中国海洋工程技术的发展与展望(来源：中国船级社). S" |4 x& b( b6 |6 t3 h
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) l v. q$ `; V$ \1 ?) c+ o本帖被蜘蛛侠从船舶交流区移动到本区(2009-03-28)1 i/ T) Q# R- p6 j5 P
摘要：我国海洋工程技术经过几十年的努力已得到长足发展。本文概括描述了中国船级社在海洋工程技术方面的发展，如在海洋工程领域对桩腿裂纹、冰载荷、平台安全评估等技术进行的研究均取得了丰硕成果。同时本文还对海洋工程技术的新发展进行了介绍与展望，重点介绍了海洋工程在风险评估技术、深海开发技术研究方面的进展。
- o0 O. o e4 G+ P, o3 s1 g关键词：海洋工程、技术研究、海洋平台; s/ T- u1 D( ?. N9 L _
一、引言2 k9 v' z; d) Z+ {( e
随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾将日益突出。中国从1993年开始，原油供应量追不上市场需求，因而从石油出口国变为石油进口国。去年我国的原油进口量已达到9000万吨，石油已成为我国的稀缺能源。为满足国民经济和社会发展的需要，我国“十五”期间将进一步加强石油天然气资源的勘探，增加后备储量，扭转探明储量入不敷出和石油产量徘徊的局面。
* w# Z9 R, T, V1 ?* L: }石油天然气资源是发展石油工业的前提条件和基础，探明储量是制定石油工业长期发展规划和建设项目的依据，剩余可采储量多少决定了石油工业发展潜力所在。但是，目前中国陆上石油后备资源严重不足，原油产量增长缓慢。由于长期的强化开采，大多数主力油田在基本稳定基础上陆续进入产量递减阶段，开采条件恶化，开发难度增大。受各种因素影响，“九五”和“八五”探明石油储量都没有完成计划，石油可采储量年增长量小于当年采出量，油气资源的接替依然紧张，处于“找米下锅”状态。因此，在“十五”期间，将继续加强石油天然气资源勘探，增加后备储量。
' W4 U! d1 r$ {' R; I( |鉴于陆上资源的日渐枯竭，资源开发向海洋，尤其是深海进军已成必然趋势。据美国能源信息署报道，在南中国海拥有丰富的油气资源，被称为另一个波斯湾。对南中国海油气资源量的估算中外差距较大，1993年美国地质调查局对南中国海地区海上盆地的资源所做的估计为：石油：280亿桶，天然气266万亿立方米；而其他西方国家乐观的估计仅为：石油100亿桶，天然气35万亿立方米；中国的估计为：石油1050亿桶，天然气2000万亿立方米。最有潜力的含油气盆地为曾母暗沙盆地、万安盆地、南徽盆地和东纳土纳盆地。目前在南中国海地区大多数国家均有油气发现，估计探明的石油储量约77亿桶，天然气储量约154万亿立方英尺，石油产量约175万桶/日，天然气产量约2510 0亿立方英尺。印度尼西亚、菲律宾、马来西亚和越南都在我国传统疆界内有重要的油气发现。# x2 \. @' [7 T5 X- o
我国海洋工业开始于60年代末期，最早的海洋石油开发起步于渤海湾地区，该地区典型水深约为20米。到了80年代末期，在南中国海的联合勘探和生产开始在水深100米左右水深的范围内进行。目前我国的油气勘探和开发还没有突破400米水深。现在我国也准备加快南中国海油气资源的勘探开发，但这一海域水深在500米到2000米，而我国目前还不具备在这一海域进行油气勘探和生产的技术，因此迫切需要发展深海油气勘探和开发技术。鉴于此由国家发展改革委员会牵头，组织中石油、中石化、中海油三大公司参与，投入大量资金，共同研究深海海洋油气开发技术。& V5 k8 m; `( k% r+ ?( J
目前，在国家的高度重视和大力支持下，我国的深海油气开发已陆续开展起来。中石油已获批准在南中国海12万平方公里的海域勘探和开发油气资源，为此中石油以辽河油田和大港油田为基地成: P& Z# M0 {! k: r2 \
立了海洋石油公司。中海油也已获批准在南中国海7万多平方公里的海域勘探和开发油气资源，并且已有8个区块开始向全球招商，积极寻求外部合作；另外，其子公司中海油服股份公司也投入巨资开始建造400英尺深水钻井平台，并正积极准备建造1500米作业水深的半潜式平台。4 k6 v! h3 q) E8 |2 J- W/ M
中国石化集团根据国家把东海油气资源开发利用摆在优先考虑位置的战略部署，计划在2010年前投资240亿元，加快中国东海油气资源开发利用步伐。到2010年累计将在东海西湖凹陷油气富集带部署90多口探井，累计拿到天然气探明储量4000亿－4200亿立方米，达到年产天然气80亿－1 00亿立方米的目标，满足上海、浙江等中国东部沿海地区能源结构优化和经济发展的需要。
. B3 P8 Z$ `7 n8 {二、海洋工程的研究成果和发展方向
! S! U3 W' t7 A8 ?近几年围绕着海洋石油生产中出现的若干问题，CCS积极组织开展相应的研究工作，并进一步完善规范及规则，研究课题简单描述为：
! g- o, d9 H. y& y4 u! n* D2.1 在环境和载荷方面; p8 w0 ~2 p/ f# m5 I. F9 l+ X
＊FPSO（浮式生产储油装置）的环境载荷计算；7 Z. B5 N; z1 Y9 G& x4 v
＊半潜式平台的环境载荷计算；
3 }6 F- A6 y) @! I- F/ j; @＊海洋冰荷载的确定性研究；! }0 {1 E% ^6 \! M! K/ z5 r
＊浅海地区设计环境条件的分析与标准选择；: q1 t) E2 \ q8 P7 R9 [
＊浅海固定设施海冰设计条件与冰载荷。6 z9 ^4 V5 R9 V x [6 G" t
2.2 在海洋工程结构方面
/ W+ ^$ ]+ b! d4 f9 _＊FPSO的船体强度分析；
" r2 q. Z# k& T: b1 M g＊FPSO的特殊结构强度分析；- N) D1 U, `' Q
＊半潜式平台的极限板厚分析；
( i" M1 _( d+ a＊海洋工程结构的可靠性理论及其在工程上的应用；
# h6 [* D7 c8 v; P7 H, W＊海洋工程结构受损后的有限元分析技术及其在平台检验中等应用。. b& L6 Q, z+ H. h2 C
2.3 海洋工程检验及维修工艺方面! ~! P2 L0 r" L7 M+ N/ H
＊海洋石油平台用高强度钢多次焊接工艺与焊接次数的研究；% q0 L/ s% q/ Y* {, }4 F2 H3 J
＊海工结构物检测、检验技术及质量评价研究。, A/ M- A4 l0 G: e! I- O% C
2.4 海洋工程设备: C H6 }: ^; k
＊单点系泊水下软管的失效分析；* E$ j+ U+ e: [2 S4 k; h1 W5 j
＊下水驳船的强度及稳性分析；
5 f; y: O1 @: x% L3 K& |6 ^＊起重铺管船的强度及稳性分析。
+ V$ h6 |% n l2.5 其他 j# R7 X/ ^# S3 s& p/ W1 G( q6 p
目前，我国海洋石油的开采技术已有很大提高，开采的范围也逐渐从浅海向深海发展，为此中国船级社还在以下几个方面进行研究：
" D8 Z4 M7 ?) X4 K2.5.1 深海石油平台技术的研究- X3 e3 N4 T3 j4 n5 E* g
近年来，深海开发中的油气勘探和生产活动大量增加，与几年前相比水深增加了一倍。海洋工业正在更深的海域中建造生产系统，更多地采用新技术并较大程度地发展现有技术。这是世界上海洋石油天然气工业发展的总趋势，也是中国海洋工业的实际情况。因此，我国海洋石油开发的下一个高潮即将在深海领域内进行。% |3 e" V: ]' N) E2 X6 o' B
而深海石油平台的设计、建造及相关技术是深海油气资源开发中的关键技术之一，及早了解和掌握国外深海平台的建造和使用情况，探讨国外深海平台设计和使用中积累的经验和存在的问题，对我国海洋油气开发具有重要意义。: }3 G2 ?( p5 ~6 K) R; x
对深水开采，钢质导管架平台的造价会随水深增加而急剧增长，以致增加到在经济上不可行。这就促使我们在深海开发中使用新的结构形式，如混凝土结构和浮式结构。典型的浮式结构是FPSO、半潜式平台、张力腿平台（TLP）和SPAR平台。/ ~' a& o6 E# X W i
目前，我国海洋工程界对FPSO对半潜式平台的了解较多，技术也相对成熟。而对张力腿平台（TL P）和SPAR平台却了解较少，也没有设计、建造和使用的经验。因此，我们的研究重点将是张力腿平台（TLP）和SPAR平台，研究的项目主要有：% d2 a1 g# m0 d$ q! @
* 平台的环境载荷计算及环境参数选取；
. ^6 ~1 P& S6 Z4 x3 I! ~* 平台的稳定性与运动；
. {( V+ R9 j- n, U9 c {& [* 平台的结构强度与有限元技术；/ a! j0 v6 i) C( p6 O. Y
* 平台的结构疲劳强度与断裂；
. P9 N: H4 E/ _" l3 _( J( j+ S* 平台的检验技术等。6 Z1 p, y/ l- O* Q8 m% x
2.5.2 推动风险分析与综合安全评估技术在生产及检验中的应用5 X8 }8 [. h' j7 L8 E
海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵，特别是与陆地结构相比，它所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等不利因素都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。随着对海洋平台复杂性的深入了解，越来越认识到海洋结构物结构性和系统性的风险分析是必要的。历史上曾有多次海洋平台的事故，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。例如，1965年英国北海的“海上钻石”号钻井平台支柱拉杆脆性断裂导致平台沉没；1968年“罗兰角”（Rowlandhorn）号钻井平台事故；1969年我国渤海2号平台被海冰推倒，造成直接经济损失2000多万元；1997年渤海4号烽火平台倒毁；1980年北海Ekofisk油田的Alexander L Kielland号五腿钻井平台发生倾覆，导致122人死亡；以及200 1年巴西油田的P-36平台发生倾覆。这些惨痛的教训给海洋资源开发以很大的警示，同时也促使国内外石油部门更加努力研究海洋平台安全管理的关键科学问题。
, U) h! I6 s" v因此，我们正在开展对海洋平台的各种风险进行分析、识别及评估，确定风险控制方案，保证平台安全生产，并最终在费用和收益之间达到协调，这将为我国海洋油气资源的安全开采提供科学可靠的保证。3 [8 D0 [; Q$ f
平台风险分析与综合安全评估的目标就是要发展一种基于风险分析的、结构化的系统方法，目的是要全面地、综合地考虑影响安全的诸方面因素，除考虑平台结构的检测、维护和管理，还要考虑如何从组织管理上、设备管理上、制度管理上、人为因素以及操作规程上保证平台的安全运行。研究如何对海洋平台的各种危险进行识别、评估，并通过风险评估、费用和收益评估，提出合理的并能有效地控制风险的措施，从而进一步确定风险控制方案，在费用和收益之间达到协调，并最终为决策者提出意见和建议。
2 X; a' w' j0 z风险分析的内容主要包括三个方面，这就是风险分析、安全措施和风险评估，它们之间的关系如2 i% C+ d" g& k; y' u) u- o
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图所示。4(9.92 KB) 4(9.92 KB). a7 |1 }- `; A3 i& }! B4 w
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& i4 L% v. [! P$ A2 m* q4 J% V2007-12-20 17:09
( a; _' n# M2 Y" Z, m风险分析的目地是要确定和评估对平台上人员的安全、对环境和对平台本身具有威胁的潜在危险因素和可能导致的事故概率。分析活动不仅要考虑技术方面，更应重视平台人员、人－机界面、技术和环境等方面。分析活动的结果是列出危险的优先次序表（或意外事件目录），以及对可能引发的事故的频率和后果的估计。安全措施需从正常营运情况和应急情况分别考虑，两种情况都应包括营运－操作、人－机界面、技术和环境四方面的安全措施。风险评估包括安全方针和认可标准。海洋石油平台的风险分析与综合安全评估主要由以下五个步骤组成：
, M* @; M2 R+ P3 S" ~①危险识别。此模块的目的是对所评估平台可能存在的所有危险进行识别，危险识别是确定危险存在并定义其特性的过程，可以利用某些标准技术识别导致事故的所有危险，分析事故情景的可能原因和可能导致的后果，并利用已有的数据进行评估。
0 N6 T2 y9 L& {/ t, A: K3 g& p/ l/ L' @! [②风险评估。确定风险的分布，并且识别和评估影响风险水平的因素，以便能够把注意力集中在高风险区和影响风险的主要因素方面。同时找出出现事故和事故后果之间的关系，为下一步工作打下基础。( h |3 c+ \9 f- b9 G4 v c
③风险控制方案。主要是在危险识别和风险评估的基础上，有针对性地提出有效可行的降低风险的措施，这些方案既要解决原存在的风险也要考虑由于新技术或更新操作方法所引起的风险。5 F9 q6 n* `6 g5 z1 [4 ^- l. K3 q5 f
④费用与受益评估。费用可用整个寿命周期内的费用表示，可能包括最初的费用、检测、修理等等，受益可以包括减轻灾难、减少死亡、降低环境损害和增加寿命等方面。
+ x" ~, n; a7 t+ I⑤提出决策建议。这些建议案应基于对危险和潜在原因的比较和排序，对经费用和受益评估的风险控制方案的比较和排序，并保证风险在实际合理的可接收的低风险区。
0 E# i/ X- P8 E2 S随着风险分析与综合安全评估技术在生产及检验中的逐步应用，必然会对海洋平台安全管理和安全生产产生积极的作用和深远的影响。" ]# a# y0 x) M4 P- d
2.5.3 老龄平台的延寿评估与检验技术
1 f$ D" N/ R+ X目前随着，海上油汽田开发的继续，以及地质勘探初期的不确定性，一些导管架平台在到达设计寿命后，由于边际油田的发现，通常需要延长其使用寿命。另外有些废弃平台由于仍然具有一定的使用价值，需要重新利用。再有，为了最大限度的发挥结构潜能，有些废弃平台可以先拆离，然后装载、运输、更新（如需要）并在新的地方重新安装使用。5 Q P, m$ H- l) P+ b8 h$ u: B
对于上述情况，如何保证平台的安全，最大限度的发挥其作用，降低成本是必须解决的问题。为此，为保证平台结构的安全、可靠，需制定平台结构的安全保证计划，以保证平台安全。整个安全保证计划包含：. H2 n+ s. t5 R0 H+ _3 f
＊平台的结构安全评估；
0 u5 d4 @* f1 b# h) y4 \5 u6 W: Y＊结构的检验（包括清除海生物、水下检验、NDT、测厚等）；
! I; X: q& k& Z5 z. r＊海洋环境条件的调查与确认（海洋风、浪、流的条件，海底状况的调查等）；& C- g- \9 \8 C2 o n% W+ N% g3 I7 K
＊管节点及关键部位的疲劳裂纹检查与维修；
! {2 Q R. q* L1 q: O! D＊对于受损结构进行更换、修复和加强；
$ p! ?8 |' F; J" {＊对于个别无法进行更换和加强的受损结构，确定其剩余强度和剩余寿命；
) @3 N4 l! J% p5 _; v＊更新腐蚀防护系统；
5 J7 i( f2 d0 T+ O& x* _, u% \＊依据以上数据和结果确定平台的检验、维修及评估计划，编制平台使用、检验、维修及评估手册；
" o7 w/ @/ X- i＊建立平台的应急反应系统，以备紧急情况。 Y* s& \% f3 t. x' x
通过上述各步工作，将确保平台安全使用。中国船级社目前已将此计划应用于惠洲21-1、惠洲26-1、
( B/ L' A( O+ U. a: H# S- } 渤中28-1南北平台等项目当中，取得了良好的经济效益，为国家节约了数以亿计的资金。 O8 s! [2 Q& @6 G- f5 Z$ ?
三、结论 u) k/ L; ?7 J+ n
纵上所述，中国海洋工程界正面临着一个重大的技术变革、发展时期，要发挥中国的后发优势、把握这一时期的重大技术流向、跟上世界海洋工程的技术发展，我们任重而道远，需要全体海洋工程界积极的努力与配合。中国船级社愿意和各界朋友一起，为实现国家海洋工程事业的持续、安全、快速发展而努力。 |
