海洋工程装备---海洋油气资源开发装备(甘丰录)(精选)

深海油气储存和运输技术
深海油气资源的储存和运输是另一个关键环节，需要解决油气储存设施的设计和建造、油气运输管道的铺设和维护等问题。未来发展方向是研发更加高效、环保的储存和运输技术，提高油气资源的利用率和安全性。
海洋油气工程环保技术：随着环境保护意识的不断提高，海洋油气工程需要更加注重环保技术的应用。环保技术涉及到油气资源的开发和利用、废水和废弃物的处理和排放、生态保护和修复等多个方面。
海洋油气工程数字化技术：数字化技术是现代工业发展的重要方向之一，也是海洋油气工程的重要发展方向。数字化技术涉及到数据采集和处理、模型建立和分析、决策支持和智能化等多个方面。
05
海洋油气工程的就业前景
在石油公司从事海洋油气勘探、开发、生产等工作，涉及地质、工程、钻井、采油等多个领域。
石油工程师
钻井工程师
03
海洋油气工程的专业实践
海洋油气钻井实践是海洋油气工程中的重要环节，通过实践操作，学生可以掌握钻井技术、钻井设备、钻井液处理等方面的知识和技能。
实践内容包括在模拟钻井环境中进行实际操作，学习钻井设计、钻井施工、钻井设备维护等方面的技能，以及了解钻井过程中的安全环保要求。
通过实践，学生可以了解海洋油气钻井的特殊性和复杂性，掌握应对海洋环境下的钻井挑战的方法和技巧。
海洋油气生产实践是让学生了解油气生产过程的重要环节，通过实践操作，学生可以掌握油气分离、油气处理、油气储存和运输等方面的知识和技能。
通过实践，学生可以了解海洋油气生产的特殊性和复杂性，掌握应对海洋环境下的油气生产挑战的方法和技巧。
实践内容包括参观油气生产设施，了解油气生产工艺流程，学习油气处理技术和设备操作，以及了解油气生产过程中的安全环保要求。
海洋环境保护

的重大装备。
随着深海工程船舶特别是浮式起
重船和铺管船的吨位增大 ，定位锚
绞车 的拉力也在逐渐增大 ，额定单 索拉力现 已发展至２０ ０ 吨以上，最大 单索拉力 已达６０ ０吨，单筒容绳量可
达Ｎ３５０ ，０米以上。
浅海油气钻采平 台 海洋平台 按功 能划 分主要 分为钻井平 台和生 产平 台两 大类 ，在钻井平 台上 设有 钻 井设备 ，在生产平台上则设有采 油设备 。若按结构型式及特 点来划
新 知 ・ 备 知 识 装
业不可缺少的动力装备。 由于 动 力 定 位 系 统 的起 点很
清理井。因为所有的油井都将 需要 在其寿命期进行 “ 维护 ”，研 究表
高 ，这 一 技 术仅 被少 数 几个 国家
垄 断 ：挪 威 （ ｏ ｇ ｂ ｒ ）、法 ｋ ｎ ｓ ｅｇ
国 （ ｏ ｖ ｒ ｅ ｍ 、美 国 （ ３ Ｃ ｎｅｔａ ） Ｌ）
固定式平 台、移动式平台和顺 应式
平台。
威 ）、Ｗ ｓｅ ｈ（ ｅ ｔｃ 挪威）、Ｐ ｉｓ ｌ ｌｍ ｏ ｌ （ 新加坡 ），这些厂家 的主打产 品 为液压驱动，而ＺＭ主打产品为电力 ＰＣ
驱动 。
目前世界上铺管设备主要供应商
共有３ 家，分别是荷兰ＳＳ Ａ公司、意大 ￣Ｒｍ ｃｔ ］ｅａｕ公司和美国Ｗ ｓｅｈ ｅｔｃ 公司， 其中以荷兰ｓＳ Ａ 公司实力最强，三家
一
备和软件系统。 锚 绞车 锚 绞车是 一种抛锚机 械装置 ，通过调节钢丝绳 的负载来 达到海上工程船舶移船或定位的 目
的，是浮式起重机 、浅水铺管船等 大型工程作业船舶和石油钻井平台
很多不 同之处 ，根据海深 的方案设
计 、海上搬迁拖航技术 、海底设备

固定式钻井平台的主要类型
Ø Ø
按导管架结构分：直桩式、直桩-斜桩式、联结式。 按桩柱结构分：木桩、钢桩、混凝土。混凝土桩要先 预制好，再在海上打桩。现在的钢管桩都要在管中加 注混凝土。
Ø Ø Ø
按打桩的设施分：带桩架、不带桩架。 按设备布置分：带浮船、不带浮船。 按照结构特点分：导管架式钻井平台、重力式钻井平 台、张力式钻井平台、绷绳塔式钻井平台。 下面主要介绍一下最后一种分类方法。
固定式钻井平台的优缺点
固定 式 钻井 平台 的 优 点 是 稳 定 ，海 面 气 象 条件 对 它 的影响较小，而且完 井后 可作 为 采油 平台， 使用时 间 大 大增加。但是，它 的 灵活 性差 ， 不能及时运 移 ，而 且 造 价高，不能在较深的水域工作。 固定 式 钻井 平台 的 面 积 和 平台 上的 设备 都 要 合 理， 而且结构强度要满足要求。
固定式钻井平台——张力腿式
张力腿式钻井平 台（TLP）是利用绷紧 状态下的锚索产生的 拉力与平台的剩余浮 力相平衡的钻井平台 或生产平台。
固定式钻井平台——导管架式
导管架型平台在软土地基上 应用较多的一种桩基平台。
固定式钻井平台——重力式
稳 坐 在 海 底 坚 实 土 层 之 上 。 重 力 式 平 台 是 靠 平 台 自 身 重 量
海洋环境条件对钻井装备的特殊要求
Ø
柴油机电驱动方式 海上钻井 平台 离 按 较远 ， 无 工业 电 网 供 电 ， 平台用
电靠自配电站供电 。海上钻井 平台采用多台 大 功率柴 油 发 电 机 组 发 电 ， 供各 电 动机 分 别 驱 动 钻井 绞车 、泥 浆 泵、转盘、顶部驱动装置等钻井工作主机。
海洋钻井发展回顾
80 年代，全世界从 事 海上石油勘探开发的国家 或地区超过100个。 目 前， 世界各 国在海上 寻找 石油、 天然 气的 活 动正 在向深水、 超 深水发展。海底油气 资源 的勘 探、开发，已成为沿海国家重要的经济活动内容。

海洋油气资源开发装备分类
钻井平台
钻井平台是海洋油气资源开发 的主要装备之一，用于钻探和 开采海底油气资源。根据不同 类型，钻井平台可分为固定式 、自升式和半潜式等。
采油平台
采油平台主要用于海底油气的 收集和初步处理，通常与钻井 平台配合使用。采油平台可分 为张力腿平台、重力支撑平台 和Spar平台等。
进行钻井作业。
海洋油气资源开发装备的应用前景
随着全球能源需求的不断增加，海洋 油气资源开发装备的应用前景广阔。
数字化、智能化技术的应用将进一步 提高海洋油气资源开发装备的效率和 安全性，降低生产成本。
未来，海洋油气资源开发装备将更加 注重环保、安全和智能化，以适应更 加严格的国际标准和法规要求。
未来，我国将继续加大海洋油气资源 开发装备的研发和制造力度，推动我 国海洋工程装备产业的快速发展。
市场拓展
鼓励企业积极参与国际市场竞争，提升品牌 影响力和竞争力。
05 未来海洋油气资源开发装 备的发展趋势
未来海洋油气资源开发装备的技术发展方向
深海油气资源开发装备技术
随着深海油气资源的不断开发，对深海油气资源 开发装备技术的需求将不断增加，包括深海钻井 平台、深海采油设备、深海管道等。
环保和可持续发展技术
海洋工程装备是推动海洋经济发展的 重要支撑，能够带动相关产业链的发 展，创造更多的就业机会和经济效益。
海洋工程装备的发展历程与趋势
发展历程
我国海洋工程装备经历了从无到有、从弱到强的过程，目前已经具备了自主研 发和制造各类高端海洋工程装备的能力。
发展趋势
未来我国海洋工程装备将朝着更加智能化、绿色化、集成化、国际化的方向发 展，重点发展深海油气资源开发装备、海洋可再生能源开发装备等领域。

海上油气开采工程与生产系统中海工业有限公司第一章海上油气开采工程概述海底油气资源的存在是海洋石油工业得以发展的前提。

海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%，全球海洋石油蕴藏量约1000多亿吨，其中已探明的储量约为380亿吨。

世界对海上石油寄予厚望，目前全球已有100多个国家在进行海上石油勘探，其中对深海进行勘探的有50多个国家。

一、海上油气开采历史进程、现状和将来一个多世纪以来，世界海洋油气开发经历如下几个阶段：早期阶段：1887年～1947年。

1887年在墨西哥湾架起了第一个木质采油井架，揭开了人类开发海洋石油的序幕。

到1947年的60年间，全世界只有少数几个滩海油田，大多是结构简单的木质平台，技术落后和成本高昂困扰着海洋石油的开发。

起步阶段：1947年～1973年。

1947年是海洋石油开发的划时代开端，美国在墨西哥湾成功地建造了世界上第一个钢制固定平台。

此后钢平台很快就取代了木结构平台，并在钻井设备上取得突破性进展。

到20世纪70年代初，海上石油开采已遍及世界各大洋。

发展阶段：1973年～至今。

1973年全球石油价格猛涨，进一步推进了海洋石油开发的历史进程，特别是为了应对恶劣环境的北海和深水油气开发的需要，人们不断采用更先进的海工技术，建造能够抵御更大风浪并适用于深水的海洋平台，如张力腿平台（TLP）、浮式圆柱型平台（SPAR）等。

海洋石油开发从此进入大规模开发阶段，近20年中，海洋原油产量的比重在世界总产油量中增加了１倍。

进军深海是近年来世界海洋石油开发的主要技术趋势之一。

二、海上油气开采流程海上油气田开采可划分为勘探评价、前期研究、工程建设、油气生产和设施弃置五个阶段：勘探评价阶段：在第一口探井有油气发现后，油气田就进入勘探评价阶段，这时开发方面的人员就开始了解该油气田情况，开展预可行性研究，将今后开发所需要的资料要求，包括销售对油气样品的要求，提交勘探人员。

前期研究阶段：一般情况，在勘探部门提交储量报告后，才进人前期研究阶段。

重型全回转起重船海洋资源开发利器作者：暂无来源：《上海信息化》 2017年第12期文/李朝阳姚海于蓓莉随着海洋油气开发、大型海上工程和海难救助事业的发展，大型起重船作为不可缺少的工程船舶之一，迫切需要工艺进步。

随着相关产业发展对船载起重机起重量的要求越来越高，搭载起重机的起重船平台及其设备的大型化趋势不断显现，自主研发重型全回转起重船，成为促进国家工业发展的重要工作。

随着社会发展和科学技术进步，人类社会对能源的需求越来越大。

陆上油气资源经过长时期大规模的开采，变得日益贫乏，世界范围的油气勘探与开发转向了资源丰富的、占地球表面71%左右的辽阔海洋。

海洋油气资源开发逐渐成了能源工业中投资高、风险大、高新技术密集的新领域。

而大型全回转起重船是典型的大型海洋装备，其在石油工程、港口工程、桥梁工程、打捞工程以及大型海上军事装备工程等领域都有着广泛应用，拥有举足轻重的地位。

企足而待起重船目前，国内能在近海域作业的大起重量全回转起重船数量很少，难以覆盖国家3.2万公里海岸线，在海事工程上常常因作业对象（各种海上平台、导管架和铺管设备等）在建造过程中无重型起重船而影响工期。

我国内大多数起重机都为固定臂式，无法在近海或者深海工作，而全回转的重型起重船国内甚少开发研制，只有“蓝疆号”3800t、“华天龙”4000t、“华西5000”4500t、“蓝鲸号”7500t、“威力号”3000t等几艘。

这是因为重型全回转起重船的制造有相当的技术难度，目前国内没有制造同类起重机的制造商；而国外制造商的报价则十分昂贵。

大型海洋工程技术与装备是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》提出的发展重点，也是国家“十三五”规划及《上海科技创新登山行动计划》重点支持的产业。

基于存在的问题和国家发展规划，建造一艘万吨级以上大型起重船作为中国“海上重型武器”，掌握超大型海上起重设备的设计与制造核心技术，并拥有自主知识产权，缩短与国外差距、提高国家深海资源的开采能力迫在眉睫。

估计出版时间：2023.1
高等学校教材
钻井装备与工具
已出
金业权 刘 刚 编
内容简介 本书全方面简介了石油钻井主要装 备和常用工具旳构成、原理、技术 参数和部分设备和工具旳使用措施。 读者对象 石油工程及有关专业旳本科学生
出版时间：2023.6 定价：28.00元 书号：ISBN 978-7-5021-9023-1
读者对象
石油地质、地球物理及有关专业旳本科生
估计出版时间：2023.2
目录
第一篇 晶体光学 第一章 晶体光学基础 第二章 偏光显微镜 第三章 单偏光系统下晶体旳光学性质 第四章 正交偏光系统下晶体旳光学性质 第五章 聚敛偏光系统下晶体旳光学性质 附录A 试验课 第二篇 光性矿物各论 第一章 均质矿物 第二章 一轴晶矿物 第三章 二轴晶矿物 附录B 矿物英文索引
读者对象
勘查技术与工程、资源勘查工程等专业本科 师生，地球探测与信息技术、矿产普查与勘 探及地址工程专业硕士硕士教学使用。
目录 第一章 绪论 第二章 测井资料预处理 第三章 碎屑岩储层评价 第四章 碳酸盐岩储层评价 第五章 火山岩储层测井评价 第六章 水淹层和剩余油测井评价 第七章 油藏描述技术简介
目录 绪论 第一章 地震资料采集仪器概论 第二章 地震资料采集技术 第三章 地震资料采集旳施工措施 第四章 多变量分类分析 第五章 地震勘探生产实习报告旳编写
高等学校教材
已出
测井资料处理与解释
赵军龙 主编
内容简介
本书遵照地质约束测井、测井服务于地质及 开发旳原则而编写，主要内容涉及绪论、测 井资料预处理、碎屑岩储层评价、碳酸盐岩 储层评价、火山岩储层测井评价、剩余油和 水淹层测井评价、油藏描述技术简介等七大 部分。

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基金名称:南海东部海域勘探新领域及关键技术(
2016ZX05024
004)
作者简介:罗睿乔(
1989— ),男,硕士,工程 师,研 究 方 向 为 油 气 藏 动 态 分 析、井 筒 完 整 性 治 理、工 艺 系 统 及 海 管 内 腐 蚀
产,同时实现了单井高效生产、气田协同开发,对于高温气田的开发具有很好的指导意义。
关键词
采油树升高;神经网络;节流降压降温;井下节流工具;协同开发
中图分类号:
TE53
文章编号:2095
7297(
2022)
01
0058
09
文献标志码:
A
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i:10
.12087/oe
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国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用①李 清1,陆 海2,韩 睿1,王建军2(1.上海外高桥造船海洋工程有限公司,上海 201306;2.同济大学国家海底科学观测系统项目办公室,上海 201306)摘要 国家海底科学观测网是经国家发改委批准的重大科技基础设施建设项目,旨在全方位㊁多领域㊁立体观测海洋㊂与业务化运行的浮标网不同,海底科学观测网对浮标平台的数据采集和控制系统㊁水声通信㊁系统的防护和国产仪器实验平台等方面提出了新的更高的要求㊂针对这些科学目标的工程实现,探讨对现有浮标的改进和功能增删以满足整个海底观测网的需求㊂关键词 国家海底科学观测网;海洋资料浮标;数据采集和控制系统;水声通信中图分类号:P 714 文献标志码:A 文章编号:20957297(2023)011907d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.19D e s i g n o f C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a f l o o r O b s e r v a t o r y B u o y Pl a t f o r m L I Q i n g 1,L U H a i 2,H A N R u i 1,WA N G J i a n ju n 2(1.S h a n g h a i W a i g a o q i a o S h i p b u i l d i n g &O f f s h o r e C o .,L t d .,S h a n gh a i 201306,C h i n a ;2.P r o j e c t M a n a g e m e n t O f f i c e o f C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a fl o o r O b s e r v a t o r y ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i 201306,C h i n a )A b s t r a c t C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a f l o o r O b s e r v a t o r y (C N S S O )i s a m a j o r s c i e n c e a n d t e c h n o l o g yi n f r a s t r u c t u r e p r o j e c t a p p r o v e d b y t h e N a t i o n a l D e v e l o pm e n t a n d R e f o r m C o m m i s s i o n (N D R C ),w h i c h a i m s t o o b s e r v e t h e o c e a n f r o m v a r i o u s a s p e c t s a n d f i e l d s .U n l i k e t h e b u o y n e t w o r k o p e r a t e d b y t h e g o v e r n m e n t ,C N S S O r e qu i r e s s m a r t d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m ,u n d e r w a t e r a c o u s t i c c o m m u n i c a t i o n ,s ys t e m p r o t e c t i o n a n d d o m e s t i c i n s t r u m e n t e x p e r i m e n t p l a t f o r m.I n r e s p o n s e t o t h e r e a l i z a t i o n o f t h e s e s c i e n t i f i c g o a l s ,i m pr o v e m e n t s n e e d s t o b e m a d e f o r t h e b u o y p l a t f o r m t o m e e t t h e r e qu i r e m e n t o f C N S S O .K e y wo r d s C N S S O ;b u o y ;d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m ;u n d e r w a t e r a c o u s t i c c o m m u n i c a t i o n 0 引 言长期以来,人们对于海洋观测的认识局限于岸边和表层,对于海洋内部的认识比较少㊂而随着科学研究的需要和工程技术的进步,众多国家开始建立第三代海洋观测平台海底科学观测网㊂相比于调查船测量和卫星遥感,海底科学观测网可以深入海洋内部,提供定点㊁长期㊁连续的观测数据,有助于更加深入理解海洋随时间的变化[1]㊂在海底科学观测网中,浮标观测平台能够获取海气界面的科学数据,包括大气数据和近海面水体参数,是观测网系统的重要组成部分㊂本文将从浮标平台的发展现状㊁海底观测网的功能需求分析㊁平台设计探讨㊁柴发太阳能混合能源系统4个部分来阐述㊂1 浮标观测平台的发展现状根据功能的不同,浮标观测平台可以包括浮标①基金项目:同济大学国家海底科学观测系统㊂作者简介:李清(1980 ),男,大学本科,高级工程师,主要从事船舶与海洋工程装备制造生产管理方面的研究㊂E -m a i l:l i q i n g@c h i n a s w s .c o m ㊂第10卷 第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023㊃120㊃海洋工程装备与技术第10卷体㊁锚系㊁传感器系统㊁数据采集和控制系统㊁能源管理系统和通信系统㊂1.1浮标体浮标体是整个平台的载体,可以为系统提供足够的浮力,与锚系共同确保整个平台在海洋环境中的稳定工作㊂按照结构类型划分,浮标体可以分为圆盘型㊁船型和柱型等结构㊂其中,应用最广泛的㊁历史最悠久的是圆盘型浮标㊂圆盘型浮标通常按照直径分为大型㊁中型和小型3种类型㊂国外的浮标平台使用源于20世纪60年代,当时多采用12m 直径和10m直径的大型浮标[2]㊂随着材料技术的进步,美国的国家数据浮标中心(N a t i o n a l D a t a B u o y C e n t e r,N D B C)逐渐发展出了直径3m的标准浮标,成为美国浮标观测网的主力浮标[3]㊂我国的海洋浮标研制起步较晚,现在也进入了业务化运行阶段㊂我国已经初步建立了包含约130个浮标的近海浮标观测网,包括10m大型浮标㊁6m中型浮标和3m小型浮标,主要型号是10m大型浮标[4]㊂究其原因,我国近海渔业活动频繁,采用大型浮标可以降低丢失和损坏的风险,能够提高浮标系统的稳定性㊂而国外的海况比较良好,渔业活动较国内稀少,因此,采用易于运输和维护的3m小型浮标,只有在比较恶劣的海况才使用大型浮标㊂1.2锚系锚系通常由锚和系缆组成,能够为整个浮标系统提供足够的系泊力,与浮标体共同保证系统的稳定运行㊂根据系留方式的不同,锚系可以分为单点系留和多点系留㊂其中,单点系留又可以分为全锚链式系留㊁拉紧式系留㊁半拉紧式系留㊁倒S型系留和弹性系留系统[5]㊂锚的类型有有杆锚㊁无杆锚㊁大抓力锚和特种锚㊂系缆的材料类型有锚链㊁钢丝绳㊁化纤缆绳和弹性系缆原件㊂弹性系留是比较新的系留方式,可以降低海流导致的系缆运动,改善浮标的随波状态,提高浮标的数据质量[6]㊂1.3数据采集和控制系统数据采集和控制系统是整个浮标系统的控制中心和数据处理中心,能够完成对传感器的数据采集㊁远程控制和电源管理㊂数据采集系统结构可以分为采集电路㊁控制芯片㊁存储设备和相应软件等㊂当前,我国浮标平台普遍采用的数据采集和控制系统主要支持海洋气象㊁物理海洋和少量海洋传感器的采集和控制,满足国家海洋局㊁气象局等单位的业务化运行需要㊂对于这些业务化运行的浮标平台,增减传感器数量和种类都需要重新设计,增加了工作量㊂国外的发展趋势是,研制可以应用浮标㊁潜标和水下滑翔机等多种平台的低功耗的智能型数据采集和控制系统[7],其关键是模块化设计和标准化设计㊂国内的各个机构,包括中国海洋大学㊁山仪所㊁中船重工七一五所等都设计了自身的基于C A N总线的数据采集和控制系统[8㊁9],具有较好的扩展性㊂1.4电源管理系统电源管理系统是数据采集控制系统㊁通信系统和传感器系统的能量来源,能够实现电源的补充和管理㊂通常,浮标平台采用太阳能和蓄电池结合的方式实现能量的采集和存储㊂在阳光充足的时候,太阳能电池板可以将光能转化成电能,除了供应传感器消耗之外,将多余的电能储存在蓄电池中㊂在没有阳光的时候,蓄电池中的能量可以满足整个系统的运行㊂其中,电源管理模块可以监测并显示电池的电压㊁电流和温度等要素,防止蓄电池过充㊁过放和过热等[10],最终,实现系统的长期平稳运行㊂1.5通信系统通信系统是浮标平台和岸基站之间的联系通道,可以实现数据和控制指令的双向传输㊂浮标上常用的通信方式有V H F㊁C D M A㊁G P R S㊁北斗卫星和海事卫星等多种方式㊂在近海和湖泊中,手机信号比较强,采用C D M A或者G P R S信号通信具有速度快㊁费用低和稳定的特点㊂在离岸较远的区域,通信基站较少,卫星通信成为唯一的方式㊂为了避免数据的泄露和高昂的流量费,国内的浮标平台普遍采用北斗卫星通信,其在寻址方式㊁信道畅通率㊁用户容量㊁通信实时性和价格方面都优于国际海事卫星通信,但是一次只能传递78个字节,每次通信需要分成多个数据包才能完成[11]㊂1.6传感器系统传感器系统是整个浮标系统的工作部分,可以实现对多种海洋环境参数的测量㊂根据观测的科学目标的不同,搭载的传感器包括气象传感器㊁物理海洋传感器㊁海洋化学传感器和海洋生物传感器等㊂目前,国内浮标观测网搭载的传感器一般采用国外的产品,价格昂贵,维护比较麻烦㊂而国产传第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃121㊃感器的问题在于,没有相应的产品,产品精度不能达到使用要求,或者没有在浮标上的使用经验㊂这些问题限制了国产传感器的研发和使用,导致与国外传感器产品差距越来越大,最终国内传感器产业萎缩甚至消失㊂2海底科学观测网浮标平台功能性分析在东海海域,海底科学观测网需要从海面到海底,全方位立体协同观测,从而深入理解人类活动影响下的长江口东海的物质交换及其生态环境效应,研究东海低氧区的形成机制㊁生物地球化学过程及对生态环境的影响,探索长江冲淡水与西太平洋边界海流的相互作用㊂因此,海底观测网的浮标平台提出了新的更高的要求㊂2.1搭载的传感器数量多㊁学科全㊁控制要求高业务化运行的浮标平台一般搭载海洋气象传感器㊁海洋物理传感器和少量海洋化学传感器,主要测量指定海域的气象特征㊁温度盐度深度和流速等水文特征㊂而海底科学观测网的目标在于对东海的全方位观测,不局限于气象和水文特征㊂因此,海底观测网的浮标平台除了搭载常见的海洋气象传感器(风速㊁风向㊁气压㊁气温㊁湿度等)㊁物理海洋传感器(流速㊁流向㊁水温㊁波浪等)外,还要搭载众多的海洋化学传感器,比如用于测量p H值㊁溶解氧㊁水气C O2㊁硝酸盐㊁甲烷等的传感器㊂另外,浮标平台还要搭载激光粒度仪㊁光合辐射仪㊁三波长荧光计㊁光量子效率仪和浮游生物成像和分类系统,来观察水体中的浊度㊁光合作用㊁叶绿素㊁有机质和生物丰富度㊂如此多的传感器,对浮标系统的测量项目㊁传输方式及接口㊁防护等级㊁供电及功耗㊁体积与安装㊁连续工作时间与维护周期等方面,提出了较高的要求㊂浮标平台上传感器的稳定协调工作是海底观测网长期稳定运行的重要保证㊂2.2观测网防护要求除了需要搭载传感器实现海气界面的观测之外,浮标平台还要承担守护海底缆系的作用㊂东海地区繁忙的渔业活动对于海底的缆系具有较大的威胁,需要浮标平台提供一定的示警和防护作用,来提醒渔民注意指定海域底部的缆系,从而提高整个海底科学观测网的稳定性㊂2.3水声通信要求为了实现海底科学观测网的全方位观测,除了浮标平台,还需要潜标㊁四脚架㊁观测塔等平台同时工作㊂而这些平台的能量和数据是通过海底的光电复合缆传输的㊂浮标和部分无缆的潜标必须使用无线通信,才能接入海底科学观测网㊂无线电波和激光等信息载体在水下衰减剧烈,无法实现水下信息的传输,因此声波成为水下通信的唯一载体㊂在海底观测网中,水声通信系统共有3个主要作用:将无缆区域的浮标和潜标纳入实时海底观测网,将有缆区域的无缆浮标纳入海底观测网㊁海底电缆通信故障时的数据出水应急通道㊂借助水声通信,将浮标㊁潜标㊁四脚架等平台真正整合为一个有机整体,从而更好地实现数据的实时传输㊂2.4仪器国产化要求和国外传感器相比,国产的传感器优势在于价格便宜㊁维护方便以及可以提供必要的技术支持,打破国外的技术封锁㊂缺点在于测量精度不够㊁稳定性不够和没有使用经验不足等㊂另外,某些保密性的数据也只能通过国产的仪器采集和处理㊂在海底科学观测网中,为了降低后期的运行维护成本,保证声学数据的保密性,需要传感器的国产化㊂3浮标平台设计探讨3.1智能型数据采集和控制系统设计针对当前浮标数据采集和控制系统主要支持海洋气象㊁物理海洋和少量海洋化学传感器的现状,研制模块化程度高㊁扩展能力强㊁人机交互良好㊁具备辅助预警决策功能的智能型控制系统㊂该数据采集系统主要包括主控芯片㊁C A N总线控制模块㊁分布式数据采集预处理模块和预警辅助决策模块等㊂图1所示为数据采集和控制系统结构框图㊂为了保证传感器数量的迅速扩展,采用C A N总线和分布式预处理模块结合的方法㊂分布式预处理模块包括数据采集电路㊁数据处理和控制芯片以及相应的硬件模块化设计㊂当需要增加或者改变传感器时,只需要将传感器装在预处理模块上,再将预处理模块与C A N总线相连,从而实现传感器的迅速扩展㊂另一方面,还要开发易于操作的人机界面,使得科学家在岸上能够实时监测设备的健康状况,提前发现可能出现的设备故障,发出预警,并通㊃122㊃海洋工程装备与技术第10卷图1浮标数据采集和控制系统F i g.1B u o y d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m过交互式远程控制系统对设备进行控制,从而保障海底观测网的稳定工作㊂3.2水声通信数据链为了实现潜标和浮标平台之间的水声通信,需要在浮标和海床基上加装水声通信机㊂浮标上的水声通信机基阵采用柔性线阵列,在柔性保护管内部安装发射换能器和接受水听器,外部安装透声保护罩㊂基阵主要由8个接受水听器和1个发射换能器组成,阵元间距为200m m,整体长度为2m左右㊂基阵下端配重,保证基阵在一定流速范围内可以保持基阵垂直㊂在浮标系统中,金属锚链的振动声㊁连接头旋转的声音㊁海浪冲击标体的声音等都会影响水声通信的效果㊂为了减弱这些噪声的影响,通信机基阵需要伸出浮标底部一定距离,其下端应伸出浮标地面5m左右㊂3.3浮标平台防护措施为了保证浮标平台的安全和整个海底观测网的长期运行,需要在浮标上增加安全防护装置㊂首先是报警系统,具体包括人员闯入报警㊁事故报警和故障报警等㊂这些报警系统需要加装相应的传感器,例如舱开门㊁舱进水㊁浮标移位㊁浮标倾斜等传感器㊂其次,在浮标上要加装A I S防撞系统,实时监测浮标周围12海里海域内的过往船只,对驶入2k m范围内的船只进行识别跟踪,并利用海事和渔政系统对其发出警告㊂为了避免某些没有加装A I S 系统或者A I S系统关闭的船只,可以采用V H F电台对其广播,使其远离浮标㊂最后,为了激发渔民的主动保护意识,除了每年对渔民进行宣传之外,还可以借助观测数据开发相应的数据产品以服务渔民,保障渔民的生命财产安全㊂例如,可以在渔船靠近时,向渔民的手机发送该海域的天气状况及预测,帮助渔民了解海上天气状况,减少损失㊂3.4仪器实验平台建设为了提高仪器的国产化水平,促进海洋传感器的发展,需要在浮标平台上搭建传感器的实验平台㊂在海底科学观测网中,每一个锚定点附近会有一个实验标和两个警戒标,在观测海底的同时,起到保护海底电缆的作用㊂而在每个浮标上会开6~ 8个仪器安装井,在保证海底观测网的长期稳定运行的基础上,可以将部分安装井作为国产传感器的实验平台,以验证㊁完善其使用性能㊂还可以同时搭载国外同种传感器产品,提供数据比对,以明确改进方向和验证数据的准确性㊂4柴发太阳能混合能源系统传统太阳能发电系统的发电功率与太阳能板的数量成正比,通常仅能支持低频率的数据采集㊂太阳能发电的效率受天气影响较大,无法满足浮标平台在连续阴雨天㊁台风等极端天气的用电需求㊂为了实现多种传感器全天候的高频连续观测㊁高带宽数据的实时传输,浮标平台采用柴油发电机和太第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃123 ㊃阳能板混合发电,经蓄电池存储转换后供所有仪器设备用电㊂4.1 柴油发电机的布置柴油发电机在各类大小船舶中应用非常成熟,工作期间的振动㊁噪声和散热大,通常布置在独立的机舱中㊂在浮标平台上,柴油发电机布置在能源室深处远离浮标中心的方向,能够降低对浮标小平台仪器㊁仪器室数采设备的影响㊂油柜布置在发电机外侧,配置油位计,如图2所示㊂柴油发电机周围应预留设备维护空间,满足定期保养和检修需求㊂图2 柴油发电机的布置F i g .2 A r r a n g e m e n t o f d i e s e l ge n e r a t o r s 4.2 柴油发电机的冷却系统船用柴油发电机通常采用海水直接冷却的方式㊂海水经过滤后进入发电机冷却水管,具有冷却效率高的优点;缺点是冷却水管内部易发生腐蚀或堵塞㊂浮标平台以无人值守的方式长期工作在东海近岸含沙量高的海水中,需要采用间接海水冷却的方式㊂在冷却水管路中充满淡水,以内循环的方式冷却发电机㊂一部分冷却水管穿过舱壁后进入冷却水舱,由海水对冷却水管进行降温冷却㊂经验证,间接海水冷却的方式完全能够满足发电机的使用工况㊂4.3 柴油发电机的通风系统柴油发电机工作期间消耗新鲜空气,因此需要配置通风系统㊂新风从桅筒侧面的烟雾处理器进入结构风道㊁风机,一路直接送至能源室柴油发电机进风口附近,另外一路经电动风闸送至仪器室㊂发电机产生的废气经排烟管从桅筒背面一侧排至舱外,不影响舱内设备运行和人员工作㊂当人员需要进舱作业时,开启风机和仪器室的电动风闸,能够为仪器室快速注入新鲜空气,减少海上作业等待时间㊂4.4 柴油发电机油箱设计柴油发电机(以下简称柴发)选用K O H L E R13.5E F K O Z D ,可输出110~220V /50H z 共计7种电压,输出功率13.5k W ㊂油柜采用独立箱柜设计,按照系统的设备及柴发的设计工况,即75%负荷每日工作一小时,油耗为2.92L /h ,1500L 容积,可为柴发提供超过250天的续航,见表1㊂由于浮标平台为无人值守设计,需要设计远程读取液位数据,因此,在油柜顶部设计有浮球式磁性液位计;在侧面设计有翻转式磁性液位计,用物理显示的方式显示液位,保证了柴油液位监控的准确可靠,如图3所示㊂表1 柴油发电机油耗说明T a b .1 D i e s e l g e n e r a t o r f u e l c o n s u m p t i o n d e s c r i pt i o n 油耗60H z 50H z柴油,L /h (g ph ),%(载量)100%4.57(1.21)3.90(1.03)75%3.55(0.94)2.92(0.77)50%2.50(0.66)2.02(0.53)25%1.57(0.42)1.19(0.31)注:60H z 模式下16E K O Z D 油耗,50H z 模式下13.5E F K O Z D 油耗㊂㊃124㊃海洋工程装备与技术第10卷图3 柴油发电机示意图F i g .3 S c h e m a t i c d i a g r a m o f d i e s e l ge n e r a t o r s 4.5 水循环改进及设计柴油发电机原设计采用船用柴油机,其冷却水系统为开式二级循环冷却系统,即通过泵和管路抽取外部环境水,用环境水和发电机内部的缸套水进行热交换,是为一级循环;缸套水通过闭式循环管路再冷却柴油机气缸等部件,从而带走发电机运行产生的热量,是为二级循环㊂使用后的环境水通过排气管和高温气体一起排出㊂但是,该冷却水方式适合低盐水环境的内河环境使用,对于无人值守的海上浮标平台显然不适用㊂因此,需要将原有的开式二级循环系统改造为闭式三级循环冷却系统㊂在标体外围的浮力舱内单独划分出一个海水冷却水舱,使舱内有和吃水高度一致的海水,舱底布置耐腐蚀材质制成的热交换盘管,用来实现低温淡水与海水的热交换,是为一级循环;低温淡水部分设置有除气水箱,用于去除系统循环中产生的气体,气体通过水箱顶部的管路进入位于高位的膨胀水箱,再通过膨胀水箱上的透气管排出系统㊂膨胀水箱有两个功能:二级循环系统补水;承担系统运行时冷却水热膨胀释放㊂二级循环冷却水通过发电机内部的泵及热交换器和发电机内的三级循环系统进行热交换㊂通过改造,冷却水循环系统可大大提高冷却水系统的可靠性,从而满足浮标平台无人值守的要求,如图4所示㊂图4 水循环系统示意图F i g .4 D i a g r a m o f t h e w a t e r c i r c u l a t i o n s ys t e m 4.6 通风及排烟设计为满足浮标舱内设备散热及发电机运行对于新鲜空气的需求,浮标系统内还设计布置了通风系统㊂通风系统分为两路:日常设备运行通风及发电机送风㊂两路通风系统通过计算机控制风闸,考虑到海上环境对于设备的影响,进风口设计有盐雾过滤器㊂当日常设备运行时,风闸间歇性打开,通风第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃125㊃系统可以带走设备运行时产生的热量,为系统可靠性提供保障㊂当柴发启动运行时,设备运行的风管分闸关闭,所有空气全部用于柴发送风㊂根据柴油机的运行需求,此时柴发的需求风量需要达到10000L/h㊂5结语本文首先介绍了浮标平台的结构组成以及国内外的进展;然后,提出了海底科学观测网对于浮标平台的功能性需求,包括对浮标数据采集和控制系统的要求㊁对水声通信的要求,和对海底电缆的防护要求和仪器国产化的要求;最后,针对海底观测网的这些需求,提出了一些建设的意见㊂总之,浮标平台未来将向智能化㊁系统化㊁网络化发展,这需要广大科技工作者的共同努力㊂参考文献[1]汪品先.从海洋内部研究海洋[J].地球科学进展,2013,28(5):517520.[2]M c c a l l J,K e r u t E,H a a s G,e t a l.E v o l u t i o n o f B u o yE l e c t r o n i c s a n d T e l e m e t r y[C].O c e a n s.I E E E,1978:19.[3]T a f t B,B u r d e t t e M,R i l e y R,e t a l.D e v e l o p m e n t o f a n N D B CS t a n d a r d B u o y[C].I E E E,2010:110.[4]王波,李民,刘世萱,等.海洋资料浮标观测技术应用现状及发展趋势[J].仪器仪表学报,2014,(11):24012414. 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海底射流开沟机模型试验及效果分析!!李振旺!赵淮宾"于宗冰" &邹!丽"王!凯"曹!林%!!#中国船舶科学研究中心"江苏!无锡!"!%$$$&"#大连理工大学!船舶工程学院"辽宁!大连!!!($"%&&#大连理工大学!海岸和近海工程国家重点实验室"辽宁!大连!!!($"%&%#中国造船工程学会"北京!!$$.(!#摘要!为了保证海底管道与缆线的安全和稳定"人们采用了许多措施$其中"最为经济有效的方法是利用开沟机等相关设备将管道或缆线埋入海底$本文研究水下开沟"设计了一款具有轻型结构%可自主推进的水下射流开沟机"并对加工完成后的样机模型开展了水下开沟的试验$验证了所设计的开沟机在淹没状态下不仅可以完成自主推进工作"还能在管道流量达到+$O &'H 时破坏抗剪强度为.T ]A 的沙土"最大沟深可达$-%!O "为后续的模型优化以及管线埋设提供理论与依据$关键词!开沟机&水下射流&自主推进&开沟埋设中图分类号 Z &+.文献标志码*文章编号 "$'+,"',!"$"&#$$%%$.!"# !$-!"$.,'/001-"$'+,"',-"$"&-$%-$,J "!%/6%&4'-!N 00%)48-'/;&#&"01B 97'(#-%X %46(%-)*%(B C 2H 09M A 9:!;23*Z 3?A 7J 79";_)2/9:J 79:&;%;2Z )B 7";6*45b A 7";[*ZB 79+E !"=2/*&12/%1A /$*(/,/AV $8$&'A 2=$*($'0h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e ?7I O 0911/J ?N P 1H 0I 7I 0K 790/N S A J K 0791/1H 0L 0A @K //N R C 91H 7L I A I 0N ;A K 7:H 1X M 07:H 1;A ?1/9/O /?L K PI N /I 0K K 08?980N M A 10N Y 011N 09S H 0N H A L J 00980L 7:908A 98S /98?S 108?980N M A 10N 1N 09S H 79:10L 1L/91H 0O A S H 7908I N /1/1P I 0O /80K 1/Q 0N 7@P 1H A 11H 080L 7:9081N 09S H 0N S A 91N 09S H?980NL ?J O 0N :08S /98717/9;A 98S /O I K 0101H 0A ?1/9/O /?L I N /I ?K L 7/9M /N T1/80L 1N /P LA 98M 71HL H 0A N L 1N 09:1H /@.T ]AM H 091H 0I 7I0K 790@K /MN 0A S H 0L +$O &m H R D H 0O A h 7O ?O871S H 80I 1H S A 9N 0A S H $R %!OR D H 7LM /N T I N /Q 780L 1H 01H 0/N P A 98J A L 7L @/N L ?J L 0e ?091O /80K /I 17O 7U A 17/9A 98I 7I 0K 790J ?N 7A K R :%;<"(!&!1N 09S H 0N V L ?J O A N 790Y 01V A ?1/9/O /?L I N /I ?K L 7/9V 871S H A 98J ?N P =!引!言随着海上风电和跨洋通信的发展"海底电缆%光缆在保障能源和数据安全%稳定%高效传输中扮演着越来越重要的角色+!$&,$海底管道运输是海洋油气运输中最快捷%经济%可靠的方式"被称为海洋油气田生命线+%%+,$海底电缆和油气管道对数据传输和油气资源的运输有着非常重要的战略意义"而且随着对海洋开发利用的不断加深"海底管线埋设路线会与人类活动频繁的区域产生交集"!作者简介(李振旺!!'.')!#"男"硕士"主要从事船舶装备总体设计及[a <技术方向的研究工作$第!$卷!第%期!"$"&年!"月海洋工程装备与技术Z [W *4W 45C 4W W \C 45W >)C ]^W 4D*4<D W [34Z B Z 5_`/K -!$"4/-%<0S -""$"&第%期李振旺"等(海底射流开沟机模型试验及效果分析*%+!*!例如海运航道%围海造陆工程%捕鱼活动区以及船舶锚泊区"这些人类活动严重威胁了海底缆线的安全+(,$在海底开沟将管线埋设一定深度"可以提高管线的稳定性并防止外部机械损伤"这也是海底缆线和油气管道防护措施中最经济%最有效的方法+,$',$现今用于电缆和油气管线埋设的开沟方式有以下&种(犁式开沟%机械式开沟和喷射式开沟+!$$!",$不同的开沟方式意味着设计理念与应用范围也不相同+!&,$相较于其他两种开沟机"喷射式挖沟机结构简单%重量小&不容易受深海海流影响"维修成本低&不需要母船拖行"有自主行进能力&作业过程中噪音小"对周围环境的干扰小&还可以用于海底管道的维修$目前"国内自主研制的开沟机仍以喷射式为主"但往往存在效率低%故障率高%作业水深浅等缺点+!%$!(,$基于理论与概念模型的研究+!,$!',"设计了一种兼具射流开沟和自主推进的水下射流式开沟机"具有结构轻巧%适应性强%效率高%成本低的优点$本文介绍了模型的结构设计以及测试设备"并通过改变喷射臂和喷嘴角度进行试验"研究了开沟机在不同影响因素下的水下开沟效果"以此为依据优化了开沟机的技术性能$>!模型设计开沟机模型!图!#由支撑架%进流管道%喷冲臂%支撑轮组成$支撑架选用密度","$T :'O &的铝型材作为主体材料"框架的组装采用可调节式连接单元%焊接%定位螺栓等连接方式"如图"所示$铝型材之间用与其相匹配的特制螺母及连接单元连接"支撑轮的轮轴以焊接的方式安装在铝型材上"喷冲臂由定位螺栓固定在支撑架上$进流管道与前%后喷嘴以及管路连接件皆选用承压极限为!^]A 的]`[材料&前置喷嘴与后置喷嘴通过两通%三通等连接件布置在进流管道上"并在连接处加装阀门"用于调节前后喷嘴的流量$进流管道与喷冲臂之间的连接部件采用一种可变形的钢丝软管"可以配合试验中喷冲臂的调节$通过绑扎的方式将进流管道固定在铝型材框架上"完成试验模型的组装"模型参数如表!所示$图!!开沟机原理样机模型设计示意图a 7:-!!G S H 0O A 17S 87A :N A O/@I N /1/1P I080L 7:9/@871S H 79:OA S H 790图"!开沟机的加工%组装a 7:-"!]N /S 0L L 79:A 98A L L 0O J K P /@871S H 79:OA S H 790*%(!*海洋工程装备与技术第!$卷表>!开沟机模型参数6'9E >!I #4)*#-,7')*#-%7"!%/2'('7%4%(&结构车架]`[管道喷冲臂参数型长型宽最大型高最大型深进流内径前喷嘴内径后喷嘴内径壁厚型长型宽型厚壁厚尺寸'S O !'$!,$($($,-""-$!-+$-"!"(!.&$-+总质量'T :,+!!喷冲臂及喷嘴是开沟机模型最重要的部件"其精度及质量会直接影响到开沟机工作的效果$前置喷嘴用于冲沟"!+个喷嘴从上至下等间距布置在喷射臂上"如图&所示$采用直径为"S O 的渐缩式标准喷嘴&后置喷嘴设计为!-+S O "为开沟机提供前进动力$图&!喷嘴布置图a 7:-&!4/U U K 0K A P/?1?!试验设置试验内容主要包括破土效果试验%自主推进开沟试验和参数调节优化试验"如图%所示$首先开展破土效果试验"用于验证在管道流量达到+$O &'H 时"开沟机能否破坏抗剪强度为.T ]A 的沙土&自主推进开沟试验用于验证开沟机在水下能否实现自主推进开沟作业&最后"考虑到开沟机行进速度的大小是影响其开沟能力的重要因素+"$,"且埋深是海底电缆和油气管线埋设工程中较为重要的参数"故开展参数调节优化试验"探究开沟机的作业性能$自主推进开沟试验装置主要包括试验水池%供水池%水泵%水流管路%传送滑道%喷冲机构"测量仪器为剪切仪%流量计%自制的沟型测深杆等"如图+所示$试验方案如图(所示"先将开沟机模型放置于在试验水池中"向水池中注水使开沟机处于被淹没状态$然后"送水泵通过管路将供水池中的水输送至模型中"模型通过高速射流实现水下冲刷破土开沟"并借助射流的反作用力实现自主推进$此时"可借助流量计测得管道内的流量%流速"并以录像的形式记录开沟机的行走状态"可计算其开沟速度"利用测深杆可以在开沟机自主推进开沟的过程中测量其不同位移处的水下沟形"如图,所示$在参数调节优化试验中"设置喷冲臂与水平面之间的夹角分别为"'y %&'y %%'y"设置喷嘴全部垂向地面或者交替向内倾斜&$y"如图.所示"参数设置如表"所示"比较开沟机的行进速度与所测沟形的最大深度"选取最佳功能参数$!A#破土效果试验!J#自主推进开沟试验!S#参数调节优化试验图%!试验内容安排a 7:-%!*N N A 9:0O 091/@10L 1S /91091L第%期李振旺"等(海底射流开沟机模型试验及效果分析*%,!*!!A#微型十字板剪切仪!J#超声式管道流量计!S#测深杆图+!测量设备a 7:-+!^0A L ?N 79:0e ?7IO 091图(!自主推进开沟试验布置方案示意图a 7:-(!D H 0L S H 0O A 17S 87A :N A O/@L 0K @X I N /I 0K K 08871S H79:1L 1KAP/?1图,!测深杆测量水下沟形a 7:-,!D H 0L /?980NO 0A L ?N 0L 1H 0L H A I0/@1H 0?980N M A 10N 1N 09S H表!工况参数设置6'9E ?!6*%2'('7%4%(&%44#-,"0<"(Y #-,)"-!#4#"-工况喷冲臂与水平面夹角'!y#喷嘴布置喷冲臂间距'S O 管道流量'!O &'H#!%'垂向"$+$"%'交替"$+$&&'交替"$+$%&'垂向"$+$+"'垂向"$+$("'交替"$+$@!试验结果与分析在开沟机破土效果试验中"开沟机喷冲臂冲刷的沟形深度为$-&(O "宽度为$-%!O "冲沟两侧基*%.!*海洋工程装备与技术第!$卷图.!喷冲臂角度调节和喷嘴的垂向%交替布置a 7:-.!D H 0A 9:K 0A 8Y ?L 1O 091/@1H 0L I N A P A N OA 981H 0Q 0N 17S A K A 98A K 10N 9A 10A N N A 9:0O 091/@1H 09/U U K 0本垂直"且能够在一定时间内保持沟形"如图'所示"验证了在管道流量达到+$O &'H 时"开沟机可以破坏抗剪强度为.T ]A 的沙土$在开沟机自主推进开沟试验中"所设计的海底射流开沟机在淹没%无外力牵引状态下实现了自主推进射流破土开沟"如图!$所示$图'!破土效果试验沟形a 7:-'!G /7K J N 0A T 79:0@@0S 110L1:N //Q 0L H A I0图!$!开沟机在淹没状态下实现自主推进开沟a 7:-!$!D H 0871S H 79:OA S H 790S A 9A S H 70Q 0L 0K @X I N /I 0K K 08871S H 79:?980N L ?J O 0N :08L 1A 10!!在开沟机相关参数优化试验中"用测深杆测得开沟机在(个工况下&个等间距不同位置处的水下沟形"如图!!所示$总体上看"各工况下的沟形基本呈倒梯形"且在同一工况下对比&个位置处的沟形可以看出(随着开沟机的前进与远离"沟形深度逐渐减小$这是由于开沟机由静止开始运动"速度缓慢增加最终到达稳定状态"单位时间内作用于沙土的水量逐渐减少"所以出现了深度逐渐减小的现象$第%期李振旺"等(海底射流开沟机模型试验及效果分析*%'!*!图!!!!$(工况下等间距三个不同位置处的沟形a7:-!!!5N//Q0L H A I0A11H N0087@@0N091I/L717/9LM71H0e?A K L I A S79:?980NM/N T79:S/98717/9L!)(*+$!*海洋工程装备与技术第!$卷!!通过录像时长与行进距离计算得出各工况下开沟机的行进速度"并对比各工况下开沟机冲刷所测得的最大沟深"如图!"所示$可以看出"在各个工况下开沟机的行进速度都大于"$$O'H"最大行进速度达到&("O'H$在最大开沟深度方面"工况(中开沟机冲出的沟形最深达到$-%!O$整体来说"喷嘴交替布置有利于提升开沟机的行进速度与开沟深度"一定程度上优化了开沟机的性能$各工况下实测沟形的最大深度皆超过$-&+O"平均深度达到$-&.O&在调节开沟机喷冲臂与水平面夹角过程中"测得最大型深为$-(O"并实现了在淹没状态下拥有一定的行进速度$另外"考虑到水下沟形两侧的泥沙会向沟中回淤"并且提供推进动力的水平射流会促使冲起的悬浮泥沙在开沟机的后方形成堆积"故开沟机冲出的实时沟形应该拥有图!"!各个工况下开沟机的平均行进速度与最大开沟深度a7:-!"!D H0A Q0N A:0L I008A98O A h7O?O80I1H/@871S H79:O A S H790?980N0A S HM/N T79:S/98717/9更大的深度$因此"判断所设计的开沟机在管道流量+$O&'H的情况下"稳定开沟深度可达$-%O"如图!&所示$图!&!推测开沟机所冲刷的实际沟形a7:-!&!C9@0N1H0A S1?A K:N//Q0L H A I0L S/?N08J P1H0871S H0NA!结!论根据需求"设计%加工了一款具备质量轻%易操作的自主推进式水下射流开沟机"通过破土效果试验与自主推进开沟试验"验证了开沟机可破坏抗剪强度为.T]A的土体"并可持续稳定地进行水下自主推进开沟作业$参数调节优化试验验证了开沟机在各工况下的平均行进速度都在"$$O'H以上"最大行进速度为&("O'H"实测最大开沟深度为$-%!O"在考虑泥沙淤积的情况下"开沟机可达到$-%O的稳定开沟深度$综合来看"当开沟机的喷冲臂与水平面之间的夹角为"'y"喷嘴交替向内倾斜&$y时"行进速度为&"%O'H"开沟深度达到$-%!O"性能相对最佳$在实际工程应用中"射流式开沟机的工作是一个十分复杂的过程"涉及了淹没射流%泥沙冲刷%泥沙输运%射流推进等相关过程$本文仅通过模型试验验证了所设计的开沟机自主推进开沟的可行性"但模型试验与实际工程施工存在一定的比例换算关系"无法完全呈现原型机施工时可能出现的所有问题"故仍需进一步开展研究"优化该型产品的性能$参考文献+!,赵靓-"$&$年全球海上风电市场展望+g,-风能""$"!"!!$#( %$%&-+",B7?_;2H A/r;6?g R*I I K7S A17/9G1A1?LA98]N/L I0S1/@ 3`<[G?J O A N790[A J K0]N/Y0S1L i g j R37:H`/K1A:0*I I A N A1?L;"$"";+.E"F k!.R+&,卢聃-海底光缆突围在即+g,-产城""$"!"!!!#(,$,!-+%,舟丹-世界海洋油气资源分布+g,-中外能源""$!,"""!!!#(++-++,牛爱军"毕宗岳"张高兰-海底管线用管线钢及钢管的研发与应用+g,-焊管""$!'"%"!(#(!(-+(,b/N8A H7^W;G H A I7N/G;B?S A L5R5K/J A K D N098L C9G?J O A N790[A J K0G P L10Oa A?K1L i[j R]N/S R G?J Z I17S;"$!(;!,R第%期李振旺"等(海底射流开沟机模型试验及效果分析*+!!*!i,j B7g3;b7O gD;B00^g;01A K R[/9S0I1?A K<0L7:9/@ Z I17O A K D H N?L1G P L10O@/NW@@7S7091[A J K0=?N P79:/@\Z`D H N09S H0N i[j R Z S0A9L X G1R g/H9l L[/9@0N09S0;"$!%R +.,迟令宝-海底犁式挖沟机总体结构研究+<,-哈尔滨(哈尔滨工程大学""$!$-+',戴必林-射流助推式\Z`型开沟机喷射臂及其冲刷过程研究+<,-杭州(浙江大学""$!(-+!$,*K K A9]5R3P8N/:N A I H7S C9@/N O A17/9A981H0G?J O A N790[A J K0 C98?L1N P i\j R793P8N/"$$!;"$$!R+!!,王亮-国内海底管道挖沟装备现状介绍+[,-"$!(年深海能源大会论文集""$!("&'$&'&-+!",张树森-海底冲射式开沟机喷冲系统研究与应用+<,-上海(上海交通大学""$!+-+!&,301179:0N a;^A S H79g R[A J K0A98]7I0K790=?N7A K A1&$$$^010N L i[j R79Z S0A9L"$$+;]N/S00879:L/@^D G m C W W W;"$$+;,++,($Ri!%j r79:r;_?5R G1?8P/91H0C910N A S17/9/@]7I0K790A98G/7K8?N79:G?J O A N790]K/?:HD N09S H0N6/N T79:i[j R"$!,C W W W C910N9A17/9A K[/9@0N09S0/9^0S H A1N/97S L A98*?1/O A17/9E C[^*F R C W W W;"$!,;!"("!"((R+!+,赵明宇-海底犁式挖沟机的设计研究及稳定性分析+<,-哈尔滨(哈尔滨工程大学""$!!-+!(,张新明"梁富浩"田帅-深水海底管线挖沟机的发展现状+[,-第十七届中国科协年会论文集""$!+"!,-+!,,邹丽"徐伟桐"孙哲"等-喷射式挖沟机的喷嘴参数设计及数值模拟+g,-哈尔滨工程大学学报""$!'"%$!!!#(!.!(!.""-+!.,邹丽"金国庆"孙哲"等-水下射流挖沟机喷冲臂的设计与优化+g,-哈尔滨工程大学学报""$"$"%!!"#(",!",(-+!',王子维-海底射流开沟机喷冲臂设计及试验验证+<,-大连(大连理工大学""$"!-+"$,B7g3;B00^g;b A9:3;01A K R<0L7:9;]0N@/N O A9S0 W Q A K?A17/9A98a70K8D0L1/@A6A10N Y01D//K@/N\Z`D N09S H0N i g j R g/?N9A K/@^A N790G S709S0A98W9:7900N79:;"$"!;'E&F k"'(R。

海洋石油工程概论
海洋石油工程概论
我国石油资源
我国平均探明率为38.9％，海洋仅为12.3％，远远低于世界平均探 明率73%和美国的探明率75％。我国天然气的平均探明率为23％ ，海洋为10.9％，而世界平均探明率在60.5％左右。因此我国油气 资源的探明率(尤其是海洋)很低，整体上处于勘探的早中期阶段。
海洋油气资源
世界十大深水油藏发现国wo-07.09p59 Top 10 deepwater discover reserves countries
海洋石油工程概论
海洋油气资源
2010年世界前七位深水生产油气国的产油当量 (Top 7 deepwater producing countries 2000-2010)
海洋石油工程概论
海洋石油开发概述
海洋石油开发简史
1887年，美国人以栈桥连陆方式在加利福尼亚距海岸200多米处 打出了第一口海上油井 标志着海上石油工业的诞生。 20世纪40年代建造成功第一台专门设计用于海上石油钻井平台。 标志着海洋石油工业与陆地石油工业相同，开始了明确的分 工，即海上油公司与专业服务公司的分野。 50年代以后，研制成功移动式钻井平台 已经系统地形成了海洋石油工业体系，通过一种严密的社会 分工体系，多专业公司协作开展海洋石油的开发工作。 1976年浮动石油平台已超过350台 海洋石油勘探已经成为各个油公司是否可持续发展的重要指 标 80年代中期，海洋石油产量就已占世界石油产量的三分之一 海洋石油的勘探开发已经成为国际关系的重要环节
海洋石油工程概论 为什么海洋石油资源大部分在大陆架上？
根据石油海生理论，大河出口具有大量的海生物，容易形成 石油原生物，而大陆架往往是大河出口的主要沉积区域。
海洋石油工程概论

我国海洋石油发展现状
中国海上油气总蕴藏量 我国海上油气勘探主要集中于渤海、黄海、东海及南海北部大陆架 ，预测石油資源量為275.3×108t（275.3亿t），天然气资源量为 10.6×1012m3（油当量106亿m3）合计油当量约375亿t，为2007年 中国探明油当量储量46.19亿m3的8.5倍。 目前原油的发现率仅为18.5％，天然气发現率仅为9.2％，极具勘探 开发潜力。
海况划分为：海冰、海浪、潮汐、海流、热带气旋这几个海
洋特殊环境状况，这几个都是可能导致海洋石油开发失败或
不安全事故发生的自然主导因素，比如：
海冰
推倒平台
海浪
构建物疲劳损伤减少构建物的寿命
潮汐
钢结构腐蚀严重影响运输
海流
海底管线弯曲
热带气旋
人工岛大面积进水
海上波浪对海上平台的影响很大。1980年8月，狂风巨浪摧毁了墨西哥湾的4 座钻井平台，1989年11月，美国的“海浪峰”号钻井船被巨大海浪掀 翻。据1989年的统计，全球的海洋钻井船已经有50多座被海浪吞没。直到现 在，海浪同样不可抗拒，只能加强预测和防范。 我们将重点介绍海洋自然环境条件中的风、波、流和海冰对于海洋石油开发 的影响。
海洋油气资源 海洋石油的绝大部分存在于大陆架上，海底蕴 藏着丰富的石油和天然气资源。据1995年的估计世 界近海已探明的石油资源储量为379亿吨，天然气的 储量为39万亿立方米。据不完全统计，海底蕴藏的 油气资源储量约占全球油气储量的1/3。目前，海底 油气开发已从浅海大陆架延伸到千米水深的海区。 全球石油资源可采储量为3000亿吨。 海洋石油储量占45%，可采储量为1350亿吨。
一、自然环境恶劣
除了与陆地一样承受天气的影响外，还要承受海洋这一特殊环境的影响。海

钻井平台的分类
固定式
按运
桩基式 重力式 张力式 棚绳塔式
地撑式
海 洋 钻 井 平 台 类 型
移性 可分
坐底式 自升式 半潜式 钻井船
移动式 浮动式
按钻 井方 式分
浮式平台 稳式平台
半潜式 浮船式 张力式 固定式 自升式 坐底式
钻井平台的分类
辅助船平台
自升式平台
半潜式平台 （系泊）
半潜式辅助船
半潜式平台 （动力定位）
主要建造国家情况（ ） 主要建造国家情况（2）新加坡
代表企业：吉宝岸外与 吉宝集团在自升式钻井平台建造、半潜式钻井平台建造，以及FPSO改 装方面实力突出。新加坡吉宝集团在全球有20多家船厂 新加坡吉宝集团在全球有20 新加坡吉宝集团在全球有20多家船厂 – 吉宝远东船厂主要从事半潜式钻井平台和自升式钻井平台建造； 吉宝远东船厂主要从事半潜式钻井平台和自升式钻井平台建造； – 吉宝船厂主要从事FPSO改装； 吉宝船厂主要从事FPSO改装； FPSO改装 – 吉宝新满利船厂（Keppel Singmarine）主要从事辅助船建造； 吉宝新满利船厂（ Singmarine）主要从事辅助船建造； – 吉宝美国船厂（Keppel AmFELS）主要从事自升式钻井平台建造。 吉宝美国船厂（ AmFELS）主要从事自升式钻井平台建造。 – 另外，吉宝集团还在海外拥有吉宝巴西船厂（BrasFELS）、吉宝荷 另外，吉宝集团还在海外拥有吉宝巴西船厂（BrasFELS）、 ）、吉宝荷 兰船厂（ Verolme），从事平台总装和维修升级等。 ），从事平台总装和维修升级等 兰船厂（Keppel Verolme），从事平台总装和维修升级等。
主要内容
1. 海洋工程装备介绍 2. 海工企业及制造格局介绍 3. 钻井装备相关企业介绍

1.2 需求趋势
近 3 月(2022-12~2023-02)：
近 1 年(2022-03~2023-02)：
本报告于 2023 年 02 月 08 日 生成
1/22
近 3 年(2020-03~2023-02)：
1.3 项目规模
1.3.1 规模结构 近 1 年中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂的项目规模主要分布于 10-100 万区间， 占项目总数的 62.5%。500 万以上大额项目 9 个。 近 1 年(2022-03~2023-02)：
近 1 年(2022-03~2023-02)：
项目数(个)
109
同比增长：81.7%
项目总金额(万元)
(不含费率与未公示金额)
￥19497.88
同比增长：45.4%
平均金额(万元)
￥221.57
同比增长：-45.5%
平均节支率
1.1%
同比增长：-8.3%
*平均节支率是指，项目节支金额与预算金额的比值的平均值。（节支金额=项目预算金额-中标金额）
目录
企业基本信息 .................................................................................................................................1 一、采购需求 .................................................................................................................................1
本报告于 2023 年 02 月 08 日 生成

海洋采油工程技术现状及发展趋势 XX12
•Highlight
1.海洋油气田开发概况 2.我国的石油战略 3.海洋石油开采技术 4.结论
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海洋采油工程技术现状及发展趋势 XX12
•2. 我国的石油战略
•我国的石油消费现状
• 1993年我国生产原油1.44亿吨，消费原油1.55亿吨，原油供应量满 足不了市场需求，因而从石油出口国变为石油进口国。
• 沙特阿拉伯、安哥拉、伊朗为2009年三大进口来源地。
• 目前中国进口总量的近三分之一来自非洲。
• 近年来，中国的国际能源战略受到各国的关注。有的希望与中国合作 进行国际能源项目的投标或开发，有的对中国的能源战略横加指责。
• 中国的国际能源战略，已产生了重大的外交影响。
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海洋采油工程技术现状及发展趋势 XX12
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海洋采油工程技术现状及发展趋势 XX12
•2. 我国的石油战略
•我国的海洋石油战略
• 中国于2007年在南海发现可燃冰，储量约为185亿吨油当量。南海北 部的“可燃冰”储量达到我国陆上石油总量的一半左右。
• 2009年9月25日报道，中国地质部门在青藏高原中纬度发现 可燃冰，使中国成为加拿大、美国之后，在陆域上通过国家计划钻探发现 可燃冰的第三个国家。初略估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。青 藏高原的这种环保新能源，预计十年左右能投入使用。
• 2008年我国生产原油1.88亿吨，同年进口原油达到1.9亿吨，进口原 油量首次超过国内生产原油量。2009年中国累计进口原油2.04亿吨（中 石化1.38），年度进口规模首次突破2亿吨，比2008年增长13.9%；价值 892.6亿美元，下降31%；进口平均价格为每吨438美元，下跌39.4%。

具 而 ， 国 法 、拿 体 言 美 、 国 加
“
大、
、
前也在 向深水高技术平台的研发 、 建造
发展 ，而美国 、欧洲等国家则以研发 、
： 二一… 二
… … … ……… …‘
翥
建造 深水 、超 深水 高技 术平 台装 备 为 核心。按照业 务特点和产品种类 ， 海洋
工程装备建造商可分为三大阵营 ：处于
工装备等。
国外海洋油气装备现状
总体 看 ，全 球主 要 海洋 工程 装 备 建造 商集 中在新加坡 、韩国 、美国及欧
洲等国家，其 中新加坡和韩国以建造技 术较 为成竺． ２竺曼 酋妻和 苎式井 主 皇 ： 钻 ：
式 平 订３座，市场占有率 三井台持单 ； ４： 率 。 钻 手！ 占 ９
钻 采平 台（ 上 ，含锚泊 系统 、单 点系 船） 泊 、动力定位等 。 安全 与 消 防系统 ，装 于 钻采 平 台
置于平 台（ 上 ；监测仪表和 自动化系 船）
统 ，装于钻 采平 台（ ） ；空 中运输 系 船 上 统 ，包括直升机平 台及服务于直升机的
通讯 、燃 油加注系统及应急系统 ，装于
海 洋油气 装 备 自主化 及 做 强做 大 的思 考 与建 议
海洋石 油天然气勘探开发 所需 的主要装 备 （ ） 下
口 李 树 清 ／ 中 国石 油 和 石 油化 工设 备 工 业协 会 专 家 原 杨双全 ／ 中国石 油和石油 化工设备工业协会秘书长
海洋油气勘探开发
主 要 配 套 工 程 装 备
指挥 、呼救 系统 、密闭救生 系艇 、救生
船 ，用于海底油气管线的铺设 ；潜水作
业船 ；三用工作船 ，用于平 台、施工船

北海油气田退役弃置关键技术及装备!!刘!鹏!殷志明"!!#中国海洋石油国际有限公司#北京!!%%%"&""#中海油研究总院有限责任公司#北京!!%%%"&$摘要!油田退役是油气田开发全生命周期的末端环节#是油气田在整个生命周期中不可或缺的部分%而海上油气田环境特殊#不同海域&不同水深采用不同的设备设施进行生产#有钢结构导管架生产平台和钢筋混凝土重力平台&水下井口和集输系统配备浮式生产设施&张力腿平台等多种方式%不同开发方案对应着不同的弃置方案及工艺措施%本文主要介绍了北海退役油气井弃置标准规范&弃置工艺及关键技术及设备#如大型工程设备浮托工程船和钢丝绳锯等#同时结合实际案例#介绍了弃置工作准备和作业实施工艺步骤#以及油气田弃置过程中的特殊风险点#对于我国国内海上海域和海外其他水域进行油气田弃置具有一定的参考意义%关键词!海洋油气田"油田弃置"钢丝绳锯"导管架切割中图分类号 '()文献标志码 *文章编号 "%+),("+(!"%"!$%!,%%R (h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`@;F /D D E 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;60C /E F .M /D D .J 5]56G .6I /60.J .;:56G <5D J ;/:G D #1C /F /J .F /#0C ;D E 5E /F C 5D M /F 05;6F /J /F /6M /D ;<6;J ;M 56M /J .F 0C /5]56G .6I /60.J .;:56G <5D J ;/:G D ;6G .I /D 0;M .J J D C .F /5F /5D 56G.0C /F .H /F D /5DL 50/F D ;6P C ;65#>&9("'!=!.J J D C .F /.;:J ;/:G "G /M .II ;D D ;.6;6<"G ;5I .6GL ;F /M @00/F "A 5M \/0M @00;6<!引!言油气田退役是油气田开发全生命周期的末端环节#是油气田生命周期中不可或缺的部分*!+%根据,联合国大陆架公约-,联合国海洋法公约-,奥斯陆巴黎保护北大西洋海洋环境公约-等国际公约*"+#为了保护海洋生态环境#在油田退役弃置后#海洋钻井平台不能被丢弃于海域中#要求油气公司将海第&卷!第!期!"%"!年+月海洋工程装备与技术2P S *3S 34>3S S T >34S U B >'V S 31*3W1S P 832X 24?Y .:#&#3.#!Z /E##"%"!0R &!0海洋工程装备与技术第&卷洋平台移除并运回陆地进行回收%海上油气田建成投产后#经过若干年的开采#储层所含油气资源逐渐衰竭#当油气产量无法达到经济开采价值#即产出油气量的价值小于运维平台生产所必须的投入成本时#油公司将按照相关法律法规对海上油气田生产设施进行弃置%由于全球进行海洋油气田开发时间相对较短#"%世纪(%年代随着北海油田的发现步入大发展阶段#而深水油气田的开发更是最近"%年才成为热点%海上油气田的经济开采周期一般都在$%")%年#即最初投入大开发的海上油气田将在近!%年内逐步进入退役弃置期%随着北海标志性油田布伦特油田的退役#海上油气田弃置工作逐渐拉开序幕%据英国油气行业组织!2;:i 45DB _$报告*R +#"%!(/"%")年#北海R $+个油气田!其中英国"!$个#荷兰!%Q 个#挪威"R 个#以及丹麦Q 个$接近一半需要退役弃置#预计需要完成或部分拆除"%%多个平台#封堵和弃置近")%%口油气井#并退役近(&%%\I 的海底管道%根据油田的大小不同#通常弃置周期从几个月到几年不等%预计在接下来的)年里#每年支出"(亿"R Q 亿英镑用于弃置作业%就英国而言#估计"%!(/"%")年度将用于退役的!(%亿英镑中有$Q c 将位于北海中部#其中$+c !约R &亿英镑$将用于封堵和弃井作业%@!北海油气田弃置要求与关键装备油田弃置工作除了遵循所在国法律法规&石油天然气行业标准外#还要受到政府相关部门的监管%英国与北海油气田弃置工作管理相关的政府部门'组织#包括国家石油天然气管理局&职业健康安全管理局&工商业发展部和渔业部门等%政府各相关部门对油田弃置工作附有发放许可和监督职能#如安全环保部监督弃置工作过程中的安全和环保#工商业投资部负责审核作业者资质并发放作业许可证#渔业部门负责验收油田弃置工作结束后海域恢复原始或不影响捕鱼作业安全%英国石油行业协会根据现在的科技和工业能力制定了具体的弃置实施规范%!#!!北海油气田弃置要求海上油气田不同的开发模式将决定弃置施工过程中选用不同的弃置装备和技术#例如深水区的油气田采用水下井口g 管汇g['Z 2方式!或是半潜式生产设施开发$#而浅水区则采用干式井口通过导管架支撑生产平台进行油气井田的开发%英国石油行业协会因此制定了,海上油气田退役弃置推荐做法-*$+%海上油气田弃置分为R 部分.!油气井封堵弃置%此阶段遵循石油行业标准钻井部分#即用永久封堵物封堵油&气&水层#并在泥面以下切割海底井口%*水下结构回收%此阶段将海底结构清除#包括露出海底泥面的采油树&海管&管跨和水下管汇等%+海面以上结构物拆除%此阶段将水面以上结构!包括水下支撑结构$拆除#恢复海域原貌%油气井封堵弃置#即按照规范要求将井内生产油管起出#注水泥塞封堵油气井内的油&气或水层%标准要求每层要有"个水泥塞封固#单个水泥塞长!)%I #也可注连续长"$)I 水泥塞%为确保水泥环质量#通常选择在上一层套管鞋附近注水泥塞#也可根据固井质量检测结果选择注水泥塞的位置%封固完地层中的油&气&水层后#在泥面以下R ")I 处切割套管并起出井口#而近海底泥面位置则可根据目标井具体情况选择性注水泥塞*)+%水下的海管&立管和电缆等需要进行切割回收#海管在泥面的切口处要做回填处理%而平台弃置则先将能拆除并能由工作船运回陆地的生产设施拆解#再将平台上部组块构件采用热工或是冷切割的方式将其与支撑结构分开#再用驳船采用浮托法将上部平台组块整体搬迁回陆地进行拆解回收%钢结构导管架则需要浮吊将导管架吊好后#再用钢丝绳锯将导管架在海床泥面以上割断#随后由浮吊将废弃导管架运回陆地拆解%!#"!北海油气田弃置关键装备@A B A @!大型工程船大型工程船是进行海上结构物提升和运输关键设备#如北海进行井口平台弃置的';.6//F ;6<Z E;F ;0是世界上最大的工程船之一!见图!$%';.6//F ;6<Z E;F ;0工程船的建造标志着海上平台安装或是拆除工作向安全高效迈出了一大步#极大地减少了海上油气平台的安装或是退役弃置相关工作的海上作业时间%该船是专为大型石油和天然气平台的安装和拆除以及海管铺设安装而设计的#';.6//F ;6<Z E ;F ;0船采用W 'R 动力定位的双壳船#型长R &"I #型宽!"$I %船首处有一个长!""I &宽)+I 的工程作业开口#这使得';.6//F ;6<Z E;F ;0可以驶入平台下方#可一次起吊重达$&%%%0的平第!期刘!鹏#等.北海油气田退役弃置关键技术及装备0R +!0!台#可安装重达"%%%%0的导管架#并使用八组水平液压举升器将整个平台举升且运输*Q +%作为起重系统的补充#工程船尾还有一台可起吊)%%%0的起重机#可用于较轻的上部平台或是导管架的海上安装%';.6//F ;6<Z E ;F ;0的大船型具有出色的海况适应性能#涌浪主动补偿系统使其能够在高达R #)I 波高的海况条件下进行安装或拆卸平台组块和导管架作业#并通过动态定位系统使其在任何水深范围内准确平稳作业#而船体的防冰设计又保障其能在极地地区进行作业%图!!精神先锋号[;<#!!';.6//F ;6<Z E;F ;0!!@AB A B !钢结构切割工具海上导管架平台和支撑油气流动通道的井筒结构通常为管状钢材或者钢材和水泥胶连结构物#其中导管和水下套管切割一般采用金刚石绳锯!见图"$%金刚石绳锯是一种柔性超硬材料切割工具#已有$%多年的发展历史#广泛应用于矿山开采&钢筋混凝土或金属结构件的切割%图"!金刚石绳锯结构图[;<#"!Z 0F @M 0@F /.J G ;5I .6GL ;F /M @00/F 绳锯由液压动力端&绳锯托架和锯头三部分组成!见图R $%动力端提供液压动力&绳锯托架可依据水下钢结构的大小采用相适应的尺寸#托架将绳锯固定在切割位置#带钢丝绳锯索的锯头与托架通过驱动轮滑轨相连并由液压推动锯头将钢丝绳锯索压在被切割物的切割面上"钢丝绳锯索是由穿有诸多金刚石割刀环片的钢丝绳做成的%切割过程是由液力马达带动围绕固定导向滑轮高速运动的钢丝绳锯索在切割物上沿着切割线磨削的%图R !金刚石绳锯水下切割作业[;<#R !B 6G /F L 50/F M @00;6<.E/F 50;.6.J G ;5I .6GL ;F /M @00/F 常用水下应用绳锯!型号W9Z $&;T 2YZ Z $可切割管子的直径为)%&"!"!+II !"%"$&;6$&整个绳锯干重(&%\<#加上浮力块后海水中湿重!!\<#可在R %%%I 水深中进行作业%英国北海壳牌公司在"%!+/"%"%年对布伦特油田的R 座海上生产设施进行了弃置拆除#其中*:EC 5平台为导管架结构#弃置过程中用到了钢丝绳锯在水面下&)I将导管架锯断#再由浮吊将导管架调离%钢丝绳锯切割导管架具有安全快捷&无污染&成本低等特点%B !北海油气田弃置案例"#!!布伦特油田退役弃置布伦特油田位于英国北海北部#西距设特兰岛0$%!0海洋工程装备与技术第&卷!&Q \I #水深!$%I %布伦特油田由壳牌英国公司担任作业者!见图$$#布伦特油田有$座生产平台#共有开发井!$Q 口#于!+(Q /!+(&年相继建成并投产%经过$%多年的生产运营#油田接近经济生产年限#壳牌公司于"%!(年"月至$月向政府监管机构*包括英国石油天然气管理局!24*$&英国工商能源工业部!K S >Z $&健康安全环保部!8Z S $+&利益关切方和相关组织提交弃置方案从而启动了油田弃置工作#截至"%"!年R 月#壳牌公司完成了!$Q 口井的永久封井和弃置"将$座平台的上部组块移除并回收送回陆地拆解"回收*平台导管架并送回陆地拆解"清除水泥重力平台水下储罐中的残余油"清除平台周边海床上的残留钻屑及废弃物%图$!布伦特油田位置和平台分布示意图[;<#$!X .M 50;.656G E :50J .F IG ;D 0F ;]@0;.6.JK F /602;:[;/:G $座平台中*平台!见图)$是由Q 桩腿钢制导管架作为支撑上部组块的钢架结构%该平台于"%"%年Q 月开始弃置#首先采用热工作业解除上部生产平台组块与导管架的连接#再由大型工程船浮托';.6//F ;6<Z E;F ;0!见图Q $用浮托法将上部组块整体托起搬离油田现场""%"%年(月#开始拆除*平台Q 桩腿导管架%弃置项目组利用钢丝绳锯索在水面以下&)I 的位置对导管架的"&处切割点进行了切割#随即由起重船Z :/;E6;F 号将导管架吊起运送回陆地进行拆解%其余K &P &WR 座生产平台为水泥重力平台%因目前的工业水平和技术无法移除海中的水泥重图)!布伦特平台结构示意图[;<#)!Z 0F @M 0@F /.J E :50J .F I.JK F /602;:[;/:G第!期刘!鹏#等.北海油气田退役弃置关键技术及装备$!!!图&!精神先锋号付托回收K 平台上部组块[;<#&!1.E D ;G /.J /60F @D 0/G F /M .H /F NE :50J .F I K.J';.6//F ;6<Z E;F ;0结合部切割开#首先在直径!+#&I 水泥桩柱上水平均匀分布钻Q 个孔便于安装金刚石钢丝绳锯#切割后在钻孔处安装剪力销以固定上部组块"再由';.6//F ;6<Z E;F ;0大型付托船将"R )%%0组块托起并撤离!见图&$"最后由';.6//F ;6<Z E ;F ;0船尾部吊车安装桩腿盖板!见图+$%油田弃置后#留在原位的水泥重力平台的R 个直径为!R #+I 的桩腿高出海平面约!+#&I *(+%图+!精神先锋号吊装水泥桩腿盖板[;<#+!8.;D 0;6<.J M .H /F E :50/.J M /I /60E ;:/:/<]N ';.6//F ;6<Z E;F ;0';.6//F ;6<Z E ;F ;0工程船在布伦特油田弃置工作中#显现出多功能的高效性%';.6//F ;6<Z E ;F ;0作为最大的工程船#集浮托&吊机和装载于一身#基本上可实现一次动员完成所有施工工作量#从而为甲方节约整体工程施工时间和费用%"%"!年R 月#随着布伦特油田的退役标志着北海油田一个时代的结束#也为随之而来的油田退役开启了序幕%随着技术进步#或许在不远的将来#石油行业能够找到水泥重力平台拆除的安全&环保&经济&可行的方法%"#"!S00F ;M \ K :5M \];F G 油田退役弃置S 00F ;M \'K :5M \];F G油田位于英国大陆架水域"%'"5区块中#油田最近距英国海岸线&%\I #水深约!!)I %S 00F ;M \油田最初发现于!+&!年#并于"%%+年投入生产%S 00F ;M \油田是通过(口生产井和"口注水井开发的#所有这些开发井都通过海底管线接入['Z 2!见图!%$%K :5M \];F G 油田于"%%&年发现#并于"%!!年投入生产%K :5M \];F G 油田是通过"口生产井和!口注水井生产的#同样所有开发井都通过海底管线接入['Z 2%另外#K:5M\];FG油田还包括一口先期评价井#该井处于临时弃置状态#需要做永久性弃置处理%图!%!S 00F ;M \'K :5M \];F G 油田示意图[;<#!%!Z M C /I 50;M G ;5<F 5I.JS 00F ;M \'K :5M \];F G2;:[;/:G 中海油国际英国公司从"%!&年开始对S 00F ;M \'K :5M \];F G 两个油田进行弃置#需要完成水0$"!0海洋工程装备与技术第&卷下共计!R口水下井口的油井弃置&海底管线和水面['Z2解脱工作%在上报英国石油天然气局!2;:i 45D*@0C.F;0N$获得油田停产认可后#S00F;M\' K:5M\];F G油田进入弃置阶段%整个弃置作业共分为)个阶段%第一阶段油田停产#冲洗输油管线和脐带管线"滑环管线脱离并挂接到临时悬挂桶"断开与水下采油树连接管线"['Z2蓝水号解脱#驶离油田现场%第二阶段回收海管立管&跨接管和临时悬挂桶%第三阶段油气井弃井%第四阶段清除海底集输管汇&海管并做渔业拖网试验%第五阶段油田弃置后海底杂物扫描%油田弃置第一阶段断开采油树海底连接管线于"%!Q年(月!!日完成"['Z2蓝水号于"%!Q年&月!日离开油田现场%此步骤关键点是将滑环上的油&水和控制管线等与['Z2链接的各类管线移接到临时浮筒上%第二&四阶段于"%!(年底完成%第三阶段油井弃井工程已由P2Z X';.6//F半潜式钻井平台完成)口井的弃置%其中第二&四阶段对水下和海底管线的切割用到了金刚石钢丝绳锯#其操作简单和快速切割的特性使得海管切割工作进程大为提升%S00F;M\'K:5M\];F G水下管线和海底结构物弃置的关键工作节点如下.!!$第一阶段解脱蓝水号['Z2%因蓝水号['Z2滑环系统在船体中前部#预制了浮筒用于临时挂接滑环连接处连接的各类管线和电缆%待海管和电缆挂接在临时浮筒上后#即解脱蓝水号['Z2%!"$第二&四阶段根据水下作业特点采用多功能工程作业船进行水下作业%顺利完成切割&回收膨胀弯管&海管&海缆&临时浮筒和海底生产设施及相关构件等工作%作业经过为"%!(年Q月"&开始动员3.F I56G';.6//F号工程作业船!见图!!$到现场解除回收锚泊系统#清除堆积在海床上的钻屑#切割回收挂接海管&油嘴管线等#共回收R%%%0物料%动员W//ES a E:.F/F号潜水作业船!见图!"$到现场回收水下结构物防尘垫#海管立管切割&水下构件回收%动员W//E*F M0;M号工程作业船!见图!R$回收结构物海床防沉垫#做水下构件回收前准备工作%动员Z;/I K5F F5M@G5号工程作业船!见图!$$为油田区域弃置收尾工作#包括海床声呐扫描&收集海床遗留物等%风险点如下.工程船作业受天气海况的影响较大#海上施工时间多选择夏季作业以避免较多的天气待机情况发生%图!!!3.F I56G';.6//F工程作业船[;<#!!!9.F\].503.F I56G';.6//F 图!"!W//E S a E:.F/F潜水作业船[;<#!"!W;H;6<].50W//E S a E:.F/F 图!R!W//E*F M0;M工程作业船[;<#!R!9.F\].50W//E*F M0;M 图!$!Z;/I K5F F5M@G5工程作业船[;<#!$!9.F\].50Z;/I K5F F5M@G5第!期刘!鹏#等.北海油气田退役弃置关键技术及装备0$R!0!G!结!语我国海上油田有些已经生产了R%多年#即将进入弃置阶段%特别是在渤海的各类油田#其生产平台均采用钢结构导管架作为平台支撑#随着生产时间的增加#经济可采储量的减少#在不远的将来将会有油田进入弃置阶段%建议在工程设备的选用&工具工艺的运用等方面借鉴北海油田的弃置经验#即先井下!完成油气井封堵弃置$#再水面&水中#最后是根据海床的作业顺序设计弃置过程#为安全高效地完成油田弃置做好技术储备%例如#对导管架以上的平台设施可以采用付托的方式整体移除并用驳船送回码头拆解"对导管架和其周边水中管线和膨胀弯管用金刚石钢丝绳锯在海床附件进行切割#再用浮吊将导管架回收"最后用多功能作业船回收清除海床上的相关构件%对于南海部分深水或水下井口的油田可以借鉴S00F;M\'K:5M\];F G油田弃置经验#先将水中管线与半潜式生产装置或['Z2置脱离#临时挂接在浮筒上#移除浮式生产装置#再进行水中和海床面的关系和设备的清除工作%参考文献*!+胡文瑞#油气田的生老病死///浅析油气田全生命周期之一*^+#中国石油石化#"%!$!!!$.R!#*"+王晓萌#孙瑞钧#程嘉熠#等#国际公约下的海洋油气生产设施弃置及对我国的启示*^+#海洋开发与管理#"%!(!&$.!%$!%&#*R+24^/G;0.F D#B_G.I;650/D3.F0CZ/5G/M.II;D D;.6;6<*T+# 2;:i45D^.@F5:#"%!(。