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| 編輯推薦： |
1.丛书编写材料来源于国家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程技术”，由中海油研究总院有限责任公司牵头，联合国内海洋工程领域40余家企业和科研院所共同完成。
2.丛书由国家科技重大专项 “海洋深水油气田开发工程技术（一期）”项目组长曾恒一院士担任主编，由“海洋深水油气田开发工程技术（二、三期）”项目组长谢彬和李清平担任副主编，由 “深水钻完井工程技术”、“深水平台技术”、“水下生产技术”、“深水流动安全保障技术”“深水海底管道和立管技术”5个课题组长担任分册主编。
3. 丛书集中体现海洋深水油气开发工程平台自“十一五”到 “十三五”国家科技重大专项研究所获得的成果，关键技术来源于工程项目需求，研究成果成功应用于工程项目，创新性研究成果涉及设计技术、实验技术、关键装备/设备、智能化监测等领域，是产学研用一体化研究成果的集中体现，契合国家海洋强国发展战略和创新驱动发展战略。
4.丛书为国家出版基金项目。
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| 內容簡介： |
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本专著通过介绍世界和我国深水油气田开发工程装备和技术现状，以及我国深水油气田开发工程装备和技术发展历程，结合我国南海及海外深水油气田开发的实际需求，分析了我国南海深水油气田开发面临的挑战，然后分别归纳和总结了深水油田和气田开发工程工程模式、工程模式选择的原则等，基于我国南海深水油气田开发工程模式所需的关键装备和技术，结合深水油气田开发工程的特点，分别从深水钻完井、深水平台、水下生产系统、深水流动安全保障、深水海底管道和立管、浮式钻井生产储卸油装置、深水油气田开发应急救援等进行介绍，分别介绍每种关键装备和技术的组成、特点、选用原则、设计/实验技术等相关内容。
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| 關於作者： |
丛书主编曾恒一，中国工程院院士，主持设计我国代自升式钻井平台，获首届国家科技进步二等奖；主持设计我国艘新型单点系泊浮式生产储油船，获国家科技进步一等奖；主持我国艘，也是世界的第六代、3000米水深半潜式钻井平台——“海洋石油981”的前期研究与概念设计，获国家科技进步特等奖集体奖。主持国家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程技术”项目。获“中国工程设计大师”称号。
主编谢彬，中国海油技术专家，曾担任海洋石油工程股份有限公司副总工程师，现任中海油研究总院有限责任公司技术研发中心主任，享受国家政府津贴专家。从事海洋工程设计与研究近30年，先后参与20余项海上油气田开发工程建设，主持了几十座海上平台的结构设计和10余项海洋工程方面的研究项目。作为项目负责人，负责了3000米深水半潜式钻井平台——“海洋石油981”前期研究和概念设计。作为“十二五”“十三五”国家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程技术”的项目长，牵头主持了国内深水油气田开发工程技术研究，研究成果成功应用于中国海油在南海荔湾3-1气田群、流花油田群和陵水深水气田群油气田开发工程项目。
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| 目錄：
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第 1章 深水油气田开发工程技术概述 ………………………1
1.1世界深水油气资源开发现状 ……………………………………………………… 3
1.2我国深水油气资源开发现状 ……………………………………………………………… 4
1.3 世界深水油气田开发工程装备和技术现状 ……………………………………… 5
1.4 我国深水油气田开发工程装备、技术发展历程和现状分析 ………………… 7
1.4.1 深水勘探装备和技术 …………………………………………………… 9
1.4.2 深水钻井装备和技术 ………………………………………………… 12
1.4.3 深水施工作业装备和技术 …………………………………………… 16
1.4.4 深水油气田生产装备和技术 ………………………………………… 20
1.4.5 我国深水应急救援装备和技术 ……………………………………… 30
1.5 我国南海深水油气田开发面临的挑战 ……………………………………… 34
1.6 展望 …………………………………………………………………………… 35
第 2 章 深水油气田开发的典型工程模式 …………………………………………… 37
2.1 深水油田开发的典型工程模式 ………………………………………………… 39
2.1.1 干式井口为主的深水油田开发典型模式 ……………………………… 39
2.1.2 湿式井口为主的深水油田开发典型模式 …………………………… 40
2.2 深水气田开发的典型工程模式 …………………………………………… 46
2.2.1 干式井口为主的深水气田开发典型模式 …………………………… 46
2.2.2 湿式井口为主的深水气田开发典型模式 ………………………… 47
2.3 深水油气田开发工程模式选择的原则 ……………………………………… 54
2.4 展望 …………………………………………57
第 3 章 深水钻完井工程技术与装备 ………………………………………59
3.1 深水钻采装备及设施 …………………………………………………61
3.1.1 深水钻井平台 …………………………………………………………… 61
3.1.2 隔水管与防喷器系统 ………………………………………………………… 64
3.1.3 水下井口和水下采油树系统 ……………………………………… 66
3.1.4 压力控制系统 ……………………………………………………………… 70
3.1.5 深水弃井工具 …………………………………………………………………… 71
3.1.6 连续循环钻井系统 ………………………………………………………… 75
3.1.7 智能完井井下流量控制系统 ………………………………………… 76
3.2 深水钻井工程设计 ………………………………………………………………… 78
3.2.1 表层地质灾害预测 ………………………………………………… 78
3.2.2 表层钻井作业工艺 ………………………………………………………………………79
3.2.3 深水地层压力预测技术 ……………………………………………………… 80
3.2.4 深水钻井水力学设计技术 …………………………………………… 82
3.2.5 深水钻井井涌和井控技术 ……………………………………………………… 83
3.3 深水完井测试技术 …………………………………………………………… 83
3.3.1 深水完井策略 …………………………………………………83
3.3.2 深水测试策略………………………………………………………………………86
3.3.3 完井测试的设计要求 ……………………………………………… 86
3.3.4 完井测试现场工艺 …………………………………………………………… 87
3.4 深水钻井液和固井水泥浆体系 ……………………………………………… 89
3.4.1 深水环境对钻井液水泥浆的影响 ……………………………… 89
3.4.2 深水钻井液体系设计原则 ………………………………………………… 89
3.4.3 深水固井水泥浆体系设计 ………………………………………………… 89
3.5 救援井技术 …………………………………………………………………… 90
3.6 展望 ………………………………………………………… 91
第4章 深水平台工程技术 ……………………………………………………………93
4.1 深水平台类型及特点 ………………………………………………………… 95
4.1.1 传统平台 ……………………………………………………………………… 95
4.1.2 新型平台 …………………………………………………………………… 100
4.2 深水平台选型原则 ……………………………………………………………… 102
4.3 深水平台关键技术 …………………………………………………………………… 104
4.3.1 总体系统布置与规划设计 ………………………………………………… 104
4.3.2 总体性能 ……………………………………………………………… 106
4.3.3 结构强度分析 ………………………………………………………… 110
4.3.4 平台稳性 …………………………………………………………………… 114
4.3.5 定位系统 …………………………………………………………… 115
4.3.6 模型试验 ……………………………………………………………………… 118
4.3.7 建造和安装 ………………………………………………………… 120
4.3.8 平台弃置 …………………………………………………………… 124
4.4 展望 ………………………………………………………………………………………125
第5 章 水下生产系统技术与设备 …………………………………………………… 127
5.1 水下生产系统设计技术 …………………………………………………………… 129
5.2 水下生产系统关键设备 ……………………………………………………… 130
5.2.1 水下采油树 ………………………………………………………………… 130
5.2.2 水下控制系统 ……………………………………………………… 131
5.2.3 水下脐带缆 …………………………………………………………………134
5.2.4 水下管汇 …………………………………………………………… 135
5.2.5 水下阀门及执行机构 …………………………………………………… 138
5.2.6 水下连接器 ………………………………………………………… 140
5.2.7 水下多相流量计 ………………………………………………………………… 142
5.2.8 水下变压器 ………………………………………………………………144
5.2.9 水下生产系统集成测试技术 …………………………………… 146
5.3 展望 …………………………………………………………………………… 147
第 6章 深水流动安全保障技术 …………………………… 149
6.1 海底多相流动安全设计技术 ………………………………………………… 152
6.1.1 设计规范、标准及相关模拟软件 …………………………………… 152
6.1.2 海底多相流混输管道的流动安全设计技术 ……………………… 153
6.2 海底多相管道内流动规律及段塞预测技术 ………………………………… 155
6.2.1 两相及多相流流型研究现状 …………………………………………… 155
6.2.2 段塞流理论预测模型研究现状 ……………………………………… 158
6.3 海底多相管道内蜡沉积规律及预测技术 …………………………………… 158
6.3.1 蜡沉积机理及其影响因素 ………………………………………… 159
6.3.2 蜡沉积预测模型 ……………………………………………………… 160
6.3.3 蜡沉积测试方法 ……………………………………………………………… 161
6.4 海底多相管道内水合物防控技术 …………………………………………… 162
6.4.1 天然气体系中水合物堵塞的机理 ……………………………………… 162
6.4.2 水合物生成预测方法 ……………………………………………… 163
6.4.3 海底油气混输管道水合物控制 ……………………………………… 163
6.4.4 海底油气混输管道水合物堵塞解堵 ………………165
6.5 流动安全处理工艺技术 …………………………………………………………… 166
6.5.1 水下增压技术 ………………………………………………………… 166
6.5.2 水下分离技术 ……………………………………………………… 167
6.6 海底多相流动安全实验技术 ………………………………………………… 168
6.6.1 国内外研究现状 ………………………………………………… 168
6.6.2 水合物实验技术 ………………………………………………… 169
6.6.3 蜡沉积环道实验技术 ……………………………………………………… 169
6.6.4 段塞流实验技术 ……………………………………………………… 170
6.6.5 多相腐蚀实验技术 ……………………………………………… 170
6.7 海底多相管道内流动监测技术 ……………………………………………… 171
6.7.1 虚拟计量技术 ……………………………………………………… 171
6.7.2 泄漏检测、监测技术 ……………………………………………………………172
6.7.3 流动管理技术 ………………………………………………………………173
6.8 展望 ……………………………………………………………………………… 175
第7章 深水海底管道和立管工程技术 …………………………177
7.1 深水海底管道和立管类型 ……………………………………………………… 181
7.1.1 深水海底管道类型 …………………………………………………… 181
7.1.2 深水立管类型 ……………………………………………………… 185
7.2 深水海底管道和立管设计…………………………………………………………… 195
7.2.1 深水海底管道设计 ……………………………………………………… 195
7.2.2 深水立管设计 ……………………………………………………… 197
7.3 深水海底管道和立管铺设 …………………………………………199
7.4 深水海底管道和立管检测和监测技术 ………………………………………………… 205
7.4.1 海底管道超声导波检测 …………………………………………… 206
7.4.2 水下结构气体泄漏监测系统 ……………………………………… 208
7.5 展望 …………………………………………………………………………… 210
第 8 章 浮式钻井生产储油卸油装置关键技术与装备 ………………………………… 211
8.1 发展现状与应用模式 ……………………………………………………………… 213
8.1.1 发展现状 ……………………………………………………………… 213
8.1.2 FDPSO相关船型/结构 ………………………………………………… 216
8.1.3 应用模式 ………………………………………………………………………… 218
8.2 设计基础……………………………………………………………………… 221
8.2.1 功能要求 ……………………………………………………………… 221
8.2.2 环境因素 …………………………………………………………… 222
8.2.3 标准规范 …………………………………………………………………… 224
8.2.4 主要设计参数 ………………………………………………………… 225
8.3 总体设计……………………………………………………………………… 227
8.3.1 船型选择 ………………………………………………………………… 227
8.3.2 总体布置 …………………………………………………………………… 227
8.3.3 重量重心控制 ……………………………………………………… 230
8.3.4 外输系统设计 ………………………………………………………… 231
8.3.5 总体性能设计 ……………………………………………………… 232
8.4 关键系统设计 …………………………………………………………………… 235
8.4.1 定位系统设计 …………………………………………………………… 235
8.4.2 结构设计 …………………………………………………………… 238
8.4.3 钻井系统设计 ………………………………………………………… 240
8.4.4 工艺处理系统设计 …………………………………………………… 242
8.4.5 辅助系统设计 ……………………………………………………………………… 243
8.5 展望 ……………………………………………………… 244
第9 章 深水油气田开发典型事故与应急救援装备和技术 …………………………247
9.1 深水油气田开发典型事故案例……………………………………………… 249
9.1.1 井喷事故案例——”深水地平线”事故 …………………………… 249
9.1.2 操作因素引起的典型事故案例 ………………………………………… 254
9.1.3 恶劣天气引起的典型事故案例 ……………………………………… 256
9.1.4 操作因素＋恶劣天气引起的典型事故案例——Big Foot TLP安装事故 ……………………………………………………………………… 258
9.2 深水油气田开发工程应急救援装备和技术 …………………………………… 259
9.3 深水钻完井井喷应急救援装备和技术 ………………………………………… 262
9.4 展望 ………………………………………………………………………………… 269
参考文献………………………………………………271
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| 內容試閱：
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近年来，我国油气消费持续刚性增长，油气生产供应保障能力不足，石油和天然气 对外依存度逐年攀升，２０１９年分别达到７０．８％和４５．２％，能源安全形势日趋严峻。随 着我国陆上油气资源开发程度的逐步提高，向深层、深水和非常规等领域拓展成为推进 油气增储上产、增强能源安全的必然选择。
我国南海资源丰富，是世界四大油气聚集地之一，石油地质储量约３５０亿ｔ（占全国 １／３），其中７０％蕴藏于水深大于３００ｍ的深水区。南海深水油气资源已成为我国油气 储量和产量的主要接替区，加快我国南海深水油气田开发的步伐对保障国家能源安全、 发展海洋经济、建设海洋强国和维护海洋权益具有重要意义。
习近平总书记在全国科技“三会”上提出“深海蕴藏着地球上远未认知和开发的宝 藏，但要得到这些宝藏，就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术”，因 此有必要加快南海深水能源资源开发。“十五”以来，在科技部、发改委和工信部等持续 支持下，我国深水油气资源勘探开发重大装备和技术实现了零的突破；在深水油气方面 建立了以“奋进号”“海洋石油２０１”为代表的“五型六船”深水工程作业船队。目前南海 深水油气勘探开发主要集中在南海北部，且勘探开发程度不到１０％，而南海中南部油气 资源量为北部的３～４倍，我国至今还没打出一口井。我国的深水油气田开发工程技术 与国外先进水平相比，仍存在较大差距。为缩短差距，我国自２００８年启动了国家科技 重大专项“海洋深水油气田开发工程技术”项目，该项目由中海油研究总院有限责任公 司（简称“中国海油”）牵头，联合国内海洋工程领域知名的４８多家企业和科研院所组成 了１２００人的产学研用一体化研发团队，开展海洋深水油气田开发工程关键技术的系统 性研究。“海洋深水油气田开发工程技术”项目历经“十一五”到“十三五”科技攻关，取 得了海洋深水油气田开发工程关键技术的突破，构建了具有自主知识产权的深水油气 田开发工程设计技术体系，建成了一批深水工程实验系统并形成实验技术，研制出一批 具有自主知识产权的深水工程水下设备及产品，研制了四类深水工程设施监测系统并 成功实施现场监测，基本实现了深水工程关键技术的体系化、设计技术的标准化、关键 设备和产品的国产化、科研成果的工程化等“四化”目标，培养和建立了一支引领国内深 水工程技术发展的研发队伍，使我国初步具备了自主开发１５００ｍ深水大型油气田的工 程技术能力，为我国深水油气田的开发和安全运行提供了技术支撑和保障。
目前，国内虽然有海洋工程领域相关专业技术书籍，但尚没有系统介绍深水油气田 开发工程关键系统的专业著作。本书基于我国南海深水油气田开发工程模式所需的关 键装备和技术，结合深水油气田开发工程的特点，从深水钻完井、深水平台、水下生产系 统、深水流动安全保障、深水海底管道和立管、浮式钻井生产储油卸油装置、深水油气田 开发应急救援等方面，分别介绍每种关键装备和技术的组成、特点、选用原则、设计／实 验技术等相关内容。
本书内容基于中国海洋石油集团有限公司深水工程重点实验室自２００４年成立以 来以及国家能源深水油气工程技术研发中心自２０１３年成立以来依托各类科研生产项 目取得的成果，这些成果得到了“十一五”国家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程 技术 （一 期）”项 目 （２００８ＺＸ０５０２６）和 课 题 （２００８ＺＸ０５０２６ １、２００８ＺＸ０５０２６ ２、 ２００８ＺＸ０５０２６ ３、２００８ＺＸ０５０２６ ４、２００８ＺＸ０５０２６ ５、２００８ＺＸ０５０２６ ６）、“十二五”国 家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程技术（二期）”项目（２０１１ＺＸ０５０２６）和课题 （２０１１ＺＸ０５０２６ １、２０１１ＺＸ０５０２６ ２、２０１１ＺＸ０５０２６ ３、２０１１ＺＸ０５０２６ ４、２０１１ＺＸ０５０２６ ５、 ２０１１ＺＸ０５０２６ ６）、“十三五”国家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程技术（三期）” 项目（２０１６ＺＸ０５０２８）和课题（２０１６ＺＸ０５０２８ １、２０１６ＺＸ０５０２８ ２、２０１６ＺＸ０５０２８ ３、 ２０１６ＺＸ０５０２８ ４、２０１６ＺＸ０５０２８ ５、２０１６ＺＸ０５０２８ ７）等项目的资助支持。
本书由谢彬和喻西崇主编并统稿；喻西崇负责编写第１章和第２章，袁俊亮负责编 写第３章，韩旭亮负责编写第４章，闫嘉钰负责编写第５章，姚海元负责编写第６章，张 恩勇负责编写第７章，刘健负责编写第８章，殷志明和冯加果负责编写第９章；谢彬、洪 毅、郭宏、曹静、李清平、许亮斌、谢文会、王世圣等负责校对工作。
由于作者水平有限，书中不妥之处恳请读者和专家批评指正。
作 者 ２０２０年１０月
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