海洋工程辅助船的开发研究

海洋工程辅助船的开发研究

1海洋工程辅助船作业技术的探索和研究我国海洋石油和天然气目前，国外海洋工程辅助船正在朝着多品种、多功能、高智能化、高科技成本等高科技船舶的方向发展。多功能复合船型、能源动力船型和动态跟踪船型已成为世界开发的主要船型。随着海上油气开采从浅海向深海扩展,适合于深水作业要求的大型海洋工程辅助船受到了国际海洋石油界的关注,国外有数家著名的公司正注重于深水海洋工程辅助船作业技术的探索和研发。在国内,针对我国海洋石油和天然气开发的迫切需要,对海洋工程辅助船的开发研究有了较快发展,在“九五”、“十五”及“十一五”期间,已成功地自行研发设计和建造了多种船型和品种的海洋工程辅助船,船型主要品种已达数十种,船舶数量已达数百艘。特别是自行研制成功的具有当代国际先进技术水平的电力推进、动力定位、小水线面、深水作业、海底综合检测等高新技术海洋工程辅助船舶,在一定程度上提升了我国海洋工程的作业能力。海上石油开发关系到国民经济发展的大局,我国海洋石油和天然气勘探、开采水平与国际水平相比仍有一定的差距,发展我国海上石油和天然气勘探、开采事业,研发各类高新技术、高性能水平的海上石油和天然气勘探、开采工程所需的海洋工程辅助船舶,是发展和提高我国海上石油开采水平综合能力的一项关键性工作。特别是为保护国家有限的石油资源,我国的海洋石油、天然气的开发已逐渐向深海区域发展,实现向深海区域开发海洋石油、天然气资源的战略转移,为适应这种战略转移,满足深水作业要求的海洋工程辅助船已成为当前急需开发船型。2多功能时期400m海洋石油、天然气系统用船根据海上油气田开发装备发展对海洋工程辅助船的需求优先度、需求数量、船型研发难度及研发技术现状,重点优先研发下列船型是较为合适的:(1)深水三用工作船。我国的海洋石油、天然气的开发已逐渐向深海区域发展,急需开发满足深水作业特殊要求的、进行3000m深水抛起锚作业的大型多功能深水三用工作船。(2)新型多功能守护船。我国海洋石油和天然气开发发展迅速,对海上油田作业服务的需求量也迅速增加,用船量极大,开发新型多功能守护船的目的是为了优化船型,节能和环保,适应迅速发展需求。(3)多用途潜水支持船。海洋工程离不开潜水作业支持,我国海洋石油和天然气开发迅速发展,水下工程潜水作业量迅速上升,300m饱和潜水技术已成为海洋工程作业中必不可少的项目。(4)新型高效铺管船。铺管船是从事海洋石油、天然气输送管道铺设的工程船舶。随着输送管道铺设工程量迅速上升,特别是深海铺管作业发展,开发旨在提高铺管效率、加大铺管直径、适应深海铺管作业的新型铺管船日显迫切。(5)海底开沟埋管船。海底开沟埋管船是从事海洋石油、天然气输送管道铺设工程中的安全保障作业船舶,特别是在浅水、滩涂等受潮汐影响的地区尤为重要,现已成为海洋工程作业中必不可少的船种。(6)大型半潜运载船。大型半潜运载船是一种用以装运特大、超大物件的特种运输船舶,是海洋油气开发装备研制体系中不可缺少的环节,随着国内海洋工程的迅速发展,其需求量也将越来越大。3海洋工程辅助船型开发以当前急待开发的海洋工程辅助船船型为开发研究主体,其主要项目研究内容和关键技术为:进行船型开发研究和试验,对大型推进动力、电力推进应用、快速性能、系柱拖力、深水抛起锚作业、深水作业抗风浪性能、动力定位系统、深水监控技术、特种作业功能、300m饱和潜水、深潜生命保障系统、ROV(遥控潜水器)遥控检测、直升机起降、水下挖沟作业方式、水下作业动力输送系统、海底管线高效铺设、开沟埋管与检测维修、大型半潜运载调载系统、特种作业稳性等方面,进行专题研究、技术论证和综合分析,攻克关键技术难题,完成船型开发设计,依托实船开发出各型海洋工程辅助船。具体项目如下:3.1中小型船舶拖航用行为性能试验及研究进行适用于深水作业的三用工作船船型开发和研究。对其大型推进动力、快速性能、系柱拖力、抗风浪能力、耐波性能、动力定位、3000m深水抛起锚、多种特种作业功能、大型特种作业设备等进行综合分析和专题开发研究。分述如下:(1)船型优化及总布置研究。由于船型的大型化,其高科技含量高,且特种作业复杂,属布置型船,故需对船型进行深入细致的设计和优化,对总体布置中的特种作业设备、特种作业功能需进行综合技术研究。(2)快速性能、系柱拖力性能试验及研究。船舶的快速性能和系柱拖力是深水三用工作船的关键性技术指标,特别是深水作业,远离海岸基地,快速性显得尤为重要;系柱拖力应达到具备拖曳大型深水石油平台的能力。(3)深水作业抗风浪性能、耐波性试验及研究。深水海域海况十分恶劣,需对深水三用工作船在大风大浪高海况下的抗风浪性能和耐波性能进行专题研究,以提高其在恶劣海况下的作业能力。(4)超大推进功率动力装置与船型匹配研究。主要研究超大推进功率动力装置与船舶主尺度、线型的匹配关系,使推进功率发挥最佳的效能,并对柴油机直接推进、柴电混合推进等推进方式进行专题研究。(5)动力定位性能试验及研究。高精度的动力定位性能是深水三用工作船在深水海域作业时必须具备的功能之一,为此,需对动力定位系统、定位功能、冗余功能、推进系统配置开展专题研究。(6)超大型拖曳设备配置研究。对超大型多功能拖曳设备的配置,包括拖力达5000kN或以上、具有大容绳量的大型多组卷筒,可进行平台起抛锚作业、长距离拖曳大型平台的低压液压拖曳绞车的配置技术等进行研究。(7)3000m深水抛起锚作业技术研究。主要研究船舶在1500~3000m或以上超深水水域抛起锚作业方式、作业锚及锚泊链索的储运,深水抛起锚作业设备配置等。(8)深水特种作业功能设备配置研究。对深水特种作业功能所要求的设备配置、作业布置、功能实施等开展研究,进行功能预留和预设、预埋。(9)船型方案设计研究。进行深水三用工作船船型总体布置、船舶技术规格书、主要设备厂商表等项目的方案设计。3.2海洋石油平台结构参数优化的应用试验研究进行多种作业功能和用途的综合性守护船船型开发和研究。对其动力推进方式、抗风浪能力、耐波性能进行专题研究。对其守护功能、营救功能、供应功能、对外消防灭火功能、海面环保功能等进行多功能、系列化、标准化优化设计研究。分述如下:(1)船型优化及总布置研究。由于船型科技含量高,特种作业功能复杂,故需对船型进行优化设计和研究,对总体布置中的多种作业功能、特种作业设备进行综合技术分析研究。(2)动力推进方式研究。对柴油机推进、电力推进进行技术经济论证及研究,并对轴系变距桨、全回转舵桨,船内电机驱动、吊舱式电机驱动等动力推进形式进行专题研究。(3)电力推进应用优化设计研究。对电力推进应用技术进行研究,根据船舶功率大小和使用要求不同,选择合适的发电机、变压器、变频器、推进电机类型,组成电力推进系统配置。(4)抗风浪能力、耐波性能试验与研究。主要研究船舶在大风大浪中的船舶升沉幅值、横摇角、纵摇角、垂向加速度等船舶耐波性能,满足9级大风浪恶劣海况(12级风、14m浪)下的安全航行性能和抗风浪能力。(5)特种作业功能优化设计研究。对为海洋石油平台提供多种服务的多种特种作业设备配置、总体布置、作业功能、作业要求的协调等进行专题研究,形成一种具有多种不同特种作业功能和多种不同船型特征能有机组合,且多种不同船型船级符号并存的一体化船型。(6)快速性能、系柱拖力性能试验及研究。主要对主尺度、船型系数进行论证和选择,对线型和螺旋桨进行优化设计和船模试验,达到海洋工程辅助船国家标准最高等级一级品的质量指标值要求。(7)系列化、标准化船型开发研究。对不同主尺度、不同功率配置、不同作业功能、不同特种设备配置、不同总体布置等进行系列化研究,从而形成标准化系列船型。(8)船型方案设计研究。进行新型多功能守护船总体布置、船舶技术规格书、主要设备厂商表等项目的方案设计。3.3主题作业及专题研究进行多用途潜水支持船船型开发和研究。对常规潜水、300m饱和潜水、ROV遥控检测、直升飞机起降、深潜生命保障系统、大吨位海上作业起重机、动力定位、四点锚泊系统等进行专题开发研究,对船型的耐波性、抗横倾系统、减摇系统、总布置等进行优化设计研究。分述如下:(1)船型优化及总布置研究。对船型进行优化设计研究,对艏部形状、艉部形状及主尺度进行专题研究。船舶特种作业设备众多,要求特殊,布置复杂,应对总体布置进行专题研究,优化设计。(2)300m饱和潜水及生命保障系统研究。对300m饱和潜水及生命保障系统所设置的专用舱室、配置的特种设备进行专题研究,进行深潜水系统优化研究,如:加压舱、潜水钟、起吊装置、生命保障系统、气体系统、控制台、急救舱、逃生舱(艇)、应急潜水装置、水下探测设备等,合理布置舱室和设备配备,使之具有完善的对300m水深饱和潜水作业能力。(3)常规空气潜水研究。对多点作业的60m常规空气潜水工作站点的设置,潜水控制和装置室、潜水舷梯、潜水员作业装具、医用减压舱、控制台和潜水作业仪器仪表等进行布置和设备配备专题研究。(4)ROV遥控检测研究。对1000m作业水深的ROV配置(观察型和工作型)、控制室设置、多套多功能机械手配备、ROV下水设备,以及探测、监视、测量等设备,进行布置和设备配备专题研究。(5)直升飞机平台及起降保障系统研究。主要对直升机起降平台、起降平台安全设施、起降安全保障系统、起降环境条件、消防安全设施、助降引导、航空指挥系统等进行专题研究。(6)大吨位海上作业起重机作业功能研究。大吨位海上回转作业起重机主要用于深水打捞起重、航道快速清障等。主要对其最大起重能力、作业环境条件、防倾调载系统、作业稳性、安全保障系统等进行专题研究。(7)动力定位功能研究。在深水区域潜水作业时,船舶需依靠动力定位使其在海上保持一定的方向和位置。主要对动力定位功能设置、定位环境条件、定位精度、冗余功能、动力定位系统、推进系统配置等进行专题研究。(8)四点锚泊系统试验与研究。在浅水区域进行常规空气潜水作业时,为确保潜水人员安全,原则上主推进、侧推系统不启动,船舶需依靠锚泊进行定位。对船型的四点锚泊定位系统的锚泊定位能力、作业环境条件、锚泊绞车、锚泊钢索、大抓力锚等进行试验与专题研究。(9)减摇系统试验与研究。为保证船舶能在大风大浪恶劣海况条件下具有较强的抗横摇性能,特别是在低速航行或定位状态,有效减少横摇角幅值,船上设置被动式减摇水舱。对被动式减摇水舱设置型式、减摇控制装置、减摇效果等进行试验与专题研究。(10)船型方案设计研究。进行多用途潜水支持船总体布置、船舶技术规格书、主要设备厂商表等项目的方案设计。3.4高效铺管船装卸产品的配置研究主要是分析研究铺管船的作业特点和要求,并对船型进行优化研究,对起重机配置、起吊能力、耐波性能、载荷和动力特征、总体布置、辅管设备、定位系统、管线材料装卸方式等关键技术开展专题攻关研究。分述如下:(1)船型优化及选型研究。对船型进行优化设计研究,对自航式平底船型,包括艏部形状、艉部形状及主尺度进行专题研究,根据设计作业水深的不同要求,择优选型。(2)总体布置优化研究。对总体布置特别是管线铺设系统及起重机的布置协调等进行专题研究,优化设计。(3)大型起重机配置及起吊能力研究。大型全回转起重机是高效铺管船装卸管材的关键设备。对其配置、选型、起吊能力、回转能力等进行专题研究,使船型与起重机形成最佳的匹配。(4)作业耐波性能试验与研究。对船舶的耐波性能进行专题研究和试验,确定船舶在铺管作业和起重作业时的抗风浪能力,界定船舶安全作业的环境条件。(5)船型结构载荷和动力特征研究。主要研究船舶在管材装载的高集中负荷下结构强度、刚度和总纵强度,以及在海上风浪流的作用下的结构载荷和动力特征,以掌握诸如极限承载力、疲劳强度、断裂特性在波浪中的动力响应等相关关键技术。(6)铺管方式研究。主要对S型、R型和J型3种铺管方式的作业特点及适应性,特别是大直径管的S型铺管方式进行专题研究,掌握深水铺管的关键技术。(7)铺管设备配置研究。要提高铺管效率及速度,其自动化高效率铺管系统的设置、各项特种设备的合理配置、管材装载区的布置、高效率装卸方式的设置和设备配置都是非常重要的,要合理协调各系统设备和设备配置,形成有机的组合。(8)悬垂状管线负荷分析研究。在铺管作业时,无论采用S型铺管方式、R型铺管方式还是J型铺管方式,悬垂状的管线在海上受风、浪、流的动力影响,特别是在深水作业时受力情况极为复杂,为此需对其进行运动分析和研究,以确保作业精度和作业安全。(9)动力定位系统配置研究。在铺管作业和起重作业时,采用动力定位的作业方式。针对不同的作业工况进行研究,包括动力定位系统的推进装置型式及组成、功率配置、动力定位控制精度及作业环境条件的界定等。(10)船型方案设计研究。进行高效铺管船总体布置、船舶技术规格书、主要设备厂商表等项目的方案设计。3.5激发动力及作业功能的研究进行多功能海底开沟埋管船船型开发和研究。对船舶的水下挖沟作业功能、动力输送系统、大吨位拖曳能力匹配、动力定位跟踪功能、海底管线铺/埋检测、维修功能,潜水作业支持等进行专题开发研究;对特种设备布置、大功率动力配置、多种作业功能等进行优化设计研究。分述如下:(1)船型优化及总布置研究。对船型进行优化设计研究,对尾部形状及主尺度进行专题研究。船舶特种作业设备要求特殊,特别是下水设备、动力输送系统,布置复杂,为此对总体布置进行专题研究,优化设计。(2)水下挖沟作业研究。对船舶不同作业水域所采用的不同水下挖沟作业方式——喷射挖沟法、犁式挖沟法进行研究,并就犁式挖沟法的不同挖沟阶段——铺管就位前、就位时、就位后进行分析研究,配置不同的水下挖沟设备及作业支持动力设备。(3)作业动力输送系统研究。对喷射挖沟法及犁式挖沟法配置的作业设备、所要求的动力配置进行作业动力输送系统(包括供电、供气、牵引等)研究。(4)大吨位拖曳能力匹配研究。对采用牵引方式挖沟作业的拖曳设备配置进行专题研究,根据船舶作业水域海底土质的不同,分析研究拖曳牵引力的大小、挖沟作业速度等。(5)动力定位跟踪功能研究。对采用的动力定位系统进行专题研究,研究船舶在挖沟作业状态下保持指定位置、目标定位、自动跟踪、自动拖曳航行等动力定位特殊跟踪功能要求。(6)大功率动力配置及推进方式研究。主要研究多功能海底开沟埋管船配置的超大推进功率动力装置,使推进功率能综合利用,向挖沟作业供电、供气、牵引等,发挥最佳的效能,并对柴油机直接驱动推进、柴电混合推进等推进方式进行专题研究。(7)海底管线铺/埋检测、维修功能研究。主要研究使用ROV设备进行海底管线铺/埋、检测、维修,通过对ROV的控制和操纵,可对海底管线铺/埋和设施进行搜寻、探测、测量、记录和数据处理,通过ROV机械手臂进行水下维护和应急修理作业。(8)潜水作业支持功能研究。在采用犁式挖沟法、配置有潜犁式挖沟作业的设备时,需由潜水员在水下驾驶开沟车进行挖沟作业。在深水区采用饱和潜水进行作业,在浅水区采用常规潜水空气作业。对潜水员的潜水工作站点、潜水控制、减压舱、生命保障系统等进行专题研究。(9)特种设备配置与布置研究。由于海底开沟埋管船水下的挖沟作业设备特殊,挖沟作业方式独特,故主要对挖沟作业设备、下水设备、动力输送系统等进行配置、作业布置专题研究,优化设计。(10)船型方案设计研究。进行多功能海底开沟埋管船总体布置、船舶技术规格书、主要设备厂商表等项目的方案设计。3.6船舶专题研究和经济分析进行大型半潜运载船船型开发和研究。对船舶的主尺度优化、动力推进方式、快速性能、调载系统、船体强度、半潜承载作业稳性、动力定位、塔楼尺度、特种作业设备和船型布置优化等进行综合分析和专题开发研究。分述如下:(1)船型优化及总布置研究。对大型半潜运载船船型进行优化设计研究,对自航