世界海洋工程制造业发展报告.docx

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世界海洋工程制造业发展报告

第一章海洋工程装备概况

一、海洋工程装备范畴

（一）海洋工程装备的定义

根据国家船舶工业中长期发展规划（2006—2015年）中的定义，海洋工程装备是指用于海洋资源勘探、开采、加工、储运、管理及后勤服务等方面的人型工程装备和辅助性装备，包括各类钻井平台、生产平台、浮式生产储油船、卸油船、起重船、铺管船、海底挖沟埋管船、海洋监管船、潜水作业船及浮标体等。

（二）海洋工程装备的种类

根据海洋工程装备在海洋开发中的用途，国际上通常将海洋工程技术装备分为三大类，第一类是海洋钻采平台及辅助供应装备；第二类是海洋资源开发装备；第三类是海洋浮体结构物。

1、海洋钻采平台及辅助供应装备

一个海洋油气开发的流程要包括勘探、钻井、生产（采油）和集输，每个阶段所要使用的主要装备小尽相同，主要是海洋平台和辅助船舶（见表1―1）。

根据海上作业形式，国际上将海洋钻采平台分为固定式钻采平台和移动式钻采平台两大类。

目前常用的固定式钻采平台有导管架钻采平台和重力式钻井平台；常用的移动式钻采平台有自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船和浮式生产储油卸油装置（FPSO）等。

固定式钻采平台一般是用钢管组成的空间桁架结构导管架，用若干根桩腿同定于海底。

开采石油所需的设备安装在导管架顶部平台上。

一般只适用于大陆架和大陆坡等浅海区域，只限于一个地点，一旦建成就不能移动，钻井完毕后多用做采油平台。

海上移动式钻采平台是高出海面的一种可移动的海上结构物，它为海洋资源勘探开发和海上施工等提供海上作业和生活条件，它可根据需要从一个作业地点转移到另一个作业地点，并能适应水深较深的深海区域。

相对于固定式平台，海上移动式平台不仅位置可以转移，而且平台本身在工作中也有升沉、摇摆、浮移等运动。

表1-1海洋油气开发所需要的&要装备

流程

主要装备

勘探

地震勘探船、仪器作业船，可燃水调查船、地球物理勘探船

钻井

钻井船舶：

钻井船

钻井平台：

导管架，坐底式、自升式.半潜式、张力腿.立柱式

辅助船舶：

平台供应船（PSV）、三用工作船（AHTS）、多用途海洋工作船（MSV）、起重船

生产

生产平台：

导管架、坐底式、自升式、半潜式、张力腿.立柱式、FPSO、FSO

水下系统：

采油树、管汇等

辅助船舶：

PSV、AHTS、MSV、起重船

集输

船舶：

铺管船、穿梭油轮

管线：

海底输油管线

除以上介绍的海洋石油气开发、生产的主要装备外，辅助供应装备（海洋工程辅助船）也是海洋工程装备中的重要组成部分。

海上油气田的开发，无论浅海、近海还是深海，都要经过普査勘探、钻探平台建设和油气生产等阶段，其中除了普査勘探阶段外，油气开采、生产过程都需要各型海洋供应船的支援，因而海洋供应船在当前以及未来较长时间内，其重要性不可代替。

表1-2海上石油钻井平台和相应的海洋供应船类型

海上作业区

海上石油钻井平台类型

相应的海洋供应船类型

近海区域

自升式钻井平台

锚作拖船；平台供应船

浅海区域

半潜式钻丼平台

三用工作船

深海区域

更大、更重的半潜式钻井平台；

张力脚式钻井平台

多用途海洋服务船

（1）钻井装备种类

目前，世界海洋石油钻井设备大致分为钻井驳船、自升式钻井平台、生产与钻井固定式平台、船式钻井装置（钻井船）、半潜式钻井装置、张力腿钻井装置等。

（2）采油装备种类

目前，世界海洋油气田开发方案根据油气田特点、环境、经济各种要素选择采用各式各样的生产装置。

一般而言，在水深小于250米时采用常规导管架平台、半潜式生产装置、FPSO或储油轮（储油平台）加海底管道输送到陆上处理等方式。

对深水区的石油生产装置也有顺应塔式、半潜式、张力腿式、立柱式

、FPSO几种方式，或混合使用，并且随着技术发展，还在增加新的型式。

（3）典型钻采装备的结构和特点

1顺应塔式平台

顺应塔式生产装置是由细长导管架、上部生产装置（可含钻机）组成。

适用水深柱300米~670米。

优点是：

干井口（采油树置于上部甲板）；对荷载变化承受能力较大；采用简单传统的导管架建造方法，安装方法灵活。

缺点是适用水深有限。

2导管架平台

导管架平台是浅海油气开发常用的固定式平台，按用途可分为井口平台、生产处理平台、储罐平台等。

主要组成：

导管架（三柱式、四柱式、六柱式、八柱式等）、桩（主桩式或裙桩式）、导管架帽、甲板模块（生产模块、钻井修井模块、动力模块或生活模块等）等四部分。

主要特点：

技术成熟、可靠；成本随水深增加而显著增加，在浅海区域使用较为经济；海上作业平稳、安全；制造和安装周期长，海上安装工作量大；当油田预测产量发生变化时，对油田开发方案进行调整的适应性受到限制。

3重力式平台

重力式平台是浅海油气开发常用的固定平台，完全依靠自身重力稳定在海底，按建造材料不同可分为混凝土重力式平台和钢重力式平台。

结构：

混凝土平台由沉垫、立柱和甲板三部分构成；钢重力式平台由沉垫、支承钢架和甲板三部分构成。

特点：

混凝土平台—节省钢材、经济效果好、海上安装量小、防腐、防暴、防火性能好、维修量小，但制造工艺复杂；钢重力式平台—制造时对场地要求较低、对地基承载力要求不高、在对储量要求不大的情况下有较高的经济性、拖航工作量相对较小，但缺少混凝土平台的优点。

④坐底式平台

坐底式平台又叫钻驳或插桩钻驳。

结构：

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用。

两个船体间由支撑结构相连。

特点：

适用于河流和海湾等30m以下的浅水域，使用时受到海底基础（平坦及坚实程度）的制约。

⑤自升式平台

自升式平台又称甲板升降式或桩腿式平台。

有自航、助航和非自航三种，大多数为非自航。

半台形状有三角形（三根桩腿）、矩形（四根桩腿）和五角形（五根桩腿）等，最佳的是单桩腿平台。

水面平台上装载钻井机械、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，可由拖轮拖移到新井位。

⑥张力腿式平台

张力腿式生产装置是由上部模块（可含钻机）、下浮体、数根张拉索及固定于海底的基盘组成。

适用水深在600米〜1200米。

优点是：

干井口（采油树置于上部甲板）；易于采用悬链式立管；上部模块（可含钻机）与下浮体可在船厂整体建造，以节约海上安装费用，维修费用较低。

缺点是：

对载荷变化承受能力较小，张拉索易于疲劳，不利于后期侧置钻井。

⑦立柱式平台

生产装置是由上部模块（可含钻机）、一个大型竖直柱形浮体下部桁架及压载舱组成，并由多根锚缆锚固于海底。

适用水深在600米〜3000米。

优点是：

由于浮心低于重心，因而稳性好；干井口（采油树置于上部甲板）；易于采用悬链式立管；对荷载变化承受能力较大；有利于后期侧置钻井。

缺点是需要大型浮吊在海上安装上部模块。

⑧半潜式平台

由数根支柱将下部水平浮体和上部组块连接而成，并由多根锚缆锚固于海底。

适用水深在80米〜2500米。

优点是可用多根柔性立管；浮体和上部组块可在船厂整体建造，因而减少了海上安装费用。

缺点是仅适用于湿井口（水下井口）；由于是水下井口，因而维修费较高；立管疲劳不好处理；对荷载变化承受能力较小。

9浮式生产储油卸油装置

生产作业模块置于油轮甲板上，由多根锚缆锚固于海底或辅以动力定位。

适用水深在30米〜2200米。

优点是：

可用多根柔性立管；船体和上部组块可在船厂整体建造，因而减少了海上安装费用；具有储油功能。

缺点是：

仅适用于湿井口（水下井口）；因而维修费较高；立管疲劳不好处理;对载荷变化承受能力小；由于是船型结构，抗风浪能力和稳性在深水时较半潜式差。

⑩钻井船

钻井船是一种专门用于海上钻井作业、技术发展已经较为成熟的一种海洋工程装备。

发展趋势：

作业水深向深水水域发展；配备性能更先进、钻井深度能力更强的海洋石油钻机；性能更先进，可变载荷、主尺度、功率配备等更大，自持力、抗风浪能力将更强；适应各种气候和水文条件的钻井船；降低深水钻井作业成本。

（4）辅助装备示例

①勘探装备

勘探装备主要包括勘探船、调査船等。

图1-1中左图是目前亚洲最先进的地球物理勘探船“海洋石油719”，为8电缆双震源物探船，能为客户提供三维地震采集作业服务、能对三维采集资料现场处理，具有采集数据高速传输系统。

下方右图是武昌造船厂建造的我国首艘天然气水合物综合调査船。

船总长106米，设计排水量4600吨。

以海底天然气水合物资源调査工作为主，兼顾海洋地质、海洋矿产资源调査。

1-1勘探船与调查船

②海洋平台辅助船舶

海洋平台辅助船舶包括锚作拖船、平台供应船、三用工作船、起重船和多用途服务船

表1-3海洋工程辅助船舶的主要专业设备

辅助船舶种类

工作水域

主要专业设备

平台供应船

（PSV）

浅海

首尾侧推，双机、双可调螺距螺旋桨、双固定导管、双悬挂式襟翼舵

锚作拖船

三用工作船（AHTS）

浅海

全回转螺旋桨动力定位系统、艏侧推装置

多用途海洋服务船（MSV）

深海

双可调桨、三侧推器，拖缆机，鲨鱼钳

起重船

浅海、深海

起吊设备，包括起重架，起重机等

③水下系统

图1-2水下系统示意图

水下系统如上图所示由采油树和水下管汇等几部分组成。

采油树负责采油、控制油井启闭。

水下管汇的功能与一座固定平台类似。

PLET是管道终端设施。

④集输装备

海洋油气集输设备主要包括：

单点系泊系统，穿梭油轮，液化气船，大型铺管船，海底管道等。

铺管船上的专业设备包括：

管道张紧器、浮托输送架及高效焊接作业线。

考虑到海上安装的要求，有时也强调起吊能力，以便于提高铺管任务之外的海上安装能力。

海底管道是一种经济、高效的近海油气输送设施，在海洋石油工程中应用非常广泛。

海底管道主要使用大口径直缝焊管，随着石油工业的发展，油气长输送管线趋向更大口径、高压力输送和厚壁化方向发展。

图1-3铺管船

2、海洋资源开发装备

自80年代以来，世界各主要造船和海洋国家为了开发海底矿藏资源及各种海洋能，积极开展了深海探査及作业装备的研究工作。

在深海探测方面，载人深潜器与自主式无人潜航器（AUV）和遥控式无人潜水器（ROV）正成为海洋矿物资源开发装备的主要代表。

目前，日本、美国、俄罗斯、法国等少数国家深海工程探测设备的研究水平处于国际领先地位

。

日本继1989年研制成功6500米无人深潜探査器后，正在积极开发1万米级的无人深潜装置。

其它如美国、法国也都相继研制成功6500米级的无人深潜器。

与此同时，美国、欧洲和日本等不少先进国家还在大力开展有关深海海底铁锰结核矿藏开采技术及装备的研究。

3、海洋浮体结构物

在当今世界对各种海洋资源的开发中，有关海洋空间资源的开发利用一直是人们所关注的重点领域之一。

由于陆地空间的利用已逐渐趋于饱和，人类正在把开拓新空间的重点转向广阔的海洋。

开发对象主要包括机场、物流设施、能源基地和娱乐设施等。

海洋空间开发的基础是海洋浮体结构物，这是人类建立各种海上活动基地不可或缺的装备。

多年来，不少国家在浮体式海洋结构物应用丁海洋空间开发方面做出了大量努力，并取得不少实效。

日本从90年代以来已建成不少大型浮体式海洋结构物VLFS并已应用在发电、城市设施、娱乐设施、石油储存设施等诸多方面。

另外，欧美不少国家也都在加强这方面的开发，挪威、瑞典、荷兰等国都拥有为开展大型浮体海洋结构物研究所必需的科研能力和生产技术。

挪威克瓦纳集团与美国和俄罗斯有关公司合作，将半潜式钻井平台改装成海上卫星发射基地，并于1998年成功发射了商业卫星。

目前，海洋浮体结构物的开发与利用技术的研究还处于起步阶段，但从技术发展角度分析，它的应用前景十分诱人。

二、海洋平台系统及价值构成

（一）海洋平台系统简介

国际上，海洋石油及天然气的开发、生产都是在平台装备上进行的，一个海洋油气田开发与生产均由一个或多个平