線直接送往陸上或輸入海底集油氣設(shè)施,。供開采生產(chǎn)的油氣集中、處理,、轉(zhuǎn)輸,、貯存和外運(yùn)的工程設(shè)施包括：1、裝有集油氣,、處理,、計(jì)量以及動(dòng)力和壓縮設(shè)備的平臺(tái)；2,、儲(chǔ)油設(shè)施,，包括海上儲(chǔ)油池、儲(chǔ)油罐和儲(chǔ)油船,；3,、海底輸油氣管線；4,、油氣外運(yùn)碼頭,，包括單點(diǎn)系泊裝置和常規(guī)的海上碼頭（有固定式和浮式兩種）。

2. 鉆井船工作原理圖解

動(dòng)力定位系統(tǒng)

(DynamicPositioningSystem)是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng),，其采用推力器來(lái)提供抵抗風(fēng),、浪、流等作用在船上的環(huán)境力,，從而使船盡可能地保持在海平面上要求的位置上,，其定位成本不會(huì)隨著水深增加而增加，并且操作也比較方便,。

動(dòng)力定位系統(tǒng)首先在海洋鉆井船,、平臺(tái)支持船,、潛水器支持船、管道和電纜敷設(shè)船,、科學(xué)考察船,、深海救生船等方面得到應(yīng)用，其主要原理是利用計(jì)算機(jī)對(duì)采集來(lái)的環(huán)境參數(shù)（風(fēng),、浪,、流），根據(jù)位置參照系統(tǒng)提供的位置,，自動(dòng)地進(jìn)行計(jì)算,，控制各推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的“紋絲不動(dòng)”,。

3. 鉆井設(shè)備原理

1　人工挖井方法

1973年出土于浙江余姚縣的河姆渡古井是世界上目前已知的最古老的水井,，經(jīng)14C測(cè)定表明它是5700多年前的產(chǎn)物。

挖掘井階段大約從遠(yuǎn)古到西周末年,，我們的祖先用原始的工具,，諸如石鏟等手工挖井，井的深度很淺,。在公元前15世紀(jì)前后我國(guó)的甲骨文中就出現(xiàn)有“井”字,。

2　沖擊鉆井方法

沖擊鉆井方法經(jīng)過了三個(gè)階段，即頓鉆大口井階段,、頓鉆小口井（卓筒井）階段和機(jī)械頓鉆階段,。

1）頓鉆大口井階段

最初的頓鉆設(shè)備，主要由“踩架”和井架組成,?！安燃堋鄙嫌许园澹园逡欢藨覓熘@頭,，它是直接鉆鑿巖石的工具,；碓板另一端供人踩踏，使鉆頭反復(fù)上提,、下頓,，產(chǎn)生沖擊運(yùn)動(dòng)。

2）頓鉆小口井（卓筒井）階段

從北宋開始,，我國(guó)古代鉆井技術(shù)又有了新的發(fā)展,。一是頓鉆大口井發(fā)展為頓鉆小口井。當(dāng)時(shí)把口徑只有“碗口大小”的小口井稱為卓筒井,。

3）機(jī)械頓鉆階段

從19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初是用鋼鐵工具和設(shè)備,，用蒸汽機(jī)作動(dòng)力，進(jìn)行沖擊鉆井的近代頓鉆階段，也稱機(jī)械頓鉆階段,。1842年,，蒸汽動(dòng)力用于石油鉆井；1859年,，德雷克使用蒸汽動(dòng)力的繩式頓鉆鉆機(jī)鉆出第一口具有商業(yè)開采價(jià)值的油井,。繩式頓鉆鉆機(jī)此后獨(dú)占主流，20世紀(jì)初被旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)所取代,。機(jī)械頓鉆與卓筒井技術(shù)一脈相承,，是在中國(guó)人的原創(chuàng)技術(shù)上，應(yīng)用工業(yè)社會(huì)的成果發(fā)展起來(lái)的,。

3　旋轉(zhuǎn)鉆井方法

石油鉆井是在鉆頭上給所鉆的地層加一定的壓力,，使鉆頭的牙齒嵌入地層，然后旋轉(zhuǎn)鉆頭,，利用旋轉(zhuǎn)鉆頭的扭矩來(lái)切削巖石,，并用循環(huán)的鉆井液將巖屑帶出井眼，以保證持續(xù)鉆進(jìn),。

石油鉆井的地面配套設(shè)備稱為鉆機(jī),，石油鉆機(jī)是由多種機(jī)器設(shè)備組成的一套大功率重型聯(lián)合工作機(jī)組，它的每一種設(shè)備和機(jī)構(gòu)都是為有針對(duì)性地滿足鉆井過程中某一工藝需要而設(shè)置的,，整套鉆井設(shè)備由六個(gè)系統(tǒng)組成：

（1）動(dòng)力系統(tǒng)。

鉆井好像是一座流動(dòng)性大的獨(dú)立作業(yè)的小型工廠,。鉆機(jī)所需的各工作系統(tǒng)大多數(shù)是用柴油機(jī)作發(fā)動(dòng)機(jī),，通過變速箱直接驅(qū)動(dòng)或由柴油機(jī)發(fā)電來(lái)驅(qū)動(dòng)鉆井設(shè)備的。動(dòng)力系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生動(dòng)力,，并把動(dòng)力傳遞給鉆井泵,、絞車和轉(zhuǎn)盤。

（2）起升系統(tǒng),。

起升系統(tǒng)主要用來(lái)起升,、下放或懸吊鉆柱、套管柱等,，主要完成起下鉆,、接單根和鉆進(jìn)時(shí)的鉆壓控制任務(wù)。這個(gè)系統(tǒng)主要由井架,、天車,、游車、大繩,、大鉤,、吊環(huán)及絞車等組成。一般用最小的提升速度和最大的負(fù)載來(lái)確定提升系統(tǒng)的能力。

（3）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),。

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)盤,、轉(zhuǎn)盤變速箱、水龍頭,、方鉆桿組成,，主要功能是保證在洗井液高壓循環(huán)的情況下，給井下鉆具提供足夠的旋轉(zhuǎn)扭矩和動(dòng)力,，以滿足破巖鉆進(jìn)和井下的其他要求,。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)還有接、卸鉆柱和鉆具的功能,。

（4）循環(huán)系統(tǒng),。

鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)最主要的功能是在鉆進(jìn)中通過循環(huán)洗井液從井底清除巖屑、冷卻鉆頭和潤(rùn)滑鉆具,。鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)主要包括鉆井泵,、鉆井液凈化裝置（固相控制設(shè)備）和鉆井液槽、罐等,。整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的中心設(shè)備是鉆井泵,。

（5）氣控系統(tǒng)。

氣控系統(tǒng)主要包括控制面板（控制機(jī)構(gòu)）,、傳輸管線和閥門,、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如氣動(dòng)離合器、氣缸和氣馬達(dá)等）以及壓風(fēng)機(jī)等,。氣控系統(tǒng)的功能是確保對(duì)整個(gè)工作機(jī)構(gòu)及其部件的準(zhǔn)確,、迅速控制，使整機(jī)協(xié)調(diào)一致地工作,。

（6）井控系統(tǒng),。

在整個(gè)鉆井作業(yè)過程中，井控系統(tǒng)要對(duì)井下可能發(fā)生的復(fù)雜情況進(jìn)行控制和處理,，以恢復(fù)正常作業(yè),。井控系統(tǒng)包括四個(gè)主要部分：防噴器組、儲(chǔ)能器機(jī)組和防噴器組遙控面板,、節(jié)流管匯,、壓井管匯。

4. 鉆井船的作用是什么

海洋工程是指以開發(fā),、利用,、保護(hù)、恢復(fù)海洋資源為目的,，并且工程主體位于海岸線向海一側(cè)的新建,、改建,、擴(kuò)建工程?？煞譃橘Y源開發(fā)技術(shù)與裝備設(shè)施技術(shù)兩大部分,，具體包括：圍填海、海上堤壩工程,，人工島,、海上和海底物資儲(chǔ)藏設(shè)施、跨海橋梁,、海底隧道工程,，海底管道、海底電（光）纜工程,，海洋礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)及其附屬工程,，海上潮汐電站、波浪電站,、溫差電站等海洋能源開發(fā)利用工程,，大型海水養(yǎng)殖場(chǎng)、人工魚礁工程,，鹽田,、海水淡化等海水綜合利用工程，海上娛樂及運(yùn)動(dòng),、景觀開發(fā)工程,，以及國(guó)家海洋主管部門會(huì)同國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)主管部門規(guī)定的其他海洋工程。

海洋工程的結(jié)構(gòu)型式很多,，常用的有重力式建筑物,、透空式建筑物和浮式結(jié)構(gòu)物。重力式建筑物適用于海岸帶及近岸淺海水域,，如海提,、護(hù)岸,、碼頭,、防波堤、人工島等,，以土,、石、混凝土等材料筑成斜坡式,、直墻式或混成式的結(jié)構(gòu),。透空式建筑物適用于軟土地基的淺海，也可用于水深較大的水域,，如高樁碼頭,、島式碼頭、淺海海上平臺(tái)等。其中海上平臺(tái)以鋼材,、鋼筋混凝土等建成,可以是固定式的,，也可以是活動(dòng)式的。浮式結(jié)構(gòu)物主要適用于水深較大的大陸架海域,，如鉆井船,、浮船式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)等,，可以用作石油和天然氣勘深開采平臺(tái),、浮式貯油庫(kù)和煉油廠、浮式電站,、浮式飛機(jī)場(chǎng),、浮式海水淡化裝置等。除上述3種類型外,近10多年來(lái)還在發(fā)展無(wú)人深潛水器,，用于遙控海底采礦的生產(chǎn)系統(tǒng),。

海洋工程可分為海岸工程、近海工程和深海工程等3類,。

海岸工程

海岸工程（coastal engineering）：自古以來(lái)就很受重視,。主要包括海岸防護(hù)工程、圍海工程,、海港工程,、河口治理工程、海上疏浚工程,、沿海漁業(yè)設(shè)施工程,、環(huán)境保護(hù)設(shè)施工程等。

近海工程

近海工程（offshore engineering）：又稱離岸工程,。20世紀(jì)中葉以來(lái)發(fā)展很快,。主要是在大陸架較淺水域的海上平臺(tái)、人工島等的建設(shè)工程,，和在大陸架較深水域的建設(shè)工程,，如浮船式平臺(tái)、移動(dòng)半潛平臺(tái)（mobile semi-submersible unit ）,、自升式平臺(tái)(self-elevating unit),、石油和天然氣勘探開采平臺(tái)、浮式貯油庫(kù),、浮式煉油廠,、浮式飛機(jī)場(chǎng)等項(xiàng)建設(shè)工程。

深海工程

深海工程（deep-water offshore engineering）：包括無(wú)人深潛的潛水器和遙控的海底采礦設(shè)施等建設(shè)工程,。

由于海洋環(huán)境變化復(fù)雜,，海洋工程除考慮海水條件的腐蝕,、海洋生物的污著等作用外，還必須能承受地震,、臺(tái)風(fēng),、海浪、潮汐,、海流和冰凌等的強(qiáng)烈自然因素,，在淺海區(qū)還要經(jīng)受得了岸灘演變和泥沙運(yùn)移等的影響。

5. 深水井鉆機(jī)工作原理

打深井機(jī)的工作方式是泵吸反循環(huán)式,。其工作原理是：在大氣壓力的作用下，循環(huán)液由沉淀池經(jīng)回水溝沿著井孔的環(huán)狀間隙流到井底,，此時(shí)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)鉆桿,，帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆進(jìn),，由泥漿泵抽吸建立的負(fù)壓把碎屑泥漿吸入鉆桿內(nèi)腔,；隨后上升至水龍頭，經(jīng)泥漿泵排入沉淀池,，沉淀后的循環(huán)液繼續(xù)流入井孔,，如此周而復(fù)始，形成了反循環(huán)的鉆進(jìn)工作,。

6. 水井鉆機(jī)原理

該答：千米定向鉆機(jī)原理是利用設(shè)備配有合適的鉆頭和孔底泥漿馬達(dá),，開動(dòng)泥漿泵對(duì)準(zhǔn)射擊孔位置進(jìn)行鉆進(jìn)，定向施工時(shí),，鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)切消巖或煤層,，不斷前進(jìn)，每完成一次鉆孔作業(yè),，檢測(cè)孔的偏移量,，以便及時(shí)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，保證所完成的鉆孔導(dǎo)向曲線符合設(shè)計(jì)要求,。

7. 鉆井船工作原理圖

超深海洋鉆井平臺(tái)的原理：借助導(dǎo)管架固定在海底而高出海面不再移動(dòng)的裝置，平臺(tái)上面鋪設(shè)甲板用于放置鉆井設(shè)備,。支撐固定平臺(tái)的樁腿是直接打入海底的,，所以,，鉆井平臺(tái)的穩(wěn)定性好，但因平臺(tái)不能移動(dòng),，故鉆井的成本較高,。 　　超深海洋鉆井平臺(tái)的種類： 　　

1,、坐底式鉆井平臺(tái)又稱沉浮式或沉底式鉆井平臺(tái)，其上部和固定式鉆井平臺(tái)類似,，其下部則是由若干個(gè)浮筒或浮箱組成的桁架結(jié)構(gòu),，充水后，使鉆井平臺(tái)下沉坐于海底并處于工作狀態(tài),，排水后,，使鉆井平臺(tái)上浮可進(jìn)行拖航和移位。坐底式鉆井平臺(tái)多用于水淺,、浪小、海底較平坦的海區(qū),。 　　

2,、自升式鉆井平臺(tái)是有多個(gè)（一般為3～4個(gè)）樁腿插入海底,，并可自行升降的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)。自升式鉆井平臺(tái)基本由兩部分組成,，一部分是可以安放鉆井設(shè)備、器材和生活區(qū)的平臺(tái),，另一部分是可升降并可插入海底的樁腿。我國(guó)自行制造的自升式鉆井平臺(tái)“渤海一號(hào)”平臺(tái)的四根樁腿是由圓形的鋼管做成的,，樁腿的高度有七十多米，升降裝置是插銷式液壓控制機(jī)構(gòu),。該型鉆井平臺(tái)造價(jià)較低,、運(yùn)移性好,、對(duì)海底地形的適應(yīng)性強(qiáng)，因而,，我國(guó)海上鉆井多使用自升式鉆井平臺(tái)。 　　

3,、漂浮在海面上的鉆井船,。鉆井船的排水量從幾千噸到幾萬(wàn)噸不等,，它既有普通船舶的船型和自航能力,，又可漂浮在海面上進(jìn)行石油鉆井。由于鉆井船經(jīng)常處于漂浮狀態(tài),，當(dāng)遇到海上的風(fēng)、浪,、潮時(shí),，必然會(huì)發(fā)生傾斜,、搖擺、平移和升降現(xiàn)象,，因此鉆井船的穩(wěn)定性是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題,。目前,，海上鉆井船的定位常用的是拋錨法，但該方法一般只適用于200m以內(nèi)的水深,，水再深時(shí)需用一種新的自動(dòng)化定位方法。 　　

4,、半潛式鉆井平臺(tái)其結(jié)構(gòu)形式與坐底式鉆井平臺(tái)相似，上部為鉆井的工作平臺(tái),，下部為浮筒結(jié)構(gòu),。它綜合了坐底式鉆井平臺(tái)和鉆井船的優(yōu)點(diǎn)，解決了穩(wěn)定性和深水作業(yè)的矛盾,。鉆井作業(yè)時(shí),，平臺(tái)呈半潛狀態(tài)漂浮在海面上,，浮筒在海水下的20～30m處，受大海風(fēng)浪的影響小,，所以平臺(tái)的穩(wěn)定性比鉆井浮船要好，鉆井作業(yè)結(jié)束,，排出水形成浮箱后可進(jìn)行拖航，是目前海上鉆井應(yīng)用較廣泛的一種石油鉆井平臺(tái)。

8. 深水鉆井船

981是指海洋石油981深水半潛式鉆井平臺(tái),，簡(jiǎn)稱“海洋石油981”,，于2008年4月28日開工建造，是中國(guó)首座自主設(shè)計(jì),、建造的第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)，由中國(guó)海洋石油總公司全額投資建造,，整合了全球一流的設(shè)計(jì)理念和一流的裝備，是世界上首次按照南海惡劣海況設(shè)計(jì)的,，能抵御200年一遇的臺(tái)風(fēng)。

    選用DP3動(dòng)力定位系統(tǒng),，1500米水深內(nèi)錨泊定位,，入級(jí)CCS（中國(guó)船級(jí)社）和ABS（美國(guó)船級(jí)社）雙船級(jí),。整個(gè)項(xiàng)目按照中國(guó)海洋石油總公司的需求和設(shè)計(jì)理念引領(lǐng)完成，中國(guó)海油擁有該船型自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),。

  該平臺(tái)的建成，標(biāo)志著中國(guó)在海洋工程裝備領(lǐng)域已經(jīng)具備了自主研發(fā)能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力,。 中國(guó)海洋石油首座超深水半潛式鉆井平臺(tái)，也就2014年曾在西沙勘探的981鉆井平臺(tái),，獲得2014年國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng),。