海洋开发与海洋工程技术.ppt
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1、海洋开发与海洋工程技术,土木水利工程概论,主要内容,一、前言二、海洋油气开发技术三、海洋空间利用技术四、海洋能资源开发技术,一、前言,海洋开发是人类采用各种技术和方法把蕴藏在海洋中的矿产资源(海底矿产资源和海水资源)、生物资源、再生能源和空间资源开发出来,用于社会发展的整个行为,以及把海洋的潜在价值转化为实际价值和社会效益的各项活动。传统海洋开发:海洋运输、海盐业、海洋捕捞业新兴海洋开发:海洋石油天然气开采、海底采矿、海水养殖、海洋空间利用未来海洋开发:应用高科技手段,实现海洋矿产资源、生物资源、能源和空间资源的可持续开发与利用,海底矿产资源,海洋空间资源,海洋再生能源,海水资源,海洋生物资源
2、,海洋开发的重要性,我国拥有大陆海岸线总长度18000多公里与6500多个面积在500平方米以上的岛屿。根据联合国海洋法公约我国所管辖的海域有近300万平方公里(相当于我国陆地国土的1/3)我国是一个发展中国家,人口、资源和环境的压力相当沉重。中国要摆脱人均资源低下,在21世纪中叶进入中等发达国家水平的一个重要出路就是走向海洋。,海洋开发对海洋工程技术的挑战,海洋环境条件的严酷性,使得海洋开发所依赖于海上工程设施技术复杂、投资多、风险大。随着海洋开发利用的规模日趋复杂和庞大,要求人类对海洋环境条件的认识、工程设施的设计理论与建造技术等必须有很大的提高,以期在保证安全可靠的前提下节约工程造价、缩
3、短建设周期、减少维修工作和延长使用年限。,二、海洋油气开发技术,研究资料表明,全球海洋蕴藏的可采石油储量约为1350亿吨,天然气储量约为140万亿立方米,约占世界油气总资源量的45。我国近海大陆架面积140万平方公里,经过海洋石油地质专家的多年研究,预测其地质储量约275亿吨,天然气储量约41万亿立方米。目前仅在大陆架80多万平方公里的海域范围进行了初步勘探,就找到了石油地质储量13亿吨、天然气2350亿立方米。,混凝土重力式平台,混凝土重力式平台由底部的大储油罐、单根或多根立柱、平台上甲板和组装模块等部分组成。世界上最大的混凝土平台建在北海的“斯塔福德B”平台,总高度271m。,钢导管架桩基
4、平台,平台在导管架的顶部,高于作业海区的波高,并用钢桩穿过导管固定于海底。1981年,美国在墨西哥湾水深312m的海域安装的一座重59000t的平台,整个平台高达368m。,平湖油气田是我国东海海域第一个投入开发的油气田,位于上海市东南约400公里。,自升式平台,自升式钻井平台在平台与桩腿或桩腿沉垫之间有升降装置可使它们作相对的上下移动。常用的可分为齿轮齿条式和液压插销式。最大工作水深约为100m左右。自升式平台多为拖航,也有可助航和自航的平台。,中油海 5 号、6号钻井平台,中油海 2 号、7号钻井平台,张力腿平台,张力腿平台的特点是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的采油
5、平台。1994年投产的奥杰平台,工作水深达587m,是目前世界上水深最深的一座张力腿平台。,与导管架平台相比,导管架平台的造价与水深关系大致呈指数关系增加,而张力腿平台的造价随水深的增加变化较小。由于每个张力腿都有很大的张力,张力腿平台在波浪中的运动幅度远小于半潜式平台,这对海上作业是十分有利的。,系索塔式平台,系索塔式平台由垂直的塔型结构支承于海底,顶端的工作台被托出水面以上,用多根钢索向四周拉紧,使塔不宜倾斜并吸收风浪向它袭击的荷载。该类平台的作业水深在457610m之间。,半潜式平台,半潜式平台由平台本体、立柱和下体或浮箱组成,是大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式石油工作平台。,
6、大连新船重工有限责任公司开发的国际上最先进的第五代半潜式钻井平台,其工作水深3000米,可在风速41米/秒、浪高32米的恶劣气候海况下进行石油开采。,浮式生产系统(FPSO),FPSO(Floating production,storage and offloading systems)具有钻井、修井、采油、生活、动力等多种功能,而且又可作为穿梭油轮,它采用先进的内转塔式单点系泊装置,实现了一条船开发一个海上大型油田。,海底采油生产系统,把整个采油装置、油气分离装置、储油装置等完全置于水下的海底采油装置。我国的南海流花油田采用了这种海底采油装置,其水下作业全部由水下作业机器人承担,在浮式生产平
7、台上用多功能液压系统实现了对水下井口系统的遥控。,我国海洋石油产业,中国海洋石油总公司1990年原油年产量100万吨;1996年原油年产量跃上千万吨大台阶为1500万吨;2000年原油年产量1600万吨;2005年计划原油年产量4000万吨(油当量),其中渤海2000万吨。实现海上天然气年产100亿方。十五期间投入1200亿元人民币,建造50个平台。2010年实现海上天然气探明储量1万亿方,建成天然气年生产能力300亿方(目前海上气田年生产能力50亿方)。秦皇岛326油田东距塘沽100公里,石油地质储量1.7亿吨。南堡352油田位于唐山京唐港以南20公里,石油地质储量1.1亿吨。蓬莱193整装
8、油田位于山东龙口海岸以北约70公里处,地质储量近3亿吨。,我国海洋石油的技术进步,1987年我国第一个对外合作油田渤海埕北油田建成投产,年产原油40万吨。首次在南中国海采用深水永久型系泊系统。首次用半潜式生产系统代之以常规的导管架生产平台,并控制水下井口和水下生产系统。采用新型多功能具有动力定位装置的FPSO开发我国水深达330米的陆丰221油田。首次将单点系泊的FPSO用于浮冰区,开发渤海油田,投产后的实践证明设计是成功的。南海西江243油田利用现有的平台设施,利用创世界第一的大位移井钻井技术高速高效地开发了周边的区块油田。铺设了世界最长的绥中361油田70公里长的稠油输送管线。,海洋石油资
9、源开发中的部分技术难关,台风浪、内波流、海冰、地基、地震等对海洋工程设施造成严重的灾害性。渤海湾极浅海地区油气田开发的地质问题。由于这一海域坡缓(小于1/1000)、滩宽(10余公里)、土质强度特低(承载能力56吨/平方米),一般运输工具均无法进出,加上冬季有冰凌影响,给工程建设带来了极大的困难。边际油田开发的新技术,如:简易桩基平台、筒型基础平台、抗冰平台、小型TLP平台等的设计。新型浮式生产装置及新型系泊系统应用技术海底管线穿越复杂地层的铺设技术,管线在线监测、评估与维修技术等。,三、海洋空间利用技术,现代海洋空间利用技术是指人类生存与发展空间向海面、海中、海底和海岸带延伸所采用的高新技术
10、。除传统的港口和海洋运输外,人类正在向建造各种工业和居住用的人工岛,海上人造城市,娱乐场,海上平台,海中和海底储油库以及仓库,海上机场,发电站、海洋公园、海底隧道,海底电(光)缆,海底输油、输气、输水管道,海底试验室,跨海桥梁。海上武器试验场和作战指挥中心,以及海上运载火箭发射场和航天港等工程技术等方向发展。,海上人工岛,目前,世界上已有数十个海上人工岛,这是为适应海洋开发、海上居住、海上旅游等需要而建造的海岛或海上建筑物。根据建造方法有填海式、桩基式和浮动式。根据用途分类,又有海上城市和海上工厂,以及海上采油、海上旅游、海防基地之分。,日本神户人工岛,日本的神户人工岛,是目前世界上已建成的最
11、大的海上城市。它位于神户市以南3km,水深12m的海面上。1966年开工建设,用了15年的时间将8000万立方米的土石填入海中,建成东西长3km、南北宽2km,总面积为 436万平方米的海上城市。专门建有一座长300m、宽14m的双层大桥通向神户市新港。这座海上城市设施齐全,拥有较齐全的现代化公建设施。拥有6000套公寓和住宅,可供6500户、2万多人居住。不幸的是1995年1月17日,日本发生了里氏7级的阪神大地震。该人工城市的集装箱码头的深水岸壁和港区的大型装卸设施都遭到严重的破坏。,海上机场,填海式:就是把大量土石填入浅海,在人工岛上建设机场。日本在大阪湾东南离岸5km的泉州外海建成的关
12、西国际机场,是一座现代化的大型填海式机场。一期工程于1987年1月动工,修建了面积为511万平方米的机场人工岛。飞机跑道长度为3500m。人工岛与海岸间的大桥全长3.75km,公路与铁路并用。该机场每年可运送旅客 3070万人次,货运量达139万吨。桩基式:即把钢管打入海底,机场本体坐落在钢管桩墩上,美国纽约拉瓜迪亚机场就是在水深13米的海中打入3072根桩,建成的世界上第一个桩基式海上机场。浮式:它是将巨大钢制箱体焊接在许多钢制浮体上。箱体高出海面部分作为机场,浮体半潜于水中,以支持上部重量,整个机场用索链锚系于海上。,珠海国际机场,1995年建成的珠海机场是我国第一个填海机场,坐落于珠海西
13、区三灶岛的沿海滩涂上。1992年5月开工建设。该机场全长4000米的跑道有90以上是软地基,淤泥一般深2.3米,最深处达40米。1992年12月28日,进行了世界罕见的移山填海大爆破工程。共用了1200吨炸药。把珠海炮台山的一半大约500万方土石抛向大海。施工中为处理软地基,运走了海底表面层的185万立方米腐殖土,回填石碴109万立方米,打沙井桩123万立方米。,香港新国际机场,香港大屿山赤蹋角新国际机场是世界上最新建造的最大的海上机场。新机场占地l 275公顷,四分之三是填海而成,需要l.8亿立方米的填海材料。连接新机场与港九的青马大桥,跨海距离l 377米,桥墩高达196米。,海上浮式试验
14、机场,1999年8月4日在日本神奈川县横须贺港海面建立了一个海上漂浮机场。这个海上漂浮机场是1995年开始研制的,目前已发展到由6块长380m、宽60m厚3m的巨型钢铁漂浮箱型结构组成,有一条1000多米长,最宽处达120m的起降跑道。该机场用于进行飞机起降试验,成功后将其拆除。,海底隧道是为解决横跨海峡、海湾之间的交通,又不妨碍船舶通航,而建在海底之下供人员及车辆通行的地下建筑物。世界上已建成许多海底隧道,也有一些正在研究中。目前,全世界建成和计划建造的海底隧道共计20多条,主要分布在日本、美国和西欧,较著名的海底隧道有青函海底隧道、英吉利海底隧道、日韩海底隧道、港九海底隧道等。,海底隧道技
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