国内外海洋工程技术的现状及发展趋势

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1、国内外海洋工程技术的现状及发展趋势海洋工程技术是造船界关注的技术领域之一，世界上现代化的一流船厂都把高新技术船舶与大型海洋工程结构物作为其纲领性产品。 海洋工程技术涉及的领域很广，包括海洋发电技术、海洋钻探技术、 海水淡化技术、海洋油矿开采技术、海岸风力发电技术、海层探 测技术、海洋物质分离技术、海水提炼技术、海洋建筑设计等。海洋发电技术包括：海水发电、海洋风力发电、潮汐发电、温差 发电等。海洋钻探技术包括：海洋油井开发、海洋矿石开采等、 海水淡化技术包括：太阳能净水、工业净水等。海洋物质分离技 术包括：海水金属分离、轻水物质提炼等。能源开发、资源开采 等领域 海洋工程技术数目众多， 未来人类

2、利用和保护海洋是个新 新话题。随着近年来海洋开发“热”的升温，特别是专属经济区资源勘探 和开发的实施，海洋工程技术得到了迅猛发展。在潜水器技术方面。目前世界上建造的载人潜水器超过160艘，无人潜水器超过1000艘。日本继1989年建成深海6500米载人 潜水器SHINKAI6500以后，于1993年又建成了世界上第一艘潜深 10000米的无人潜水器，用于深海矿产资源和海洋生物资源的调查研 究。经过“七五”和“八五”的工作，我国的潜水器技术有了很大的 发展。在无人潜水器方面，某些项目已经达到国际水平；在载人潜水 器方面，潜深600米的“7 1 03”深潜救生艇是我国第一艘载人潜水器，还有 300

3、 米工作水深的“QSZ II 型双功能单人常压潜水装具系统”、潜深150 米的鱼鹰 I 号和双功能的鱼鹰II 。综合国内从事潜水器开发的各院校、 研究院和研究所的力量， 我国已具有开发深海载人潜水器的技术能力。 在海底管线埋设、检测和维修技术方面。我国海底电缆的铺设已有几十年的历史，第一条国际通讯电缆于 1976年完成， 1993年成功研制出MG-1型海缆埋设犁，并于同年成功完成中日光缆的埋设任务。 上世纪 80 年代开始， 英国 SMD(Soil Machine Dynamics Ltd )公司和Land& Marine Eng 公司建造了不少拖曳式埋设系统。而美国的海洋系统工程公司为AT&

4、TW制的SCA-B号埋设机是一种ROV( 水中航行型) 的埋设机。可在1850米深用喷水的方式埋设电缆至地下 0 6 米，可以取出埋深在 1 2 米以内的电缆，埋设电缆直径为300 毫米。履带爬行自走式、带有不同功能挖掘机构的埋设机是海底管道及电缆的埋设技术的发展趋势。 在这种履带车载体上通过更换不同的挖沟机械， 装备各种探测设备后， 既能在沙泥底中进行埋设作业，也能在软岩底中进行埋设作业；既能铺设又能跟踪、挖掘、检修、复埋；既能在水下，也能在浅滩或滩涂工作。目前，这种自走式埋设机已有 20 多台。作为开发海洋资源的一种活动，海洋空间利用已有相当长的历史，最早利用海面空间是两千多年前的海上交通

5、运输。然而直到 20世纪 60 年代，由于海洋工程等技术的逐步提高，以及城市化、工业化的迅速发展， 导致陆上用地日趋紧张， 使人们更加重视海洋空间的利用。海洋空间资源的开发利用可分为几个方面。第一、生活和生产空间；第二、海洋交通运输；第三、储藏和倾废空间；第四、海底军事基地。解决海洋空间利用的工程技术问题也是近年来海洋工程界研究的热点。国外研究现状（1） 超大型浮式海洋结构的研究。在这方面， 目前进行最广泛和深入的是日本和美国。 日本于 1999年 8月 4 日在神奈川县横须贺港海面上建成个海上浮动机场。这个浮动机场于 1995 年开始研制，它由 6 块长 380 米、宽 60 米、厚 3 米

6、的箱型结构焊接而成，上有一条1000米长，最大宽度达120米的飞机起降跑道。这种机场具有很大的军事价值，战时可以作为支持作战飞机的移动基地使用。美国 Weidlinger 设计院曾为纽约4号机场设计了 FLAIR海上机场方案，面积达6平方公里（3600米X 1680米）， 包括滑行跑道2 条， 飞行跑道 4 条， 能够满足包括13747 大型客机在内的每小时100 架次的起降要求。（2） 海底军事基地。海洋空间利用的一个重要方面就是海底军事基地的建造， 其中包括海底导弹和卫星发射基地、反潜基地、作战指挥中心和水下武器试验场等等。目前，世界上海底军事基地最多的要数美国和前苏联。美国从上世纪60

7、年代就开始制定一系列建立海底军事基地计划， 并逐个完成了 “海底威慑计划” ， “深潜系统计划” 、“海床计划” 、 “深海技术计划” 等等。 譬如， 美国设计的陀螺型 “水下居住站”可供 5 人小分队在2000 米深的海底完成持续20 天的任务； 建在佛罗里达的迈阿密东南 50 海里海底的“大西洋水下试验与评价中心”可供潜艇和水下武器试验 使用。（ 3）国外海洋石油工程装置国外海洋石油工程装置大致是由1025m水深的驳船式、坐底式钻井平台， 发展到自升式、顺应式桩塔（CPT）、张力腿平台（TLP）、半潜式平台浮式生产储油 装置、张力腿平台、竖筒式平台（SPAR）、水下井口和柔Tt立管生产系统

8、（SPS污 的过程，水深已达2 500m以上。其中，半潜式平台、张力腿平台和 SPAR平台， 由于抗风浪能力强，甲板面和装载量较大，特别是离岸越远、水深越大，越显示其优越性。 至 2004 年底， 国外已建成约 25 座世界上最先进的第五代半潜式钻井平台，钻井的最大水深已超过3 000m。张力腿平台、SPAR平台在国外已广泛应 用于深海油气田开发。各种产品已逐渐形成系列，如半潜式平台的“BINGO系列、“GA系列等，张力腿平台的“Seast媒歹h自升式平台的“JU200陈列（美国 Friede&G0ldman 公司）和 “CJ5陈歹U （荷兰 GUSTOMSC 公司）等。20 世纪 80 年代

9、，中型自升式平台的升降桩腿，已采用三角形、四方形截面的混凝土结构制成，能用于水深超过 60 m,并可减少波浪、潮流等外载荷的 作用。继自升式平台之后又出现了半潜式钻井平台。 1962 年，美国建成 “兰水一号 ” 半潜式钻井平台。 1979 年 2 月 24 日，日本海洋钻井公司在日本新泄省三岛群寺泊町水深127 5 m 的海上油气田，也采用了半潜式钻井平台 “白龙五号 ”。20世纪80年代FPSO有了进一步发展，并开始用新建的FPSO投入海上油 气田开发。近10 多年来，在种类繁多、竞相发展的海洋石油工程装置中， FPSO与半潜式平台、竖简式生产平台（SPAR）被誉为当今海洋石油开发中非常重

10、要、也是最有应用前景的三大设施，成为海上油田开发的主流方式。其中FPSO更是海 洋石油开发装备中最耀眼的 “明星 ” ，并广泛用于英国北海、东南亚、南中国海、两非、巴丙、澳大利亚、中东等海域。据Ofshore统计，截止2003年8月全 世界投入运行和在建的FPSO为119艘。从现有的119艘FPSO分析：旧油船改 装 65 艘，占总数54 6；新建53 艘，占 44 5； l 艘不详。从现有119艘FPSO的DWT来看，5万吨以下有12艘；510万吨有21艘；1015万吨有 38艘；1 520万吨有ll艘；2025万吨有3艘；25万吨以上有24艘；另有10 艘吨位不详。 其中 20 万吨以上超

11、大型FPSO 占 22 7。 据不完全统计（截止 2003年9月底），近年来世界船厂共接获FPSO订单l1艘，20万吨以上的就有4艘， 占 45%。近年来 FPSO进一步向 LPGFPSR LNGFPS0、FSRU、FPDSO等形式 发展。4）深海作业平台。随着海上油气资源的开发不断向深海发展以及其他深海资源开发的兴起， 深海作业平台成为海洋工程界的热点之一。即将投入使用的URSA张力腿平台的工作水深将达1250 米，然而这些深水平台技术复杂，造价十分昂贵。因此，当前世界各国都致力于开发新型的深水平台， 以降低造价。 这方面的研究工作， 美国处于前列。 例如， 美国提出一种 “新一代移动式海上

12、钻井装置带可回收重力基础的浮力腿平台” 的设计方案。 该方案将甲板及上部设备支撑在一个很长的单圆柱浮力腿上。 浮力腿则由八组系索固定于靠压载控制的可回收的重力上。 当一口井钻井完毕后， 重力基础可用排除压载的方法回收， 整个结构可方便地移至另个井位。 该结构具有良好的运动特性， 建造简单， 移动性好， 兼具柱型浮标(SPAR)与张力腿平台的优点。 该平台工作水深为 915 米的方案不包括上部设备的总造价为 7500 万-8500 万美元，远低于同样功能的其他形式的平台。中船重工集团公司第七。 二研究所、 上海交通大学等单位对适用于深水的张力腿平台和轻型张力腿平台进行了理论分析和模型试验， 为深

13、海平台研究打下了一定的基础， 但研究工作远未深入。目前的油气资源开发主要是在 100 多米水深的大陆架地区， 随着向深海的发展，深海作业平台必须提到议事日程上。各种海洋结构物由于在海洋环境中进行施工， 将给海上施工技术带来极大的难度和特殊性。 这里仅以海底沉管隧道的施工为例。 目前世界上已建造沉管隧道 110 条以上 (含海底和江底)，其中最长沉管隧道是美国旧金山海湾地区快速交通隧道， 全长 5825米， 由 58节管段组成。 最宽的沉管隧道是比利时亚珀尔隧道，管段宽达53 1 米，全长 336 米，单节管段最长的隧道是荷兰海姆斯普尔隧道，最长一节管段为 268米，宽 21 5米，重 5万吨。

14、在施工中必须解决超重大管段在浮动状态下的精确沉放问题；水下地基基础处理，通常要求平整度10厘米；水下测量与控制问题。因此，它是工程船舶技术、激光测量技术、电子定位技术、超声波技术、高精度传感器技术和信息控制技术的综合。国内研究现状1我国海洋石油工程装置自上世纪 70 年代后期开始，我国海洋油气工程装备研制取得了不少成果。改革开放 20 余年来，我国综合国力大大增强，开发并利用了许多形式及各种用途的海洋工程装备， 为我国能源建设起了重要的作用。 其中， 我国海洋石油工程装置的历史，在世界上还算是很年轻的。近海石油勘探还只是从50 年代末期才开始的。 物探普查发现我国近海海域的一系列沉积盆地， 总

15、面积达近百万平方公里，具有丰富的油气资源。主要集中于渤海、南黄海、东海、珠江口、莺歌海、北部湾六个大型含油、气的地质盆地。预测石油资源量为 275 3 亿吨，天然气资源量为10. 6万亿m3。另据我国国土资源部宣布：我国管辖南海海域又圈定的 38 个沉积盆地，海上油气资源可达400 亿吨以上的油当量（2004年 2 月 26 日人民日报 ）。据中国产经新闻 2004年 3月 2 日报道：中国南海石油储量在230300亿吨油当量，占我国总资源的三分之一，有第二个中东海湾”之称。所以， 我国是世界上海底油气资源非常丰富的国家之一。 目前， 我国海上油气勘探、 开发、 生产主要在大陆架， 水深不超过300m， 海上原油发现率仅为 18 5，天然气发现率仅为 9 2。我国大量的海上油气资源，极具勘探开发潜力。值得指出的是： 我国仍然缺少必要的深海钻探及开发装备， 至今对南中国海油气资源的物探和开发处于空白状态。 我国南海周边地区的国家， 如菲律宾、 马来西亚、泰国、印度尼西亚、越南与文莱等，早在我国南中国海开采海上油气田，每年取走 4 000万吨海上石油 （我国目前海上油气年产量为 2 400万吨，到 2008年才达到 4 000万吨海上石油