深海平臺(tái)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)VIP

1、精品深海平臺(tái)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)（一）背景知識(shí)隨著地球陸地上化石燃料煤、石油和天然氣的日益淺少，人們把目光轉(zhuǎn)向了海洋。如大陽(yáng)、月球引力作用形成的潮汐能、深海中的錳結(jié)核都有很好的發(fā)展前景。近些年探明海底“可燃冰”儲(chǔ)量極其豐富，且其開發(fā)技術(shù)亦日趨成熟。目前已探明的世界海洋石油儲(chǔ)量的80%以上在水深500m以內(nèi),而全部海洋面積的90%以上水深在2006000m之間，因而大量的海域面積有待探明。此外,世界上除了少數(shù)海域以外,大部分地區(qū)的近海油氣資源已日趨減少,向深海發(fā)展已成必然趨勢(shì),深海平臺(tái)技術(shù)已成為國(guó)際海洋工程界的一個(gè)熱點(diǎn),進(jìn)行了大量的研究,新的深海平臺(tái)結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。世界上主要海洋國(guó)家,諸如美國(guó)

2、、英國(guó)、法國(guó)、日本、韓國(guó)、加拿大、澳大利亞等,相繼制定了“國(guó)家海洋發(fā)展戰(zhàn)略”,提出了“海洋是能源之源、立國(guó)之本”、“保證海洋的可持續(xù)發(fā)展”等政策。我國(guó)擁有300萬(wàn)km2的海疆,深海油氣資源以及其他海洋資源儲(chǔ)量十分豐富。然而,目前我們國(guó)家海洋油氣資源的開發(fā)主要是在200m水深以下的海域,深海平臺(tái)技術(shù)的開發(fā)研究尚處于起步階段。在面臨世界各國(guó)對(duì)人類共同擁有的深海資源激烈競(jìng)爭(zhēng)的形勢(shì)下,我們必須高度重視對(duì)深海平臺(tái)技術(shù)的研究與發(fā)展，密切關(guān)注國(guó)際上深海平臺(tái)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的發(fā)展，開展相應(yīng)的研究工作，并力爭(zhēng)參與到國(guó)際深海平的設(shè)計(jì)建造中去，已逐步掌握國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)水平，這對(duì)我國(guó)未來(lái)深海資源的開發(fā)和我國(guó)海洋工程事業(yè)

3、的發(fā)展都具有重要意義。(二)國(guó)外深海平臺(tái)技術(shù)的研究現(xiàn)狀1 、張力腿平臺(tái)1984年世界上第一座張力腿平臺(tái)由CONOCO公司建造,并正式安裝在歐洲北海的Hutton油田。此后，張力腿平臺(tái)獲得了迅速發(fā)展。最近投入使用的URSA張力腿平臺(tái)的工作水深已達(dá)1250m。目前海洋工程界正不斷對(duì)張力腿平臺(tái)的新型式進(jìn)行探索,以適應(yīng)不同海上作業(yè)條件要求。例如浮力塔平臺(tái)技術(shù)的研究。這種平臺(tái)具有以下特點(diǎn):(1)將平臺(tái)的浮體置于水面以下超過150英尺,使得平臺(tái)在升沉方向的大部分流體動(dòng)力和95%的縱蕩的流體動(dòng)力被消除;(2)通過調(diào)整壓載使整個(gè)平臺(tái)的重心位于浮心之下,以保證平臺(tái)有足夠的穩(wěn)性;(3)采用垂直的拉索和斜拉索組合的

4、系泊系統(tǒng),以提高平臺(tái)在臺(tái)風(fēng)和循環(huán)海流作用下的系泊有效性和系泊系統(tǒng)安全性；(4)平臺(tái)在六個(gè)自由度上的固有周期均大于30s,從而可避開波浪能量集中的頻率范圍;(5)浮體的底部面積很大,有利于平臺(tái)淺水拖航或用重大件潛水起重船進(jìn)行干運(yùn);(6)平臺(tái)(包括大型浮體、垂直桁架和甲板)可整體建造、運(yùn)輸和安裝。浮力塔平臺(tái)雖然只是處于概念研究階段,但它綜合了自升式平臺(tái)和張力腿平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn),不失為一種很好的概念。這種平臺(tái)的浮力艙置于水下,浮力艙上豎立的空間剛架支撐著平臺(tái)甲板及其上的設(shè)備,浮力艙下端用四組鋼管張力腿將平臺(tái)固定于海底,張力腿與海底的連接用筒型基礎(chǔ)(吸力錨)。通過理論與試驗(yàn)研究表明,這種平臺(tái)具有良好的運(yùn)動(dòng)性

5、能,完全能滿足海上油氣開發(fā)對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的要求,將是中深水邊際油田開發(fā)的一種很好的平臺(tái)形式。2 、單柱式(Spar)生產(chǎn)平臺(tái)作為運(yùn)輸中轉(zhuǎn)裝置,單柱式生產(chǎn)平臺(tái)技術(shù)在存儲(chǔ)和卸載上的應(yīng)用已有30多年的歷史。1987年,EdwardE.Horton在柱形浮標(biāo)(Spar)和張力腿平臺(tái)概念的基礎(chǔ)上提出一種用于深水的生產(chǎn)平臺(tái),即單柱平臺(tái)。1996年,Oryx能源公司委托J.RayMcDermott公司在墨西哥建造安裝了世界上第一座單柱生產(chǎn)平臺(tái),當(dāng)?shù)厮顬?88m。近幾年以來(lái),Chevron公司和Exxon公司又在該地區(qū)的Genesis和Diana油田分別安裝投產(chǎn)了兩座單柱平臺(tái),當(dāng)?shù)厮罘謩e為789m和1311m

6、。最近BP公司又委托McDrmott、Alker等公司共同設(shè)計(jì)建造五座桁架式單柱平臺(tái)(TrussSpar),用于水深為12201830m的墨西哥灣海域。這種平臺(tái)主體的一部分由以前的圓柱型變?yōu)殍旒芙Y(jié)構(gòu),在架下部加以壓載,當(dāng)平臺(tái)的儲(chǔ)油能力要求不高時(shí),這種結(jié)構(gòu)更輕、運(yùn)動(dòng)性能和穩(wěn)性更好,更為經(jīng)濟(jì)有效。單柱式平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低,便于安裝,可以重復(fù)使用,因而對(duì)邊際油田比較適用。另外,它的柱體內(nèi)部可以儲(chǔ)油,它較大的吃水量形成對(duì)立管的良好保護(hù),同時(shí)其運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)水深變化不敏感,更適宜于在深水海域應(yīng)用。在西方,單柱平臺(tái)被認(rèn)為是除張力腿平臺(tái)之外的另一種適用于深水的海洋平臺(tái),有望在今后深海平臺(tái)技術(shù)發(fā)展中得到推廣。3、

7、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)浮式生產(chǎn)系統(tǒng)已在巴西等海域成功用于深海油氣資源開發(fā)。如巴西國(guó)家石油公司的Seillean號(hào)采用動(dòng)力定位,用于水深1900m的Roncado油田,FPSOII號(hào)采用錨泊定位,用于水深1400m的Marlim油田。最近國(guó)外海洋工程界提出了浮式生產(chǎn)鉆井系統(tǒng)(FPDSO)的新概念,即在浮式生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上鉆井的功能:浮式生產(chǎn)系統(tǒng)(FPSO)+張力腿鉆井甲板(TLD)。該裝置采用類似張力腿平臺(tái)的技術(shù)用拉索將鉆井甲板系于海底,甲板載荷則通過舷外的重塊系統(tǒng)平衡,重塊位于水下100m,以避免波浪作用和減少擺動(dòng)。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是：（1）鉆井甲板幾乎沒有升沉運(yùn)動(dòng)；（2）FPDSO船體的升沉、縱搖和橫

8、搖運(yùn)動(dòng)對(duì)鉆井甲板沒有影響；（3）沒有吃水變化的限制；（4）采油樹和防噴器可方便地放在鉆井甲板上。這種裝置分別于1998年6月和2000年10月在挪威的Marintek水池和荷蘭的Marin水池進(jìn)行了模型試驗(yàn)，并于2001年8月對(duì)巴西1200m水深的海域進(jìn)行了可行性研究。主要的試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容是：FPDSO的運(yùn)動(dòng)和系泊系統(tǒng)的受力（多點(diǎn)系泊）;張力腿鉆井甲板（TLD）與船體之間的間隙；立管和張力索的動(dòng)載荷；在船體月池內(nèi)的波浪升高限制。4、深水多功能半潛式平臺(tái)表今年新建的部分半潛式鉆井平臺(tái)簡(jiǎn)況平臺(tái)名稱設(shè)計(jì)/制造建造年份工作水深m鉆井深度m平臺(tái)尺度m*m最大可變載荷t定位系統(tǒng)ENSCO75001TDIHa

9、lter20002286m9144m73.2義69.57256t動(dòng)力止位Marine700Bingo8000Kvae-mer19981524m9144m36.3X21.85000t牽引錨機(jī)Bingo90001-Dalian新船廠19993000m110X75X457000t8點(diǎn)錨泊AMETT-HYSTn韓國(guó)大宇TDIHalte199920001524m6096m75.9X54.53500t動(dòng)力止位SEDCOEXPRESS法國(guó)DCN199918302590m10700m76.2X68.96600t動(dòng)力止位CAJUNEXPRESS新加坡Promet20002590m10700m76.2X68.96

10、600t動(dòng)力定位+8點(diǎn)錨泊STENADONKvaer-nerWamowHosto-ck2001503m9144m77.1義673700t動(dòng)力止位WESTFUTUT-URE|RE|Hitachizosen19992438m10600m81.7X69.65500t動(dòng)力止位深水多功能半潛式平臺(tái)的特點(diǎn)是：（1）抗風(fēng)浪能力強(qiáng)（抗風(fēng)100120節(jié)，波高1632m）;（2）甲板面積和可變載荷大（達(dá)8000t）;（3）適應(yīng)水深范圍廣（深達(dá)3000m）;（4）鉆機(jī)能力強(qiáng)（鉆井7知受600010000m）;（5）具有多種作業(yè)功能（鉆井、生產(chǎn)、起重、鋪管等）。如表所示，近年以來(lái)國(guó)外新建的一批適用于深海作業(yè)的移動(dòng)式鉆

11、井裝置中，半潛式平臺(tái)大部分的工作水深超過了1500m,半數(shù)以上水深超過2000m。（三）國(guó)內(nèi)深海平臺(tái)技術(shù)的研究現(xiàn)狀我國(guó)深海平臺(tái)開發(fā)裝備技術(shù)在引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新以及國(guó)產(chǎn)化方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。我國(guó)已具備自升式平臺(tái)、座底式平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建造能力,并且有國(guó)內(nèi)外多個(gè)平臺(tái)、船體的建造經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)已成為浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用大國(guó)。我國(guó)FPSO的數(shù)量與研制技術(shù)走在世界前列,但其他海洋工程裝置還是落后于世界先進(jìn)水平20多年。我國(guó)對(duì)張力腿平臺(tái)也進(jìn)行了有關(guān)的探索,例如上海交通大學(xué)對(duì)工作水深為2001000m的邊際油田的輕型張力腿井口平臺(tái)進(jìn)行了可行性研究,并在該校海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模

12、型試驗(yàn)。中國(guó)船舶科學(xué)研究中心、天津大學(xué)等單位也開展了張力腿平臺(tái)的研究。另外,我國(guó)1984年自行設(shè)計(jì)制造了半潛式平臺(tái)“勘探三號(hào)”,成功地用于東海油氣田的勘探開發(fā),但此后的研制工作一直處于停頓狀態(tài),而國(guó)外半潛式平臺(tái)卻不斷發(fā)展,據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析,目前國(guó)外出現(xiàn)的半潛式平臺(tái)已屬第五代,而“勘探三號(hào)”平臺(tái)大約介于第2和第3代之間,可見差距之大。但總的來(lái)說(shuō),研究工作還處于初步階段,有待進(jìn)一步深入與提高。目前深海平臺(tái)開發(fā)裝備研制已進(jìn)入新階段,但是我國(guó)海洋油氣資源的開發(fā)仍主要集中在300m水深以內(nèi)的近海海域,尚不具備超過500m深水作業(yè)的能力。盡管我國(guó)在一些比較先進(jìn)的油氣工程裝備方面己實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,但國(guó)內(nèi)廠商還基本

13、停留在結(jié)構(gòu)件的制造上,相關(guān)配套技術(shù)滯后,關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)仍然掌握在國(guó)外廠商手里,嚴(yán)重制約著海洋油氣的規(guī)模開發(fā)。目前完全依賴進(jìn)口的設(shè)備有:鉆井系統(tǒng)配套的水下防噴器及控制設(shè)備等;自升式平臺(tái)升降系統(tǒng)齒輪和齒條等;平臺(tái)(船)配套的柴油發(fā)電機(jī)組、電控系統(tǒng);大型吊機(jī)、船舶主機(jī)、主推進(jìn)系統(tǒng)、軸系、前后側(cè)推等。另外,絕大多數(shù)的海洋鉆機(jī)的頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鐵鉆工和管子排放系統(tǒng)也主要依賴進(jìn)口。（四）深海平臺(tái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)從以上分析來(lái)看,張力腿平臺(tái)、單柱式（Spar）生產(chǎn)平臺(tái)、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)、深水多功能半潛式平臺(tái)等都是將來(lái)深海平臺(tái)技術(shù)發(fā)展的熱門方向。此外，目前研究的熱點(diǎn)主要集中在下列幾個(gè)方面:（1）新型平臺(tái)型式研究海洋工程界

14、對(duì)此作了大量的探索,主要是對(duì)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性、作業(yè)功能以及造價(jià)等關(guān)鍵問題進(jìn)行優(yōu)化,以尋求經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的最佳結(jié)合點(diǎn)。（2）非線性動(dòng)力響應(yīng)研究尤其是考慮流和粘性影響的低頻慢漂響應(yīng),高頻響應(yīng)中的二階和頻力（Springing）以及高階脈沖力（Ringing）問題。此外,極限海況下的隨機(jī)動(dòng)力特性分析,波浪、風(fēng)、流耦合對(duì)平臺(tái)的作用以及晃蕩問題仍為海洋工程界所關(guān)注。（3）柔性構(gòu)件的動(dòng)力特性研究主要是極限承載能力、疲勞斷裂可靠性、渦激誘導(dǎo)振動(dòng)、系索系統(tǒng)與平臺(tái)主體的耦合分析。（ 4） 錨固基礎(chǔ)特性分析尤其是筒型基礎(chǔ)在周期性變化載荷作用下產(chǎn)生土壤液化、滲流、剪切等而導(dǎo)致土體破壞問題。（ 5） 深海中材料的應(yīng)用,包括

15、設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和腐蝕問題。（ 6） 深海平臺(tái)試驗(yàn)技術(shù)和建造與安裝技術(shù)的研究。（五）深海平臺(tái)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)深海平臺(tái)技術(shù)發(fā)展的方向來(lái)看，深海平臺(tái)的研究具有以下技術(shù)特點(diǎn)，這也是深海平臺(tái)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。1、平臺(tái)作業(yè)范圍廣移動(dòng)式鉆井平臺(tái)不是在固定海域作業(yè),而是能適應(yīng)移位及不同海域、不同水深、不同方位的作業(yè)。移位、就位、生產(chǎn)作業(yè)、風(fēng)暴等復(fù)雜作業(yè)工況對(duì)鉆井平臺(tái)提出很高的要求。2、可靠性指標(biāo)高a強(qiáng)度要求高永久系泊在海上除了要經(jīng)受風(fēng)、浪、流的作用外,還要考慮臺(tái)風(fēng)、冰、地震等災(zāi)害性環(huán)境力的作用。b.疲勞壽命要求高一般要求2540a不進(jìn)塢維修，因此對(duì)結(jié)構(gòu)防腐、高應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)型式以及焊接工藝等提出了更高要求。c建造工藝

16、要求高為了保證海洋工程的質(zhì)量,采用了高強(qiáng)度或特殊鋼材（包括z形鋼材、大厚度板材和管材）。d生產(chǎn)管理要求高海洋工程的建造、下水、海上運(yùn)輸、海上安裝甚為復(fù)雜,生產(chǎn)管理明顯地高于建造常規(guī)船舶。3、安全性要求高由于海洋工程裝置所產(chǎn)生的海損事故都十分嚴(yán)重,隨著海洋資源開發(fā)向深海區(qū)域發(fā)展、海上安全與技術(shù)規(guī)范條款的變化、海上生產(chǎn)和生活水準(zhǔn)的提高等因素變化,對(duì)海洋資源開發(fā)裝備的安全性能要求大大提高,特別是對(duì)包括安全設(shè)計(jì)與要求、火災(zāi)與消防及環(huán)保設(shè)計(jì)等HSE的貫徹執(zhí)行更加嚴(yán)格。（六）總結(jié)在我國(guó)研制和開發(fā)深海平臺(tái)技術(shù)對(duì)本世紀(jì)海洋工程的可持續(xù)發(fā)展具有極為深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。作為一個(gè)海洋資源豐富的大國(guó),我們必須高度重視深海

17、平臺(tái)技術(shù)的研究和發(fā)展。隨著我國(guó)海洋資源開發(fā)的需要,深海平臺(tái)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛,所需解決的技術(shù)問題越來(lái)越多。我們國(guó)家在深海平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)和科研方面都迫切需要發(fā)展,特別是在浮式結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和建造上,大多依靠國(guó)外技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),我國(guó)在獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)方面尚有一定差距,對(duì)于工作水深超過6003000m的動(dòng)力定位平臺(tái),國(guó)內(nèi)更無(wú)設(shè)計(jì)建造經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)上述世界深海平臺(tái)技術(shù)研究的新動(dòng)態(tài),結(jié)合我國(guó)海洋工程事業(yè)的狀況,提出以下幾點(diǎn)建議:（1）既要肯定我國(guó)數(shù)十年來(lái)海洋工程事業(yè)發(fā)展的成績(jī)，也要清醒認(rèn)識(shí)與世界先進(jìn)水平之間的差距。（2）要建立海洋工程事業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃，在國(guó)際大環(huán)境中積極持續(xù)發(fā)展，才能趕超世界先進(jìn)水平。（

18、3）加大對(duì)海洋工程事業(yè)研機(jī)構(gòu)的資金投入，提高其自主創(chuàng)新能力，加快海洋工程技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)。（4）引導(dǎo)海洋工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)積極投入，在國(guó)內(nèi)形成相應(yīng)技術(shù)設(shè)備的生產(chǎn)鏈,帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。（5）積極參與國(guó)際海洋資源開發(fā)，包括海洋物探、海洋鉆井、油氣開采平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建造、海洋資源開發(fā)和營(yíng)運(yùn)管理的投標(biāo)競(jìng)爭(zhēng),逐漸壯大科研與制造管理水平和實(shí)力。在經(jīng)濟(jì)全球化迅猛發(fā)展的形勢(shì)下，世界各國(guó)都更加重視發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)。在這場(chǎng)轟轟烈烈的海洋開發(fā)熱潮中，圍繞著海洋權(quán)益和安全的斗爭(zhēng)呈現(xiàn)出群雄逐鹿態(tài)勢(shì)。我國(guó)的海洋權(quán)益和安全也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了促進(jìn)發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，維護(hù)我國(guó)的海洋權(quán)益和提升海洋安全力量，我們必須以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，確立正確的海洋發(fā)展戰(zhàn)略。二十一世紀(jì)，中國(guó)的希望在海洋，作為一個(gè)具有豐富海洋資源的大國(guó)，深海平臺(tái)的研究對(duì)于我國(guó)未來(lái)的深海資源開發(fā)和海洋工程的發(fā)展都具有重要的意義。參考文獻(xiàn)：（1）廖謨圣國(guó)外移動(dòng)式采油平臺(tái)現(xiàn)狀與發(fā)展我國(guó)采油平臺(tái)的建議中國(guó)海洋平臺(tái)2000.1514（2）