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我国海洋工程行业基础技术研究亟需加强
时间:2011-12-22 09:27 来源:中国海洋工程网 点击:

一、国内海工技术研发现状

    随着我国海洋油气开发的加速发展,国内市场对装备的需求变得更为迫切。大力发展海洋工程装备是当前船舶工业应对金融危机,进一步调整产业结构、提升发展空间、培养新经济增长点的战略方向。近年来,虽然我国船舶工业在海洋工程装备设计建造方面取得了一些新突破,成功建造了多型FPSO和自升式钻井平台,完成了国外第六代半潜式钻井平台的改装建造,承接了国内3000米水深半潜式钻井平台和起重铺管船的订单,在国内外产生了一定的影响,具备了技术能力快速提升的基础。但总体来说,我国海洋工程装备技术水平和研发能力还远不能适应国内国际深海油气开发的需要,与国外先进水平相比仍存在较大差距,突出表现在以下四个方面:

     第一、主流装备的自主设计能力不足。主要海洋装备企业尚不能以具有自主技术品牌的产品实现在市场竞争中的优势,在市场竞争中难以占据主动。目前我国只能自主设计用于浅海油气田开发的装备,尚不具备100米以上水深自升式钻井平台、深水半潜式平台、深水FPSO等装备,以及具有国际市场竞争力的深海海洋工程辅助船的自主设计能力。

     第二、新型高端装备的设计建造仍属空白。国际上应广泛应用SPAR平台、LNG-FPSO、多功能自升式平台等新型海洋工程装备,我国至今未曾涉及,缺乏设计建造经验,更不具备自主研发能力。

    第三、基础共性技术整体薄弱。我国在海洋工程装备基础共性技术方面仍然很薄弱,特别是深水工程水动力性能分析、结构性能分析及模型实验技术、总装建造技术、海洋工程风险评估、工程建造技术和管理技术等基础共性技术方面,与国外存在明显差距,影响了我国海洋工程装备技术水平的进一步提升。

     第四、配套设备发展明显滞后。我国在海洋工程装备配套领域尚处于起步阶段,大多数配套设备依赖国外进口,国内生产的配套产品技术指标相对较低,单点系泊系统等高附加值海洋工程配套设备均属空白。

 

二、海洋工程基础共性技术研究的重点

     目前,我国海洋工程装备的研发能力和技术水平远不能适应我国海洋油气开发向深水进军的现实需要。因此,迫切需要加强海洋工程行业基础共性技术研究,从宏观角度来讲,应重点从设计开发基础技术、建造技术、工程管理技术、安全可靠性评估方法这四个方面入手:

     ——海洋工程装备设计开发基础技术研究。重点围绕深水海洋工程装备开发,通过总体设计研究、水动力性能分析、模型试验技术研究、减振降噪分析研究、系统集成设计研究、深水浮式结构物运动耦合分析、外载荷分析等研究,掌握先进的设计理念和方法、工具,提升研发能力和创新能力。

     ——海洋工程装备共性建造技术研究。针对深水化、大型化等趋势,结合现代造船模式特点,开展总体建造方案优化、巨型总段制造、模块化建造、特殊防腐技术等共性建造技术研究,为提高建造质量和效率提供支撑。

     ——海洋工程装备工程管理技术研究。引进消化国际主流的海洋工程装备项目管理思路、操作方法和相关软件,结合国内造船企业实际情况,依托海洋工程装备建造项目,建立与海洋工程装备项目相适应的现代管理模式、方法和体系,为具备项目总承包管理能力奠定基础。

     ——海洋工程装备安全可靠性评估方法研究。针对海洋工程装备开发、设计、制造、运输安全、服役到退役的全生命周期,开展安全可靠性和风险评估分析方法研究,建立系统实用的评估技术体系,支持海洋工程装备产业的健康发展。

     从微观的角度来讲,上述四个方面的海工基础共性技术均可展开,而且覆盖面非常广。就深水浮式结构物而言,其基础共性技术主要有:总体性能分析技术、结构设计技术、环境安全评估技术、定位技术、模拟试验技术等,而深水浮式结构物又包括FPSO、SPAR、TLP、SEMI等,它们在海上作业周期很长,环境条件恶劣,需结合它们各自结构特点、工作海域分别开展总体设计理论、方法和工具研究,需通过进行大量试验研究和理论计算分析,方能提高国内深水浮式结构物基础共性技术水平和能力,为提升深水海洋工程装备的自主创新能力提供技术基础。比如自升式海洋平台设计技术,需开展自升式海洋平台设计、分析和评价的技术体系和方法框架研究;需开展主要尺度和参数设计优化方法研究;需开展自升式海洋平台结构设计规则和有限元分析建模处理方法研究;需开展自升式海洋平台环境载荷计算方法及地基承载性能评价方法研究;需开展自升式海洋平台作业过程动画仿真技术研究;需开展自升式海洋平台总体性能计算和校核方法研究;需开展自升式海洋平台造价估算和经济性评价方法研究等等。

     同样,深海海洋工程结构安全性监测和检测也属于海洋工程行业基础共性技术,该项技术针对典型海洋工程装备,需建立结构健康状态监测的系统技术,建立结构安全性评估的工程化方法和结构检测与维修的决策技术;建立基于分析预报与检测/监测相结合的结构全生命期安全保障方法;建立全生命期结构安全检测及相关结构优化的技术体系,形成具有完全自主知识产权的海洋工程装备全生命期结构安全保障计算机软件系统等。

     此外,海洋工程装备结构与基础共性技术研究还应重点关注:(1)复杂恶劣海洋环境下安全性评估技术;(2)多场(力、流、温度等)耦合、复杂边界条件下海洋工程与装备动力学行为建模和控制技术;(3)海洋油气开发装备的可靠性和风险技术;(4)海洋环境对工程结构与装备材料特性的影响机理技术;(5)水下机器人的运动控制与优化技术;(7)海洋探测新原理、新方法与新技术;(8)海洋工程结构与装备的创新设计、基础部件与制造工艺技术;(9)海洋工程项目管理与信息化技术;(10)大型海洋工程集成软件系统技术和深水立管分析技术等。

三、海洋工程装备关键技术研究的重点

1、浮式LNG生产储卸装置(LNG-FPSO)关键设计技术研究

     跟踪国外浮式LNG装置LNG FPSO/FSRU技术发展趋势,以满足海洋气田或油田伴生气开采、海上液化天然气储存等需要为目标,研究LNG-FPSO/FSRU的设计理念,针对我国南海海域的自然环境条件,逐步掌握LNG-FPSO的关键设计技术,形成自主研发能力,为工程研制奠定技术基础。

2、多功能自升式平台关键设计技术研究

     结合国内外海洋工程市场的最新需求,瞄准当代自升式钻井平台的主流结构形式和功能配置,对具有钻井/修井、生产和储油功能的多功能自升式平台进行研究,逐步掌握自升式钻井平台关键设计和建造技术,推出具有自主知识产权的系列设计方案,打造品牌产品,推向市场,具备工程总承包的技术能力,为工程研制奠定技术基础。

3、边际油田型浮式生产储油装置(FPSO)关键设计技术研究

     FPSO被誉为“海上加工厂”,已成为当今海上石油开发的主流方式,是浮式生产系统市场的建造热点,市场前景广阔。开展超大型边际油田FPSO研究,不仅是拓展船舶工业新的经济增长点的需要,也是确保我国能源安全,开发海洋油气资源的重要一环。需不断研究适应不同海况、不同油田、不同系泊形式下的超大型FPSO的设计与制造技术,以边际油田开发为主要目标,针对典型边际油气田的开发特点,开展适应边际油气田开发的FPSO船型方案论证和经济性研究,重点完成概念设计和基本设计及相关模型试验验证。同时结合我国海域环境条件,开发出一套投资小、生产流程简化、可迁移和重复利用的边际油田型FPSO,掌握相关设计原理,突破设计关键技术,为工程研制奠定技术基础。

4、立柱式生产平台(SPAR)关键设计技术研究

     重点研究单圆柱SPAR平台运动性能、载荷预报,结构动力响应及疲劳强度分析,柱体、锚索、立管等柔性构件的动力特征,适应深水锚泊系统的高强度合成材料锚索的开发应用,平台整体建造、海上运输、海上定位安装过程中的平台运动和结构强度分析。同时跟踪研究SPAR发展情况,通过引进消化吸收国外技术和自主研究相结合,掌握SPAR的设计理念,结合我国南海海域的自然环境条件,开展相关技术经济论证研究和关键设计技术研究,重点开展SPAR平台总体设计、运动性能预报及试验、结构非线性动力响应、疲劳强度、动力系统、电站系统、采油生产系统设计与配置及定位系统等主要关键设计技术和建造工艺关键技术、重大设备安装调试技术等研究,具备SPAR研发能力,为工程研制奠定技术基础。

5、深水半潜式生产平台关键设计技术研究

     深海油气勘探设备是我国目前海洋油气资源开发亟待解决的关键装备,关系到我国的能源战略。研究开发深海半潜式钻井平台是填补我国深水油气开发装备技术空白,适应国家开发南海深水资源战略部署的迫切需要。通过与用户合作,分析比较国外的设计方案,提出针对南海海域特点的设计方案,完成概念设计;联合国外的设计公司共同开展基本设计,形成共有知识产权的设计图纸;自主进行详细设计和平台建造。同时,瞄准当代深水半潜式钻井平台的主流结构形式和功能配置,全面掌握深水半潜式钻井平台的设计建造关键技术,以深水半潜式钻井平台技术为基础,掌握半潜式生产平台的设计理念,形成我国深水半潜式生产平台自主开发设计能力,为实现国内设计、制造深水半潜式生产平台奠定工程技术基础。

6、深水钻井船关键技术研究

     瞄准当代深水钻井船的主流结构形式和动能配置,通过对外技术合作,在引进消化吸收的基础上,掌握设计建造关键技术,推出具有自主知识产权的设计方案,打造系列品牌产品。

7、深海潜水器关键技术研究

     人类开发海洋资源的步伐正在不断加速,并向深海挺进。深水油田开发相关技术已经成为科技创新的热点之一。深海遥控潜水器(ROV)是进行水下观测和取样的最有效和最重要手段,在无人潜水器中占据着主导地位。海洋综合探测潜水器(AUV)具有不依赖于支持母船,水下活动范围大,可在大水深下自主工作等特点,特别适用于深海环境调查。突破万米级ROV的关键技术,建立综合验证和试验系统,在验证关键技术的基础上,以深海资源探测与油气田开发为背景,研制极限深度ROV本体验证试验平台。突破AUV关键技术,以深海油气田开发为背景,开发具有自主知识产权和国际先进水平、能够对海底作业进行跟踪、定位、观测、记录数据与图像的自主式海洋综合探测潜水器试验样机。

8、关键配套设备和系统技术

(1)大型海洋工程装备深水定位系泊系统研制

     针对海洋工程装备大型化和深水化趋势,通过开展大功率绞车及其控制技术、钢制锚链或合成材料缆索、预抛锚设施、锚固基础等关键设备和技术研究,以及系泊系统安装研究,掌握深水定位系泊系统的设计和计算分析等关键技术,具备研发能力。

(2)FPSO单点系泊系统研究及关键装置研制

     通过技术引进与合作,对单点系泊系统技术进行系统研究与开发,攻克单点系泊系统的多通道流体旋转接头技术,设计出具有知识产权的多通道流体旋转接头。

(3)动力定位系统研制

     通过技术合作,在控制系统、推进系统、测量系统、动力系统等方面开展研究,逐步掌握动力定位系统的集成技术,建立动力定位系统可靠性和冗余度设计分析方法;通过对全回转舵桨装置、吊舱式电力推进装置等关键设备进行研究,开发出具有知识产权的产品。

(4)海洋工程船舶综合信息集成管理系统研制

     以装备海洋工程船舶为目标,突破综合信息集成管理系统的关键技术,形成设计和开发能力,初步具备海洋工程船舶集成管理系统的配套能力。

(5)大型海洋平台电站集成技术研究及关键设备研制

     针对海洋平台电站规模大、功率高、非线性负载多的特点,突破电站系统的设计制造关键技术,开发出具有知识产权的关键设备,具备系统集成能力。

(6)自升式钻井平台升降系统研制

     通过对自升式钻井平台升降系统进行研究开发,突破升降机构的设计制造关键技术,以及升降系统的传动和控制关键技术,开发出具有知识产权的产品和技术。

 

     总之,要紧紧抓住海洋工程装备被列入国家战略性新兴产业的机遇,积极推进海洋工程装备基础共性技术和关键技术的研发,加强自主研发,打造具有市场竞争力的自主品牌船型,为高端新型海洋工程装备的自主研发奠定基础。

 

来源:网络

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