海洋装备制造技术现状及发展先进技术的必要性 (1)

（1）半潜式钻井平台的组成
半潜式平台主要由三大部分组成：上层平台，浮箱或下浮体，立柱和撑杆。上层平台布置着全部钻井机械、平台操作设备、物资贮备和生活设施，承受的甲板载荷常在3000~6000mt之间。一般上层平台为水密或具有一定水密性的空间箱形结构，根据布置和使用要求可分为若干层。浮箱结构是水密圆台，设置在立柱下面，彼此互不相连，三角形半潜式平台和五角形半潜式平台用得较多。矩形半潜式平台多采用下浮体结构，由若干个纵横隔舱组成，以保证其结构水密性和强度。在这些分舱中放置机械设备、推进器、油水舱和压载水舱，以保证下浮体潜浮作业的进行。立柱一般由外壳板、垂向扶强材、水平桁材、水密平台、非水密平台、水密通道围壁和水密舱所组成。立柱一方面与撑杆一起将上层平台支撑在下浮体(浮箱)上，另一方面在平台处于半潜状态时提供一定的水线面，使平台获得稳性。撑杆结构的作用是把上层平台、立柱和下浮体三者联结成一个空间刚架结构，同时有效地将上部载荷传递到平台的主要结构上(立柱、下浮体)，并将由于风、浪等载荷和其它受力状态(如拖航、沉浮过程)所产生的不平衡力进行有效的再分布。
关键字:海洋装备 高技术船舶 海上钻井平台
一、调查研究的背景与意义
1、调研背景
制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。十八世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。
在建的深水半潜式钻井平台以第五、第六代为主。其主要特点有：
a.采用优良的设计，其可变载荷与总排水量的比值将超过0.2以上，总排水量与自重的比值将超过4.0。
b.晶石粉、钻井泥浆、钻井水、饮用水和燃油等) 储存能力。
c.少节点、无斜撑的简单外形结构。
摘要：“海洋工程装备及高技术船舶”作为国务院加快推进实施“中国制造2025”，实现制造业升级的十大领域之一大致分为以下几个方面：一是用于海洋油气和矿产资源开发的装备，二是利用海洋可再生能源的装备，三是利用海洋空间资源的装备，四是海水的淡化及利用海洋生物资源的装备，五是共性海洋基础设施。目前我国海洋产业布局已初步形成，但产品设计开发能力与国外差距较大，配套市场还被外国企业掌控。此外，我国的工程总包能力不足，且在高端海工装备设计建造领域基本还是空白。本文主要选取海洋钻井平台和高技术船舶方进行了具体的调研，并初步总结了发展规律和一些发展经验。
总体而言，目前我国在海洋资源开发利用领域所做的工作有限，而未来市场对相关装备安全、环保方面的要求更高。这就给基础科研带来了更多的挑战，要求中国船舶行业在以下领域不断探索：新型海洋工程装备总体设计及性能分析技术，海洋工程装备总体及系统试验技术，深海设施结构动力响应及疲劳强度分析技术，深海平锚索、立管等柔性构件的动力特性分析技术，深海海洋工程安全性检测、检测与风险控制技术，深海设施长效防腐及防护技术、浮式结构物恶劣海况下安全性评估技术等等。
我国海洋石油钻井平台发展主要差距：
a.我国对移动式钻井平台的设计、建造水平仅停留在20世纪80年代阶段，没有资金，机会和适于当地计算机设计技术和最新软件设计手段，进行常规移动式钻井平台的设计。
b.没有较深水域钻井平台的设计建造实践与经验，更无动力定位浮船和半潜式深水钻井平台的设计技术能力。
c.在移动式钻井平台通用配备仪器的自给能力方面，尚有较大差距。 对比国外深水和超深水钻井平台的快速发展，对于我国这样一个海洋大国，实感自愧。为适应海深3000～6000m(占海洋总面积73.83%)的深海石油开发，发展深水域海洋石油钻井采油装备，已经成为国际竞争的重要一环，也是今后较长时间发展的必然趋势。
二、调研思路和方法
1、调研思路
首先，摸清现状。通过查阅相关统计资料和数据,客观分析海洋钻井平台和高技术船舶的发展状况,摸清发展底数。这一部分重点是用定性和定量相结合的方式客观反映出发展的基本情况。其次，根据具体调研的方向进行深入的调研。分析出发展的新任务、新要求、新挑战以及制约发展的关键难题。最后要在调研的基础上初步的提出对策、化解挑战、抓住机遇。认真研读相关研究成果和著作，在借鉴国内外先进经验和相关研究成果的基础上，结合我国海洋装备发展的客观实际，提出了新形势下促进我国海洋装备发展的对策建议。整个调查研究按照以下技术路径展开。
2、研究方法
由于实际因素的制约，本文主要采用了文献分析法。通过查阅大量国内外研究论文，研究报告，通过对这些资料的收集、整理、分析和比较,初步梳理分析我国海洋装备发展的现状，学习借鉴国内外成功的经验做法，明确了研究的方向。适当参考主要媒体报道和重大会议领导讲话等内容，进行综合分析，发现问题。
三、海上钻井平台的调研
当前，新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重塑。必须紧紧抓住这一重大历史机遇，按照“四个全面”战略布局要求，实施制造强国战略，加强统筹规划和前瞻部署，力争通过三个十年的努力，到新中国成立一百年时，把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。
1、调研方向介绍
我国南海油气资源丰富，周边国家竞相开采，使我国领土被侵占、海域被分割、资源被掠夺，而我国在南海深水海域油气勘探开发工作基本处于空白。目前我国海洋油气勘探和开发还没有突破500m水深，与国外深水海洋工程技术的飞速发展形成巨大反差，重要原因之一在于我国尚不拥有实施深水油气勘探开发的技术和装备，成为制约我国深水能源开发的瓶颈。为保护我国南海油气资源，实现南海深水油气资源的自主勘探开发，我国必须打破国外技术垄断，掌握深水油气勘探开发前沿技术，拥有当今国际先进水平的自主知识产权的深水油气勘探开发装备。为此，中国石油集团海洋工程有限公司，制定了南海油气勘探开发规划，先期启动建造一座深水半潜式钻井平台。适用于深海钻井的浮式钻井装置主要有两种——半潜式平台和钻井船。其中半潜式平台(Semi-submersible Platform)具有可移性好、抗风浪能力强、工作水深范围广、甲板空间大、储存能力大、可变载荷高等一系列优点，是用于深水和超深水较多的钻井平台。由于半潜式钻井平台拥有诸多优点且有极高的使用率，故本次调研集中调研半潜式钻井平台。
2、调研意义
海洋工程装备是开发、利用和保护海洋所使用的各类装备的总称，是海洋经济发展的前提和基础。海洋装备具有技术复杂度高、价值量高的特点，是推动我国造船产业转型升级的重要方向。海洋工程装备和高技术船舶处于海洋装备产业链的核心环节，推动海洋工程装备和高技术船舶发展，是促进我国海洋装备工业结构调整转型升级、加快我国世界海洋装备强国建设步伐的必然要求，对维护国家海洋权益、加快海洋开发、保障战略运输安全、促进国民经济持续增长、增加劳动力就业具有重要意义。
开发和利用海洋是我国自身发展的需要。古语云“工欲善其事，必先利其器”，要综合开发利用好海洋，就离不开装备的发展。目前大家通常所说的海洋工程装备多指油气类装备。油气类装备主要包括勘探装备、钻井装备、生产与加工装备、运输装备、海岸工程船舶装备水下装备与水下系统装备等等。从钻井装备来看，主要有海洋钻井平台等；从生产装备来讲，主要有半潜式升降平台等。此外还有海洋工程船、水下的作业设备等。谈及海洋工程装备的产业结构，从用户来看的话，则用户相对集中，其中石油公司占30%左右，钻探公司占60%左右。从海工装备的供应商来看，范围比较小，主要是工程的总承包商，如国外的一些大型承包商，国内的中海油、中石油等;此外还有装备的集成供应商，如国内的中船重工、海油工程、中远船务、中海工业等。
从当前全球海工装备建造的格局来看，欧美是第一梯队，掌握设计的核心技术，以高端海工产品为主;韩国、新加坡是第二梯队，具备工程的总承包能力，正在向深水高技术装备领域发展;我国已经具备了一定的基础条件，但产品还属于中低端，高技术是我国的薄弱环节。我国目前建造力量集中在沿海几大区域，如环渤海有海洋工程装备制造基地，长三角有一批船舶制造企业，珠三角有海洋工程装备制造基地，此外海南有海工装备制造基地，武汉有海工装备配套基地。目前产业布局已初步形成，但产品设计开发能力与国外差距较大，配套市场还被外国企业掌控。此外，目前我国的工程总包能力不足，且在高端海工装备设计建造领域基本还是空白。
第一代半潜式钻井平台：20世纪60年代，作业水深小于350ft(106m)，结构型式不很合理且设备自动化程度低。如Bluewater I(1962)、Ocean Driller(1963)、Sedco 135(1965)。第二代半潜式钻井平台：20世纪70年代中后期，作业水深可达1000ft(304m)，甲板可变载荷3000～4000st，设备操作自动化程度不高。如：南海2号、Sedco702、Stena Spey。
第五代半潜式钻井平台：20世纪90年代末，作业水深达到7500ft(2286m)，甲板可变载荷达7000mt，动力定位为主，锚泊定位为辅，配有全自动化的司钻房。如：Deepwater Horizon、Sedco Energy、Aker-H3.2。
第六代半潜式钻井平台：21世纪初，作业水深10000ft(3000m)，船体结构更为优化，重量减轻，配置双井架，DP-3动力定位，全自动化控制的钻井系统操作和甲板操作，平台可变载荷更大。如：West E-drill、Deepsea Atlantic、West Phoenix等。
第三代半潜式钻井平台：20世纪80年代中期，作业水深达2000ft(608m)，甲板可变载荷约为4000st，结构较为合理，设备操作自动化程度不高，为20世纪80、90年代主力平台，建造数量最多。如：南海5号、南海6号、Atwood Hunte。
第四代半潜式钻井平台：20世纪90年代末，作业水深达到5000ft(1524m)，推进器辅助定位，配有部分自动化钻台甲板机械，设备能力与甲板可变载荷都有提高。如：Jack Bates、Scarabeo、西方阿尔法。
我国现有半潜式钻井平台共5艘，包括自行设计建造的“勘探3号”，该平台于1984年7月交付使用，工作水深仅为200m，其余4艘：“南海2号”、“南海5号”、“南海6号”和“勘探4号”，均从国外进口，工作水深最深为600m。如图3-3所示。