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1、 程 中 外 船 舶 科 技20 09年 第3 期 我国海洋工程发展现状 陶永宏 ( 江苏科技大学经济管理学院， 江苏镇江2 1 2 0 0 3 ) 2 l 世纪是海洋世纪 ， 海洋经济也逐渐成为我国国 民经济新 的增 长点 ； 随着海洋产业的高速兴起 ， 海洋工 程装备已成为世界主要造船企业新的利润增长点。 船 舶工业调整振兴规划 明确要求加快自主创新， 发展海 工装备 ， 逐步扩大海工装备的市场份额， 重点发展钻井 平台、 生产平台、 浮式生产储油装置、 工程作业船、 模块 及海洋工程装备配套设备 。 因此 ， 有必要对我国海洋工 程发展现状进行 了解和分析。 1 海洋工程设备及其分类 1
2、 1 海洋工程及海洋工程设备 海洋工程 o c e a n e n g i n e e r i n g ) 是为开发和利用海洋 的综合技术科学。它指以开发 、 利用 、 保护和恢复海洋 资源为 目的 ，并且工程 主体位于海岸线向海一侧 的新 建 、 改建和扩建工程 。 海洋工程包括有关的建筑工程及 相应的技术措施 ， 可分为海岸工程、 近海工程和深海工 程 3类 。1 ) 海岸工程主要包 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 设施工程和环境保护设施工程等 ； 2 )近海工程又称离 岸工程 ， 自2 0 世纪 中叶以来发展很快。它主要是在
3、大 陆架较浅水域的建设 工程 ( 如海上平 台、 人工 岛等 ) 和 在大陆架较深水域 的建设工程( 如浮船式平台、 半潜式 平 台、 石油 和天然气勘探开采平 台、 浮式贮油库 、 浮式 炼油厂和浮式飞机场等) ； 3 ) 深海工程则包括无人深潜 的潜水器和遥控的海底采矿设施等工程。 造船界所说的海洋工程设备主要是指近海工程设 备。 1 2 海洋工程设备分类 随着世界经济持续高速增长 ，油气资源供应不足 将成为阻碍经济发展 的主要矛盾。为提高对油气资源 的 占有量 ，海洋油气的开发已经成为世界实现能源可 持续发展的战略重点。海洋石油钻井装备产业是以资 本密集和技术密集为主要特征、为海洋油气资
4、源开发 提供生产工具的企业集合， 是海洋油气产业与装备制 造业 的有机结合体。 目前用于海洋油气钻采的海洋工程装备 主要有两 大类 ： 一类为海上浮动钻井平 台， 另一类为海上浮式生 产设施 。 海洋钻井平 台主要包括两类 ： 移动式平台和固 定式平台 ；浮式生产设施 主要包括 ：单 圆柱生产平 台 ( S P A R ) 和浮式生产储油船( F P S O ) ， 此外还有平 台供应船 及铺管船等。 1 2 1 海洋钻井平 台 海上浮动钻井平 台包括移动式平台和固定式平 台 两类 ， 具体见图 1 。 图 1 海洋平台分类图 1 ) 移动式平 台 移动式平 台一般包括以下几类 ： 坐底式平
5、台、 自升 式平台、 半潜式平 台、 张力腿式平 台、 牵索塔式平 台和 钻井船 。 坐底式平 台( 见 图 2 ) 坐底 式钻井平台又叫钻 驳或插桩钻驳 ，适用于河流和海湾等 3 0 m以下的浅水 区域。坐底式平 台有两个船体 ， 上船体又叫工作 甲板 ， 安置生活舱室和设备 ，通过尾郡开 口借助悬臂结构钻 井 ；下部是沉垫 ，其主要功能是压载 以及海底支撑作 中 外 船 舶 科 技2 0 0 9年 第3期 用 ， 是钻井 的基础。我国渤海沿岸的胜利油 田、 大港油 田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域 ，潮差大而海 底坡度小 ， 对于开发这类浅海区域的石油资源， 坐底式 平台有着较大的发展前
6、途。 2坐 底 式半 台 自升式平 台( 见 图 3 ) 自升式钻井平 台又称甲 板升降式或桩腿式平 台。这种石油钻井装置浮在水面 的平台上 ， 装载有钻井机械 、 动力 、 器材 、 居住设备 以及 若干可升降的桩腿 。 钻井时桩腿着底 ， 平台则沿桩腿升 离海面一定高度 ； 移位时平 台降至水面 ， 桩腿升起 ， 平 台就像驳船 ， 可由拖轮把它拖移到新的井位 。自升式平 台的优点主要是所需钢材少 、 造价低 ， 在各种海况下都 能平稳地进行钻井作业 ； 其缺点是 由于桩腿长度有限 ， 使得其工作 水深受限 ，其最大的工作水深约在 1 2 0 13 1 左右 。 3自升式平台 半潜式平台(
7、 见图4 ) 它由平台甲板、 立柱和下 体( 或沉箱) 组成。 平台甲板为钻井工作场所。 立柱连接 于平台甲板和下体之间， 起支撑作用。 下体控制平台沉 没水下的深度 。 钻井作业时沉箱中注入压载水 ， 使平台 大部分沉没于水面以下 ， 以减小波浪的扰动力。 作业结 束时 ， 抽出沉箱 中的压载水 ， 平 台上升 ， 浮至水面进人 自航或拖航状态 。这种平 台在钻井作业时还需要锚泊 定位或动力定位 ，以增加其稳定性。它适宜在 3 0 0 6 0 0 m水深 的海域钻井作业 ， 是发展前景很大的一种石 油钻井平台。 海 洋 工 图 4 半潜式平台 张力腿式平台( 见图5 ) 张力腿式钻井平台是
8、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。张力腿式钻井平台也 是采用锚泊定位， 但与一般半潜式平台不同。 它所用锚 索绷紧成直线 ， 不是悬垂 曲线 ， 钢索的下端与水底不相 切 ， 而是几乎垂直 。它所用的是桩锚( 即打入水底的桩 为锚) 或重力式锚( 重块) 等， 不是一般容易起放的抓锚。 张力腿式平台的重力小于浮力 ，所相差的力量可依靠 锚索向下的拉力来补偿 ，而且此拉力应大于 由波浪产 生的力 ， 使锚索上经常有向下的拉力 ， 起着绷紧平台的 作用。 5 张力腿式平台 牵索塔式平台( 见图 6 ) 牵索塔式钻井平台得 名于它的支撑平 台结构如一桁架式
9、的塔 ，该塔用对称 布置的缆索将塔保持正浮状态。在平 台上可进行通常 的钻井与生产作业 。 原油一般是通过管线运输 ， 而在深 水中可用近海装油设施进行输送 。根据牵索塔式平台 在波浪裁荷作刚下的动态响应数值分析 ，其桩基处的 工 程 弯矩比塔的其它部分要小得多，整个系统上的水平力 也主要由系缆系统承受。从其恢复力与塔 的偏离平衡 位置 的关系曲线可以看 出，当塔 的偏离增大到一定程 度时 ，系在牵索上原来 固定在缆索上而沉于海底 的重 块被提起离开海底 ， 从而使索内的张力增加变得缓慢 ， 亦即比重块未被提起时吸收更多的能量。这样在遇到 大幅值长周期的风暴波时 ， 系统变软 ， 更大的顺应性
10、 出 现。由于这些优点 ， 牵索塔式平 台比导管架式平 台、 重 力式平 台更适合于深水海域作业 ，它的应用范 围在 2 00 6 5 0 m 图 6 牵索塔式平台 图 7 钻井船 钻井船( 见图7 ) 钻井船是浮船式钻井平台， 它 通常是布置在机动船或驳船上的钻井设备 。它的平台 是靠锚泊或动力定位系统定位。浮船式钻井装置船身 中 外 船 舶 科 技2 0 0 9年 第3 期 浮于海面， 易受波浪影响 ， 但是它可以用现有的船只进 行改装 ， 因而能 以最快的速度投入使用。 2 ) 固定式平 台 固定式平 台包括 导管架式平 台和重力 式平 台两 类。 导管架式平 台( 见 图 8 ) 在软
11、土地基上应用较 多的一种桩基平 台。由上部结构( 即平 台甲板 ) 和基础 结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁 架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具 、 动力装置 、 泥浆循环净化设备 、 人员的工作 、 生活设施 和直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确 定 ， 基础结构( 即下部结构 ) 包括导管架和桩 ， 桩支承受 全部荷载并可固定平 台位置。 桩数、 长度和桩径 由海底 地质条件及荷载决定。 导管架立柱的直径取决于桩径 ， 其水平支撑的层数根据立柱长细 比的要求而定 。 图 8导管架式平 台 重力式平台( 见图9 ) 混凝土重力式平台的底 部通常是一个 巨大
12、 的 昆凝土基础 ( 沉箱 ) ， 用 3个或 4 个空心的混凝土立柱支撑着 甲板结构 ，在平台底部 的 巨大基础 中被分隔为许多 圆筒型的贮 油舱 和压载舱 ， 这种平 台的重量可达数十万吨，正是依靠 自身的巨大 重量 ， 平台直接置于海底。现在已有大约 2 0座混凝土 重力式平台用于北海 。 1 2 2 海上浮式生产设施 单圆柱生产平台( S P A R ) ( 见图 l 0 ) S P A R平台 主要由四个系统组成 ： 顶部模块、 壳体、 系泊系统和立 管( 生产、 钻探和输油等 ) 。 顶部模块是一个多层桁架结 构， 它可以用来进行钻探、 油井维修、 产品处理或其它 组合作业 。用来
13、支撑钻探设备和生产设备的生产钻探 甲板及 中问甲板与 固定平台的甲板很接近 ，井 口布置 在 中部 。水线以下部分为密封空心体 ， 以提供浮力 ， 称 为浮力舱 ， 舱底部一般装压载水或用 以储油( 柱 内可储 油也成为 S P A R的显著优点 ) ， 中部 由锚链呈悬链线状 锚泊于海底。 中 外 船 舶 科 技2 0 0 9年 第3期 9 重力式 平台 1 0 单圆柱生产平台 2 ) F P S O ( 见图 1 1 ) F P S O是英文 F l o a t i n g P r o d u c t i o n S t o r a g e&0 f ： a d i n g的缩写 ， 中文
14、翻译为“ 浮式生产储 海 洋 存卸货装置” 。 它集生产处理 、 储存外输及生活 、 动力供 应于一体 。同时它还具有高投资、 高风险、 高回报的海 洋工程特点。F P S O俨然一座“ 海上油气加工厂” ， 它把 来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的原 油或天然气 ， 成 品原油储存在货油舱 ， 到一定储量时经 过外输系统输送给穿梭油轮。 作为海上油气生产设施 ， F P S O系统主要由系泊系统 、 载体系统 、 生产工艺系统 及外输系统组成 ， 涵盖了数十个子系统。 作为集油气生 产、 储存及外输功能于一身的 F P S O具有高风险、 高技 术 、高附加值 、高投人和高 回报等
15、综合性海洋工程特 点。F P S O具有抗风浪能力强、 适应水深范围广、 储 卸 油能力大及可以转移 、 重复使用等优点 ， 广泛适合于远 离海岸的深海 、 浅海海域及边际油田的开发。 11 FPS O 随着海洋油气资源的开发逐渐从近海大陆架地区 向深海转移 。 2 0世纪 8 0年代起浮式生产设 施开始快 速发展。全球浮式生产设施从 2 0世纪 8 O年代初的 l 0 座左右增加到 9 0年代初的3 5 座， 2 0 0 0 年进一步增加 到约 1 2 4座 ， 2 0 0 5年已达到 1 7 7座。在浮式生产装置 中， F P S O将是需求的热点。1 9 9 7年初全球 F P S O总
16、量 为 3 6 艘 ， 而到 2 0 0 6年底其数量 已达到 I l 9艘。 而在未 来 五年 的 浮式 生产 设施 订 单 中 ， F P S O所 占 比例 有 7 0 左右。 1 2 - 3 海洋开发用船 海洋开发用船分类如图 1 2 所示。 2 世界海洋工程设备发展现状 2 1 世界海洋工程设备总体发展现状 1 ) 建造厂商集中在亚洲 海洋工程设备的结构特点决定了大多产品都要在 船厂建造 ， 与商船相 比， 海洋工程设备 的市场规模和需 求量的稳定性虽有不足， 但由于建造技术要求高、 价格 簇 黪 囊 羹 洋 工 程 中 外 船 舶 科 技2 0 0 9年 第3期 图 1 2 海洋开发用船分类 昂贵， 因此船厂收益率仍较高。 从过去 2 0 年间世界造船业的发展看， 无论是传统 的 ， 还是后来兴起的造船国家， 无不重视海洋工程这一 市场。 当今名列世界造船前茅的韩国和
