海洋工程装备

海洋工程装备 研究探讨
主要内容
1.
海洋工程装备及制造商
海洋工程装备相关研究方向
2.
海洋面积大约占地球表面积的70％，水量约占地球上总水量的97%左 右，蕴藏丰富的资源，具有重要的战略价值。面对目前世界人口急剧膨 胀、陆地资源日益枯竭、环境不断恶化这三大问题，人类把未来发展的 希望寄托于尚未得到充分开发的海洋。世界各国纷纷将开发海洋、发展 海洋经济和海洋产业作为国家发展的重要战略举措，并把21世纪称为海 洋资源开发的新世纪。
目前人类开发的海洋资源主要包括：油气资源，空间资源，矿产资源，生 物资源，绿色能源，旅游资源等。 我国海洋战略发展的三大目标：
2020年前：逐步拓展到全部领海和经济专属区； 2030年前后，逐步拓展到西太平洋和印度洋； 2050年前后，拓展到全球公海 。
海洋油气开发装备体系
海洋油气开发装备体系
钻井平台
海洋工程领域的前沿研究方向
●船舶与海洋结构物极限承载能力研究 研究结构极限状态下逐步倒塌的非线性仿真技术；结构总体屈曲和局部屈曲的相互 作用分析；焊接残余应力对极限强度影响；制造加工变形的随机特性对极限强度的影 响；腐蚀对极限强度的影响；含裂纹结构的极限强度分析；局部损伤结构（比如凹陷） 对极限强度影响的分析技术。
钢 制 导 管 架 式 平 台
混 凝 土 重 力 式 平 台
顺 应 塔 式 平 台
半 潜 式 生 产 平 台
供 应 船
三 用 工 作 船
调 查 船
施 工 船
守 护 船 、 救 助 船
FPSO
Spar
TLP
钻井平台的分类
辅助船平台
自升式平台
半潜式平台 （系泊）
半潜式辅助船
半潜式平台 （动力定位）
SPAR
其他国家油气钻井工程装备


（2）．英国和挪威的钻采平台自给率达80％，但其平台 装备的钻井、井控、固控、测井、固井等设备及海底完 井设备约90％来自美国。另外，这两个国家分别在动力 定位技术、钻机顶部驱动技术方面具有领先优势。 （3）．法国石油工业技术仅次于美国，与英国齐肩，其 高压石油软管制造技术，半潜式、自升式平台建造技术， 测井技术，LPG储运设备制造技术等全球著名；
海洋结构物局部强度与疲劳寿命
●海洋结构物局部强度的应力分析设计方法研究 研究海洋结构物局部应力三维有限元分析标准化；海洋结构物的局部强度应力分类 设计理论；海洋结构物在极端环境条件下局部强度控制准则等。
●海洋结构物疲劳分析 研究高强度钢等海洋工程结构材料在海洋环境条件下的疲劳性能研究;非线性疲劳损 伤模型研究;随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命预报方法；随机载荷谱及疲劳载荷谱 标准化研究；深海柔性立管疲劳特性的预报与实验研究；缆索结构在复杂海洋环境载 荷作用下的疲劳特性预报及实验研究等。
•亚洲居于海工装备建造市场的前沿，其中 韩国和新加坡属于第一梯队。 •中国近年发展迅速，跻身第二梯队。
第二梯队： 中国
•中东的阿联酋、南美的巴西、横跨亚欧大 陆的俄罗斯、以及越南、印度和印尼等国 家不甘落后，成为第三梯队。主要原因是 第三梯队： 这些国家石油资源丰富，在发展油气生产 中东、巴西、 的同时，努力提升自己的建造实力。 俄罗斯、越南、
海洋工程领域的前沿研究方向
基于可靠性和风险评估技术的结构分析方法
●船舶与海洋结构物全寿命周期安全性评估 研究船舶与海洋结构物自诊断与安全性评价；全生命周期下的船舶与海洋结构物的 设计与建造理论；船舶与海洋结构物全寿命风险评估与决策；海洋结构物正常使用工 况条件下的危险区域的识别；海洋结构物在极端环境条件下风险控制技术等。 ●事故损伤评估 研究碰撞、触礁、燃烧等过程对船舶与海洋结构物的损伤机理；近船体爆炸冲击波 的传播特性及其与船体表面的相互作用机理；水下爆炸气泡对船体结构毁伤机理及剩 余生命力；船舶与海洋结构物结构疲劳断裂、极限强度、防腐疲劳损伤感知、监测； 重大事故发生后船舶与海洋结构物的环境载荷和剩余极限强度分析；重大事故情况下 的修复费用效益评估等。 ●风险评估的理论研究 研究海洋结构物重大灾难性事故统计及发生的概率分析；海洋结构物风险概率与损 失模型；海洋结构物风险决策模型；海洋结构物工程保险精算研究；船舶与海洋结构 物灾害性事故中人因失效模式及影响分析；基于风险的海洋结构物的损伤检测、诊断、 险情预报、维修和报废决策等。
●船舶与海洋工程模型试验理论与技术 研究船舶与海洋工程模型试验尺度效应与相似律；深海平台、深水系泊系统、立管 系统的水深截断模拟理论与技术；平台涡激运动及深海柔性构件涡激振动实验技术； 甲板上浪、波浪爬升、砰击、晃荡等非线性力学模型试验技术；水下运载器操纵与控 制模型试验技术；深海立管结构疲劳试验技术等。
石油系统企业 中海油、中石 油下属工程公 司 机械制造企业 振华重工、中 集集团
在油气处理模块及相关系统的设计制造方 面具有优势，依靠内部需求，通过国际合 作设计建造能力发展比较快 这类企业在资本运作、企业管理、市场营 销等方面具备很强的实力。
国内海工建造企业
第一集团军：大连船舶重工、中集来福士、上海外高桥、 中远船务、招商局（深圳）重工、青岛北船重工、上海 船厂、熔盛重工、广州黄埔船厂、武昌船厂、广船国际 第二集团军（后起之秀）：振华重工、辽河石油装备、四 川宏华、海油工程青岛基地韩通重工、惠生重工、南通 市政府 第三集团军（海工船建造企业）：30多家中国船厂，浙江 船厂、大洋船厂、乳山船厂、青岛前进船厂、威海造船、 中航技厦门公司、福建东南、番禺灵山造船、镇江船厂、 粤新船厂 、广新重工
海洋工程领域的前沿研究方向
●海洋结构物全寿命周期分析设计方法 研究海洋工程材料的腐蚀模型研究；海洋结构物的腐蚀疲劳模型研究；基于腐蚀、 疲劳损伤演化的全寿命周期海洋结构物设计方法研究等。
海洋结构物非线性动力响应
●海洋结构物极端响应 研究深水极端非线性海洋环境载荷，海洋结构物整体非线性响应破坏机理与预报方 法。 ●海洋结构物耦合动力响应 研究海洋结构物与强非线性波浪相互作用机理、海洋结构物与系泊系统和立管系统 的非线性流固耦合分析方法。 ●海洋结构物局部非线性动力响应 研究海洋结构物局部强非线性振动和响应预报理论，包括艏艉砰击载荷、甲板上浪 及其载荷、波浪爬升等。 ●海洋结构物非线性屈曲 研究超大潜深结构与海底管道的非线性屈曲特性。
●大型海上装备现场测试 研究海上风、浪、流环境现场测量与分析方法；海上装备运动性能现场测量方法； 系泊系统和立管系统运动与载荷现场测量方法；现场测试数据的长期自动同步采集、 传输与处理；现场监测及远距离遥控监测系统等。
海洋结构物强度与可靠性 海洋结构物整体与极限强度局部强度
●船舶与海洋结构物总强度分析方法 研究全结构有限元分析模型的建立以及简化力学分析模型的建立；海洋工程结构在 爆炸载荷下的安全性评估；有限元建模不确定性研究；基于可靠性理论的结构总强度 安全性评估技术；基于总强度和局部强度协调一致的结构优化设计技术等。
实验水动力学
●复杂、灾害性深海环境模拟理论与方法 研究内容包括：奇异波与碎波等模拟理论与方法；任意主方向短峰波、双峰谱短峰 波、奇异波叠加短峰波等不规则波模拟理论与方法；分层流、内波模拟理论与方法； 均匀稳定深水流、剪切深水流、高速表层流等模拟理论与方法；非定常风场模拟理论 与方法。
海洋工程领域的前沿研究方向
其他国家油气钻井工程装备


ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(4)．意大利的海上铺管技术、管线涂敷技术，瑞典的动 力定位铺管技术，荷兰的大吨位海上浮吊技术装备及海 底工程地质调查技术，德国的石油钻井设备制造技术、 海上液压工业装备技术、大功率变频电力拖动技术及仪 器仪表技术等处于世界领先地位； (5)．日本由于其造船、冶金、电子技术领先于世界，在 平台建造、海洋工程结构和石油管材（含油气输送管线、 钻杆、套管、油管），平台上配套的机、电、仪等技术 方面具有较强的国际竞争力；
钻井装备 水下设备
生产平台
油气外输系统
海工工程船和 辅助船
固 定 式
移 动 式
海 底 生 产 系 统
海 底 管 线
固 定 式
移 动 式
外 输 管 道
穿 梭 油 轮
钢 制 导 管 架 式 平 台
混 凝 土 重 力 式 平 台
顺 应 塔 式 平 台
自 升 式 钻 井 平 台
半 潜 式 钻 井 平 台
钻 井 船
钻井船
海洋油气资源主流开发装备
物探船
勘察船
钻井平台
生产平台
浮式生产储油轮
起重船
管铺船
水下机器人
物探船、勘察船、供应船、钻井平台、生产平台、浮式生产储油船、卸油船、起抛 锚船、拖带船、倒班船、特种运输船、工程支持船（平台）、水下机器人、起重 船、铺管船、铺缆船
世界海工装备的制造格局
第一梯队： 韩国和新加坡
主要内容
1.
海洋工程装备及制造商
海洋工程装备相关研究方向
2.
海洋工程领域的前沿研究方向
计算水动力学（CFD）
1）波-流-结构物相互作用问题的数值模拟，包括小尺度问题(如海洋平台立柱，锚链， 系泊系统)和大尺度问题(如人工岛，海上机场，储油罐)的波流场数值模拟和水动力特性 的计算。 2）深海水动力学问题的数值模拟，包括分层流和内波，复杂潜流，深海管线内流和外 流耦合，立管多模态涡激振动，海洋结构物大变形流固耦合的水弹性问题，深海锚链系 统的数值分析和水动力性能计算。 3）船舶与海洋工程数值水池仿真实验室研究，包括数值造波，数值造流，船舶和海洋 结构物在复杂波流和各种限制环境下的全流场数值仿真和动态演示方法和技术。 4）全尺度船舶与海洋结构物复杂流动问题的大规模并行数值计算仿真，主要是针对实 船、船-桨-附体、超大型海上浮体和平台的流场数值模拟和水动力性能预报。 5）船舶与海洋结构物优异水动力性能的数值技术开发研究，即通过数值模拟实行船舶 减阻，船型优化，新船型开发，海洋平台优化设计，新概念船舶和海洋结构物开发的方 法和技术。 6）船舶与海洋工程水动力学问题数值计算的非确定性分析，包括对数学模型、湍流模 式、方程离散、数值方法、编程过程、编译系统等误差源的非确定性分析。
国内海工设计单位

708所
自升式钻井平台、半潜式钻井平台、 FPSO

上海船舶设计研究院
海工工程船和辅助船

海上钻井平台设计包括方案设计、基本设计、详细设计和施工设计4个阶段。 目前国内建造的主流海洋移动钻井平台，主要以引进国外基本设计后自行完成 详细设计形式完成生产建造。
国内海工建造企业
企业类型 造修船企业 代表企业 中船集团、中 船重工、中远 船务 特点 在设计、制造、安装大型海上钢质结构物 方面有优势，在项目管理方面有经验。
印度、印尼
主要产品分布



新加坡：自升式钻井平台+半潜式钻井平台 +FPSO（改装） 韩国：高端FPSO（新建）+钻井船+半潜式钻井 平台 中国：自升式钻井平台+FPSO+半潜式钻井平台
其他国家油气钻井工程装备

（1）．美国是石油装备最先进的生产国，不仅自给率居世 界各国之首，并且石油工业的关键设备，诸如石油钻井设备 （含顶部驱动系统）、燃气透平发电设备、柴油发电机组、 大型高压天然气压缩机组、油气分离处理设备、海洋工程结 构、海底遥控作业船（ROV）等在技术上领先于世界各国。 世界石油工业主要的钻采设备约70％以上由美国制造输出。
海洋工程领域的前沿研究方向
海洋工程结构物水动力性能
● 深海平台水动力性能 研究半潜式平台水动力性能；立柱式平台（SPAR）水动力性能；张力腿平台（TLP） 水动力性能；新概念深海平台水动力性能；深海平台与定位系统的耦合水动力分析； 深海平台海上运输与安装过程水动力分析；深海平台极限环境载荷、低频响应、高频 振动、波浪爬升与砰击、涡激运动及控制等特殊水动力性能；内波与深海平台系统的 水动力作用等。 ●浮式生产储卸油系统（FPSO）水动力性能 研究FPSO与单点系泊系统的耦合水动力分析；FPSO甲板上浪与砰击等特殊水动力性 能；浅水FPSO系统水动力性能；单点系泊FPSO水平面运动与稳定性分析等。 ●深水海洋工程水动力模型实验方法 研究特殊海洋动力环境模拟方法；深海平台混合模型实验方法；深水系泊系统、立 管系统的等效模拟方法；波浪爬升等模型实验方法；动力定位系统模型实验方法；海 洋工程结构物水动力性能的海上实测技术；深海平台极限环境载荷、低频响应、高频 振动与砰击、涡激运动及控制等特殊水动力性能；内波与深海平台系统的水动力作用 等。
海洋工程领域的前沿研究方向
流固耦合
●单体弹性浮式结构物的动力响应研究 研究单体浮式结构物水弹性响应的时域分析理论；碰击作用下的弹性浮式结构物水 弹性响应分析技术；甲板上浪作用下的弹性浮式结构物水弹性响应分析技术；考虑二 阶波浪力作用下的弹性浮式结构物水弹性响应分析技术等。 ●多体弹性浮式结构物的动力响应研究 研究多体浮式结构物水弹性响应的频域分析理论研究；多体浮式结构物水弹性响应 的时域分析理论研究；考虑波浪二阶力贡献的多体浮式结构物水弹性响应分析技术。 ●基于CFD和结构动力学的海洋结构物水弹性响应分析理论研究