海上钻井工作原理

虽然化石燃料在过去的几个世纪里才成为人类文明背后的驱动力，但石油和天然气一直在重新回到人类的生活中地球的地表数百万年。早在16世纪，西班牙征服者就在墨西哥湾发现了浮在海面上的石油，而中国人早在公元347年就在地下钻探石油了。托坦］．要找到更古老的证据，你只需看看那些不幸被世界焦油坑吞噬的史前动物就行了。

然而，世界上大部分石油被困在500 - 25000英尺(152 - 7620米)的泥土和岩石下面。所有这些石油最初都是小植物和动物的名字浮游生物它们死于10亿到6亿年前的古代海洋。这些腐烂的物质漂流到海底，随着时间的推移，被沙子和泥浆覆盖。在这种无氧环境中，一种缓慢的烹饪过程发生了。数百万年的高温和高压最终将这种有机物质转化为大量的液体、气体和固体石油，全部覆盖陷阱在厚厚的岩石层下。我们称之为液态石油石油气态石油天然气．固体石油矿床常以油页岩或油砂．

不用说，这些化石燃料矿床并不是每次乡巴佬开枪时就开始冒泡原油。地质学家研究地表特征和卫星地图，检查土壤和岩石样本，甚至使用一种叫做a的设备重力仪寻找可能表明地下石油流动的细微引力波动。然而，并不是所有这些选择都特别可行，如果你所考察的地形是在海浪下数千英尺的地方。

当在海上寻找化石燃料时，石油地质学家能够使用特殊的嗅探器设备在海水中探测天然气的踪迹。但由于这种方法只能帮助找到渗漏的沉积物，石油公司在很大程度上依赖于另外两种定位圈闭的方法。

当接近地表时，某些岩石会影响地球的正常磁场。通过使用敏感的地磁测量一艘船可以通过一个区域并绘制出任何发生的磁异常。这些读数使地质学家能够寻找地下陷阱的迹象。

测量员还可以通过使用地震测量．这种方法，称为引发这种方法包括向水下发射冲击波并进入海底。声音在不同类型的岩石中以不同的速度传播。如果激波到达岩层的变化处，就会反弹回去水听器拖在测量船后面。在计算机的帮助下，地震学家可以分析这些信息，以确定地球上可能的陷阱。

勘测船同时使用压缩空气枪和炸药来发射冲击波。在这两种方法中，气枪对海洋生物的威胁要小得多，但甚至声污染对具有地震敏感性的海洋动物如濒临灭绝的蓝鲸构成威胁鲸鱼．

一旦勘探队发现海底石油储量会发生什么?现在是时候标记GPS坐标，放置浮标并获得政府租约开始勘探钻探，看看你有什么发现。

你可以整天向海底发送冲击波，但最终如果你想知道你手上是否有潜在的喷涌，你就必须钻一点。为了完成这项工作，石油公司派出一个移动钻井平台在现场进行勘探钻井。其中一些平台是船载的，但其他平台必须由其他海船拖到钻井现场。

一个勘探钻机通常会钻四个临时的油井在一个可疑的矿床上，每一个都需要60到90天才能完成。地质学家最初通过钻探来获得核心样品．原理就像你把一个空心圆筒塞进生日蛋糕里，然后把它拿出来一样。然后，你就可以检查这个圆柱体，发现蛋糕内部有哪些不同的糖霜和蛋糕层。会有冰淇淋吗?这是一种不用切一整片就能找到答案的方法。

当然，石油地质学家并不指望有冰淇淋。他们在寻找石油的迹象，他们称之为显示．一旦出现异常，钻井就会停止，地质学家会进行额外的测试，以确保油液的质量和数量足以证明下一步的行动是正确的。如果是这样，他们就会钻更多的井来证实这一发现。

一旦地质学家确定了一个石油矿床的价值，就该钻探了生产井并开始收获财富。一口井的平均寿命在10到20年之后就不再有利可图了，所以海上生产平台的建设要考虑到长期的使用。这些平台通常使用金属和混凝土基础或缆绳直接固定在海底。正如你所想象的那样，在整个钻井过程中，无论地震有多严重，钻井平台都必须尽可能保持不动天气变成了。

一个平台可以拥有多达80口井，尽管不是所有的井都是直下的。定向钻井允许石油平台将生产井以一定角度沉入海底，以到达距离钻井地点数英里外的沉积物。如果你看过2007年的电影《将会有。血，那么你可能知道这就是“我喝你的奶昔!”的方法。在影片中，一个留着胡子的疯狂石油商吹嘘说，通过定向钻井，他成功地将附近一块土地下的石油全部抽干。这个问题也出现在海上钻井行业。例如，在加利福尼亚州，如果州政府能够证明邻近联邦水域的油井正在消耗加州拥有的石油储备，就有权钻探新油井。

即使在油井枯竭之后，海上生产平台作为附近其他石油平台的中心枢纽，也往往能获得新生。其他平台则将石油管道输送出来，用于加工和/或储存。

所以你花了几百万来建造你的石油钻塔。现在是时候忙着喝离岸奶昔了。

你已经建立了你的数百万-美元海上钻井平台，在你脚下数英里处，蕴藏着巨大的未开发石油矿藏。海底钻探面临的挑战是将所有宝贵的石油和天然气从A地转移到B地，同时不丢失和污染海洋。你怎么挖地道进去地球没有水是流进洞里，还是所有的石油都涌进海里?

为了保证钻井精度，工程师们用电缆将钻井现场与平台连接起来海底钻井模板．在非常基本的级别上，这与您可能用于跟踪模式或模板的目的相同雕刻一个南瓜灯设计成一个南瓜。虽然钻井模板的设计可能会因海底条件的不同而有所不同，但它基本上就像一个大的金属盒子，上面有孔，用来标记每口生产井的位置。

由于生产井通常需要深入地壳几英里，钻机本身主要是由多根30英尺(9.1米)长的钻杆拧在一起组成，称为一根钻杆钻柱．在这方面，它们很像帐篷的柱子。平台上的转盘使钻柱旋转，在另一端，钻头磨穿地面。钻头通常由嵌入工业金刚石的旋转钻头或三个带钢齿的旋转互锁钻头组成。在到达油层的几周或几个月时间里，钻头可能会变钝，需要更换。在平台和海底之间，所有这些设备都通过一根叫做海洋立管．

随着钻孔深入地下，作业人员不断向井下输送钻井泥浆下至钻头，然后流回平台。这种粘稠的液体由粘土、水、重晶石和特殊化学物质的混合物组成。钻井泥浆润滑钻头，密封井壁，控制井内压力。此外，当钻头粉碎岩石时，产生的碎片悬浮在泥浆中，并以上升回流的方式离开井。在地面上，循环系统在将泥浆送回井中之前对其进行过滤。

钻井泥浆是抵御地下高压的第一道防线，但井中液体井喷的风险仍然很高。为了处理这些事件，石油公司安装了一个防井喷系统（防喷器)在海底。如果被加压的石油和天然气涌出井中，防喷器将用液压阀和闸板密封井。然后，它将把汹涌的井液重新输送到专门设计的遏制系统中。

钻井过程本身是分阶段进行的。最初的表面的孔它直径约18英寸(46厘米)，从几百英尺到几千英尺不等。在这一点上，工程师取出钻柱，并将称为套管．一旦固定到位，这个导线管在孔内设置屏障，防止泄漏和塌陷。下一阶段，一个12英寸(30厘米)的钻头将把井挖得更深。然后，再次取下钻柱表层套管可安装。最后，一个8英寸(20厘米)的钻头钻进了石油矿床的剩余部分。最后一段叫做井底，并内衬中间套管．在整个过程中，一种叫做封隔器沿井向下流动，靠墙扩张以确保所有东西都被密封。

在下一节中，我们将沿着油井深入到石油本身。

一旦钻头钻到石油，最后一个被称为生产套管一直到竖井的底部。这部分套管的末端是一个固体盖，将油井与周围的石油隔离开来储层．一旦你终于到达了它，就把它密封起来似乎有点奇怪，但我们的目标不仅仅是把加压的石油和天然气排到地面上，而是控制它的流动。工程师们往下投放炸药，在不同的深度穿孔生产套管，使石油进入油井。这使得石油和天然气在更小的压力下到达地表，而不是像爆破间歇泉一样。

最初，来自地下石油储层的自然压力足以将流体和气体推到地面。然而，最终压力下降，就需要使用泵或注入气、油或水来将石油带出地面。通过添加水或者将气体输送到储层，工程师就能够提高储层压力，使石油再次上升。在某些情况下，压缩空气或蒸汽输送到井中加热剩余的石油，这也增加了压力。

如果从油井里出来的是纯石油，那么现在就只是把它装进桶里的问题。但通常情况并非如此，这就是为什么海上钻井平台通常也拥有完整的生产设施。上升到平台的液体是原油、天然气、水和沉积物。大多数石油精炼是在陆上进行的，但石油公司有时会使用改装的油轮在海上处理和储存石油。在精炼之前，这个过程会去除石油中不需要的物质。

天然气分为两类:湿天然气和干天然气。湿天然气含有各种蒸发液体，这些必须过滤掉才能运输到其他地方。干天然气另一方面，美国没有这些污染物。在这一点上，海底管道和油轮将分离的石油和天然气运输到岸上的储存和处理厂。

最终，一口井要么会枯竭，要么进一步开发的成本将超过潜在的未来利润。当这种情况发生时，石油公司就会封堵并弃井。此时，操作人员将平台从系泊处移走(如有必要，可携带炸药)，然后重新安置或将其拖回岸边回收。潜水员随后在海底表面下切断了油井套管，并用混凝土将其密封。然而，在某些情况下，部分石油钻井平台仍然存在，并慢慢被海洋生物占据。

在下一节中，我们将看看目前使用的各种石油平台。

在勘探钻井阶段，目标很简单:进入，发现是否有石油，然后转移到下一个地点。如果一个地方被证明是繁荣的，那么公司可以引入一个更永久性的结构。但在工作人员评估地点的几个月里，一个移动钻井平台以最小的投资为团队提供了所需的一切。自升式钻井平台是最常见的钻井平台，其建造成本通常在1.8亿美元至1.9亿美元之间。海外杂志］．移动式钻井平台有五种。

钻井船:多用于非海洋浅层钻井水域在美国，这个平台就像它听起来的样子:一艘装有钻井设备的浮动驳船。拖船将平台拖到现场，在那里用锚固定。然而，考虑到钻井驳船基本上只是漂浮在水面上，它们只适合平静的水域。

自升式这个钻机类似于钻井驳船，但有一个例外。一旦这个平台到达钻井现场，它可以将三到四条巨大的腿放入水中，直到触底。在这一点上，他们把平台抬出水面。这为钻井提供了一个更加稳定的环境，因为支腿可以使平台在大风中保持稳定，并将平台提升到俯仰波浪之上。然而，这种设计也有其局限性，因为更深的水域需要不切实际的大腿。

潜水钻机这个钻井平台结合了钻井驳船和自升式平台的一些特性。只有在这种情况下，生产设施是用高跷架起的，高出浮筒式驳船数百英尺。到达钻探现场后，船员们洪水驳船满载着水。驳船下沉，直到停靠在海底或湖底，而平台则通过高跷保持在水面之上。实际上，工作人员将钻机下沉，以便将其固定。当钻机搬迁时，工作人员将水从驳船中抽回，使驳船浮回水面，并将支撑平台推回空中。和自升式平台一样，这个平台仅限于浅水。

半潜式钻井平台这个平台很像一个潜水平台，除了它是为在更深的水域工作而设计的。它并没有下沉，直到底部船体沉到海底(在较深的水域，会淹死所有人)，而是简单地让足够的水进入，降低到合适的工作高度。下部船体的重量只是稳定钻井平台，而巨大的锚将其固定在适当的位置。

钻井船这本质上是一艘远洋船，你猜对了，中间有一个钻井平台。钻柱通过一个管道延伸到海底月亮洞．钻井船在非常深的水域作业，经常要经受恶劣的海况。他们使用动态定位设备保持与钻孔位置一致。该设备使用卫星信息和海底钻井模板上的传感器来跟踪钻井位置。利用这些数据，电动马达在船体的底部不断移动船，以保持它与井对齐。

当这些临时平台需要迁移时，真正的大型钻机就会出现。在下一页中，我们将介绍不同类型的海上生产平台。

一旦勘探钻井阶段结束，地质学家确定石油储量值得花费巨额费用，石油公司就准备建立海上生产平台。这些钻井平台的设计寿命为几十年，通常远离陆地，在一些最恶劣的环境中水域在地球．

施工人员通常在附近海岸建造平台，然后根据需要将其运输到钻井现场。这些船只的生产成本通常在数亿美元美元．目前有七种不同类型的海上平台。

固定平台:该平台设计以最直接和最工业化的方式解决了海上钻井的挑战。需要将生产设施固定在钻井现场上方的位置?为什么不建造一座巨大的钢筋混凝土塔，然后把你的钻井平台安装在上面呢?为了充分理解建造这个水下结构的材料数量，考虑到他们在1500英尺(457米)或更低的深度工作——这只比芝加哥的西尔斯大厦高一点。这些平台非常稳定，尽管混凝土底座甚至没有连接到海底。由于上面的所有重量，它只是停留在原地。然而，在深度超过1500英尺时，由于材料成本的原因，这种设计开始变得更加不切实际。

兼容的塔:这些钻机采用了固定平台的基本思想，使其能够在1500英尺至3000英尺(457米至914米)的深度作业。该设计依靠较窄的钢和混凝土塔来实现这一目标。虽然固定平台的设计是刚性的，但柔性塔的设计可以随着风和海水的压力，甚至飓风的压力而摇摆和移动。在这方面，它们很像现代摩天大楼，它们是为了随风摇摆而建造的。

海星平台:海星平台基本上是我们上一节谈到的半潜式设计的放大版。生产设施位于一个塔上的大型潜水船体上。当下层船体充满水时，它下沉到较低的深度，提供稳定性，同时保持设施的高度和干燥。然而，“海星”不是用巨大的锚固定住它，而是用缆绳连接到海底张力腿．这些长长的空心管在任何时候都保持刚性，防止平台上的任何上下运动。它的腿足够灵活，可以左右移动，这有助于吸收海浪和风的压力。这些平台的作业深度为500 - 3500英尺(152 - 1067米)，通常用于开发深水中的小型水库。

跳到下一页，了解其余四种类型的海上生产平台。

在上一节中，我们研究了一些海上生产平台，这些平台可以让石油公司到达3,500英尺(1067米)深的钻井地点。但是在世界的海洋下面有大量的石油，而且有很多开采石油的方法。其中一些设计完全抛弃了传统的石油平台概念，而另一些设计则将上一部分的设计提升到更大的比例。

浮式生产系统这些平台可以采用浮动半潜式平台或钻井船的形式。他们设计的基本理念是，一旦钻井完成，大部分生产设备可以安装在海底，石油通过柔性泵送到地面设施立管．与此同时，平台或船舶通过锚或动态定位系统保持在一定位置。这种方法可以让石油公司达到6000英尺(1829米)的深度。

张力腿平台:这个平台本质上是海星平台的特大号版本，除了张力腿从海底延伸到平台本身。它经历了更多的水平运动和一定程度的垂直运动，但它允许石油公司在水深达7000英尺(2134米)的地方钻探，远超水下1英里(1.6公里)。

水下系统:这种方法采用了将井口安装在海底的想法，并将其应用到更深的深度——7,000英尺(2,1334米)或更深。一旦地面平台钻完井，自动化系统就会通过立管或海底管道将石油和天然气输送到生产设施。

Spar平台最后，如果你绝对需要在10,000英尺(3048米)深的地方钻一个洞，那么spar平台就是你的石油钻井平台。在这种设计下，钻井平台位于一个巨大的空心圆柱形船体之上。圆柱体的另一端下降到海洋深处约700英尺(213米)。当圆筒停在离海底很远的地方时，它的重量稳定了平台。一个由绷紧的电缆和线路组成的网络从圆柱体延伸出来，将它固定在海底，这就是所谓的横向悬链线系统．钻柱沿着圆柱体内部向下延伸，一直延伸到海底。

随着技术的进步和现有石油储量的减少，勘探将继续深入地下深处。更深的水域和更深的油井的结合将给石油公司带来更大的挑战。

虽然技术在海上钻井中发挥着至关重要的作用，但这些大型建筑也是大量工人的家园。在下一节中，我们将看看石油钻塔上的生活。

海上生产平台可能是现代工程的奇迹，但没有一个有价值的石油是在没有大量人力劳动的情况下从井里出来进入炼油厂的。事实上，大型石油钻井平台通常会雇佣100多名工人来维持平台的运行。由于许多钻井平台远离城市和海岸，员工(从工程师、地质学家到潜水员和医生)一次要在这些巨大的建筑上生活数周。

在海上钻井平台上工作当然有利有弊。从好的方面来看，薪水和福利通常都很不错，当员工们不在工作的时候，他们通常可以享受很长的休息时间。员工们将在钻井平台上工作一到两周，然后在家呆一到两周。然而，不利的一面是，当他们在海上时，他们每周工作7天，每天工作12小时。离家几周会给员工的家庭生活带来压力，因为他们一年有一半的时间都不在家里。

为了帮助解决这些问题，石油公司经常投入大量精力为近海工人提供舒适的生活条件。在许多情况下，宿舍与大型游轮上的宿舍相当——有私人房间，卫星电视甚至还有健身房、桑拿和娱乐设施。的食物机上服务也高于平均水平，而且24小时都可以使用。毕竟，石油钻塔上的工作是不分昼夜的，员工的工作时间是白班和夜班。直升机和船只将石油钻塔日常生活所需的大部分物资运来，通常是在波涛汹涌的天气条件下。

不过，石油钻塔也不全是按摩浴缸和自助餐厅。在生活区之外，石油钻塔上的生活是不断遭遇潜在的致命条件。石油钻井平台的业务可以归结为从地球中提取极其易燃的液体，用巨大的火焰喷射将其中一些液体燃烧掉，并从提取的石油中分离出剧毒的硫化氢气体。最重要的是，工人们必须处理所有与操作危险机器和在大风、暴风雨条件下在高空工作有关的典型危险。

为了应对这些危险，石油公司利用广泛的培训计划，学习如何在公海上安全使用挥发性物质。这些措施不仅有助于保护其员工的生命安全，而且还保护了他们在建造和维持海上生产平台方面的巨大财务投资。

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