智能建筑综合雷电防护技术研究船舶与海洋工程技术的发展与展望 内容摘要近 20 年来，海洋开发领域由近海向远海、由浅海向深海不断推进，新的可开发资源不断发现，海水淡化在沿海一些严重缺水国家的饮用水供应中发挥着越来越重要的作用。这归根结底都是海洋工程技术迅猛发展的结果。目前，在海洋工程领域，已形成了以海洋资源勘探开发技术、海底深潜技术、海水淡化技术等海洋工程技术为主的市场导向型海洋技术体系。由此，海洋工程设备的性能不断强化、新功能不断显现，海水淡化技术和生产能力不断获得新的突破。 关键词：船舶与海洋工程技术；发展；展望I 船舶与海洋工程技术的发展与展望 参考文献[1] 李润培.深海平台技术的研究现状与发展趋势.中国海洋平台，2003．[2] 栾苏.半潜式海洋钻井平台的发展.石油矿场机械，2008.[3] 田志定. 大功率中压柴油发电机组的研发和应用. 船舶，2008.[4] 黎南.高性能船舶动力定位系统技术分析．热能动力工程，2005．[5] 付军强.海上可移动式钻井装置发展综述与展望．中国海洋平台，2003．[6] 廖谟圣.国外超水深钻采平台的发展给我们的启迪．中国海洋平台，2003．8 船舶与海洋工程技术的发展与展望 目 录内容摘要............................................................................................................................I引 言................................................................................................................................11 钻井平台技术...............................................................................................................22 海洋钻井船、工程作业船及辅助船的技术...............................................................33 海洋工程的关键系统和配套设备技术.......................................................................44 海洋工程的展望...........................................................................................................54.1 海洋油气勘探的新技术...................................................................................54.2 海洋油气开发的新技术...................................................................................54.3 深海油气田的水下生产系统.............................................................................55 结论...............................................................................................................................7参考文献...........................................................................................................................8 船舶与海洋工程技术的发展与展望 引 言在经历了 20 世纪 70 年代的石油危机后，能源战略备受世界各国重视，除了积极发展替代能源外，运用高科技寻找并开发新油田成为各国能源战略重点。在面对陆地以及近海油气资源逐渐减少甚至枯竭，而全球能源需求却日益增长的形势下，世界各国将油气资源开发的重点投向了本国深海油田。在“十二五”规划中海洋工程装备列为国家重点发展的产业之一，要振兴海洋工程装备产业，主要从三个方面实现关键技术的突破:1) 海洋钻井平台技术；2) 海洋钻井船、工程作业船及辅助船的技术；3)关键系统和配套设备技术。1 船舶与海洋工程技术的发展与展望 1 钻井平台技术半潜式海洋钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作业效率等特点，其在深海能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势。半潜式钻井平台的设计技术含量极高。目前承建半潜式钻井平台的公司主要有新加坡的吉宝公司和 SembCorp 海洋公司、韩国的三星重工公司和大宇造船海洋工程公司、美国的 Frriede Goldman 近海公司、挪威的 Aker 集团。半潜式钻井平台研究热点:a) 高效钻井作业系统如何配置多井口作业系统、钻杆处理系统、动力锚道等，以提高工作效率，是研制半潜式钻井平台的关键。b) 升沉补偿系统在深海钻井作业过程中为了保持钻头恒定接触井底，必须设法补偿平台由于风浪作用而产生的升沉落差，早期的方法是使用伸缩钻杆，目前主要采用天车补偿、游车补偿以及绞车补偿等方法。c) 定位系统半潜式钻井平台在海中处于飘浮状态，受风、浪、流的影响要发生纵摇、横摇运动，因此必须采用可靠的定位方法对其进行定位。半潜式平台的定位方式主要有锚泊定位和动力定位 2 种，当水深大于 1500 m 时，多采用动力定位的方式。d) 水下设备主要包括水下井口系统、水下封井器系统、隔水管系统、水下设备控制系统等。e) 平台设备集成控制技术研究是为航行、定位、钻井、完井作业创建一个数字化、智能化的控制平台。自升式钻井平台属于海上移动式平台，由于其定位能力强和作业稳定性好，在大陆架海域的油气勘探开发中居重要地位。要提升我国大型自升式钻井平台的建造能力，关键是要突破设计建造中的关键技术，主要有以提升平台作业性能为目标的总体设计技术，包括主尺度论证、总体性能分析、总布置技术、稳性分析; 桩腿结构、主体结构、悬臂梁结构等的设计分析技术; 动力系统、钻井系统、升降系统、变频控制系统和中央控制系统等核心系统的设备配置和系统集成设计技术; 大型桁架桩腿、主体结构质量、悬臂梁结构等的建造技术和精度控制技术;完全具备建造任何形式自升式钻井平台的能力; 高强度、超厚度板的焊接技术等。2 船舶与海洋工程技术的发展与展望 2 海洋钻井船、工程作业船及辅助船的技术深水钻井船钻井水深为 3000m 以上，有的甚至深达 10000 m，多数设备均包裹在船体内，以便能够抵抗低温，在寒冷海区作业。其涉及关键技术有: 1) 月池、钻井甲板、井架等特殊结构的设计与分析; 2) 钻井船总体运动响应分析; 3) 锚泊系统设计与分析; 4) 动力定位系统研究;5) 立管系统设计与分析; 6) 钻井船总体性能模型试验技术;7) 高精度船体施工技术研究; 8) 大厚度高强度钢材焊接工艺研究。深海科研是国家重要发展战略，大洋钻探船是深海科研核心装备。同济大学专家周家伦建议，将建造大洋钻探船列为“十二五”建设的国家重大科学装置之一，使我国成为国际上少数几个拥有深海科学钻探能力的国家。周家伦所在的同济大学拥有海洋地质国家重点实验室，这是我国深海科研领军机构之一。周家伦说， 40 多年来国际深海科技的发展表明，深海科技重中之重在于大洋钻探船。大型起重铺管船及其关键技术是我国海洋工程设备行业亟须的大型作业装置，其主要指标包括高吨位( ＞8 000 t) 全旋转起重机、高吨位( 大于 500 t) 铺管张紧器、大型自动控制恒张力型锚机、重型全回转起重机及调载系统相关技术、“J”型铺管系统及其技术、动力定位系统及其技术、系泊系统及其技术等关键系统设备和关键技术。海上风电对设备运输和安装施工的技术要求也远高于陆上。陆上风电安装拥有成熟的吊装技术，而海上从运输到安装都需要新技术的支持，尤其在吊装等方面的技术更为复杂。由于缺乏相关技术研究，我国目前还没有适合海上风机安装的专业船只，只能借助于一些水工单位的改造船只进行安装。据了解，国外已经开发出了专门的近海风电机组安装平台和近海风机安装运输船，推动了近海风电技术的发展。物探船主要由作业部门，驾驶部门和轮机部门构成，物探船的所有工作都是围绕作业部门展开的。通常作业部门由仪器组、导航组、气爆组以及资料处理构成。高性能物探船通过提供先进的导航设备及数据采集设备完成海底地貌大面积三维勘探任务。3 船舶与海洋工程技术的发展与展望 3 海洋工程的关键系统和配套设备技术大功率中压柴油发电机组在海洋工程船中是一项重要设备，其技术主要涵盖五个方面: 提高调速精度，改善加载性能; 热备份设计; 发电机轴承的润滑; 柴油机改为高低温淡水冷却; 发电机组监测装置和功率管理。动力定位系统是一种闭环的控制系统，其功能是不借助锚泊系统的作用，而能不断检测出船舶的实际位置与目标位置的偏差，再根据外界风、浪、流等外界扰动力的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小，并对船舶上各推力器进行推力分配，进而使各推力器产生相应的推力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上。其优点是定位成本不会随着水深增加而增加，并且操作也比较方便，因此对动力定位系统的研究也就具有越来越重要的意义。自升式平台比较适合于浅海区域，具有用钢量少、造价低、水上完井、在各种海况下几乎都能持续作业和效率高等优点，因此，在国内外海洋勘探和开发中，特别是在近海海洋石油开发中发挥了巨大的作用。升降系统作为自升式平台中的关键部分，在平台的设计制造和使用中历来受到高度重视，其性能的优劣直接影响平台的安全和使用效果。随着陆上油气资源逐渐减少甚至牯竭。海上油气资源越来越成为未来开采的重点。海洋油气资源钻采设备，如石油钻机及其关键设备、井控设备等也在不断更新换代，向着超深井、大功率、高压力、自动化、高效率等方向发展。4 船舶与海洋工程技术的发展与展望 4 海洋工程的展望根据中国海洋石油总公司的规划，我国 2000 年的原油产量为 1500 万 t 以上，天然气产量为 85~100 亿 m3。2005 年，实现南海、渤海原油年产量均达 1000 万 t，天然气年产量 100 亿 m3，。为达到此目标，估算仅渤海就需打井 500-600 口，建立各种平台 30 座，铺设海底管道 400km，全国将新增平台 60 座、有关船舶 40 艘，并要求国产化程度为 60%，总投资将达百亿人民币。其中，海洋石油工业装备的国产化将促进我国海洋工程的科技进步，振兴我国民族工业，在国际市场上增强竞争力，有重大意义。从而不可避免的要开发一系列的高新技术作为支持，这些高新技术包括:4.1 海洋油气勘探的新技术需要有高精度的地球物理勘探技术，如大面积、高密度的三维地震技术，浅层及中、深层高分辨率地震数据采集技术和资料处理技术等。90 年代还发展了四维地震技术，提高了勘探开发油气的能海洋油气开发的新技术。4.2 海洋油气开发的新技术当今，我国海洋油气开发主要位于水深不大于 200m 的大陆架上并逐步向中、深海发展。国外已走向深海开发，水深超过 2000m。为此，需发展深海工作平台，用浮式生产系统取代固定平台。目前使用的浮式生产系统有可用于 1000m 以上深水的油田开发的张力腿式平台，可用于 3000m 深的海区的独柱式平台以及以油轮为基础的深海浮式生产储运系统等。其中，张力腿式平台虽已有近 20 年的历史，但因造价昂贵，所以实际使用的并不多，有些技术问题还在进一步研究之中。独柱式平台是一个浮式柱状结构，通过缆绳锚固于海底，优点是造价低，便于安装，被认为是除张力腿式平台外的另一种深海的平台，有很好的发展前途。4.3 深海油气田的水下生产系统随着水下油气开发技术的发展，有可能把采油设备全部或部分放在海底，即可以在海床上进行采油、集油及输油作业，以获得比海上平台开发更高的经济效益，当然也需要新的设备和技术。国外(如英、美、巴西)对此很重视，已投人了大量资金进行全面研究，使它成为中、深海石油开发的有效措施。由于全球几乎 70%的海洋深度在 3000m 以上，因此到海底进行探测、开发就必需借助于深潜器。其中，无人潜水器不会危及人身安全，建造、维修费用低廉，动力大都由母船提供，并可通过电缆来传输指令和信息，所以它的发展已超过载人潜水器.目前全世界载人潜水器约有 200 艘，无人潜水器已超过 1000 艘。1989 年日本研制了6500m 的载人潜水器并于 1993 年研制了用于深海探矿和海底生物资源研究的世界第5 船舶与海洋工程技术的发展与展望 一艘潜深 10000m 的无人潜水器。无人潜水器的发展是研制无缆无人潜水器，进一步的发展是海洋智能机器人。6 船舶与海洋工程技术的发展与展望 5 结论在当前全球资源过度开发和利用的情况下，海洋已成为各沿海国家解决能源问题的新选择，更被列为具有重要战略意义的新兴开发领域。通过对世界和我国海洋工程装备产业的发展现状和趋势分析，可以发现，世界海洋油气储量丰富，且海洋油气产量将会逐步上升，成为世界油气产量增长的源泉。我国的“十二五”期间，海洋石油行业将会有跨越性的发展，海洋工程装备具有广阔的市场前景。虽然我国已拥有完整的钢铁、船舶及其配套、大型钢结构制造、石化装备制造和机电设备基础制造体系，海洋工程装备制造所需的专业化制造体系也在不断完善过程中，但仍与世界先进水平有不小的差距，我国海工企业应把握目前的机遇与挑战，在全力进军世界国际海工市场的同时不断提升自身竞争力，迎接海洋经济的大发展。7