海洋工程装备关键技术和支撑技术

海洋工程装备关键技术和支撑技术

王增岗，王娜

博迈科海洋工程股份有限公司 天津市 300452

摘要：当前很多国家都将开发油气资源领域扩展到海洋，更成为挖掘油气资源重要方式。我国也将开发海洋油气资源作为提升国家经济实力的重要战略，因而需要从多方面分析海洋工程装备关键和支撑技术，壮大海洋工程装备制造业的同时提升其竞争力和创新能力，提高海洋工程石油资源开发效率，实现促进经济增长作用。

关键词：海洋工程装备；关键技术；支撑技术

20世纪70年代，世界爆发了一场石油危机，以至于世界各国越来越重视能源战略。除了传统的积极发展可替代能源外，更需要运用现代化高科技开发深油田。但不得不指出，当前陆地和近海油气资源逐渐减少，甚至有枯竭现象，世界各国在日益增长的全球能源需求背景下将开发油气资源重点转向国内深海油田，由此则凸显海洋工程装备关键和支撑技术重要性，从而更好地提升海洋工程装备制造竞争力和创新能力，推动海洋工程实现跨越式发展。

1海洋工程装备的内容

海洋装备包括大型工程装备和辅助装备两部分,海洋资源勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等都属于海洋装备的内容,它的特点是技术要求高、投入较大、产出多、附加值高、风险高。海洋装备是高新技术的综合体,将先进制造技术、信息技术和新材料的应用技术融为一体。海洋装备在我国的起步较晚,目前已经具有一定的规模,合理利用海洋资源,对海洋装备技术进行创新是我国目前的主要目标和任务,我们要加强创新,继续推动海洋事业的发展。

2海洋工程装备的现状

陆地上的很多资源都属于不可再生资源,正在逐渐减少,人类社会的发展更多的要依靠海洋。基本上每一个沿海国家,都将开发利用海洋资源作为国家的发展战略,海洋经济为国家的经济发展做出了突出的贡献,海洋工程和海洋开发业已经得到了初步的成就,在不久的将来,海洋事业的发展前景是非常广阔的。目前,海洋工程装备已经有了一定的规模,但是在高端海洋工程装备的制造方面,还存一些问题,大量高端设备还需要依赖进口,不仅成本高,后续的维护、更新也非常复杂。

3海洋装备关键技术与项目管理研究

海洋工程装备关键技术为wbs分解计划编排技术和进度控制技术。海洋工程装备技术是一项非常复杂、系统的技术,并且参与的活动和项目比较多,关系十分复杂,计划执行和制定难度较高。再加上每个部门的生产环境和管理方法也具有不同之处,并且企业的管理方法和管理模式是处于不停的变化过程中,这样就需要在企业的计划管理方面进行调整。所以企业在制定计划时,就要把这些因紊考虑进去,计划的制定一定要与形势发展情况相适应。此外,还要注重材料设备管理和可追溯技术的应用。有计划的采购在项目执行中是一项重要的任务,它是保证项目执行的物质基础。在监督检查项目时,采购的流程化和规范化就显得十分重要。当采购的任务执行的规范具体时,这样就可以使项目的成本降低,不仅如此,还可以降低采购的风险,提高管理质量,保证项目的顺利进行。质量管理和可追溯技术也是需要关注的问题。文件管理和控制在海洋工程装备项目管理中十分关键。从项目开始运行和项目的最终完成,每个环节都会产生许多文件,为了使海洋工程项目具有可追溯性、可控性和连续性,需要对文件进行严格的管理和控制。成本管理控制技术的应用也十分重要,目前我国海洋工程装备技术还存在成本控制问题,需要我们建立完整、系统的装备技术成本控制系统,这就需要把全生命周期成本和应用目标成本理论基础掌握的非常详尽。随着海洋工程的发展,海洋工程管件优化设计技术也开始得到推这一技术被广泛应用于船舶领域,环境不同其承担的作用力也不相同,在具体的应用上,需要根据具体环境进行调整。

4海洋工程装备关键技术

4.1半潜式钻井平台

半潜式钻井平台是海洋工程开发石油常见方式，由工作平台、立柱、浮体三大部分组成，其中工作平台为用于布置钻井器材、钻井设备、安全救生、直升式平台、起吊设备、导航通讯等上部结构，立柱则应用于连接浮体和工作平台，更能对工作平台起着良好的支撑作用。浮体即提供钻井平台大部分浮力。可变荷载是半潜式钻井平台最为显著的特点，可以借助该指标对钻井平台性能进行衡量，因而在设计当中需要运用高强度钢和不断增加可变荷载，提升钻井深度。与此同时半潜式钻井平台立于波涛汹涌的海洋环境中有较强的抗风暴能力和稳定性，运用动力定位系统可体现该平台在开展深水作业时的优越性，然而动力纯动力定位会消耗大量能源，必然会增加装机总功率。在发展监测报警、动力定位、新钻井设备、通讯、电力设备等各项功能的同时也能显著提高钻井作业安全性、智能化以及自动化。

4.2钻井船

钻井船是应用于海上钻井的船型浮式装置，以单船为主要结构，时而也在双船体式结构。一般钻井船的钻井设置在船体中央位置，分为自航和非自航钻井驳船两种类型。此类船只在所有钻井装置当中有着良好的机动性，可灵活移动和适应20~5000m深度的水范围，十分适用于超深水钻井和深水钻井作业。与半潜式钻井平台相比，钻井船更侧重于超水深作业，同样配备了安全、可靠、先进的钻井设备，例如常见的电控制系统、大功率绞车、顶部驱动装置以及大功率泥浆泵等，其中钻井船更倾向于运用高精度动力定位系统和双钻井系统等。

4.3张力腿平台

张力腿平台是典型的深水顺应式平台，十分适用于150~2000m左右水深海域，通过张力腱将浮式半潜平台结构紧紧地稳定于海底。该平台由张力腿、平台上体、悬链式立管、上部设施组块、浮体、锚桩等基础结构组成，其中船体浮力会使张力腿处于良好的张紧状态，使张力腿平台始终保持垂直方向稳定。每条张力腿由2~4根张力筋腱组成，不会受表面波浪力较大的影响，上端也紧紧固定在平台立体上，而张力腿下端则紧紧地和海底锚桩相连接。采油井则位于张力腿平台本体中部，由于该平台支持油干树系统，生产立管上部和下部均借助采油井分别与生产设备和海底油井相连接。

4.4自升式转井平台

自升式转井平台属于移动平台，具有造价低廉、钻井作业效率高且稳定等显著优点，缺点则在于因桩腿长度极其有限而影响工作水深。一般会在钻井平台悬臂梁上设置钻机，可以灵活到延伸到外面开展打井作业。船体也会决定可变荷载大小以及钻井平台的舱室、拖航浮力、甲板容量等。自升式钻井平台显著特点即桩腿，占据多数的为三条腿，正是因为桩腿长度而决定钻井工作水深，当水深超过50m时可会运用桁架式，桩腿也不可避免会受到钻机作业负荷影响。自升式钻井平台是近海石油勘测自主研究设计的钻井平台，其主要技术集中于桩腿高强度钢应用、悬臂梁优化设计、建造技术、升降系统等。

5海洋工程装备支撑技术

5.1动力定位系统

当前海洋工程装备支撑技术之一为动力定位系统，是目前水下打捞、深潜水作业支持、海底工程作业、海洋资源调查、水下工程作业、海洋工程管揽铺设、海洋工程起重、海底综合检测等海洋工程作业重要方式。动力定位系统主要由电源、控制、测量、推进系统等各个部分组成，具有转向点跟踪、目标定位、变换回转中心、ROV自动跟踪、自动搜寻最佳船首位置、平行移动以及自动航行等功能。一般动力定位系统关键技术集中可靠性、安全性、国产化执行机构以及对控制系统设计与自主研制开发等。

5.2深水锚系泊系统

所谓深水即水深位于500~1500m之间的水域，达到1500m以上则为超深水域。我国南中国海油气资源勘测开发最大水深在3000m以上，平均水深则在1200m以上。锚系泊系统是常规水深常用的海上定位方式，一般分为刚性和柔性两种方式，其中刚性为张紧式系泊系统，而柔性则为悬链线系泊系统，也常常应用于作业水深为1000m以内的深海作业。这两种系统定位复位力分别为借助靠锚泊缆重量产生和轴向弹性产生，可以代替传统钢缆用于系泊系统当中，最大限度提高工作效率。

6新型海洋工程装备建造技术

6.1提高设计研发能力

加强船舶设计与船型开发基础共性技术研究,重点发展主流船型水动力性能预报优化技术、结构设计计算新技术、绿色设计技术。加强技术引进、消化吸收再创新,逐步实现从生产设计向详细设计和自主研发设计的跨越,重点开展新型高性能远洋渔船、玻璃钢渔船、江海直达型船舶、海工辅助船舶、游艇的研发与设计。开展海洋工程装备关键设计技术研究,重点开展海工工程管理技术、深海设施运动性能及载荷分析预报技术、深海设施动力响应及强度分析技术、深海锚索/立管等柔性构件的动力特性分析技术、海水淡化与综合利用技术、海洋风能利用技术、海洋工程装备风险控制技术的研究。加强船用设备技术研究,重点开展轮机自动化系统、通信导航系统、设备故障诊断系统、现代轮机自动控制及仿真系统、船舶先进推进系统、船舶节能环保系统等关键技术的研究,开展甲板机械、舱室设备、自动化设备、节能环保设备的研发与设计。

6.2海洋工程建造标准化的应用

海洋工程建造标准化旨在详细设计阶段提前介入,充分利用海洋装备设计的通用性,通过项目管理手段与详细设计充分沟通协调,在设计标准和业主要求的前提下,形成海洋工程装备制造中部分结构、部分零件的标准化、规范化。这样可以在建造初期即可开始部分零件的预制、加工工作,带正式设计图纸下发后安装即可,将部分建造工作提前至设计阶段,减少建造高峰期的部分工作量,同时标准化零件的设计也可以保证详细设计与加工设计的无缝衔接,减少技术澄清和图纸熟悉的时间,提高设计效率。但是同时应该注意的是在标准化杆件设计制定过程中需要与详细设计、业主、第三方进行充分沟通,确认相关基础参数和要求,同时也需要注意不同标准之间的差异,避免出现错误导致返工的情况出现。

6.3信息化建造

信息化建造分为技术和管理两类,技术环节主要是使用三维软件进行建模分析,在施工前使用TEKLA、SACS、PDMS等专业软件进行建模分析,寻找设计环节的问题并及时改进,避免后续施工中不必要的返工作业,同时对整体结构和工作进行分析,更加直观的编制具体、可行的施工方案,保证施工信息输出的准确性,同时使用专业软件编制图纸、零件图保证参数的精确,减少失误和误差,保障后续生产的顺利进行。在管理方面采用专业高效的数据库软件进行模拟施工,将图纸信息和材料信息输入并进行整合,对比分析,并编制以周为单位的施工计划,对周计划进行量化处理,可以及时模拟出施工各阶段出现的问题,如材料缺少、设计缺陷、人力设备不足等情况,及时调整计划安排避免在实际实施过程中出现问题。信息化建造需要注意的是需要避免主观因素的干扰,需要对场地内现有资源和施工工艺充分了解,同时在出现问题的情况下需要项目管理充分的与相关人员沟通(设计、施工等),及时妥善的采取应对措施,并需要做好风险分析和应急预案,保证突发情况可以及时的解决。

6.4一体化、模块化建造的应用

随着海洋工程装备制造需求的日益增多,对海洋装备制造场地的施工效率、资源要求也越来越高,一体化、模块化建造便是基于此情况对传统海洋装备制造工艺进行的改善。该技术基于对海洋装备结构物进行整体性分析的基础上,充分利用场地设施资源,采用双层预制整体运输吊装的方案,同时在结构单片喷涂后、运输总装前便进行配套管线支架、管线、电缆支架、设备底座、设备的安装,使陆地预制的工作量加大而减少总装阶段空间安装的工作量,这样既减少了空间安装这类效率较低的工作量又减少了对总装阶段资源的使用量,因此使得海洋装备制造阶段的功效大大提高。但是该工艺需要注意的是设计图纸的完成情况,需要在单片预制阶段保证相关设计图纸完成,保证两层结构物图纸完成、设备定位、管线走向等信息的明确。对材料到货情况要求较高,需要项目管理阶段充分考虑材料、设备到货情况满足施工周期的要求。同时现场施工存在多个专业并行施工的情况,对现场施工管理要求较高。

6.5加快海洋工程装备配套业发展

鼓励和引导中小造船企业依托造船骨干企业,发展中间产品制造业务,推进分段制造和铁舾装件专业化生产,建立中间产品配套厂与总装厂融合发展的产业格局。鼓励引进船用低速柴油机、舱室设备、通信导航和自动化系统等船舶关键配套企业入闽发展,提升我省船舶配套产品的规模和档次,切实改变我省船舶配套业发展滞后的局面。重点支持船用起重机、舵机、锚绞机等船用甲板机械、舱室设备等配套产品生产企业加大技术改造和自主研发力度,加快提升配套产品技术水平,推进产品升级换代和产业调整升级,积极培育具有自主品牌的优势产品,加快船舶配套业快速健康发展。积极引导船舶配套企业与修造船企业建立长期战略合作关系,组成营销联盟。

7结语

总之，当前世界经济发展水平较高的国家都将海洋工程作为提升国家综合实力必然途径，以至于海洋工程有着良好的市场前景。正因如此，需要从深层次角度自主研发海洋工程装备，在科学发展观引领下引进消化和吸收以及创新等不同方式，提高海洋工程装备质量。很多国家均在创新性技术背景下均设计出接近国际先进发展水平和具备自主知识产权的钻井平台、大型FPSO、张力腿平台、深水海洋工程作业船和辅助船等，进一步提高国家海洋工程装备水平，缩短与世界发达国家差距，推动海洋工程快速稳定发展。

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