海洋石油工程論文大全11篇

緒論：寫作既是個(gè)人情感的抒發(fā)，也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇海洋石油工程論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

篇（1）

2有效降低海洋石油工程項(xiàng)目成本的措施

2.1創(chuàng)建科學(xué)制度，加大設(shè)計(jì)單位對(duì)成本負(fù)責(zé)的辦法

依據(jù)石油建造項(xiàng)目中標(biāo)的合同要求，公司可以對(duì)投標(biāo)報(bào)價(jià)加以調(diào)整，制作出項(xiàng)目的合理預(yù)算。在這個(gè)預(yù)算執(zhí)行的過程中，項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)其執(zhí)行情況負(fù)主要責(zé)任，項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行成本控制的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)單位。設(shè)計(jì)單位必須對(duì)成本預(yù)算中的材料費(fèi)用負(fù)責(zé)，在確保建造質(zhì)量的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)單位的龍頭作用，采用費(fèi)用限額制度，靈活進(jìn)行費(fèi)用的管理。

2.2合理控制項(xiàng)目消耗費(fèi)用，有效降低成本

海洋石油建造項(xiàng)目的各種費(fèi)用不包括鋼材，其它材料大約占據(jù)制造成本的25%左右，合理的掌控各項(xiàng)費(fèi)用支出情況可以有效降低成本。可以制定不同費(fèi)用的指標(biāo)，科學(xué)對(duì)建造項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)算，為降低費(fèi)用打下牢固的基礎(chǔ)。此外也可以通過如下措施控制、降低成本

(1)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備類的采購(gòu)管理

在采購(gòu)方式上首選招標(biāo)，引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，合理控制或減少單一來源采辦，通過招標(biāo)，拓寬選擇范圍，充分發(fā)揮競(jìng)爭(zhēng)性在效益效率方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、集中化采購(gòu)，進(jìn)而降低成本。

(2)嚴(yán)格執(zhí)行批復(fù)的采購(gòu)策略與采購(gòu)計(jì)劃

從采購(gòu)的源頭對(duì)質(zhì)量、性能、價(jià)格進(jìn)行把關(guān)，確保質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。但有時(shí)由于計(jì)劃性不強(qiáng)，單個(gè)采辦包規(guī)模不夠大，對(duì)市場(chǎng)吸引力不強(qiáng)，導(dǎo)致不能提高競(jìng)爭(zhēng)議價(jià)能力，因此要杜絕臨時(shí)性采購(gòu)和無計(jì)劃采購(gòu)行為。

(3)在產(chǎn)量目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下

海洋石油工程建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，建設(shè)速度也越來越快，這樣就對(duì)資源整合，挖潛增效提出了新的要求。對(duì)于共性采辦項(xiàng)目，如易耗料服務(wù)類合同，可以采用招標(biāo)方式進(jìn)行等質(zhì)比價(jià)，以最低價(jià)作為談判標(biāo)準(zhǔn)與其它價(jià)高各投標(biāo)單位一并簽訂等價(jià)年度協(xié)議，獲得統(tǒng)一的價(jià)格體系，這樣不但可以滿足相繼開工或同期開工的各項(xiàng)目在各階段對(duì)于易耗服務(wù)的建造需求，同時(shí)也能降低成本提高議價(jià)能力，又能減少不必要的重復(fù)性工作，進(jìn)一步的提高工作效率，可謂一舉三得。3.3提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本人工成本在建造項(xiàng)目成本之中占據(jù)重要的比例。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，勞動(dòng)生產(chǎn)效率也得到了有效提升。一個(gè)建造項(xiàng)目的施工方案在很大程度上左右著生產(chǎn)效率能否得到提高。一個(gè)優(yōu)秀的施工方案可以確保生產(chǎn)流程穩(wěn)步有序，從而科學(xué)配置人力、物力，確保投入的資源達(dá)到最大的利用狀態(tài)。海洋石油工程項(xiàng)目組要對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)施工的工序進(jìn)行合理安排，確保達(dá)到最佳狀態(tài)。可以制定激勵(lì)機(jī)制，提升工程技術(shù)人員和工人的主動(dòng)性，提升勞動(dòng)效率。勞動(dòng)效率的提升，不僅可以有效減少電力、水等一系列消耗品的支出，而且也降低了人工費(fèi)、折舊費(fèi)等固定成本的支出。

2.4做好會(huì)計(jì)核算，降低返修幾率

質(zhì)量和成本是相互協(xié)調(diào)的因素，只有確保技術(shù)和經(jīng)濟(jì)相互結(jié)合，才能很好的降低生產(chǎn)成本的支出。質(zhì)量成本的增多會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本不斷加大，如果質(zhì)量成本投入不足，質(zhì)量降低又會(huì)出現(xiàn)返工的情況，在一定程度上也增加了生產(chǎn)成本，造成不必要的損失。相關(guān)部門必須做好質(zhì)量成本的核算工作，確保質(zhì)量控制和成本管理達(dá)到最佳的狀態(tài)。在合理的范圍內(nèi)加大質(zhì)量投入，可以提升質(zhì)量、降低成本損耗。質(zhì)量的提升，可以有效的提高生產(chǎn)效率，也在一定程度上減少因返工造成成本增加的情況。在進(jìn)行工程項(xiàng)目施工的時(shí)候，必須嚴(yán)格按照有關(guān)的質(zhì)量控制體系進(jìn)行生產(chǎn)，把好質(zhì)量關(guān)。

篇（2）

一、引言

 

自東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院海洋油氣工程專業(yè)成立以來，全國(guó)石油高校如雨后春筍般相繼成立了海洋油氣工程專業(yè)，海洋油氣專業(yè)的成立象征著高校石油專業(yè)教育邁向海洋石油，是具有劃時(shí)代的歷史意義。隨后幾年來，石油大學(xué)(北京)、石油大學(xué)(華東)等石油院校率先成立了該專業(yè)的碩博點(diǎn)。隨后的幾年里，2013年，東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院迎來了第一批海洋油氣工程系畢業(yè)生，該屆教育畢業(yè)生就業(yè)率達(dá)80%以上，彰顯了海油企業(yè)對(duì)該專業(yè)人才的需求。

 

然后，隨著國(guó)際油價(jià)的走低，尤其跌破30美元以來，石油院校畢業(yè)生面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，而海洋油氣工程作為一個(gè)新興專業(yè)，其嚴(yán)峻性較石油工程類老專業(yè)而言，可謂是雪上加霜，海洋油氣工程專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率達(dá)到冰點(diǎn)。因此，低油價(jià)下的海洋油氣工程系的未來何去何從?如何在低油價(jià)新形勢(shì)下海洋油氣工程系進(jìn)行常態(tài)化的發(fā)展?這是本文待討論的問題。

 

二、重視專業(yè)人才引進(jìn)，加強(qiáng)師資梯隊(duì)建設(shè)

 

海洋油氣工程專業(yè)從總體規(guī)劃來看，主要包括兩大部分——海油和海工兩個(gè)方向，其綜合性集成了海上油氣藏開發(fā)、鉆、采、集輸四個(gè)環(huán)節(jié)。以西南石油大學(xué)為例，海洋油氣工程依托石油與天然氣工程國(guó)家一級(jí)學(xué)科，將陸上油氣田鉆井、完井、采油(氣)、油氣集輸?shù)念I(lǐng)先技術(shù)與海洋石油、天然氣相關(guān)技術(shù)結(jié)合并考慮海洋油氣田鉆井、完井、采油(氣)、油氣集輸?shù)奶厥庑裕碚撆c實(shí)際相結(jié)合，形成海洋油氣工程的研究基地與博士生、碩士生培養(yǎng)基地。但就其專業(yè)教師隊(duì)伍而言，西南石油大學(xué)的海洋油氣工程系專職教師仍存在不均衡狀態(tài)，專職教師僅8人。無獨(dú)有偶，我校的海洋油氣工程專業(yè)目前專職教師10人，兼職教師1人，其中龍江學(xué)者1人、教授2人、副教授4人、講師4人、助教1人、博士生導(dǎo)師2人、碩士生導(dǎo)師6人;教授占18%，副教授占37%(圖1)。從師資上，目前碩博比例相當(dāng)，博士比例占55%，碩士比例占45%。從平均年齡來看，整體年齡偏小，平均年齡不足35歲。而在研究方向上，海洋工程方向占40%，海洋石油工程方向占60%。

 

綜合上述分析來看，國(guó)內(nèi)石油院校的海洋油氣工程專業(yè)目前師資上面臨嚴(yán)重不足，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是教師隊(duì)伍年輕化，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足是普遍的現(xiàn)象，教學(xué)梯隊(duì)健全難;二是師資專業(yè)結(jié)構(gòu)不均衡，多數(shù)專業(yè)教師都是從石油工程等院系調(diào)配過來的，而海工方向教師又多出自非石油院校，師資專業(yè)結(jié)構(gòu)偏差較大，導(dǎo)致海油與海工互為獨(dú)立，往往造成海油和海工嚴(yán)重脫節(jié)，難融成一體。因此，在人才引進(jìn)方面，充分考慮油田企業(yè)人才需求，一方面加強(qiáng)深化與中海油、中石化、中石油企業(yè)交流與合作，聽取油田企業(yè)對(duì)人才的需求風(fēng)向，邀請(qǐng)企業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)參與專業(yè)建設(shè)，共同分析低油價(jià)新形勢(shì)下人才培養(yǎng)需要，因地制宜，對(duì)海洋油氣工程專業(yè)引進(jìn)相應(yīng)的人才;

 

另一方面推進(jìn)高校間的合作交流，對(duì)優(yōu)選出的骨干青年教師，可以推行“2+2”合作模式，或加強(qiáng)碩博研究生訪學(xué)模式，借鑒其他院校海洋工程方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在其他院校進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，以及國(guó)際高校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，填補(bǔ)海洋油氣工程的空白。最后，在人才引進(jìn)方面，尤其對(duì)于偏遠(yuǎn)地方的院校，加大人才引進(jìn)力度，制定相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)制度，如對(duì)發(fā)表高級(jí)別的文章等成果進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，提高安家費(fèi)等待遇，吸引優(yōu)秀人才任教。

 

三、深化人才培養(yǎng)方案，探索“訂單式”培養(yǎng)思路

 

人才培養(yǎng)方案是人才培養(yǎng)的根本。海洋油氣工程專業(yè)是順應(yīng)海油油氣開發(fā)形勢(shì)下的產(chǎn)物，但亦不可僅拘泥于海油企業(yè)，還需勝任諸如中石油、中石化等企業(yè)。因此，在人才培養(yǎng)方案上應(yīng)建立以海上石油為主、陸上石油為輔的教學(xué)方案。與此同時(shí)，在專業(yè)人才培養(yǎng)方案上，還要兼顧海油和海工方向的均衡，讓學(xué)生既能掌握石油工程的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也能熟練掌握海油油氣專業(yè)特色領(lǐng)域本領(lǐng)。這就需要在課程設(shè)計(jì)上，把握好學(xué)科和研究方向的分寸，加強(qiáng)與油田現(xiàn)場(chǎng)交流和合作。建議在課程設(shè)計(jì)上增開與油田現(xiàn)場(chǎng)研討式課程(如16學(xué)時(shí))，任聘現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)來校進(jìn)行講座，傳授和交流現(xiàn)場(chǎng)的先進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在課堂上與學(xué)生互動(dòng)，增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和專業(yè)感情培養(yǎng)。最后，強(qiáng)化與油田現(xiàn)場(chǎng)的合作，尤其是中海油企業(yè)的合作，如充分利用學(xué)校現(xiàn)有的資源，建立“校企合作”平臺(tái)，簽訂相關(guān)協(xié)議，為企業(yè)輸送人才提前簽署“訂單”，建立長(zhǎng)效機(jī)制，等等。

 

四、加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研一體化，動(dòng)用多種手段，強(qiáng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力

 

(一)積極鼓勵(lì)一線教師參與科研工作，理論實(shí)踐相結(jié)合，反作用于課堂

 

高校教學(xué)質(zhì)量提高離不開產(chǎn)學(xué)研一體化進(jìn)程，這就需要授課教師不僅要?jiǎng)偃握n堂教學(xué)，也要具備科學(xué)研究的素質(zhì)，因此就要求任課教師在專業(yè)方向上具有較好的動(dòng)手能力，鼓勵(lì)高校教師承擔(dān)各類縱向基金和橫向科研課題，以扎實(shí)的理論功底為基礎(chǔ)，開展課題的深入研究，不斷創(chuàng)新、進(jìn)取，通過理論聯(lián)系實(shí)踐，提煉專業(yè)技術(shù)新觀點(diǎn)和新認(rèn)識(shí)，在學(xué)術(shù)期刊等發(fā)表學(xué)術(shù)論文，推進(jìn)專業(yè)知名度，亦可反作用于課堂教學(xué)，讓學(xué)生不僅掌握專業(yè)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也能了解油田企業(yè)科研領(lǐng)域，使本科生就業(yè)后社會(huì)適應(yīng)性較強(qiáng)，從而提高了畢業(yè)生源的質(zhì)量。

 

(二)動(dòng)用多種手段，強(qiáng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力

 

在教材規(guī)劃上，利用我校豐富的教學(xué)資源，改進(jìn)教學(xué)方法，創(chuàng)新教育思路。近幾年來，我校和兄弟院校取得了較為豐碩的成果。如2012年，我校聯(lián)合兄弟院校海洋油氣工程系，在教材編寫上結(jié)合各自優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合編寫了《海洋采油工程》、《海洋油氣工程概論》、《海洋鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)》、《海洋裝備腐蝕與防護(hù)》等國(guó)家“十二五”規(guī)劃多部教材，教材內(nèi)容貼近海洋油田及平臺(tái)設(shè)計(jì)，符合油田發(fā)展實(shí)際需要，有別于傳統(tǒng)的石油工程類教材，更加強(qiáng)調(diào)內(nèi)容“海味”的特色，讓學(xué)生能較好地掌握海洋油氣工程的學(xué)科特色和知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，利用我校豐富的教學(xué)資源，在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上已建成了《海洋石油工程》等精品課程公開網(wǎng)絡(luò)課堂，利用特色專業(yè)和建設(shè)成果，完成了公共精品課程的建設(shè)，并在網(wǎng)上實(shí)行資源開放，本校及外校學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，大大豐富了學(xué)生的業(yè)余課堂。

 

另外，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與石油工程類的大賽，如近幾年來的中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)大賽、中國(guó)海洋鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)大賽，此類比賽既能體現(xiàn)教師的專業(yè)功底，同時(shí)也能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，導(dǎo)師督導(dǎo)，學(xué)生動(dòng)手操作，發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)造力。同時(shí)，如我校近兩年自發(fā)連續(xù)舉辦2屆東北石油大學(xué)海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)大賽，形成了我校特色專業(yè)的校級(jí)比賽，贏得了學(xué)生一致好評(píng)，參與該類大賽除海洋油氣工程專業(yè)外，還積極鼓勵(lì)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)、機(jī)械工程和土木工程專業(yè)學(xué)生參與其中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，提高專業(yè)知名度。

 

五、結(jié)語(yǔ)

 

篇（3）

1引言

對(duì)現(xiàn)代企業(yè)的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)而言，采辦及合同管理是其成本管理中十分重要的組成部分。海洋石油工程項(xiàng)目往往為一些工程量十分龐大、復(fù)雜且工程周期較長(zhǎng)的大型工程，在工程的建設(shè)中投資控制貫穿于整個(gè)項(xiàng)目生命周期，工程合同則是實(shí)施階段工程項(xiàng)目的主要控制依據(jù)，因此，采辦及合同管理對(duì)海洋石油工程的整體工程結(jié)算以及造價(jià)部分的影響十分巨大，其管理質(zhì)量會(huì)直接影響到海洋石油工程的建設(shè)實(shí)施質(zhì)量以及投資收益。

2海洋石油工程項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化采辦方法

當(dāng)前在海洋石油工程項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化采辦方法上主要有OEF采辦與CFE采辦2種，其中，OEF采辦是指項(xiàng)目關(guān)鍵設(shè)備、材料由業(yè)主采購(gòu)，CFE采辦是指EPCI總包合同工作范圍除業(yè)主采辦之外的輔助材料、設(shè)備由施工承包商采購(gòu)[1]。在海洋石油工程項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化采辦方法上，其和一般性的工程標(biāo)準(zhǔn)化采購(gòu)辦法一致，均分為公開招標(biāo)、邀請(qǐng)招標(biāo)、競(jìng)爭(zhēng)性談判和議標(biāo)等采辦方式。首先為公開招標(biāo)，是指以招標(biāo)公告的方式邀請(qǐng)不特定的供應(yīng)商投標(biāo)，通過的評(píng)標(biāo)方法確定供應(yīng)商。邀請(qǐng)招標(biāo)是指招標(biāo)人以投標(biāo)邀請(qǐng)書的方式邀請(qǐng)?zhí)囟ǖ姆ㄈ嘶蛘咂渌M織投標(biāo)，一般會(huì)在前期技術(shù)交流充分的基礎(chǔ)之上，按照招標(biāo)法規(guī)定，選擇3家及以上經(jīng)過資格預(yù)審合格的供應(yīng)商參與投標(biāo)。由于海洋石油工程行業(yè)具有特殊及專業(yè)性，行業(yè)里具有相應(yīng)資質(zhì)及能力的供應(yīng)商數(shù)量有限，采用競(jìng)爭(zhēng)性的方式來快速鎖定相關(guān)資源；議標(biāo)采辦是指與特定供應(yīng)商的直接采辦方式，此種采辦方式適用于所需服務(wù)、貨物行業(yè)內(nèi)只有一家供應(yīng)商能夠滿足要求，具有不可替代性，采用議標(biāo)方式得到相關(guān)服務(wù)和貨物。

3標(biāo)準(zhǔn)化采辦對(duì)工程結(jié)算與工程造價(jià)的影響

標(biāo)準(zhǔn)化采辦對(duì)工程結(jié)算與工程造價(jià)的影響巨大，對(duì)于海洋石油工程而言，其所產(chǎn)生的影響主要集中在4個(gè)方面：（1）有利于促進(jìn)海洋石油工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造標(biāo)準(zhǔn)化，采辦標(biāo)準(zhǔn)化即從建設(shè)物資源頭上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，繼而對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化有著顯著推動(dòng)作用；（2）節(jié)約采購(gòu)成本，標(biāo)準(zhǔn)化采辦可省去一些物資價(jià)格和質(zhì)量部分的談判空間，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化采辦也意味著大規(guī)模采購(gòu)，必然會(huì)引起量大價(jià)廉效應(yīng)，繼而有助于降低采購(gòu)成本；（3）穩(wěn)定資源質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)化采辦的基本性質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)采購(gòu)物質(zhì)各項(xiàng)性能的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，自然有助于海洋石油工程建設(shè)所需材料的質(zhì)量穩(wěn)定性；（4）培養(yǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)商，不同的供應(yīng)商在所提供物資標(biāo)準(zhǔn)上存在一定差異，而當(dāng)物資標(biāo)準(zhǔn)確定后，相應(yīng)的供應(yīng)商也可以得到確定，只要標(biāo)準(zhǔn)不更換供應(yīng)上便不會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)商突然更換的情況，因此，還有助于供應(yīng)商的穩(wěn)定。

4合同管理對(duì)工程結(jié)算及工程造價(jià)的影響

4.1招投標(biāo)文件質(zhì)量對(duì)工程結(jié)算以及工程造價(jià)的影響

招投標(biāo)文件是簽訂合同的重要基礎(chǔ)，海洋石油工程施工合同是按照招投標(biāo)文件進(jìn)行簽訂的，招投標(biāo)文件是合同的重要組成部分，因此，招投標(biāo)文件的質(zhì)量對(duì)后續(xù)合同的簽訂、施工管理、工程結(jié)算以及工程造價(jià)具有重大的影響。現(xiàn)今，有一定數(shù)量的海洋項(xiàng)目工程為了加快施工進(jìn)度，同時(shí)進(jìn)行施工以及設(shè)計(jì)工作，致使在海洋石油工程招標(biāo)時(shí)，施工圖紙還沒有完成，圖紙的設(shè)計(jì)深度不能夠滿足海洋石油工程的招標(biāo)需求，工程清單以及工作范圍缺少合理依據(jù)，會(huì)使招標(biāo)單位的海洋石油工程清單不明確，文件中存在漏項(xiàng)的問題，這一系列的問題會(huì)導(dǎo)致價(jià)格確認(rèn)不合理，無法有效控制工程造價(jià)，另外，招標(biāo)文件當(dāng)中的工作范圍是依照施工圖紙制定的，是業(yè)主同中標(biāo)單位簽訂合同的具體依據(jù)，也是工程結(jié)算的依據(jù)，部分施工單位無法出示工程清單以及相關(guān)技術(shù)說明，這會(huì)影響整體施工效果。因此，招標(biāo)文件的內(nèi)容質(zhì)量對(duì)工程結(jié)算以及工程造價(jià)具有很大的影響。

4.2合同的不同模式對(duì)工程結(jié)算以及工程造價(jià)的影響

規(guī)定總價(jià)的合同條款一旦確定，通常不會(huì)允許對(duì)合同價(jià)格進(jìn)行調(diào)整，由施工的一方對(duì)海洋石油工程總量以及價(jià)格等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行承擔(dān)。按照以往的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，雖然固定總價(jià)合同對(duì)業(yè)主具有很大的益處，但并不是所有的海洋石油工程項(xiàng)目都適用于簽訂總價(jià)固定合同。固定總價(jià)需要以固定內(nèi)容以及明確的工作范圍作為基礎(chǔ)，在海洋石油工程項(xiàng)目規(guī)模較大、周期較長(zhǎng)以及設(shè)計(jì)不深入的情況之下，采用總價(jià)固定模式是不合適的。在海洋石油工程項(xiàng)目不明確以及不可控制的因素較多時(shí)，應(yīng)用該種合同模式會(huì)導(dǎo)致海洋石油工程量錯(cuò)算，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以，在該種情況之下，無法有效地執(zhí)行合同條款，使合同的約束作用降低，進(jìn)而使其流于形式，對(duì)海洋石油工程的工程結(jié)算以及工程造價(jià)有很大影響。

4.3合同的簽訂過程對(duì)工程結(jié)算以及工程造價(jià)的影響

首先，海洋石油工程合同是按照招標(biāo)文件進(jìn)行簽訂的，許多業(yè)主方在海洋石油工程的招標(biāo)階段時(shí)間較為緊張，沒有重視招標(biāo)文件的重要作用，在簽訂合同的過程中，隨意更改合同當(dāng)中的重要條款，這種做法已經(jīng)違反了我國(guó)招標(biāo)以及投標(biāo)的相關(guān)規(guī)定。其次，部分單位利用評(píng)標(biāo)的價(jià)格取標(biāo)價(jià)格，使工程造價(jià)得以增加。為了保證評(píng)標(biāo)過程的公平合理性，針對(duì)投標(biāo)價(jià)格中漏項(xiàng)以及缺項(xiàng)問題，評(píng)委要按照評(píng)標(biāo)規(guī)則對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，在一般狀況下，投標(biāo)方在工程清單中沒有填寫相關(guān)報(bào)價(jià)，簽訂合同之后執(zhí)行投標(biāo)報(bào)價(jià)，不予以調(diào)整，施工單位要為自身的失誤付出代價(jià)。最后，合同當(dāng)中沒有對(duì)施工界面進(jìn)行合理劃分，會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)有所增加，合同中對(duì)施工單位的工作范圍以及施工界面劃分不明確，使各個(gè)施工單位相互推諉責(zé)任，給海洋石油工程的施工管理造成困難。

4.4合同條款變更對(duì)工程結(jié)算以及工程造價(jià)的影響

合同條款變更不明確以及海洋石油工程施工的過程中沒有嚴(yán)格執(zhí)行合同條款規(guī)定，會(huì)使海洋石油工程在結(jié)算時(shí)產(chǎn)生糾紛。隨著詳細(xì)設(shè)計(jì)及加工設(shè)計(jì)的深入，海洋石油工程項(xiàng)目施工的過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生形式變更，而對(duì)于規(guī)模大、周期較長(zhǎng)以及技術(shù)復(fù)雜的海洋石油工程項(xiàng)目，變更的量會(huì)更大一些。另外，由于工程總體設(shè)計(jì)不完善，合同沒有明確的規(guī)定工作范圍也會(huì)增加變更概率，同時(shí)海洋石油工程的變更量會(huì)直接影響整體的工程造價(jià)。

篇（4）

主管單位：

主辦單位：中海石油研究中心

出版周期：

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語(yǔ)

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開

本：

國(guó)際刊號(hào)：1673-1506

國(guó)內(nèi)刊號(hào)：11-5339/TE

郵發(fā)代號(hào)：

發(fā)行范圍：

創(chuàng)刊時(shí)間：1989

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核心期刊：

期刊榮譽(yù)：

中科雙百期刊

聯(lián)系方式

期刊簡(jiǎn)介

《中國(guó)海上油氣》是由中國(guó)海洋石油總公司主管、中海石油研究中心主辦的石油及天然氣科學(xué)綜合性技術(shù)期刊（雙月刊、國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行，刊號(hào)：CN 11-5339/TE），重點(diǎn)報(bào)道我國(guó)海洋石油和天然氣科學(xué)的重大研究成果，主要欄目有油氣勘探、油氣田開發(fā)、鉆采工程及海洋石油工程。《中國(guó)海上油氣》的前身為《中國(guó)海上油氣（地質(zhì)）》和《中國(guó)海上油氣（工程）》，分別創(chuàng)刊于1987年和1989年。《中國(guó)海上油氣》是《中文核心期刊要目總覽》（2008年版）核心期刊，已被“聯(lián)合國(guó)《水科學(xué)與漁業(yè)文摘》”、《中國(guó)海洋文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)科技論文與引文數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)期刊網(wǎng)》、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》、《中國(guó)石油文摘》、《中國(guó)地質(zhì)文摘》等近20個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或刊物收錄。 《中國(guó)海上油氣》的前身為《中國(guó)海上油氣(地質(zhì))》與《中國(guó)海上油氣(工程)》。 《中國(guó)海上油氣(地質(zhì))》與《中國(guó)海上油氣(工程)》分別創(chuàng)刊于1987年和1989年。《中國(guó)海上油氣（地質(zhì)）》1992年獲全國(guó)優(yōu)秀科技期刊評(píng)比二等獎(jiǎng);曾多次被評(píng)為河北省優(yōu)秀科技期刊：2002年獲全國(guó)第二屆國(guó)家期刊獎(jiǎng)百種重點(diǎn)期刊。《中國(guó)海上油氣(工程)》曾被評(píng)為天津市一級(jí)期刊。兩刊于2001年同時(shí)進(jìn)入“中國(guó)期刊方陣”,位于“雙百”和“雙效”層面。 《中國(guó)海上油氣(地質(zhì))》與《中國(guó)海上油氣(工程)》己被“聯(lián)合國(guó)《水科學(xué)與漁業(yè)文摘》”、《中國(guó)海洋文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)科技論文與引文數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)期刊網(wǎng)》、《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》、《中國(guó)石油文摘》、《中國(guó)地質(zhì)文摘》等近20個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或刊物收錄或列為核心期刊。

主要欄目：

油氣勘探

油氣田開發(fā)

鉆采工程

海洋工程

獲獎(jiǎng)情況

篇（5）

1 海上鉆井發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 海上鉆井可及水深方面的發(fā)展歷程

正規(guī)的海上石油工業(yè)始于20世紀(jì)40年代，此后用了近20年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了在水深100m的區(qū)域鉆井并生產(chǎn)油氣，又用了20多年達(dá)到水深近2000m的海域鉆井，而最近幾年鉆井作業(yè)已進(jìn)入水深3000m的區(qū)域。圖1顯示了海洋鉆井可及水深的變化趨勢(shì)。20世紀(jì)70年代以后深水海域的鉆井迅速發(fā)展起來。在短短的幾年內(nèi)深水的定義發(fā)生了很大變化。最初水深超過200m的井就稱為深水井;1998年“深水”的界限從200m擴(kuò)展到300m，第十七屆世界石油大會(huì)上將深海水域石油勘探開發(fā)以水深分為:400m以下水域?yàn)槌Ｒ?guī)水深作業(yè)，水深400~1500m為深水作業(yè)，大于1500m則稱為超深水作業(yè);而現(xiàn)在大部分人已將500m作為“深水”的界限。

1.2海上移動(dòng)式鉆井裝置世界擁有量變化狀況

自20世紀(jì)50年代初第一座自升式鉆井平臺(tái)“德朗1號(hào)”建立以來，海上移動(dòng)式鉆井裝置增長(zhǎng)很快，圖2顯示了海上移動(dòng)式鉆井裝置世界擁有量變化趨勢(shì)。1986年巔峰時(shí)海上移動(dòng)式鉆井裝置擁有量達(dá)到750座左右。1986年世界油價(jià)暴跌5成，海洋石油勘探一蹶不振，持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間，新建的海上移動(dòng)式鉆井裝置幾乎沒有。由于出售流失和改裝(鉆井平臺(tái)改裝為采油平臺(tái))，其數(shù)量逐年減少。1996年為567座，其中自升式平臺(tái)357座，半潛式平臺(tái)132座，鉆井船63座，坐底式平臺(tái)15座。此后逐漸走出低谷，至2010年，全世界海上可移動(dòng)鉆井裝置共有800多座，主要分布在墨西哥灣、西非、北海、拉丁美洲、中東等海域，其中自升式鉆井平臺(tái)510座，半潛式鉆井平臺(tái)280座，鉆井船(包括駁船)130艘，鉆井裝置的使用率在83%左右。目前，海上裝置的使用率已達(dá)86%。

2我國(guó)海洋石油鉆井裝備產(chǎn)業(yè)狀況

我國(guó)油氣開發(fā)裝備技術(shù)在引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新以及國(guó)產(chǎn)化方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

2.1建造技術(shù)比較成熟海洋石油鉆井平臺(tái)是鉆井設(shè)備立足海上的基礎(chǔ)。從1970年至今，國(guó)內(nèi)共建造移動(dòng)式鉆采平臺(tái)53座，已經(jīng)退役7座，在用46座。目前我國(guó)在海洋石油裝備建造方面技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，有國(guó)內(nèi)外多個(gè)平臺(tái)、船體的建造經(jīng)驗(yàn)，已成為浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)際應(yīng)用大國(guó)，在此領(lǐng)域，我國(guó)總體技術(shù)水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

2.2部分配套設(shè)備性能穩(wěn)定海洋鉆井平臺(tái)配套設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)與陸上鉆井裝備類似，但在配置、可靠性及自動(dòng)化程度等方面都比陸上鉆井裝備要求更苛刻。國(guó)內(nèi)在電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、鉆井泵及井控設(shè)備等研制方面技術(shù)比較成熟，可以滿足7000m以內(nèi)海洋石油鉆井開發(fā)生產(chǎn)需求。寶石機(jī)械、南陽(yáng)二機(jī)廠等設(shè)備配套廠有著豐富的海洋石油鉆井設(shè)備制造經(jīng)驗(yàn)，其產(chǎn)品完全可以滿足海洋石油鉆井工況的需要。

2.3深海油氣開發(fā)裝備研制進(jìn)入新階段目前，我國(guó)海洋油氣資源的開發(fā)仍主要集中在200m水深以內(nèi)的近海海域，尚不具備超過500m深水作業(yè)的能力。隨著海洋石油開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，深海油氣開發(fā)已成為海洋石油工業(yè)的重要部分。向深水區(qū)域推進(jìn)的主要原因是由于淺水區(qū)域能源有限，滿足不了能源需求的快速增長(zhǎng)需求，另外，隨著鉆井技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，已經(jīng)能夠在許多惡劣條件下開展深水鉆井。雖然我國(guó)在深海油氣開發(fā)方面距世界先進(jìn)水平還存在較大差距，但我國(guó)的深水油氣開發(fā)技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步，為今后走向深海奠定了基礎(chǔ)。

3海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

3.1作業(yè)范圍廣且質(zhì)量要求高

移動(dòng)式鉆井平臺(tái)(船)不是在固定海域作業(yè)，應(yīng)適應(yīng)移位、不同海域、不同水深、不同方位的作業(yè)。移位、就位、生產(chǎn)作業(yè)、風(fēng)暴自存等復(fù)雜作業(yè)工況對(duì)鉆井平臺(tái)(船)提出很高的質(zhì)量要求。如半潛式鉆井平臺(tái)工作水深達(dá)1 500~3 500 m，而且要適應(yīng)高海況持續(xù)作業(yè)、13級(jí)風(fēng)浪時(shí)不解脫等高標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2使用壽命長(zhǎng)，可靠性指標(biāo)高

高可靠性主要體現(xiàn)在:①?gòu)?qiáng)度要求高。永久系泊在海上，除了要經(jīng)受風(fēng)、浪、流的作用外，還要考慮臺(tái)風(fēng)、冰、地震等災(zāi)害性環(huán)境力的作用;②疲勞壽命要求高。一般要求25~40 a不進(jìn)塢維修，因此對(duì)結(jié)構(gòu)防腐、高應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)型式以及焊接工藝等提出了更高要求;③建造工藝要求高。為了保證海洋工程的質(zhì)量，采用了高強(qiáng)度或特殊鋼材(包括Z向鋼材、大厚度板材和管材);④生產(chǎn)管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上運(yùn)輸、海上安裝甚為復(fù)雜，生產(chǎn)管理明顯地高于常規(guī)船舶。

3.3安全要求高

由于海洋石油工程裝置所產(chǎn)生的海損事故十分嚴(yán)重，隨著海洋油氣開發(fā)向深海區(qū)域發(fā)展、海上安全與技術(shù)規(guī)范條款的變化、海上生產(chǎn)和生活水準(zhǔn)的提高等因素變化，對(duì)海洋油氣開發(fā)裝備的安全性能要求大大提高，特別是對(duì)包括設(shè)計(jì)與要求、火災(zāi)與消防及環(huán)保設(shè)計(jì)等HSE的貫徹執(zhí)行更加嚴(yán)格。

3.4學(xué)科多，技術(shù)復(fù)雜

海洋石油鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析涉及了海洋環(huán)境、流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)、船舶技術(shù)等多門學(xué)科。因此，只有運(yùn)用當(dāng)代造船技術(shù)、衛(wèi)星定位與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)電與液壓技術(shù)、現(xiàn)代環(huán)保與防腐蝕技術(shù)等先進(jìn)的綜合性科學(xué)技術(shù)，方能有效解決海洋石油開發(fā)在海洋中定位、建立海上固定平臺(tái)或深海浮動(dòng)式平臺(tái)的泊位、浮動(dòng)狀態(tài)的海上鉆井、完井、油氣水分離處理、廢水排放和海上油氣的儲(chǔ)存、輸送等一系列難題。

4海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)發(fā)展

世界范圍內(nèi)的海洋石油鉆井平臺(tái)發(fā)展已有上百年的歷史，深海石油鉆井平臺(tái)研發(fā)熱潮興起于20世紀(jì)80年代末，雖然至今僅有20多年歷史，但技術(shù)創(chuàng)新層出不窮，海洋油氣開發(fā)的水深得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

4.1自升式平臺(tái)載荷不斷增大

自升式平臺(tái)發(fā)展特點(diǎn)和趨勢(shì)是:采用高強(qiáng)度鋼以提高平臺(tái)可變載荷與平臺(tái)自重比，提高平臺(tái)排水量與平臺(tái)自重比和提高平臺(tái)工作水深與平臺(tái)自重比率;增大甲板的可變載荷，甲板空間和作業(yè)的安全可靠性，全天候工作能力和較長(zhǎng)的自持能力;采用懸臂式鉆井和先進(jìn)的樁腿升降設(shè)備、鉆井設(shè)備和發(fā)電設(shè)備。

4.2多功能半潛式平臺(tái)集成能力增強(qiáng)

具有鉆井、修井能力和適應(yīng)多海底井和衛(wèi)星井的采油需要，具有寬闊的甲板空間，平臺(tái)上具有油、氣、水生產(chǎn)處理裝置以及相應(yīng)的立管系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)控制中心等。

4.3新型技術(shù)FPSO成為開發(fā)商的首選

海上油田的開發(fā)愈來愈多地采用FPSO裝置，該裝置主要面向大型化、深水及極區(qū)發(fā)展。FPSO在甲板上密布了各種生產(chǎn)設(shè)備和管路，并與井口平臺(tái)的管線連接，設(shè)有特殊的系泊系統(tǒng)、火炬塔等復(fù)雜設(shè)備，整船技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出同噸位油船。它除了具有很強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力、投資低、見效快、可以轉(zhuǎn)移重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)外，還具有儲(chǔ)油能力大，并可以將采集的油氣進(jìn)行油水氣分離，處理含油污水、發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品的儲(chǔ)存和外輸?shù)裙δ埽蛔u(yù)為“海上加工廠”，已成為當(dāng)今海上石油開發(fā)的主流方式。

4.4更大提升能力和鉆深能力的鉆機(jī)將得到研發(fā)和使用

由于鉆井工作向深水推移，有的需在海底以下5000~6000m或更深的地層打鉆，有的為了節(jié)約鉆采平臺(tái)的建造安裝費(fèi)用，需以平臺(tái)為中心進(jìn)行鉆采，將其半徑從通常的3000m擴(kuò)大至4000~5000m，乃至更遠(yuǎn)，還有的需提升大直徑鉆桿(168·3mm)、深水大型隔水管和大型深孔管等，因此發(fā)展更大提升能力的海洋石油鉆機(jī)將成為發(fā)展趨勢(shì)。

篇（6）

1 海上鉆井發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 海上鉆井可及水深方面的發(fā)展歷程

正規(guī)的海上石油工業(yè)始于20世紀(jì)40年代,此后用了近20年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了在水深100m的區(qū)域鉆井并生產(chǎn)油氣,又用了20多年達(dá)到水深近2000m的海域鉆井,而最近幾年鉆井作業(yè)已進(jìn)入水深3000m的區(qū)域。圖1顯示了海洋鉆井可及水深的變化趨勢(shì)。20世紀(jì)70年代以后深水海域的鉆井迅速發(fā)展起來。在短短的幾年內(nèi)深水的定義發(fā)生了很大變化。最初水深超過200m的井就稱為深水井;1998年“深水”的界限從200m擴(kuò)展到300m,第十七屆世界石油大會(huì)上將深海水域石油勘探開發(fā)以水深分為:400m以下水域?yàn)槌Ｒ?guī)水深作業(yè),水深400~1500m為深水作業(yè),大于1500m則稱為超深水作業(yè);而現(xiàn)在大部分人已將500m作為“深水”的界限。

1.2海上移動(dòng)式鉆井裝置世界擁有量變化狀況

自20世紀(jì)50年代初第一座自升式鉆井平臺(tái)“德朗1號(hào)”建立以來,海上移動(dòng)式鉆井裝置增長(zhǎng)很快,圖2顯示了海上移動(dòng)式鉆井裝置世界擁有量變化趨勢(shì)。1986年巔峰時(shí)海上移動(dòng)式鉆井裝置擁有量達(dá)到750座左右。1986年世界油價(jià)暴跌5成,海洋石油勘探一蹶不振,持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間,新建的海上移動(dòng)式鉆井裝置幾乎沒有。由于出售流失和改裝(鉆井平臺(tái)改裝為采油平臺(tái)),其數(shù)量逐年減少。1996年為567座,其中自升式平臺(tái)357座,半潛式平臺(tái)132座,鉆井船63座,坐底式平臺(tái)15座。此后逐漸走出低谷,至2010年,全世界海上可移動(dòng)鉆井裝置共有800多座,主要分布在墨西哥灣、西非、北海、拉丁美洲、中東等海域,其中自升式鉆井平臺(tái)510座,半潛式鉆井平臺(tái)280座,鉆井船(包括駁船)130艘,鉆井裝置的使用率在83%左右。目前,海上裝置的使用率已達(dá)86%。

2我國(guó)海洋石油鉆井裝備產(chǎn)業(yè)狀況

我國(guó)油氣開發(fā)裝備技術(shù)在引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新以及國(guó)產(chǎn)化方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

2.1建造技術(shù)比較成熟海洋石油鉆井平臺(tái)是鉆井設(shè)備立足海上的基礎(chǔ)。從1970年至今,國(guó)內(nèi)共建造移動(dòng)式鉆采平臺(tái)53座,已經(jīng)退役7座,在用46座。目前我國(guó)在海洋石油裝備建造方面技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,有國(guó)內(nèi)外多個(gè)平臺(tái)、船體的建造經(jīng)驗(yàn),已成為浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(fpso)的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)際應(yīng)用大國(guó),在此領(lǐng)域,我國(guó)總體技術(shù)水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

2.2部分配套設(shè)備性能穩(wěn)定海洋鉆井平臺(tái)配套設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)與陸上鉆井裝備類似,但在配置、可靠性及自動(dòng)化程度等方面都比陸上鉆井裝備要求更苛刻。國(guó)內(nèi)在電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、鉆井泵及井控設(shè)備等研制方面技術(shù)比較成熟,可以滿足7000m以內(nèi)海洋石油鉆井開發(fā)生產(chǎn)需求。寶石機(jī)械、南陽(yáng)二機(jī)廠等設(shè)備配套廠有著豐富的海洋石油鉆井設(shè)備制造經(jīng)驗(yàn),其產(chǎn)品完全可以滿足海洋石油鉆井工況的需要。

2.3深海油氣開發(fā)裝備研制進(jìn)入新階段目前,我國(guó)海洋油氣資源的開發(fā)仍主要集中在200m水深以內(nèi)的近海海域,尚不具備超過500m深水作業(yè)的能力。隨著海洋石油開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步,深海油氣開發(fā)已成為海洋石油工業(yè)的重要部分。向深水區(qū)域推進(jìn)的主要原因是由于淺水區(qū)域能源有限,滿足不了能源需求的快速增長(zhǎng)需求,另外,隨著鉆井技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展,已經(jīng)能夠在許多惡劣條件下開展深水鉆井。雖然我國(guó)在深海油氣開發(fā)方面距世界先進(jìn)水平還存在較大差距,但我國(guó)的深水油氣開發(fā)技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步,為今后走向深海奠定了基礎(chǔ)。

3海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

3.1作業(yè)范圍廣且質(zhì)量要求高

移動(dòng)式鉆井平臺(tái)(船)不是在固定海域作業(yè),應(yīng)適應(yīng)移位、不同海域、不同水深、不同方位的作業(yè)。移位、就位、生產(chǎn)作業(yè)、風(fēng)暴自存等復(fù)雜作業(yè)工況對(duì)鉆井平臺(tái)(船)提出很高的質(zhì)量要求。如半潛式鉆井平臺(tái)工作水深達(dá)1 500~3 500 m,而且要適應(yīng)高海況持續(xù)作業(yè)、13級(jí)風(fēng)浪時(shí)不解脫等高標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2使用壽命長(zhǎng),可靠性指標(biāo)高

高可靠性主要體現(xiàn)在:①?gòu)?qiáng)度要求高。永久系泊在海上,除了要經(jīng)受風(fēng)、浪、流的作用外,還要考慮臺(tái)風(fēng)、冰、地震等災(zāi)害性環(huán)境力的作用;②疲勞壽命要求高。一般要求25~40 a不進(jìn)塢維修,因此對(duì)結(jié)構(gòu)防腐、高應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)型式以及焊接工藝等提出了更高要求;③建造工藝要求高。為了保證海洋工程的質(zhì)量,采用了高強(qiáng)度或特殊鋼材(包括z向鋼材、大厚度板材和管材);④生產(chǎn)管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上運(yùn)輸、海上安裝甚為復(fù)雜,生產(chǎn)管理明顯地高于常規(guī)船舶。

3.3安全要求高

由于海洋石油工程裝置所產(chǎn)生的海損事故十分嚴(yán)重,隨著海洋油氣開發(fā)向深海區(qū)域發(fā)展、海上安全與技術(shù)規(guī)范條款的變化、海上生產(chǎn)和生活水準(zhǔn)的提高等因素變化,對(duì)海洋油氣開發(fā)裝備的安全性能要求大大提高,特別是對(duì)包括設(shè)計(jì)與要求、火災(zāi)與消防及環(huán)保設(shè)計(jì)等hse的貫徹執(zhí)行更加嚴(yán)格。

3.4學(xué)科多,技術(shù)復(fù)雜

海洋石油鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析涉及了海洋環(huán)境、流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)、船舶技術(shù)等多門學(xué)科。因此,只有運(yùn)用當(dāng)代造船技術(shù)、衛(wèi)星定位與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)電與液壓技術(shù)、現(xiàn)代環(huán)保與防腐蝕技術(shù)等先進(jìn)的綜合性科學(xué)技術(shù),方能有效解決海洋石油開發(fā)在海洋中定位、建立海上固定平臺(tái)或深海浮動(dòng)式平臺(tái)的泊位、浮動(dòng)狀態(tài)的海上鉆井、完井、油氣水分離處理、廢水排放和海上油氣的儲(chǔ)存、輸送等一系列難題。

4海洋石油鉆井平臺(tái)技術(shù)發(fā)展

世界范圍內(nèi)的海洋石油鉆井平臺(tái)發(fā)展已有上百年的歷史,深海石油鉆井平臺(tái)研發(fā)熱潮興起于20世紀(jì)80年代末,雖然至今僅有20多年歷史,但技術(shù)創(chuàng)新層出不窮,海洋油氣開發(fā)的水深得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

4.1自升式平臺(tái)載荷不斷增大

自升式平臺(tái)發(fā)展特點(diǎn)和趨勢(shì)是:采用高強(qiáng)度鋼以提高平臺(tái)可變載荷與平臺(tái)自重比,提高平臺(tái)排水量與平臺(tái)自重比和提高平臺(tái)工作水深與平臺(tái)自重比率;增大甲板的可變載荷,甲板空間和作業(yè)的安全可靠性,全天候工作能力和較長(zhǎng)的自持能力;采用懸臂式鉆井和先進(jìn)的樁腿升降設(shè)備、鉆井設(shè)備和發(fā)電設(shè)備。

4.2多功能半潛式平臺(tái)集成能力增強(qiáng)

具有鉆井、修井能力和適應(yīng)多海底井和衛(wèi)星井的采油需要,具有寬闊的甲板空間,平臺(tái)上具有油、氣、水生產(chǎn)處理裝置以及相應(yīng)的立管系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)控制中心等。

4.3新型技術(shù)fpso成為開發(fā)商的首選

海上油田的開發(fā)愈來愈多地采用fpso裝置,該裝置主要面向大型化、深水及極區(qū)發(fā)展。fpso在甲板上密布了各種生產(chǎn)設(shè)備和管路,并與井口平臺(tái)的管線連接,設(shè)有特殊的系泊系統(tǒng)、火炬塔等復(fù)雜設(shè)備,整船技術(shù)復(fù)雜,價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出同噸位油船。它除了具有很強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力、投資低、見效快、可以轉(zhuǎn)移重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)外,還具有儲(chǔ)油能力大,并可以將采集的油氣進(jìn)行油水氣分離,處理含油污水、發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品的儲(chǔ)存和外輸?shù)裙δ?被譽(yù)為“海上加工廠”,已成為當(dāng)今海上石油開發(fā)的主流方式。

4.4更大提升能力和鉆深能力的鉆機(jī)將得到研發(fā)和使用

由于鉆井工作向深水推移,有的需在海底以下5000~6000m或更深的地層打鉆,有的為了節(jié)約鉆采平臺(tái)的建造安裝費(fèi)用,需以平臺(tái)為中心進(jìn)行鉆采,將其半徑從通常的3000m擴(kuò)大至4000~5000m,乃至更遠(yuǎn),還有的需提升大直徑鉆桿(168·3mm)、深水大型隔水管和大型深孔管等,因此發(fā)展更大提升能力的海洋石油鉆機(jī)將成為發(fā)展趨勢(shì)。

篇（7）

通過詳細(xì)介紹仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了石油工程仿生學(xué)的概念，指出了建立石油工程仿生學(xué)的必要性，概括了石油工程仿生學(xué)的特點(diǎn)和研究方法，并梳理了其發(fā)展趨勢(shì)。目前，仿生學(xué)在鉆井、管道、井筒等領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。未來石油工程仿生學(xué)研究應(yīng)遵循科學(xué)的研究方法，按生物原型階段、數(shù)學(xué)模型階段和工程實(shí)現(xiàn)階段循序漸進(jìn)地加深研究成果，盡可能避免模仿的復(fù)雜性；同時(shí)加強(qiáng)在模仿中的創(chuàng)造與創(chuàng)新。石油工程仿生學(xué)發(fā)展應(yīng)以生產(chǎn)中的技術(shù)需求為根本出發(fā)點(diǎn)，以改善現(xiàn)有的或創(chuàng)造嶄新的技術(shù)系統(tǒng)為目的，有層次、分階段地開展應(yīng)用研究，在功能材料、表面性能、信息獲取與處理、工程實(shí)現(xiàn)等方面為關(guān)鍵技術(shù)問題的突破提供創(chuàng)新性解決方案和技術(shù)手段，經(jīng)知識(shí)積累、成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用3個(gè)階段，逐漸形成涵蓋勘探、開發(fā)、工程的仿生技術(shù)體系。

關(guān)鍵詞：

仿生學(xué)；石油工程仿生學(xué)；仿生技術(shù)體系；材料仿生；表面仿生；信息仿生；工程仿生

為了適應(yīng)環(huán)境、延續(xù)生命，自然界中的生物經(jīng)過億萬(wàn)年的進(jìn)化和優(yōu)勝劣汰，造就了近乎完美的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能。五彩繽紛的自然界一直是人類產(chǎn)生各種技術(shù)思想和發(fā)明創(chuàng)造靈感的不竭源泉，從千百年前模仿蜘蛛織網(wǎng)發(fā)明漁網(wǎng)，到近代模仿鳥類飛翔發(fā)明飛機(jī)，再到21世紀(jì)模仿鯊魚皮結(jié)構(gòu)發(fā)明鯊魚皮泳衣，人類一直在向大自然學(xué)習(xí)，利用仿生原理和思想推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，對(duì)仿生學(xué)的使用也從無意識(shí)向有意識(shí)轉(zhuǎn)變。仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性狀、原理、行為以及相互作用，從而為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想、工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成的技術(shù)科學(xué)［1］。自仿生學(xué)誕生到20世紀(jì)末，科研工作者經(jīng)過幾十年的探索，逐步加深了對(duì)仿生學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解，初步掌握了仿生學(xué)研究方法，完成了基礎(chǔ)知識(shí)的積累。進(jìn)入21世紀(jì)，仿生學(xué)的思維和方法迅速滲透到各個(gè)學(xué)科和行業(yè)，研究成果大量涌現(xiàn)，根據(jù)發(fā)表科學(xué)論文數(shù)量推斷，這一階段的成果占了總數(shù)量的近90％。在這一時(shí)期，仿生學(xué)在石油工程中也出現(xiàn)了應(yīng)用案例，不僅利用仿生學(xué)理論解決了鉆井、管道防護(hù)等技術(shù)難題，并且對(duì)石油工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新理念和思維也產(chǎn)生了日益重要的影響。本文介紹了仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的一些重要研究成果，在對(duì)仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域發(fā)展歷程深入分析的基礎(chǔ)上，提出了建立石油工程仿生學(xué)的必要性，并概括了石油工程仿生學(xué)的研究特點(diǎn)和方法，梳理了其發(fā)展方向。

1仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

仿生學(xué)的本質(zhì)是模擬生命系統(tǒng)，其學(xué)科結(jié)合和行業(yè)結(jié)合的特點(diǎn)促進(jìn)了優(yōu)秀的仿生研究成果從科學(xué)研究走向生產(chǎn)實(shí)踐，最終投入實(shí)際應(yīng)用。仿生學(xué)和石油工程的交叉在鉆井、管道、井筒、油藏等領(lǐng)域也產(chǎn)生了一些研究成果。

1．1鉆井領(lǐng)域

1．1．1仿生鉆井液井壁穩(wěn)定問題一直是困擾國(guó)內(nèi)外鉆井的難題，水平井比直井的井壁失穩(wěn)問題更加突出［2］。中國(guó)石油大學(xué)（北京）根據(jù)海洋生物貽貝足絲蛋白的超強(qiáng)黏附能力，研制了仿生強(qiáng)固壁鉆井液體系［3］。該技術(shù)在聚合物主鏈上接枝類似貽貝足絲蛋白中的一種關(guān)鍵基團(tuán)，合成類似貽貝蛋白質(zhì)的水溶性聚合物。仿生鉆井液體系在巖石表面自發(fā)固化形成致密且具有黏附性的“仿生殼”，起到維持井壁穩(wěn)定的作用。試驗(yàn)井現(xiàn)場(chǎng)鉆井試驗(yàn)表明，該仿生鉆井液體系在抑制鉆屑分散、穩(wěn)定井壁、攜屑等方面效果顯著［4］。此外，模仿細(xì)菌結(jié)構(gòu)開發(fā)了含仿生絨囊的鉆井液［5］，在鉆井過程中無需固相即可暫堵漏失儲(chǔ)層。目前，仿生絨囊鉆井液已在煤層氣欠平衡鉆井、空氣鉆井、防漏堵漏、快速鉆進(jìn)等方面發(fā)揮了作用。

1．1．2仿生PDC鉆頭機(jī)械鉆速與使用壽命是衡量鉆頭性能的兩個(gè)重要指標(biāo)［6］，聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）鉆頭因其出色的切削巖石速度和較長(zhǎng)的使用壽命已成為最常用的破巖工具之一。然而，常規(guī)PDC鉆頭依然存在金剛石與硬質(zhì)合金結(jié)合力不足、防黏效果不明顯、磨損較快等缺點(diǎn)，為此，吉林大學(xué)開展了仿生鉆頭研究工作，研發(fā)的仿生鉆頭已從最初的單一功能仿生，發(fā)展到目前的耦合仿生，鉆頭性能也由單一的減黏脫附發(fā)展到減阻、耐磨、切削效率等指標(biāo)的綜合提升［7－9］。仿生耦合PDC鉆頭借鑒了竹子中纖維素和木質(zhì)素的分布方式，牙齒中有機(jī)／無機(jī)2種不同材料的梯度復(fù)合形式，樹木的年輪排布，貝殼表面的非光滑形態(tài)，以及螻蛄前足的快速挖掘特點(diǎn)等多種生物特性，并將其進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)，如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，仿生耦合PDC鉆頭比常規(guī)PDC鉆頭鉆進(jìn)速度提高1．5倍，縮短了施工周期，降低了鉆井成本。

1．2管道防護(hù)

1．2．1仿生水草海底防沖刷技術(shù)海底管道是海上石油輸送上岸的主要方式［10］，然而，海底復(fù)雜流場(chǎng)所引起的海底沖刷造成了管道懸空，給海洋采油安全和海洋環(huán)保帶來重大風(fēng)險(xiǎn)。由于常規(guī)水下拋石、砂包堆壘、混凝土沉排墊等方法效果不理想，中國(guó)石油大學(xué)（華東）和中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司提出了一種模擬海草黏滯阻尼作用的仿生水草海底防沖刷技術(shù)［11，12］，原理如圖2所示。當(dāng)海底水流經(jīng)過仿生水草時(shí)，其流速降低，減小了對(duì)海床的沖刷；同時(shí)，仿生水草促進(jìn)海流攜沙的沉降淤積，逐漸形成被仿生水草加強(qiáng)的海底沙洲，達(dá)到了埋管目的。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，防沖刷仿生水草施工1年后泥沙淤積厚度達(dá)20～50cm，防護(hù)效果良好。該技術(shù)在海管懸空治理中得到了大范圍推廣應(yīng)用。

1．2．2仿生血小板管道修復(fù)技術(shù)英國(guó)Brinker公司模仿血小板在傷口處凝結(jié)的原理，開發(fā)了一種管道修復(fù)技術(shù)［13］。在管道流體中加入Platelets微粒，當(dāng)其流至裂縫處時(shí)，流體壓力迫使其進(jìn)入裂縫，達(dá)到阻止泄漏的目的，如圖3所示。該技術(shù)已應(yīng)用在BP公司Foinaven油田的注水管道和阿帕奇公司在Forties油田超期服役的原油集輸管道上，為管道安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。

1．3井筒領(lǐng)域

1．3．1仿生泡沫金屬防砂技術(shù)中國(guó)疏松砂巖油藏分布范圍廣、儲(chǔ)量大，開采過程中必須采取防砂措施。根據(jù)骨松質(zhì)的三維立體結(jié)構(gòu)，提出了一種仿生泡沫金屬防砂技術(shù)［14］。泡沫金屬內(nèi)部為三維孔隙結(jié)構(gòu)［圖4（a）］，砂體進(jìn)入孔隙后沉積在其中，但流通孔道不會(huì)被堵死，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)平面防砂到三維立體防砂的轉(zhuǎn)變［圖4（b）］。基于仿生泡沫金屬的復(fù)合防砂管［圖4（c）］，由不同孔隙度的多個(gè)泡沫金屬防砂層、導(dǎo)流層、保護(hù)層等組成，該結(jié)構(gòu)不僅擴(kuò)大了防砂的粒徑范圍，還保障了防砂管的滲流能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。目前，已發(fā)展出防砂粒徑0．15mm、0．25mm、0．35mm的系列化仿生泡沫金屬防砂工具，在油田應(yīng)用5口井，對(duì)于出砂嚴(yán)重的井，防砂效果顯著，大幅延長(zhǎng)了檢泵周期。

1．3．2仿生非光滑表面膨脹錐技術(shù)膨脹管作業(yè)過程中，膨脹錐與膨脹管內(nèi)壁間存在巨大的摩擦阻力。為了降低摩擦阻力，提高膨脹錐的耐磨損性能，以穿山甲為仿生對(duì)象，模擬其體表的高強(qiáng)度保護(hù)鱗片結(jié)構(gòu)，研發(fā)了仿生非光滑表面膨脹錐［15］（圖5）。仿生膨脹錐變徑段采用激光刻蝕、超音速火焰噴涂、離子束沉積等方式進(jìn)行表面織構(gòu)蝕刻以及表面硬質(zhì)涂層涂覆。仿生膨脹錐在中國(guó)石油大慶油田進(jìn)行了4井次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)脹錐相比，仿生膨脹錐降低膨脹壓力15％以上，表面無明顯磨損痕跡，延長(zhǎng)了使用壽命，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1．3．3仿生振動(dòng)波通訊技術(shù)自然界中，沙蝎、大象等動(dòng)物能感受由固體介質(zhì)即大地所傳導(dǎo)的振動(dòng)波，據(jù)此進(jìn)行信息傳遞。受此啟發(fā)，研發(fā)了一種仿生振動(dòng)通訊技術(shù)［16］，該技術(shù)在井口安裝大功率振動(dòng)信號(hào)發(fā)生器作為波源，油管或套管為傳輸介質(zhì)，將振動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)骄拢鹿ぞ呓邮盏秸駝?dòng)信號(hào)并進(jìn)行解調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)地面和井下無線傳輸，技術(shù)原理和振動(dòng)信號(hào)發(fā)生器如圖6所示。

1．4油藏領(lǐng)域納米機(jī)器人是仿生信息感知和傳遞的典型代表。納米級(jí)機(jī)器人隨著注入流體進(jìn)入油藏中，記錄分析油藏壓力、溫度以及流體形態(tài)，并將這些信息儲(chǔ)存在隨身內(nèi)存中，之后納米級(jí)機(jī)器人從產(chǎn)出流體中被分選出來，進(jìn)而提供了在油藏旅途中提取的重要信息。沙特石油公司已經(jīng)對(duì)納米機(jī)器人的尺寸進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)加瓦爾油田阿拉伯－D油藏中的850塊巖心進(jìn)行了分析，得到了孔隙－喉道尺寸分布圖，大多數(shù)孔隙喉道尺寸大于5μm。為了避免橋堵，納米機(jī)器人的尺寸應(yīng)為孔隙喉道的約1／4。目前，納米顆粒注入試驗(yàn)以及軟件模擬等工作已在進(jìn)行中［17－19］。此外，國(guó)內(nèi)外近年來提出了仿生形狀記憶聚合物材料（ShapeMemoryPolymer，簡(jiǎn)稱SMP）［20，21］，利用SMP材料能夠在轉(zhuǎn)變溫度控制下隨意變形的特性，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、座封可控的仿生封隔器，座封過程不受井下流體性質(zhì)影響，膠筒尺寸可定制，并且通過調(diào)節(jié)SMP的轉(zhuǎn)變溫度，可適應(yīng)不同井下溫度，以滿足不同井深條件下的完井需求。除了硬件，還出現(xiàn)了“軟性”仿生研究成果。例如，中國(guó)科學(xué)院王守覺院士提出了“仿生模式識(shí)別”的概念，將傳統(tǒng)模式識(shí)別的“區(qū)分”事物轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢J(rèn)識(shí)”事物，使之更接近人類“認(rèn)識(shí)”事物的特性［22］。石油工作者將這一理論應(yīng)用到了油氣管道工況識(shí)別中，在樣本較少的情況下取得了較高的識(shí)別準(zhǔn)確率［23］。

2石油工程仿生學(xué)發(fā)展展望

目前，仿生學(xué)雖然已經(jīng)在石油工程領(lǐng)域取得了一定的研究成果，有些甚至已經(jīng)在油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但仿生學(xué)與石油工業(yè)的結(jié)合依然只是“星星之火”，沒有達(dá)到燎原之勢(shì)。為了系統(tǒng)、全面地推動(dòng)仿生學(xué)與石油工程的融合，向自然界尋找推動(dòng)石油工業(yè)進(jìn)步的靈感和啟發(fā)，2009年中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院成立了中國(guó)第一個(gè)石油工程仿生研究部門，開展仿生學(xué)在石油工程中的應(yīng)用研究。

2．1建立石油工程仿生學(xué)的必要性經(jīng)過幾年探索，筆者所在的石油工程仿生研究部門開展了仿生泡沫金屬防砂、非光滑表面、仿生振動(dòng)波傳輸?shù)榷囗?xiàng)研究，取得了階段性成果，部分已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段。總體來說，通過專項(xiàng)研究迅速找到了石油工程和仿生學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，并從最初的研究思路轉(zhuǎn)化為研究成果，成功應(yīng)用于石油工程現(xiàn)場(chǎng)，解決了油田技術(shù)需求。這充分說明了開展石油工程和仿生學(xué)的結(jié)合研究是合理的、可行的，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，建立“石油工程仿生學(xué)”是非常有必要的。“石油工程仿生學(xué)”是借鑒生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、功能等特征為石油工程技術(shù)難題提供解決方案的應(yīng)用科學(xué)。建立“石油工程仿生學(xué)”意味著更加系統(tǒng)地開展仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究，有利于更有針對(duì)性地發(fā)掘石油工程的仿生創(chuàng)新源頭，有利于更有目的性地開展仿生基礎(chǔ)研究，有利于加速仿生學(xué)科研成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，有利于仿生學(xué)思維和方法在石油工程領(lǐng)域的普及與傳播，以點(diǎn)帶面，促進(jìn)石油工程與仿生學(xué)的全面結(jié)合。

2．2石油工程仿生學(xué)的研究特點(diǎn)石油仿生學(xué)研究可以分為3個(gè)階段：生物原型階段，數(shù)學(xué)模型階段和工程實(shí)現(xiàn)階段。首先研究生物某種功能的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；然后研究并簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，抽象出物理模型，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型；最后采用技術(shù)手段，制備實(shí)物模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物系統(tǒng)的工程模擬［24，25］。仿生學(xué)作為前沿領(lǐng)域，研究成果大多屬探索類，注重理論性和超前性，而石油工程作為應(yīng)用行業(yè)，以現(xiàn)場(chǎng)需求為驅(qū)動(dòng)力，更加注重科研成果的實(shí)用性和推廣性。因此，在科研實(shí)踐中，石油工程仿生學(xué)應(yīng)以滿足生產(chǎn)中的技術(shù)需求為根本出發(fā)點(diǎn)，以改善現(xiàn)有的或創(chuàng)造嶄新的技術(shù)系統(tǒng)為目的，有層次、分階段地進(jìn)行單元仿生或多元耦合（協(xié)同）仿生［26］研究。同時(shí)，石油工程仿生學(xué)在模仿生物的特性或功能時(shí)，要盡可能避免模仿的復(fù)雜性，要在模仿中創(chuàng)造（創(chuàng)新），研究成果與仿生原型并不一定完全相同，以期最快地解決生產(chǎn)實(shí)踐難題，然后循序漸進(jìn)地加深研究成果的仿生特性，由研究成果實(shí)用化向仿生最優(yōu)化分階段推進(jìn)。根據(jù)這一特點(diǎn)，確定了石油工程仿生學(xué)研究和應(yīng)用的2種主要方式：①需求驅(qū)動(dòng)型，在石油工業(yè)的科研和生產(chǎn)實(shí)踐中提出技術(shù)問題或功能需求，有針對(duì)性尋找并借鑒生物的同類或相似功能，經(jīng)過可行性研究后開展仿生學(xué)三階段研究工作；②源頭驅(qū)動(dòng)型，加強(qiáng)與世界仿生學(xué)研究機(jī)構(gòu)之間的交流與合作，密切關(guān)注仿生學(xué)或生命科學(xué)研究的最新成果，找準(zhǔn)其與石油工業(yè)技術(shù)需求的結(jié)合點(diǎn)，開展應(yīng)用研究。筆者研究團(tuán)隊(duì)的研究成果充分體現(xiàn)了石油工程仿生學(xué)研究特點(diǎn)的適用性，驗(yàn)證了研究方法的合理性與可行性。例如，泡沫金屬研發(fā)之初采用泡沫鎳作為基材，雖然在技術(shù)上具有明顯優(yōu)勢(shì)，但高昂的價(jià)格阻礙了推廣應(yīng)用，為此，繼續(xù)開展研發(fā)工作，開發(fā)出不銹鋼泡沫技術(shù)，使其具有了推廣應(yīng)用的條件；仿生非光滑表面膨脹錐技術(shù)則是充分借鑒了其他研究機(jī)構(gòu)的成果，優(yōu)化改進(jìn)之后應(yīng)用于膨脹錐，不僅解決了油田生產(chǎn)難題，還促進(jìn)了仿生研究成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化；仿生振動(dòng)波通訊技術(shù)則是在原理上借鑒了動(dòng)物的通訊方式，但在實(shí)現(xiàn)過程中通過大幅提高信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度的方式避免了高靈敏度、小信號(hào)接收器開發(fā)的復(fù)雜性，從而在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)井指令由地面到井下的無線傳輸。

2．3石油工程仿生學(xué)的發(fā)展方向

隨著石油工程仿生學(xué)系統(tǒng)性研究的啟動(dòng)，研究?jī)?nèi)容體現(xiàn)出了明顯的方向性，但研究的深度和廣度依然不足。根據(jù)石油工業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀、需求和特點(diǎn)，以及仿生學(xué)的整體發(fā)展水平，未來石油工程仿生學(xué)應(yīng)注重材料仿生、表面仿生、信息仿生和工程仿生4個(gè)方面的系統(tǒng)性研究，以點(diǎn)帶面，形成涵蓋勘探、開發(fā)、工程的仿生技術(shù)體系。

2．3．1材料仿生材料仿生的目的是仿制天然材料或利用生物學(xué)原理設(shè)計(jì)和制造具有生物功能，甚至是具有真正生物活性的材料。石油工程領(lǐng)域的材料仿生主要分為2類：①在機(jī)械、電學(xué)、化學(xué)、物理等方面具有仿生特性的主體材料，此類材料或在宏觀上體現(xiàn)出明顯的仿生特征，或通過外場(chǎng)刺激可調(diào)控其分子的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、表面形貌等，進(jìn)而調(diào)控材料性能，如輕質(zhì)高強(qiáng)材料、仿生記憶材料、壓電材料、可降解材料等，該類仿生材料主要用來替代石油工業(yè)中常用的鋼鐵、橡膠、陶瓷等，作為其核心功能部件，或作為傳感器敏感元件，大幅提升現(xiàn)有材料、工具以及傳感器的性能指標(biāo)；②具有強(qiáng)化、修復(fù)、、保護(hù)等作用的微觀仿生材料，提高現(xiàn)有制劑性能、界面結(jié)合效果等，此類仿生材料多以添加劑的方式應(yīng)用。

2．3．2表面仿生自然界許多生物體的表面結(jié)構(gòu)是非光滑的，無論是陸地、海洋或是天空中的生物，其表面的不同形貌往往都是為適應(yīng)不同的生活環(huán)境經(jīng)過長(zhǎng)期進(jìn)化而來的，而表面仿生是在仿生對(duì)象表面實(shí)現(xiàn)類似生物的表面結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出更好的表面性能。未來，石油領(lǐng)域的表面仿生多是對(duì)機(jī)械部件表面進(jìn)行處理，重點(diǎn)應(yīng)集中在仿生非光滑表面和仿生浸潤(rùn)性兩個(gè)方面。加強(qiáng)對(duì)不同生物功能表面結(jié)構(gòu)的研究和模仿，將仿生非光滑功能表面應(yīng)用到大量處于惡劣環(huán)境中的設(shè)備、管線、平臺(tái)中，提高運(yùn)動(dòng)組件的減阻、耐磨、脫附等性能，以及非動(dòng)組件的防腐、防垢等特性，延長(zhǎng)裝備壽命，提高作業(yè)效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)材料表面進(jìn)行仿生浸潤(rùn)性處理，使其具有自清潔、親油、疏油、親水、疏水等不同浸潤(rùn)性特征組合，從而衍生出新的功能特性。目前正在利用表面仿生技術(shù)對(duì)前文提到的仿生泡沫金屬進(jìn)行處理，利用低溫等離子體表面處理技術(shù)，在泡沫金屬表面涂覆一層厚度為30～40nm的聚全氟烷基硅氧烷薄膜，使其具有新的表面浸潤(rùn)性特征，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)疏水、親水、疏油、親油等不同特性組合，在工礦、石化、冶金、機(jī)械、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［27］。

2．3．3信息仿生信息仿生主要是對(duì)生物信息獲取、大數(shù)據(jù)處理以及生物間信息溝通、協(xié)同等特性的模擬與實(shí)現(xiàn)。石油工程領(lǐng)域的信息仿生主要可分為2類：①借鑒生物在信息感知和傳遞方面的特性，研制新型傳感或信息傳遞裝置，提高信號(hào)采集的精度、廣度及適用范圍，此類信息仿生技術(shù)可用于油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精確采集，以及信息的高效傳遞，從而提高油田生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制水平；②在信息處理方面借鑒生物的大數(shù)據(jù)處理機(jī)理和方法，提高大數(shù)據(jù)處理能力和智能化水平，建立決策機(jī)制，并將其應(yīng)用在地震解釋、油藏認(rèn)識(shí)、開發(fā)方案制定以及油田綜合管理等方面，促進(jìn)油田勘探開發(fā)高效運(yùn)行。

2．3．4工程仿生目前，工程仿生是對(duì)生物某種功能的模仿，注重仿生功能的實(shí)現(xiàn)，不強(qiáng)調(diào)機(jī)理相似：①對(duì)生物功能的模仿和實(shí)現(xiàn)，此類仿生多是受某種生物功能啟發(fā)，注重結(jié)構(gòu)相似或生物功能的工程實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)生物功能的智能性，并能夠滿足生產(chǎn)實(shí)踐需求。目前，石油工程領(lǐng)域的控制方式正在由傳統(tǒng)的機(jī)械方式向自動(dòng)化和智能化方向轉(zhuǎn)變，在這一轉(zhuǎn)變過程中引入工程仿生，不僅能夠優(yōu)化功能結(jié)構(gòu)和控制方式，還能夠促進(jìn)功能拓展，提高作業(yè)效率和便捷化程度。②材料仿生、表面仿生、信息仿生等方面的工程實(shí)踐方法。現(xiàn)有的諸多仿生學(xué)研究成果還局限在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，在其向工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的過程中，一方面要解決成果本身的適用性問題，另一方面需要具備切實(shí)可行的工程實(shí)踐手段。

2．4發(fā)展展望石油工程與仿生學(xué)的結(jié)合依然處于初級(jí)階段，大多數(shù)研究成果為“形似”仿生。隨著生命科學(xué)研究水平的提高以及技術(shù)手段的完備，生命科學(xué)從生物結(jié)構(gòu)、功能、特性等研究，逐漸深入到生命活動(dòng)規(guī)律、發(fā)育規(guī)律、生命本質(zhì)、生物之間和生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系等研究。生命科學(xué)的發(fā)展加深了對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，不僅能夠拓寬石油工程仿生研究的廣度，更加深了研究深度；反之，石油工程仿生學(xué)的發(fā)展也使得人們?cè)诰唧w的科研實(shí)踐中深化了對(duì)生物本身及其活動(dòng)的理解，進(jìn)一步促進(jìn)生命科學(xué)研究，并將研究成果有形化［28］。此外，電子、材料、控制等學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步也將促使石油工程仿生研究成果越來越“神似”。石油工程仿生學(xué)未來發(fā)展大概可以分為3個(gè)階段，即知識(shí)積累、成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用（圖7）。2020年前，為知識(shí)積累階段，任何一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，都需要長(zhǎng)期的知識(shí)積累，其中既包括仿生學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)的積累與儲(chǔ)備，也包括石油工程仿生學(xué)研究人才和研究方法的積累，這一階段要不斷加深對(duì)仿生學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)與理解，探索并逐漸形成石油工業(yè)與仿生學(xué)的結(jié)合模式；2020年到2025年為成果轉(zhuǎn)化階段，對(duì)實(shí)驗(yàn)室研究成果進(jìn)行簡(jiǎn)化和魯棒研究，使之在性能或功能上能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求，形成基本完備的工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)和手段；2025年后，部分研究成果在生產(chǎn)、成本、效率、能耗、作業(yè)工藝等方面能夠滿足大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的要求。2008年提出的仿生井概念是未來石油工程仿生發(fā)展的集中體現(xiàn)［17］，代表了未來石油工程仿生研究成果的高度融合。未來的油井會(huì)像植物一樣“生長(zhǎng)”，像植物尋找土壤中濕潤(rùn)的地方一樣尋找油氣，一旦鉆好垂直井（種植井）后，井將會(huì)“按自己的方式生長(zhǎng)”。一個(gè)智能的分支會(huì)延伸到一塊含油區(qū)域，一旦該區(qū)域水淹后，就將這個(gè)分支“砍掉”，并在另一個(gè)含油區(qū)域“長(zhǎng)出”另一個(gè)分支，如此反復(fù)。

篇（8）

1 衛(wèi)星波高數(shù)據(jù)驗(yàn)證

海上自然破壞力的90%來自海浪，大浪對(duì)航船、海洋工程具有很強(qiáng)的破壞性。了解中國(guó)近海海域的海浪狀況，不僅有利于海洋防災(zāi)減災(zāi)，還可以為海洋開發(fā)和海上軍事活動(dòng)提供可靠的保障。

目前海浪區(qū)域氣候研究主要基于海浪模式輸出資料、大氣模式再分析資料以及衛(wèi)星高度計(jì)的波高數(shù)據(jù)等。本文比較了多個(gè)國(guó)際機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)的沿軌數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)歐洲空間局（ESA）GlobWave項(xiàng)目下法國(guó)海洋開發(fā)所Queffeulou等建立的數(shù)據(jù)集[1]，時(shí)間跨度長(zhǎng)（1991-2015年），衛(wèi)星數(shù)量多（9顆星，見圖1a），時(shí)空覆蓋上都優(yōu)于以往的數(shù)據(jù)集。

由于衛(wèi)星反演模式參數(shù)確定過程中沒有中國(guó)海上的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，因此使用該數(shù)據(jù)集之前需要將該數(shù)據(jù)集與中國(guó)近海實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。收集到中國(guó)近海28個(gè)浮標(biāo)（見圖1b）每30分鐘平均波高數(shù)據(jù)，篩選與浮標(biāo)所在位置的距離小于20km的同期衛(wèi)星30分鐘平均波高，對(duì)比分析結(jié)果表明：浮標(biāo)波高與衛(wèi)星波高的相關(guān)系數(shù)為0.91～0.99，均方根誤差絕大部分為0.09～0.34m，浮標(biāo)減衛(wèi)星的波高差平均值絕大多數(shù)為-0.06m～-0.29m；各海區(qū)驗(yàn)證結(jié)果略有差異，其中相關(guān)系數(shù)在東海至南海北部最大達(dá)0.97，黃渤海和長(zhǎng)江口外海區(qū)略小，分別為0.947和0.948，表明多源高度計(jì)波高數(shù)據(jù)集與中國(guó)近海浮標(biāo)觀測(cè)有較高的一致性，可用于中國(guó)近海波浪研究。

2 中國(guó)近海海浪氣候特征

使用法國(guó)海洋開發(fā)所建立的多源高度計(jì)波高數(shù)據(jù)分析了中國(guó)近海平均有效波高和100年一遇有效波高。

2.1 中國(guó)近海平均有效波高的時(shí)空分布特征

圖2為多年平均有效波高分布圖，中國(guó)近海有效波高為0.6～2.2m，高值區(qū)主要分布在東海東南部、臺(tái)灣海峽以及南海東北部，年平均值達(dá)2～2.4m。南海西部和南部、東海西北部平均有效波高為1.4～1.8m，黃海和渤海有效波高較小，在0.6～1.2m之間。

大部分海域的有效波高都具有明顯的季節(jié)變化特征，冬季和秋季的波高明顯高于春季和夏季，冬季的平均波高最大達(dá)2.6m，而春夏季平均波高基本在1.8m以下。臺(tái)灣島-呂宋島以東和南海東北部的大浪區(qū)域的位置隨著季節(jié)而變化：夏季和秋季的高值區(qū)北移至15°N以北，與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)有關(guān)；冬季有效波高的高值區(qū)南移至20°N以南，春季則表現(xiàn)出過渡季節(jié)的特征。

2.2 100年一遇波浪極值分布特征

在海洋工程設(shè)計(jì)過程中需要100年、50年一遇波浪極值，評(píng)估未來若干年內(nèi)工程所在區(qū)域可能遇到的極端波浪荷載。在多年一遇極值計(jì)算過程中，通常應(yīng)至少由30年以上的年最大值組成樣本序列，采用Gumbel或Weibull等常規(guī)概率分布模型進(jìn)行計(jì)算。由于多源衛(wèi)星波浪資料只有23年，采用常規(guī)方法因觀測(cè)年代短而使得計(jì)算結(jié)果不穩(wěn)定或失真，為此本文使用適應(yīng)風(fēng)暴隨機(jī)事件的Poisson-Gumbel[2，3]聯(lián)合概率分布進(jìn)行計(jì)算，得到了1°×1°網(wǎng)格點(diǎn)100年一遇波浪值。

中國(guó)近海及毗鄰海域100年一遇有效波高最大的區(qū)域位于琉球群島東南的西北太平洋海域，約9～12m；其次是東海海域至南海東北部海域，約7～11m（見圖3）；長(zhǎng)江口至渤海最小4～6m。；中國(guó)近岸最大的海域?yàn)閺V東東部和浙江南部，約7～8m，其原因是這兩個(gè)海域受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重。

基金項(xiàng)目：本論文由2010DFA62830課題資助

參考文獻(xiàn)

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swath/altimeters/waves/documentat-ion/altimeter_wave_merge__11.pdf， 2014.

篇（9）

【Abstract】Manipulator plays an essential and important role in ROV's operation， and almost covers the entire subsea exploration procedure. A numerical model of 7-functional manipulator is built based on D-H formula， and using Kane method analysis its dynamics to derive kinetic equation with external loads. Morison equation was also used on this manipulator's hydrodynamics， and drag coefficients were calculated by using Fluent software. The results were compared to calculations results using Matlab toolbox robots， and the comparison verified the accuracy of the dynamic model. The hydrodynamic forces of the seven function ROV manipulator were solved at last.

【Key words】Seven Function Manipulator， Hydrodynamic， Kinematics， FORTRAN

近些年來隨著海洋資源的開發(fā)和海洋科學(xué)研究的日益深入，水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)是水下作業(yè)的一個(gè)重要組成部分，除了用于水下的觀測(cè)勘察作業(yè)外，水下機(jī)器人-機(jī)械手還被用于完成采集樣本；水下設(shè)施的建造和維護(hù)；鋪設(shè)水下管道和維修等相對(duì)繁瑣的一些工作。然而由于水下環(huán)境復(fù)雜多變，ROV在航行和作業(yè)中必然會(huì)遇到各種各樣的情況，特別是在作業(yè)時(shí)要保證作業(yè)的準(zhǔn)確性和作業(yè)時(shí)ROV不受損壞，它的動(dòng)力學(xué)問題的研究將會(huì)使水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)的作業(yè)能力提高，為人類開發(fā)海洋資源提供更多的支持，因此這個(gè)領(lǐng)域的研究是非常重要的。

目前對(duì)水下機(jī)械手水動(dòng)力學(xué)模型的研究采用的是理論和實(shí)驗(yàn)的相結(jié)合的方法。McLain[1，2]等運(yùn)用力矩傳感器測(cè)量、原理計(jì)算分析以及流動(dòng)顯示這些方法綜合應(yīng)用，對(duì)只有一個(gè)關(guān)節(jié)水下機(jī)器人機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行了水動(dòng)力學(xué)的研究。Leabourne[3]以MacLain等人的成果為基礎(chǔ)，討論了有兩個(gè)自由度的機(jī)械手的水動(dòng)力學(xué)建模問題。Tarn[4]等建立了配備有機(jī)械手的潛水器的動(dòng)力學(xué)模型，并應(yīng)用 Kane 法求解。該模型將外力其中包括水動(dòng)力施加到了模型中。Shen[5]等使用了浸入邊界法數(shù)值求解納維-斯托克斯方程，計(jì)算在水中物體移動(dòng)時(shí)所受的水動(dòng)力。在國(guó)內(nèi)主要有華中科技大學(xué)的肖治琥，徐國(guó)華[6]在流干擾下的水下機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型分析，運(yùn)用Lagrange方程和Morison公式對(duì)水下機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)的理論分析。王華[7]等應(yīng)用切片理論的方法，研究了水下機(jī)械手的手指動(dòng)力學(xué)特性，并應(yīng)用Matlab軟件的Simulink模塊建立了仿真模型，研究了無水流影響的水下環(huán)境中的機(jī)械手手指的動(dòng)力學(xué)特性。

1 動(dòng)力學(xué)模型建立

1.1機(jī)械手參數(shù)

本文以美國(guó)Schilling公司的Orion7型七功能機(jī)械手為研究對(duì)象，該機(jī)械手結(jié)構(gòu)由多關(guān)節(jié)串聯(lián)組成為6自由度串聯(lián)，機(jī)械手相關(guān)參數(shù)如表1所示[8]。

。

本文的連桿所在的坐標(biāo)系位置都是在各個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸上。當(dāng)連桿在坐標(biāo)系的X軸正方向時(shí)，，此時(shí)的，，。同理當(dāng)連桿在坐標(biāo)系的Y軸正方向時(shí)，，此時(shí)的，，。當(dāng)連桿在坐標(biāo)系的Z軸正方向時(shí)，，此時(shí)的，，。

3.2Morison方程拖拽力系數(shù)計(jì)算

Morison方程中Cd、Cm均為實(shí)驗(yàn)值，此系數(shù)依賴于雷諾數(shù)，物體表面粗糙度，KC數(shù)等。不過在設(shè)計(jì)中一般考慮危險(xiǎn)性最大或者受力最大的情況。因此選擇受力最大時(shí)候的Cd數(shù)值作為本文的計(jì)算系數(shù)本文采用Fluent流體力學(xué)分析軟件計(jì)算該值[14]。

由于深水水溫較低，所以深水水的粘度值比常溫下的粘度值要大，因此選擇Pa?s=0.0015，流速選擇0.2m/s，如圖4示是主要的區(qū)域尺寸，長(zhǎng)方形最左側(cè)豎直邊為水流的入口出，中間的截面是ROV七功能機(jī)械手大臂的截面形狀。在研究Cd數(shù)時(shí)本文選擇了橫截面的最大物體的幾何限度處作為來流的垂直受力面。這樣可以得到最大的Cd值，計(jì)算得知左右。

圖4 區(qū)域尺寸示意圖

Fig. 4 Schematic diagram of regional dimension

4七功能機(jī)械手動(dòng)力學(xué)解算

4.1動(dòng)力學(xué)模型校核

為了驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，在不考慮水流的影響下，本文通過利用Matlab機(jī)器人工具箱與自編的Fortran程序結(jié)算的力矩曲線圖進(jìn)行對(duì)比，本文選擇角度從初始位置移動(dòng)到一下角度，，，，，。如圖5所示。

圖5 各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩變化曲線對(duì)比

Fig. 5 Comparisons of ankle drive torque curves

如圖5所示，用Matlab機(jī)器人工具箱與自編的Fortran程序結(jié)算的力矩曲線圖進(jìn)行了對(duì)比，在數(shù)值和曲線趨勢(shì)上基本一致，從而驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，圖中關(guān)節(jié)1的驅(qū)動(dòng)力矩較小這是因?yàn)殛P(guān)節(jié)1的布置和其他關(guān)節(jié)不同，只有它一個(gè)關(guān)節(jié)為左右擺動(dòng)關(guān)節(jié)，所以它在沒有水流影響下不克服重力，所以數(shù)值較小；關(guān)節(jié)2、關(guān)節(jié)3和關(guān)節(jié)5需要克服機(jī)械手的自身重力所以力矩值較大；關(guān)節(jié)4和關(guān)節(jié)6主要作用是改變機(jī)械手姿勢(shì)用的是液壓馬達(dá)，所以力矩值較小，特別是關(guān)節(jié)6基本趨近于0。

4.2 水流影響下動(dòng)力學(xué)研究

假定環(huán)境水流為定常流流速為0.1m/s，方向沿慣性坐標(biāo)系X軸正方向。所得驅(qū)動(dòng)力矩曲線如圖6所示。

圖6 各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩變化曲線（考慮海流）

Fig. 6 Comparisons of ankle drive torque curves （incorporates current）

從圖6中可以看出關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)6的驅(qū)動(dòng)力矩與無海流的驅(qū)動(dòng)力矩相比較變化不大，這是因?yàn)樗鞯膩砹鞣较蜓刂鳻軸的正方向，產(chǎn)生的力矩主要是在Y軸的方向，所以關(guān)節(jié)1的驅(qū)動(dòng)力矩影響較小，力矩基本不變；關(guān)節(jié)6的驅(qū)動(dòng)力矩因?yàn)槭茄刂鴻C(jī)械手末端手抓的軸向，所以只有手抓自身的旋轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，水流的產(chǎn)生的附加力矩只會(huì)對(duì)坐標(biāo)系6的X軸和Y軸產(chǎn)生力矩；關(guān)節(jié)2、關(guān)節(jié)3和關(guān)節(jié)5的驅(qū)動(dòng)力矩變化較大，這是因?yàn)榭紤]了水流和自身運(yùn)動(dòng)的影響；關(guān)節(jié)4的驅(qū)動(dòng)力矩變化也很大，這是因?yàn)殛P(guān)節(jié)4的轉(zhuǎn)動(dòng)改變了手抓的空間位置，使其和之前的各個(gè)關(guān)節(jié)不出在一個(gè)平面內(nèi)這樣關(guān)節(jié)4收到的力矩變大是因?yàn)槭肿ナ艿剿鞯臎_擊在關(guān)節(jié)4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上產(chǎn)生了附加力矩。

4結(jié)語(yǔ)

本文采用了理論分析和計(jì)算機(jī)仿真的方法，針對(duì)美國(guó)Schilling 公司的Orion7型號(hào)機(jī)械手，建立了深水ROV作業(yè)機(jī)械手的理論模型，計(jì)算結(jié)果表明機(jī)械手在深水中水流的影響下關(guān)節(jié)2、關(guān)節(jié)3和關(guān)節(jié)5的驅(qū)動(dòng)力矩變化較大，在設(shè)計(jì)和施工作業(yè)中人們應(yīng)當(dāng)給予特殊考慮。

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作者簡(jiǎn)介：

尹漢軍（1973―），男，漢族，山東青島人，碩士研究生，高級(jí)工程師，1997年本科畢業(yè)于大連理工大學(xué)，2005年研究生畢業(yè)于天津大學(xué)，現(xiàn)就職于海洋石油工程股份有限公司，主要從事海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與項(xiàng)目管理。

宋磊（1981― ），男，漢族，山東濟(jì)南人，博士研究生，講師，2013年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，現(xiàn)于哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，主要研究方向：船舶與海洋工程仿真。

篇（10）

1. 數(shù)據(jù)集成服務(wù)系統(tǒng)

1.1數(shù)據(jù)集成服務(wù)系統(tǒng)(DTS)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

DTS 是英文Data Totalization Service 的縮寫，意思是數(shù)據(jù)集成服務(wù)。DTS集成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等多項(xiàng)技術(shù)，使用了最先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把信息技術(shù)與傳統(tǒng)的石油勘探開發(fā)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。DTS 數(shù)據(jù)集成起源于1999 年中海技服承擔(dān)的國(guó)家863 鉆井液技術(shù)集成項(xiàng)目，經(jīng)過不斷地開發(fā)，最后形成了功能強(qiáng)大的集成化數(shù)據(jù)服務(wù)。

目前DTS服務(wù)已經(jīng)成功地推廣到渤海五號(hào)的QHD作業(yè)區(qū)、渤海十號(hào)的SZ作業(yè)區(qū)及南海四號(hào)的W作業(yè)區(qū)，并成功地將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地顯示到中海石油有限公司的各個(gè)地區(qū)公司。

1.2 DTS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DTS對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)集成后實(shí)時(shí)地傳輸?shù)较略O(shè)在陸地的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，然后由數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析處理, 分析處理的結(jié)果則及時(shí)地反饋給作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分發(fā)給網(wǎng)上的各遠(yuǎn)程終端。

DTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.1

圖1.1 DTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（注1：在此進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡處理整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)任務(wù)，使系統(tǒng)負(fù)載處于優(yōu)化狀態(tài)。）

由圖1.1可以看出：DTS的油田遠(yuǎn)程勘探、開發(fā)數(shù)據(jù)集成服務(wù)系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)采集裝置；傳輸裝置；各種地質(zhì)、工程資料裝置。

該系統(tǒng)集成了油田開發(fā)過程中鉆井、完井、油藏測(cè)試等各個(gè)階段的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，形成了完善的鉆完井信息管理系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)集成服務(wù)，不僅有助于后方基地的決策，而且可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)資源的二次開發(fā)。其成功的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的管理模式和工作方法，對(duì)安全、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、低污染的石油勘探開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持。

DTS系統(tǒng)把各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星與總部數(shù)據(jù)庫(kù)與其它各種終端進(jìn)行傳輸，在這個(gè)龐大的傳輸系統(tǒng)中不可避免地要遇到分布式系統(tǒng)幾乎全部要遇到的瓶頸問題―――即整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載平衡、系統(tǒng)容錯(cuò)問題。

2． 系統(tǒng)容錯(cuò)和負(fù)載平衡技術(shù)概述

2.1 概念

系統(tǒng)的容錯(cuò)和平衡負(fù)載是大型分布式系統(tǒng)中的兩個(gè)重要的概念。在分布式系統(tǒng)中，相對(duì)客戶端無需知道中間層應(yīng)用服務(wù)器的確切位置，所以中間層應(yīng)用服務(wù)器出錯(cuò)所造成的危害往往是致命的。但是，如果多個(gè)執(zhí)行相同任務(wù)的服務(wù)器同時(shí)工作，系統(tǒng)在某個(gè)服務(wù)器發(fā)生故障后能將當(dāng)前服務(wù)器中的任務(wù)切換到另一臺(tái)正常工作的服務(wù)器，這將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)容錯(cuò)功能。同樣，如果能將大量的任務(wù)平均分配到多個(gè)執(zhí)行相同服務(wù)的服務(wù)器， 這將平衡服務(wù)器的負(fù)載，減少系統(tǒng)等待時(shí)間，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

2.2 特點(diǎn)

(1)當(dāng)某臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，原先連接到該應(yīng)用服務(wù)器的相對(duì)終端可以立刻連接到其它提供相同服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器，并繼續(xù)相互進(jìn)行作業(yè)，這就是所謂的容錯(cuò)能力。

    (2)斷點(diǎn)續(xù)傳功能：這種機(jī)制能夠有效地避免數(shù)據(jù)傳輸或保存的冗余重復(fù)。

(3)能夠根據(jù)系統(tǒng)的不同負(fù)荷，動(dòng)態(tài)分配數(shù)據(jù)傳輸鏈路連接，不至于有的相對(duì)終端負(fù)載過重，有的相對(duì)終端負(fù)載相對(duì)過輕，使所有的相對(duì)終端的負(fù)載達(dá)到一個(gè)平衡。這就是所謂的負(fù)載平衡能力。

3． 系統(tǒng)容錯(cuò)和負(fù)載平衡技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

Delphi提供了一個(gè)TSimpleObjectBroker組件，該組件提供了基本的容錯(cuò)能力和負(fù)載平衡能力，通過對(duì)此組件編程來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平衡負(fù)載和自動(dòng)容錯(cuò)功能。

3.1容錯(cuò)能力的實(shí)現(xiàn)

TSimpleObjectBroker組件能維護(hù)一個(gè)能夠執(zhí)行應(yīng)用服務(wù)器的機(jī)器列表，并且提供其中的機(jī)器名給TDCOMConnection或TSocketconnection作為連接的遠(yuǎn)程機(jī)器的名稱。當(dāng)TDCOMConnection或TSocketconnection連接的主機(jī)出 現(xiàn)故障時(shí)，TDCOMConnection或TSocketconnection可以從TSimpleObjectBroker取得一個(gè)新的能夠執(zhí)行應(yīng)用程序服務(wù)器的遠(yuǎn)程機(jī)器名稱，然后再連接到這臺(tái)新機(jī)器以取得應(yīng)用程序服務(wù)器的的服務(wù)。

3.2暫存數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)

TClientDataSet組件提供了兩個(gè)方法SavetoFile和LoadFromFile。當(dāng)所有的應(yīng)用程序服務(wù)器都發(fā)生了故障，或是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)生了故障，調(diào)用SaveToFile方法把ClientDataSet中所有的數(shù)據(jù)包括在相對(duì)客戶端更新的數(shù)據(jù)保存到一個(gè)文件中，然后在應(yīng)用程序服務(wù)器或是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器恢復(fù)正常后再執(zhí)行相對(duì)客戶端應(yīng)用程序，調(diào)用LoadFromFile方法加載先前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)到ClientDataSet中，再調(diào)用ApplyUpdates方法把相對(duì)客戶端更新的數(shù)據(jù)更新回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。

3.3 負(fù)載平衡能力的實(shí)現(xiàn)

要讓分布式多層結(jié)構(gòu)提供負(fù)載平衡能力，只需TSimpleObjectBroker的LoadBalanced屬性設(shè)為True就可以提供簡(jiǎn)單的負(fù)載平衡能力。

3.4 斷點(diǎn)續(xù)傳的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)將采集并經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)按照某種協(xié)議進(jìn)行分割打包成一個(gè)個(gè)經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)元，在以經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)元為單位的數(shù)據(jù)傳輸過程中如發(fā)生中斷，系統(tǒng)的斷點(diǎn)續(xù)傳功能將自動(dòng)記載先前進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸IP地址、主機(jī)號(hào)及數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生中斷時(shí)斷點(diǎn)數(shù)據(jù)元的編碼，當(dāng)恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸后系統(tǒng)從數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生中斷時(shí)的斷點(diǎn)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這樣就避免因數(shù)據(jù)重復(fù)傳輸而造成的數(shù)據(jù)冗余。

4．  結(jié)束語(yǔ)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)不能只是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單再現(xiàn)。未來的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)還要從以下幾個(gè)方面加以發(fā)展：

（1）、圍繞需求在充分利用井場(chǎng)信息，收集整理井場(chǎng)其它資料以充實(shí)數(shù)據(jù)來源，在此基礎(chǔ)上完成多種資料的數(shù)字化、規(guī)范遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式和內(nèi)容。

（2）、編制適合不同需要、豐富高效的客戶端軟件。

（3）、要充分利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料，充分利用已有的軟件，加快開發(fā)急需的事故診斷、專業(yè)分析、工程評(píng)價(jià)等應(yīng)用軟件，不斷提高生產(chǎn)管理者的決策水平。

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關(guān)鍵詞：擺式發(fā)電， MATLAB，波壓積分，受力分析

中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

進(jìn)入21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展愈來愈受到重視，可再生能源的利用是可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。由于海洋能在可再生能源中的利用占據(jù)了非常重的位置，其中波浪能又是海洋能中的翹楚，利用前景廣闊，近年來利用波浪能發(fā)電裝置愈來愈多的研制并投入使用。在此我們將對(duì)擺式波浪發(fā)電裝置擺板受力情況進(jìn)行研究。

經(jīng)過調(diào)研和研究我們?cè)谟?jì)算中采用波壓積分法對(duì)固定擺板的受力計(jì)算分析，研究對(duì)其受力變化產(chǎn)生的影響因素。為后期的擺式發(fā)電裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

1.波浪力計(jì)算公式

半經(jīng)驗(yàn)公式莫里森方程存在局限性其只適用于大型圓柱結(jié)構(gòu)物[1]，但是對(duì)于板式結(jié)構(gòu)物則需要通過波壓力沿板結(jié)構(gòu)表面積分方法計(jì)算。其計(jì)算公式為：

式中，為波浪力沿x方向的分量，N；p為板結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓力差，Pa；為板結(jié)構(gòu)沒入水中的深度，m；為波面高度，m；z為擺板上任一點(diǎn)z坐標(biāo)值，m。波壓力和波面高度由波浪理論確定。

由線性波浪理論，波面方程可假設(shè)呈余弦方式，即

（1―1）

式中，a為波動(dòng)振幅，k為波數(shù)，為波浪圓頻率。

線性波中，波壓強(qiáng)分布，由微幅波假定，忽略二階項(xiàng)，相對(duì)壓強(qiáng)為：

（1―2）

上式中第一項(xiàng)為靜水壓力項(xiàng)；第二項(xiàng)為動(dòng)壓力，其中，為壓力響應(yīng)系數(shù)。在z=0處取最大值1，在底部取最小值。式（1―2）只對(duì)靜水面以下成立，要求靜水面以上的壓力，可采用Tayor展開，設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)在靜水面上，靜水面以上任一點(diǎn)z1的壓力為：

（1―3）

2.數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型在實(shí)驗(yàn)室模型[2]基礎(chǔ)上以1：1的比例構(gòu)建，實(shí)驗(yàn)室水槽及實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。水槽尺度：，實(shí)驗(yàn)板結(jié)構(gòu)尺寸：。坐標(biāo)如圖所示，原點(diǎn)為擺板和靜水面交線和水槽靜水面中線交點(diǎn)。

圖1 數(shù)學(xué)模型圖

3.數(shù)值計(jì)算

根據(jù)上述波壓公式，得板結(jié)構(gòu)的波浪力公式：

當(dāng)時(shí)，即板結(jié)構(gòu)處波面低于靜水面，

當(dāng)時(shí)，即板結(jié)構(gòu)處波面高于靜水面，

利用MATLAB自編程序，分別計(jì)算改變周期、波高、擺板入水深度及水深的情況下的四組波浪力數(shù)值。根據(jù)計(jì)算水深為中水深 [4]。

3.1波浪周期對(duì)波浪力的影響

保持波高水深及擺板入水(靜水時(shí))深度不變。按照?qǐng)D2所示分別改變周期的大小，得到如下結(jié)果。由于計(jì)算得到的波浪力時(shí)間變化曲線都是正弦曲線[2]，而正弦曲線的有效數(shù)值是與最值和幅值相關(guān)的，故在此我們只需分析波浪的最大正負(fù)值和幅值即可。

圖2周期改變時(shí)波浪力曲線

通過圖2中計(jì)算結(jié)果以及波浪力變化趨勢(shì)，可以看到，在保持波高、入水深度和水深恒定的情況下，固定擺板的波浪力隨波浪周期增大而增大。

3.2波浪波高對(duì)波浪力的影響

在只改變波高的情況下，由圖3中計(jì)算結(jié)果和曲線可知，波高的變化對(duì)于固定擺板受到的波浪力影響顯著，波高增大時(shí)擺板受到的波浪力也增大。

圖3波高改變時(shí)波浪力曲線

3.3 擺軸和靜水面的距離對(duì)波浪力的影響

圖4擺軸靜水面距離改變時(shí)波浪力變化曲線

只改變擺軸和靜水面距離時(shí)得到擺板受到波浪力及變化如圖4，可知隨擺板處?kù)o水面和擺軸的距離增大而增大，但影響幅度較小。

3.3擺板入水深度對(duì)波浪力的影響

保持T、H以及水深d即擺軸到靜水面距離不變，改變?nèi)胨疃取?/p>

圖5擺板不同入水深度時(shí)波浪力曲線

在波浪參數(shù)以及水深不變的情況下，擺板入水深度即端部到靜水面的距離的改變對(duì)擺板受波浪力影響較大，隨著入水深度的增大波浪力成線性增大。

4.結(jié)論

本文通過建立數(shù)學(xué)模型，利用波壓積分法，計(jì)算出擺板在不同情況下的受力，研究了波浪周期、波高、擺軸到靜水面的距離以及擺板入水深度等四個(gè)因素對(duì)波浪力的影響，其中波浪力隨周期和擺板入水深度的增大近似線性增大，隨波高增大而增大，而擺軸到靜水面距離的變化對(duì)波浪力影響很小，幾乎沒有。該計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果[3]相吻合對(duì)于之后進(jìn)行的擺式波浪發(fā)電裝置的受力分析提供了參考。由于本文在計(jì)算中未考慮線性波的伸縮變化[4]，數(shù)據(jù)存在一定的誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王濤，尹寶樹等．海洋工程．山東教育出版社．2004．