1. 钻井船工作原理

海底石油的生产过程一般分为勘探和开采两个阶段。海上勘探原理和方法与陆地上勘探基本相同，也分普查和勘探两个步骤。方法是以地球物理勘探法和钻井勘探法为主，其任务是探明油气藏构造、含油面积和储量。普查是从地质调查研究入手，主要通过地震、重力和磁力调查法寻找油气构造。在普查的基础上，运用地球物理勘探分析了解海底地下岩层分布、地质构造类型、油气圈闭情况，从而确定勘探井井位。然后，采用钻井勘探法取得地质资料，进行分析评价，确定该地质构造是否含油、含油量及开采价值。海底石油的开采过程包括钻生产井、采油气、集中、处理、贮存及输送等环节。海上石油生产与陆地上石油生产不同的是要求海上油气生产设备体积小、重量轻、自动化程度高、布置集中紧凑。一个全海式的生产处理系统包括：油气计量、油气分离稳定、原油和天然气净化处理、轻质油回收、污水处理、注水和注气系统、机械采油、天然气压缩、火炬系统、贮油及外输系统等。供海上钻生产井和开采油气的工程措施主要有以下几种。

1、人工岛，多用于近岸浅水中，较经济；

2、固定式采油气平台，其形式有桩式平台（如导管架平台）、拉索塔式平台、重力式平台（钢筋混凝土重力式平台、钢筋混凝土结构混合的重力式平台）；

3、浮式采油气平台，其形式又可分为可迁移式平台（又称活动式平台），如自升式平台、半潜式平台和船式平台（即钻井船）；不迁移的浮式平台，如张力式平台、铰接式平台；

4、海底采油装置：采用钻水下井口的办法，将井口安装在海底，开采出的油气用管线直接送往陆上或输入海底集油气设施。供开采生产的油气集中、处理、转输、贮存和外运的工程设施包括：1、装有集油气、处理、计量以及动力和压缩设备的平台；2、储油设施，包括海上储油池、储油罐和储油船；3、海底输油气管线；4、油气外运码头，包括单点系泊装置和常规的海上码头（有固定式和浮式两种）。

2. 钻井船工作原理图解

动力定位系统

(DynamicPositioningSystem)是一种闭环的控制系统，其采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不会随着水深增加而增加，并且操作也比较方便。

动力定位系统首先在海洋钻井船、平台支持船、潜水器支持船、管道和电缆敷设船、科学考察船、深海救生船等方面得到应用，其主要原理是利用计算机对采集来的环境参数（风、浪、流），根据位置参照系统提供的位置，自动地进行计算，控制各推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的“纹丝不动”。

3. 钻井设备原理

1　人工挖井方法

1973年出土于浙江余姚县的河姆渡古井是世界上目前已知的最古老的水井，经14C测定表明它是5700多年前的产物。

挖掘井阶段大约从远古到西周末年，我们的祖先用原始的工具，诸如石铲等手工挖井，井的深度很浅。在公元前15世纪前后我国的甲骨文中就出现有“井”字。

2　冲击钻井方法

冲击钻井方法经过了三个阶段，即顿钻大口井阶段、顿钻小口井（卓筒井）阶段和机械顿钻阶段。

1）顿钻大口井阶段

最初的顿钻设备，主要由“踩架”和井架组成。“踩架”上有碓板，碓板一端悬挂着钻头，它是直接钻凿岩石的工具；碓板另一端供人踩踏，使钻头反复上提、下顿，产生冲击运动。

2）顿钻小口井（卓筒井）阶段

从北宋开始，我国古代钻井技术又有了新的发展。一是顿钻大口井发展为顿钻小口井。当时把口径只有“碗口大小”的小口井称为卓筒井。

3）机械顿钻阶段

从19世纪中叶到20世纪初是用钢铁工具和设备，用蒸汽机作动力，进行冲击钻井的近代顿钻阶段，也称机械顿钻阶段。1842年，蒸汽动力用于石油钻井；1859年，德雷克使用蒸汽动力的绳式顿钻钻机钻出第一口具有商业开采价值的油井。绳式顿钻钻机此后独占主流，20世纪初被旋转钻机所取代。机械顿钻与卓筒井技术一脉相承，是在中国人的原创技术上，应用工业社会的成果发展起来的。

3　旋转钻井方法

石油钻井是在钻头上给所钻的地层加一定的压力，使钻头的牙齿嵌入地层，然后旋转钻头，利用旋转钻头的扭矩来切削岩石，并用循环的钻井液将岩屑带出井眼，以保证持续钻进。

石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，它的每一种设备和机构都是为有针对性地满足钻井过程中某一工艺需要而设置的，整套钻井设备由六个系统组成：

（1）动力系统。

钻井好像是一座流动性大的独立作业的小型工厂。钻机所需的各工作系统大多数是用柴油机作发动机，通过变速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井设备的。动力系统的作用是产生动力，并把动力传递给钻井泵、绞车和转盘。

（2）起升系统。

起升系统主要用来起升、下放或悬吊钻柱、套管柱等，主要完成起下钻、接单根和钻进时的钻压控制任务。这个系统主要由井架、天车、游车、大绳、大钩、吊环及绞车等组成。一般用最小的提升速度和最大的负载来确定提升系统的能力。

（3）旋转系统。

旋转系统主要由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆组成，主要功能是保证在洗井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下的其他要求。旋转系统还有接、卸钻柱和钻具的功能。

（4）循环系统。

钻机循环系统最主要的功能是在钻进中通过循环洗井液从井底清除岩屑、冷却钻头和润滑钻具。钻机循环系统主要包括钻井泵、钻井液净化装置（固相控制设备）和钻井液槽、罐等。整个循环系统的中心设备是钻井泵。

（5）气控系统。

气控系统主要包括控制面板（控制机构）、传输管线和阀门、执行机构（如气动离合器、气缸和气马达等）以及压风机等。气控系统的功能是确保对整个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致地工作。

（6）井控系统。

在整个钻井作业过程中，井控系统要对井下可能发生的复杂情况进行控制和处理，以恢复正常作业。井控系统包括四个主要部分：防喷器组、储能器机组和防喷器组遥控面板、节流管汇、压井管汇。

4. 钻井船的作用是什么

海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。可分为资源开发技术与装备设施技术两大部分，具体包括：围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电（光）缆工程，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程，以及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。

海洋工程的结构型式很多，常用的有重力式建筑物、透空式建筑物和浮式结构物。重力式建筑物适用于海岸带及近岸浅海水域，如海提、护岸、码头、防波堤、人工岛等，以土、石、混凝土等材料筑成斜坡式、直墙式或混成式的结构。透空式建筑物适用于软土地基的浅海，也可用于水深较大的水域，如高桩码头、岛式码头、浅海海上平台等。其中海上平台以钢材、钢筋混凝土等建成,可以是固定式的，也可以是活动式的。浮式结构物主要适用于水深较大的大陆架海域，如钻井船、浮船式平台、半潜式平台等，可以用作石油和天然气勘深开采平台、浮式贮油库和炼油厂、浮式电站、浮式飞机场、浮式海水淡化装置等。除上述3种类型外,近10多年来还在发展无人深潜水器，用于遥控海底采矿的生产系统。

海洋工程可分为海岸工程、近海工程和深海工程等3类。

海岸工程

海岸工程（coastal engineering）：自古以来就很受重视。主要包括海岸防护工程、围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海渔业设施工程、环境保护设施工程等。

近海工程

近海工程（offshore engineering）：又称离岸工程。20世纪中叶以来发展很快。主要是在大陆架较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程，和在大陆架较深水域的建设工程，如浮船式平台、移动半潜平台（mobile semi-submersible unit ）、自升式平台(self-elevating unit)、石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂、浮式飞机场等项建设工程。

深海工程

深海工程（deep-water offshore engineering）：包括无人深潜的潜水器和遥控的海底采矿设施等建设工程。

由于海洋环境变化复杂，海洋工程除考虑海水条件的腐蚀、海洋生物的污着等作用外，还必须能承受地震、台风、海浪、潮汐、海流和冰凌等的强烈自然因素，在浅海区还要经受得了岸滩演变和泥沙运移等的影响。

5. 深水井钻机工作原理

打深井机的工作方式是泵吸反循环式。其工作原理是：在大气压力的作用下，循环液由沉淀池经回水沟沿着井孔的环状间隙流到井底，此时转盘驱动钻杆，带动钻头旋转进行钻进，由泥浆泵抽吸建立的负压把碎屑泥浆吸入钻杆内腔；随后上升至水龙头，经泥浆泵排入沉淀池，沉淀后的循环液继续流入井孔，如此周而复始，形成了反循环的钻进工作。

6. 水井钻机原理

该答：千米定向钻机原理是利用设备配有合适的钻头和孔底泥浆马达，开动泥浆泵对准射击孔位置进行钻进，定向施工时，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切消岩或煤层，不断前进，每完成一次钻孔作业，检测孔的偏移量，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的钻孔导向曲线符合设计要求。

7. 钻井船工作原理图

超深海洋钻井平台的原理：借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。 　　超深海洋钻井平台的种类： 　　

1、坐底式钻井平台又称沉浮式或沉底式钻井平台，其上部和固定式钻井平台类似，其下部则是由若干个浮筒或浮箱组成的桁架结构，充水后，使钻井平台下沉坐于海底并处于工作状态，排水后，使钻井平台上浮可进行拖航和移位。坐底式钻井平台多用于水浅、浪小、海底较平坦的海区。 　　

2、自升式钻井平台是有多个（一般为3～4个）桩腿插入海底，并可自行升降的移动式钻井平台。自升式钻井平台基本由两部分组成，一部分是可以安放钻井设备、器材和生活区的平台，另一部分是可升降并可插入海底的桩腿。我国自行制造的自升式钻井平台“渤海一号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的高度有七十多米，升降装置是插销式液压控制机构。该型钻井平台造价较低、运移性好、对海底地形的适应性强，因而，我国海上钻井多使用自升式钻井平台。 　　

3、漂浮在海面上的钻井船。钻井船的排水量从几千吨到几万吨不等，它既有普通船舶的船型和自航能力，又可漂浮在海面上进行石油钻井。由于钻井船经常处于漂浮状态，当遇到海上的风、浪、潮时，必然会发生倾斜、摇摆、平移和升降现象，因此钻井船的稳定性是一个非常关键的问题。目前，海上钻井船的定位常用的是抛锚法，但该方法一般只适用于200m以内的水深，水再深时需用一种新的自动化定位方法。 　　

4、半潜式钻井平台其结构形式与坐底式钻井平台相似，上部为钻井的工作平台，下部为浮筒结构。它综合了坐底式钻井平台和钻井船的优点，解决了稳定性和深水作业的矛盾。钻井作业时，平台呈半潜状态漂浮在海面上，浮筒在海水下的20～30m处，受大海风浪的影响小，所以平台的稳定性比钻井浮船要好，钻井作业结束，排出水形成浮箱后可进行拖航，是目前海上钻井应用较广泛的一种石油钻井平台。

8. 深水钻井船

981是指海洋石油981深水半潜式钻井平台，简称“海洋石油981”，于2008年4月28日开工建造，是中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台，由中国海洋石油总公司全额投资建造，整合了全球一流的设计理念和一流的装备，是世界上首次按照南海恶劣海况设计的，能抵御200年一遇的台风。

    选用DP3动力定位系统，1500米水深内锚泊定位，入级CCS（中国船级社）和ABS（美国船级社）双船级。整个项目按照中国海洋石油总公司的需求和设计理念引领完成，中国海油拥有该船型自主知识产权。

  该平台的建成，标志着中国在海洋工程装备领域已经具备了自主研发能力和国际竞争能力。 中国海洋石油首座超深水半潜式钻井平台，也就2014年曾在西沙勘探的981钻井平台，获得2014年国家科技进步特等奖。