深水新型水下立管支撑平台研究

FPSO系统在深海海洋油气资源开发中扮演着重要的角色,而深水FPSO系统水下立管管路较长,立管整体重量较大,立管在水流作用下产生的涡激振动也较强,这些将给FPSO主船体带来严重的稳性、强度及疲劳问题。鉴于此,深海FPSO系统在油气资源开发过程中,须在水下一定深度设置若干水下软管支撑浮体,用以支撑来自深海海底的管线,减轻深水立管对FPSO的负载作用。随着深海资源开发的深入发展,传统水下软管支撑浮体作为FPSO系统的关键装备已经无法满足深海开采的需求,寻求大型化、深海化、生命周期长久化的新型水下立管支撑平台迫在眉睫,设计简便快捷、低风险的安装方法成为其开发过程中的重点和难点。详细描述了水下软管支撑浮体的产生及其发展历程,针对深海开发的需求提出了新型立管支撑平台的新概念,着重对新概念下下水安装更便捷的耐压立管支撑平台设计原理及其下水安装方式展开了分析,最后对水下软管支撑浮体和新型立管支撑平台的关键技术进行了总结,并提出了需进一步解决的问题。     

深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望

深海自主/遥控式水下机器人（ARV）作为新兴的复合型水下机器人,融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势,开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式,独立采集周边区域近海底地形地貌、地质结构以及环境参数等数据,也能下潜至目标区域后切换为ROV遥控模式进行局部观察和采样操作,其探测作业一体化技术代表了具备复杂使命执行力的第三代深海水下机器人的发展方向。通过分析国内外深海混合型水下机器人的发展现状,结合ARV在中国深海矿产资源调查中的主要应用案例和取得的成果,以6 000米级“问海一号”ARV系统的研发为例,给出其关键技术集成以及面对的技术挑战,并对未来深海ARV的应用场景、功能集成和发展方向提出了一些设想和建议。     

深海石油平台及其锚固基础形式评述

随着全球对能源需求量的不断增加,海上石油开发逐渐向深海甚至超深海范围发展,传统的海洋平台已经不能满足海洋油气开发的需要。顺应式塔式平台(CT或CPT)、张力腿式平台(TLP)、迷你张力腿式平台(Mini-TLP)、Spar平台、水下生产系统(Subsea System)、浮式生产系统(FPS)和浮式生产储油装置(FPSO)等各种结构形式被用于深海的开发。随着水深的发展,系泊系统(含锚固基础)成为平台的关键部分。深入了解这些结构各自的特点、使用情况以及锚固方法,将有助于我国深海石油事业的发展。     

深海拖曳系统水下控制技术研究

深海拖曳系统是人类开发利用海洋的一项重要手段。在众多深海探测装备中，深海拖曳系统以探测面积广、作业效率高、操控性能好等优势而得到了广泛应用。针对深海拖曳系统水下控制技术，从控制手段和控制策略2个方面对其发展历程、国内外研究现状等进行梳理，分析对比不同控制手段的优缺点，并对深海拖曳系统水下控制技术未来的研究方向进行展望，以期为深海拖曳系统的应用与发展提供参考。     

法向承力锚(VLA)--一种适用于深海工程的新型系泊基础

深水系泊基础是深水系泊系统的重要组成,随着海洋油气资源开发的加速发展,深水系泊系统的关键技术成为国际海洋油气资源开发的重要研究领域.法向承力锚（VLA）是一种崭新的适用于深海油气资源开发的系泊基础形式,论文对其应用、性能特点、工作原理、安装与回收以及计算分析方法等进行了全面介绍,以期对科研人员进一步认识深水系泊系统的关键技术有所帮助,并对国内深水系泊系统的研发起到一定的借鉴作用.     

深海环境中溢油输移扩散的初步数值模拟

通过对溢油在深海环境中的输移过程及行为特点的分析,初步建立基于拉格朗日积分法的深海溢油模型.该模型除了能够模拟油气混合物在真实深海环境中的共同输移与分离输移扩散过程,还考虑了石油溶解、气体溶解、天然气水合物形成与分解等行为变化对溢油运动轨迹的影响.应用该模型初步数值模拟了一次实际深海溢油试验,结果表明溢油在水下的空间分...     

水下多路液压快速接头的夹头结构分析与优化

深海油气田水下生产系统装备之间的精准连接是国际公认的技术难题,对接一般通过深海连接器完成。弹性夹头是水下连接器的重要组成部分,其性能关系到海洋油气生产系统的安全性和可靠性。弹性夹头的主要作用是在水下机器人的辅助下连接和锁紧连接器的固定端和移动端。采用ABAQUS软件的显式动力学分析模块计算夹头夹紧心轴这一过程中的应力、反作用力状态。三维模型仿真结果表明,锁紧过程中弹性夹头的最大应力不超过430 MPa,小于所选取的材料屈服强度480 MPa。采用正交试验和方差分析的方法研究夹头的长度、夹头与心轴的间隙等几个关键尺寸从而分析影响夹头应力和连接所需推力的最显著因素。对夹头的结构进行优化设计,同时也为夹头心轴结构的设计提供了理论依据。最后,通过试验研究对样机进行测试,测试结果表明,夹紧动作所需的最大推力在700 N以下。     

“海龙Ⅲ”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6 000 m级"海龙Ⅲ"号ROV搭载"大洋一号"船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。海上功能测试和试验性应用结果表明,"海龙Ⅲ"ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

“海龙III”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究，以及海洋石油工程服务等水下综合作业，能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。本文结合国内外深海ROV装备和技术发展现状，以新研发的6000米级“海龙III”号ROV搭载“大洋一号”船执行的2018年南海综合海试和48航次为例，从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面，详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程，对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。经过海上功能测试和试验性应用结果表明，“海龙III”ROV各项性能指标满足设计要求，验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力，创新了深水ROV作业方法手段，分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处，并结合实际应用提出后期改进计划，以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

深海机器人视景仿真系统研究

以载人深潜器的各种水动力参数和实际尺寸为基础,根据几何空间坐标方程建立了其运动学模型,采用MultiGen公司的Creator建模工具和Vega视景环境完成了在深海虚拟环境下的系统仿真。该系统可以实现深海机器人的可视化,更加直观、生动和实时的反映其位姿状态和水面、水下巡航过程。该系统实际应用在中国科学技术馆深海机器人展馆项目上,一方面展示载人深潜器的水下工作过程,同时也使得观众有机会亲身体验潜水器的操纵与驾驶。实际运行结果表明,该系统逼真地演示了载人深潜器水面备航、无动力下潜以及近海底巡航等仿真过程,能够满足系统仿真的实时性要求。该系统还可以应用到深海环境模拟研究、水下机器人运动仿真、控制系统调试以及操纵驾驶训练等中。     

水下节流阀砂粒冲蚀数值模拟研究

在海洋油气开发中,水下节流阀作为水下生产系统的重要组成部分,用于调节生产单元的流量,冲蚀是其主要失效因素之一,因此研究水下节流阀冲蚀失效的影响机理尤为重要。以某笼套式角型水下节流阀为研究对象,建立了水下节流阀的三维流体域模型,采用ANSYS Fluent的标准k-ε湍流模型、DPM离散相模型和Generic冲蚀模型进行了不同开度下的流场数值模拟计算和冲蚀分析,研究了流场环境参数对冲蚀的影响。对水下节流阀流场数值模拟结果进行分析,得到了水下节流阀流场内流速、压力的分布规律。对不同开度下水下节流阀的冲蚀数值模拟结果进行分析,发现节流孔处是冲蚀最为严重区域,得到了冲蚀率随开度的变化曲线。对不同流场环境参数下水下节流阀的冲蚀数值模拟结果进行分析,得到了最大冲蚀率和最大冲蚀深度随流场环境参数的变化规律。根据数值模拟的分析及结论可以对水下节流阀结构进行改进,并在油气生产中对流场环境参数进行控制,提高海洋油气开发的经济效益。     

我国自主研发深海油气磁法勘探

由我国自主研发的高精度勘探技术——远海区低功耗全向性磁日变观测系统,日前在南海北部深海海域成功通过海上试验。这标志着我国在突破深海油气“磁日变”高精度勘探技术瓶颈方面取得了新进展。据介绍,磁法勘探是当前油气资源前期勘探行之有效的技术手段之一。及时获取磁力勘探数据的日变改正资料,对于提高磁法勘探的精度至关重要。     

美国墨西哥湾海上油气发现与生产评述

评述了美国墨西哥湾深海油气储量、墨西哥湾原有的油气发现、墨西哥湾浅水和深水的油气发现统计、深水钻井重获许可后开发的新进展、墨西哥湾油田原油生产数据以及新发现开始生产石油的情况.     

深海采矿整体联动风险分析及应急撤离策略研究

深海采矿作为新领域资源重点开发项目,国外已开展部分试验研究,国内现阶段仅停留在重点设备部件级功能验证,还未开展过系统整体联动,距离海洋油气等正在进行的规模化商业开采还有很大距离。本文以深海采矿系统整体联动模型为基础,与海洋油气工程作业平台技术模型进行对比,对整体联动风险点进行深度分析,并根据重点风险部件开展其悬挂模式、力学模型研究,探讨深海采矿系统整体联动时应急撤离的策略。研究总结了深海采矿系统整体联动的特点,提出了管道摇摆幅度超出设计范围、平台升沉行程超出伸缩冲程范围等两大关键风险点、提升硬管受力分析方法和对应的应急撤离方案,对深海采矿工程总体设计和工程实施具有指导意义和参考价值。     

海底热液硫化物——深海采矿前沿探索

结合深海采矿的现状,以海底热液硫化物这一潜在开采对象为基础,对国内外的相关研究与开发动态情况进行了介绍,分析了海底热液硫化开采远景,在剖析海底热液硫化物开采研究现实意义的基础上,提出海底热液硫化物是我国海洋采矿发展的新契机.并建议相关部门结合大洋战略逐步完善我国深海基础机电产品及工程装备研发体系.结合海底热液硫化物探测技术的发展,同步开展开采系统的前期研究工作,从而引导并推进我国深海采矿及海洋工程技术的发展.     

深海水下采油树结构及强度计算

针对不同水深、油气温度等操作条件对水下采油树结构的影响,采用ABAQUS软件对深水水下采油树在正常生产工况下的整体结构强度进行计算,总结出不同水深以及不同油气温度对水下采油树结构强度影响的规律.计算结果表明:在高油气温度、深水条件下,采油树的综合应力受其水下导向基座及H4连接器等固定边界的影响很大.凶此,在设计水下采油树时需特别考虑水下导向基座及H4连接器等的设计,尽量减小固定边界的边界效应对采油树的影响范围,避免这些边界效应与采油树所受外力产生的应力叠加.同时,为减小热应力值,应注意采油树的保温设计.     

世界上第一台水下激光扫描仪

美国深海开发服务公司与美国威斯汀豪斯水下激光系统公司签订了一份长期租用其第一套水下激光线性扫描系统的合同。 深海开发服务公司将把这种先进的传感器及其过程处理器结合成一体,然后放入一个特殊设计的能被拖动的潜器中,这样它就能为世界各地用户提供水下激光图象勘测和检测     

“大洋一号”勘查技术体系的设计与建设

介绍了"大洋一号"远洋科学考察船在近1年的改装施工后所建立的现代化船舶勘查技术体系.由于引进了世界先进的调查设备,自主研发和改造了深海浅地层岩芯钻等大型调查设备,自主设计并完成了网络信息集成系统,同时对实验室、住舱等工作、生活环境进行了改造,"大洋一号"远洋科学考察船已集成了具有高精度水下定位、全覆盖地形地貌、可视化海底取样、地球物理(重、磁、震、浅地层)、深拖(声学、光学)、成矿环境(水文、化学)和生物等专业设备的联合探测分析系统,实现了各系统的科学同步作业和信息融合,大大提高了我国海洋科学考察工作的效率和管理水平,使我国的深海探测技术和方法基本实现了与国际接轨.     

浅海型水下滑翔机技术研究现状分析

美国Teledyne Webb Research公司按照型号系列化、结构模块化和测量多样化的设计思路研制水下滑翔机,其Slocum 200浅海型和Slocum 1000深海型水下滑翔机在海洋环境观测领域具有广泛的客户需求。文中以200 m浅海型和1 000 m深海型两款水下滑翔机为例,详细对比了两者的技术特点,并在此基础上阐述了两者各自适用的海洋环境观测应用范围,两者优势互补,难以取代对方。浅海型水下滑翔机具有锯齿剖面密度大、折返机动性高和平均前向速度快的特点,适合在近海岸、陆架坡折和深海温跃层等区域对高时空变率海洋现象进行观测。近几年,我国深海型水下滑翔机技术取得了惊人进步,同时,我国浅海型水下滑翔机技术也在快速发展,这对推动我国海洋环境监测业务水平的提升意义重大。     

深海自治式水下航行器组合导航/定位误差分析与建模

在深海海洋油气资源勘探开发中,导航定位数据是各个测量参数的基准信息,测量载体的定位精度在一定程度上决定了其搭载的传感器探测精度。以COSL Explorer型深水自治式水下航行器为研究对象,分析其组合导航/定位系统的特点,得出包含超短基线水下定位、多普勒计程仪与惯性系统组合导航、海水中声速影响的深水自治式水下航行器导航/定位误差模型,并对该模型参数进行等误差剖面分析,得到该载体导航/定位误差分布趋势。并针对不同航速、不同定位斜距、不同时间间隔下的组合导航定位误差进行预报,为自主航行器在大海深、大范围工程勘察测量时参数设置提供理论依据。