海洋石油工程论文大全11篇
时间：2022-09-17 18:24:36绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇海洋石油工程论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。
篇（1）
2.1创建科学制度，加大设计单位对成本负责的办法
依据石油建造项目中标的合同要求，公司可以对投标报价加以调整，制作出项目的合理预算。在这个预算执行的过程中，项目经理对其执行情况负主要责任，项目经理进行成本控制的基础是设计单位。设计单位必须对成本预算中的材料费用负责，在确保建造质量的基础上，充分发挥设计单位的龙头作用，采用费用限额制度，灵活进行费用的管理。
2.2合理控制项目消耗费用，有效降低成本
海洋石油建造项目的各种费用不包括钢材，其它材料大约占据制造成本的25%左右，合理的掌控各项费用支出情况可以有效降低成本。可以制定不同费用的指标，科学对建造项目进行预算，为降低费用打下牢固的基础。此外也可以通过如下措施控制、降低成本
(1)加强对设备类的采购管理
在采购方式上首选招标，引入竞争机制，合理控制或减少单一来源采办，通过招标，拓宽选择范围，充分发挥竞争性在效益效率方面的优势，实现规模化、集中化采购，进而降低成本。
(2)严格执行批复的采购策略与采购计划
从采购的源头对质量、性能、价格进行把关，确保质优价廉。但有时由于计划性不强，单个采办包规模不够大，对市场吸引力不强，导致不能提高竞争议价能力，因此要杜绝临时性采购和无计划采购行为。
(3)在产量目标的驱动下
海洋石油工程建设项目的数量呈逐年增长态势，建设速度也越来越快，这样就对资源整合，挖潜增效提出了新的要求。对于共性采办项目，如易耗料服务类合同，可以采用招标方式进行等质比价，以最低价作为谈判标准与其它价高各投标单位一并签订等价年度协议，获得统一的价格体系，这样不但可以满足相继开工或同期开工的各项目在各阶段对于易耗服务的建造需求，同时也能降低成本提高议价能力，又能减少不必要的重复性工作，进一步的提高工作效率，可谓一举三得。3.3提升劳动生产效率，降低生产成本人工成本在建造项目成本之中占据重要的比例。随着科学技术的不断进步，劳动生产效率也得到了有效提升。一个建造项目的施工方案在很大程度上左右着生产效率能否得到提高。一个优秀的施工方案可以确保生产流程稳步有序，从而科学配置人力、物力，确保投入的资源达到最大的利用状态。海洋石油工程项目组要对施工方案进行优化，对施工的工序进行合理安排，确保达到最佳状态。可以制定激励机制，提升工程技术人员和工人的主动性，提升劳动效率。劳动效率的提升，不仅可以有效减少电力、水等一系列消耗品的支出，而且也降低了人工费、折旧费等固定成本的支出。
2.4做好会计核算，降低返修几率
质量和成本是相互协调的因素，只有确保技术和经济相互结合，才能很好的降低生产成本的支出。质量成本的增多会导致生产成本不断加大，如果质量成本投入不足，质量降低又会出现返工的情况，在一定程度上也增加了生产成本，造成不必要的损失。相关部门必须做好质量成本的核算工作，确保质量控制和成本管理达到最佳的状态。在合理的范围内加大质量投入，可以提升质量、降低成本损耗。质量的提升，可以有效的提高生产效率，也在一定程度上减少因返工造成成本增加的情况。在进行工程项目施工的时候，必须严格按照有关的质量控制体系进行生产，把好质量关。
篇（2）
一、引言
自东北石油大学石油工程学院海洋油气工程专业成立以来，全国石油高校如雨后春笋般相继成立了海洋油气工程专业，海洋油气专业的成立象征着高校石油专业教育迈向海洋石油，是具有划时代的历史意义。随后几年来，石油大学(北京)、石油大学(华东)等石油院校率先成立了该专业的硕博点。随后的几年里，2013年，东北石油大学石油工程学院迎来了第一批海洋油气工程系毕业生，该届教育毕业生就业率达80%以上，彰显了海油企业对该专业人才的需求。
然后，随着国际油价的走低，尤其跌破30美元以来，石油院校毕业生面临严峻的考验，而海洋油气工程作为一个新兴专业，其严峻性较石油工程类老专业而言，可谓是雪上加霜，海洋油气工程专业毕业生就业率达到冰点。因此，低油价下的海洋油气工程系的未来何去何从?如何在低油价新形势下海洋油气工程系进行常态化的发展?这是本文待讨论的问题。
二、重视专业人才引进，加强师资梯队建设
海洋油气工程专业从总体规划来看，主要包括两大部分——海油和海工两个方向，其综合性集成了海上油气藏开发、钻、采、集输四个环节。以西南石油大学为例，海洋油气工程依托石油与天然气工程国家一级学科，将陆上油气田钻井、完井、采油(气)、油气集输的领先技术与海洋石油、天然气相关技术结合并考虑海洋油气田钻井、完井、采油(气)、油气集输的特殊性，理论与实际相结合，形成海洋油气工程的研究基地与博士生、硕士生培养基地。但就其专业教师队伍而言，西南石油大学的海洋油气工程系专职教师仍存在不均衡状态，专职教师仅8人。无独有偶，我校的海洋油气工程专业目前专职教师10人，兼职教师1人，其中龙江学者1人、教授2人、副教授4人、讲师4人、助教1人、博士生导师2人、硕士生导师6人;教授占18%，副教授占37%(图1)。从师资上，目前硕博比例相当，博士比例占55%，硕士比例占45%。从平均年龄来看，整体年龄偏小，平均年龄不足35岁。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%。
综合上述分析来看，国内石油院校的海洋油气工程专业目前师资上面临严重不足，主要体现在以下两点：一是教师队伍年轻化，教学经验不足是普遍的现象，教学梯队健全难;二是师资专业结构不均衡，多数专业教师都是从石油工程等院系调配过来的，而海工方向教师又多出自非石油院校，师资专业结构偏差较大，导致海油与海工互为独立，往往造成海油和海工严重脱节，难融成一体。因此，在人才引进方面，充分考虑油田企业人才需求，一方面加强深化与中海油、中石化、中石油企业交流与合作，听取油田企业对人才的需求风向，邀请企业高层领导参与专业建设，共同分析低油价新形势下人才培养需要，因地制宜，对海洋油气工程专业引进相应的人才;
另一方面推进高校间的合作交流，对优选出的骨干青年教师，可以推行“2+2”合作模式，或加强硕博研究生访学模式，借鉴其他院校海洋工程方面的先进经验，在其他院校进行培训学习，以及国际高校的先进经验，填补海洋油气工程的空白。最后，在人才引进方面，尤其对于偏远地方的院校，加大人才引进力度，制定相应的奖励制度，如对发表高级别的文章等成果进行奖励，提高安家费等待遇，吸引优秀人才任教。
三、深化人才培养方案，探索“订单式”培养思路
人才培养方案是人才培养的根本。海洋油气工程专业是顺应海油油气开发形势下的产物，但亦不可仅拘泥于海油企业，还需胜任诸如中石油、中石化等企业。因此，在人才培养方案上应建立以海上石油为主、陆上石油为辅的教学方案。与此同时，在专业人才培养方案上，还要兼顾海油和海工方向的均衡，让学生既能掌握石油工程的专业知识，同时也能熟练掌握海油油气专业特色领域本领。这就需要在课程设计上，把握好学科和研究方向的分寸，加强与油田现场交流和合作。建议在课程设计上增开与油田现场研讨式课程(如16学时)，任聘现场领导来校进行讲座，传授和交流现场的先进生产经验，在课堂上与学生互动，增进学生学习的热情和专业感情培养。最后，强化与油田现场的合作，尤其是中海油企业的合作，如充分利用学校现有的资源，建立“校企合作”平台，签订相关协议，为企业输送人才提前签署“订单”，建立长效机制，等等。
四、加强产学研一体化，动用多种手段，强化专业学生实践能力
(一)积极鼓励一线教师参与科研工作，理论实践相结合，反作用于课堂
高校教学质量提高离不开产学研一体化进程，这就需要授课教师不仅要胜任课堂教学，也要具备科学研究的素质，因此就要求任课教师在专业方向上具有较好的动手能力，鼓励高校教师承担各类纵向基金和横向科研课题，以扎实的理论功底为基础，开展课题的深入研究，不断创新、进取，通过理论联系实践，提炼专业技术新观点和新认识，在学术期刊等发表学术论文，推进专业知名度，亦可反作用于课堂教学，让学生不仅掌握专业教学知识点，同时也能了解油田企业科研领域，使本科生就业后社会适应性较强，从而提高了毕业生源的质量。
(二)动用多种手段，强化专业学生实践能力
在教材规划上，利用我校丰富的教学资源，改进教学方法，创新教育思路。近几年来，我校和兄弟院校取得了较为丰硕的成果。如2012年，我校联合兄弟院校海洋油气工程系，在教材编写上结合各自优势，联合编写了《海洋采油工程》、《海洋油气工程概论》、《海洋钻井平台设计》、《海洋装备腐蚀与防护》等国家“十二五”规划多部教材，教材内容贴近海洋油田及平台设计，符合油田发展实际需要，有别于传统的石油工程类教材，更加强调内容“海味”的特色，让学生能较好地掌握海洋油气工程的学科特色和知识点。同时，利用我校丰富的教学资源，在学校网络平台上已建成了《海洋石油工程》等精品课程公开网络课堂，利用特色专业和建设成果，完成了公共精品课程的建设，并在网上实行资源开放，本校及外校学生可以通过网络进行课外学习，大大丰富了学生的业余课堂。
另外，积极鼓励学生参与石油工程类的大赛，如近几年来的中国石油工程设计大赛、中国海洋钻井平台设计大赛，此类比赛既能体现教师的专业功底，同时也能锻炼学生的动手能力，导师督导，学生动手操作，发挥他们的想象力和创造力。同时，如我校近两年自发连续举办2届东北石油大学海洋平台设计大赛，形成了我校特色专业的校级比赛，赢得了学生一致好评，参与该类大赛除海洋油气工程专业外，还积极鼓励油气储运专业、机械工程和土木工程专业学生参与其中，充分调动学生的积极性和主观能动性，提高专业知名度。
五、结语
篇（3）
1引言
对现代企业的市场运营而言，采办及合同管理是其成本管理中十分重要的组成部分。海洋石油工程项目往往为一些工程量十分庞大、复杂且工程周期较长的大型工程，在工程的建设中投资控制贯穿于整个项目生命周期，工程合同则是实施阶段工程项目的主要控制依据，因此，采办及合同管理对海洋石油工程的整体工程结算以及造价部分的影响十分巨大，其管理质量会直接影响到海洋石油工程的建设实施质量以及投资收益。
2海洋石油工程项目的标准化采办方法
当前在海洋石油工程项目的标准化采办方法上主要有OEF采办与CFE采办2种，其中，OEF采办是指项目关键设备、材料由业主采购，CFE采办是指EPCI总包合同工作范围除业主采办之外的辅助材料、设备由施工承包商采购[1]。在海洋石油工程项目的标准化采办方法上，其和一般性的工程标准化采购办法一致，均分为公开招标、邀请招标、竞争性谈判和议标等采办方式。首先为公开招标，是指以招标公告的方式邀请不特定的供应商投标，通过的评标方法确定供应商。邀请招标是指招标人以投标邀请书的方式邀请特定的法人或者其他组织投标，一般会在前期技术交流充分的基础之上，按照招标法规定，选择3家及以上经过资格预审合格的供应商参与投标。由于海洋石油工程行业具有特殊及专业性，行业里具有相应资质及能力的供应商数量有限，采用竞争性的方式来快速锁定相关资源；议标采办是指与特定供应商的直接采办方式，此种采办方式适用于所需服务、货物行业内只有一家供应商能够满足要求，具有不可替代性，采用议标方式得到相关服务和货物。
3标准化采办对工程结算与工程造价的影响
标准化采办对工程结算与工程造价的影响巨大，对于海洋石油工程而言，其所产生的影响主要集中在4个方面：（1）有利于促进海洋石油工程项目设计、建造标准化，采办标准化即从建设物资源头上实现了标准化，继而对后续的设计、建设标准化有着显著推动作用；（2）节约采购成本，标准化采办可省去一些物资价格和质量部分的谈判空间，同时标准化采办也意味着大规模采购，必然会引起量大价廉效应，继而有助于降低采购成本；（3）稳定资源质量，标准化采办的基本性质就是实现采购物质各项性能的标准化、规范化，自然有助于海洋石油工程建设所需材料的质量稳定性；（4）培养长期稳定供应商，不同的供应商在所提供物资标准上存在一定差异，而当物资标准确定后，相应的供应商也可以得到确定，只要标准不更换供应上便不会出现供应商突然更换的情况，因此，还有助于供应商的稳定。
4合同管理对工程结算及工程造价的影响
4.1招投标文件质量对工程结算以及工程造价的影响
招投标文件是签订合同的重要基础，海洋石油工程施工合同是按照招投标文件进行签订的，招投标文件是合同的重要组成部分，因此，招投标文件的质量对后续合同的签订、施工管理、工程结算以及工程造价具有重大的影响。现今，有一定数量的海洋项目工程为了加快施工进度，同时进行施工以及设计工作，致使在海洋石油工程招标时，施工图纸还没有完成，图纸的设计深度不能够满足海洋石油工程的招标需求，工程清单以及工作范围缺少合理依据，会使招标单位的海洋石油工程清单不明确，文件中存在漏项的问题，这一系列的问题会导致价格确认不合理，无法有效控制工程造价，另外，招标文件当中的工作范围是依照施工图纸制定的，是业主同中标单位签订合同的具体依据，也是工程结算的依据，部分施工单位无法出示工程清单以及相关技术说明，这会影响整体施工效果。因此，招标文件的内容质量对工程结算以及工程造价具有很大的影响。
4.2合同的不同模式对工程结算以及工程造价的影响
规定总价的合同条款一旦确定，通常不会允许对合同价格进行调整，由施工的一方对海洋石油工程总量以及价格等风险进行承担。按照以往的实际经验来看，虽然固定总价合同对业主具有很大的益处，但并不是所有的海洋石油工程项目都适用于签订总价固定合同。固定总价需要以固定内容以及明确的工作范围作为基础，在海洋石油工程项目规模较大、周期较长以及设计不深入的情况之下，采用总价固定模式是不合适的。在海洋石油工程项目不明确以及不可控制的因素较多时，应用该种合同模式会导致海洋石油工程量错算，造成严重的经济损失，所以，在该种情况之下，无法有效地执行合同条款，使合同的约束作用降低，进而使其流于形式，对海洋石油工程的工程结算以及工程造价有很大影响。
4.3合同的签订过程对工程结算以及工程造价的影响
首先，海洋石油工程合同是按照招标文件进行签订的，许多业主方在海洋石油工程的招标阶段时间较为紧张，没有重视招标文件的重要作用，在签订合同的过程中，随意更改合同当中的重要条款，这种做法已经违反了我国招标以及投标的相关规定。其次，部分单位利用评标的价格取标价格，使工程造价得以增加。为了保证评标过程的公平合理性，针对投标价格中漏项以及缺项问题，评委要按照评标规则对其进行调整，在一般状况下，投标方在工程清单中没有填写相关报价，签订合同之后执行投标报价，不予以调整，施工单位要为自身的失误付出代价。最后，合同当中没有对施工界面进行合理划分，会导致工程造价有所增加，合同中对施工单位的工作范围以及施工界面划分不明确，使各个施工单位相互推诿责任，给海洋石油工程的施工管理造成困难。
4.4合同条款变更对工程结算以及工程造价的影响
合同条款变更不明确以及海洋石油工程施工的过程中没有严格执行合同条款规定，会使海洋石油工程在结算时产生纠纷。随着详细设计及加工设计的深入，海洋石油工程项目施工的过程当中会产生形式变更，而对于规模大、周期较长以及技术复杂的海洋石油工程项目，变更的量会更大一些。另外，由于工程总体设计不完善，合同没有明确的规定工作范围也会增加变更概率，同时海洋石油工程的变更量会直接影响整体的工程造价。
篇（4）
主管单位：
主办单位：中海石油研究中心
出版周期：
出版地址：
语
种：
开
本：
国际刊号：1673-1506
国内刊号：11-5339/TE
邮发代号：
发行范围：
创刊时间：1989
期刊收录：
核心期刊：
期刊荣誉：
中科双百期刊
联系方式
期刊简介
《中国海上油气》是由中国海洋石油总公司主管、中海石油研究中心主办的石油及天然气科学综合性技术期刊（双月刊、国内外公开发行，刊号：CN 11-5339/TE），重点报道我国海洋石油和天然气科学的重大研究成果，主要栏目有油气勘探、油气田开发、钻采工程及海洋石油工程。《中国海上油气》的前身为《中国海上油气（地质）》和《中国海上油气（工程）》，分别创刊于1987年和1989年。《中国海上油气》是《中文核心期刊要目总览》（2008年版）核心期刊，已被“联合国《水科学与渔业文摘》”、《中国海洋文献数据库》、《中国学术期刊综合评价数据库》、《中文科技期刊数据库》、《中国科技论文与引文数据库》、《中国核心期刊（遴选）数据库》、《中国期刊网》、《中国学术期刊（光盘版）》、《中国石油文摘》、《中国地质文摘》等近20个数据库或刊物收录。 《中国海上油气》的前身为《中国海上油气(地质)》与《中国海上油气(工程)》。 《中国海上油气(地质)》与《中国海上油气(工程)》分别创刊于1987年和1989年。《中国海上油气（地质）》1992年获全国优秀科技期刊评比二等奖;曾多次被评为河北省优秀科技期刊：2002年获全国第二届国家期刊奖百种重点期刊。《中国海上油气(工程)》曾被评为天津市一级期刊。两刊于2001年同时进入“中国期刊方阵”,位于“双百”和“双效”层面。 《中国海上油气(地质)》与《中国海上油气(工程)》己被“联合国《水科学与渔业文摘》”、《中国海洋文献数据库》、《中国学术期刊综合评价数据库》、《中文科技期刊数据库》、《中国科技论文与引文数据库》、《中国核心期刊(遴选)数据库》、《中国期刊网》、《中国学术期刊(光盘版)》、《中国石油文摘》、《中国地质文摘》等近20个数据库或刊物收录或列为核心期刊。
主要栏目：
油气勘探
油气田开发
钻采工程
海洋工程
获奖情况
篇（5）
1 海上钻井发展及现状
1.1 海上钻井可及水深方面的发展历程
正规的海上石油工业始于20世纪40年代，此后用了近20年的时间实现了在水深100m的区域钻井并生产油气，又用了20多年达到水深近2000m的海域钻井，而最近几年钻井作业已进入水深3000m的区域。图1显示了海洋钻井可及水深的变化趋势。20世纪70年代以后深水海域的钻井迅速发展起来。在短短的几年内深水的定义发生了很大变化。最初水深超过200m的井就称为深水井;1998年“深水”的界限从200m扩展到300m，第十七届世界石油大会上将深海水域石油勘探开发以水深分为:400m以下水域为常规水深作业，水深400~1500m为深水作业，大于1500m则称为超深水作业;而现在大部分人已将500m作为“深水”的界限。
1.2海上移动式钻井装置世界拥有量变化状况
自20世纪50年代初第一座自升式钻井平台“德朗1号”建立以来，海上移动式钻井装置增长很快，图2显示了海上移动式钻井装置世界拥有量变化趋势。1986年巅峰时海上移动式钻井装置拥有量达到750座左右。1986年世界油价暴跌5成，海洋石油勘探一蹶不振，持续了很长时间，新建的海上移动式钻井装置几乎没有。由于出售流失和改装(钻井平台改装为采油平台)，其数量逐年减少。1996年为567座，其中自升式平台357座，半潜式平台132座，钻井船63座，坐底式平台15座。此后逐渐走出低谷，至2010年，全世界海上可移动钻井装置共有800多座，主要分布在墨西哥湾、西非、北海、拉丁美洲、中东等海域，其中自升式钻井平台510座，半潜式钻井平台280座，钻井船(包括驳船)130艘，钻井装置的使用率在83%左右。目前，海上装置的使用率已达86%。
2我国海洋石油钻井装备产业状况
我国油气开发装备技术在引进、消化、吸收、再创新以及国产化方面取得了长足进步。
2.1建造技术比较成熟海洋石油钻井平台是钻井设备立足海上的基础。从1970年至今，国内共建造移动式钻采平台53座，已经退役7座，在用46座。目前我国在海洋石油装备建造方面技术已经日趋成熟，有国内外多个平台、船体的建造经验，已成为浮式生产储油装置(FPSO)的设计、制造和实际应用大国，在此领域，我国总体技术水平已达到世界先进水平。
2.2部分配套设备性能稳定海洋钻井平台配套设备设计制造技术与陆上钻井装备类似，但在配置、可靠性及自动化程度等方面都比陆上钻井装备要求更苛刻。国内在电驱动钻机、钻井泵及井控设备等研制方面技术比较成熟，可以满足7000m以内海洋石油钻井开发生产需求。宝石机械、南阳二机厂等设备配套厂有着丰富的海洋石油钻井设备制造经验，其产品完全可以满足海洋石油钻井工况的需要。
2.3深海油气开发装备研制进入新阶段目前，我国海洋油气资源的开发仍主要集中在200m水深以内的近海海域，尚不具备超过500m深水作业的能力。随着海洋石油开发技术的进步，深海油气开发已成为海洋石油工业的重要部分。向深水区域推进的主要原因是由于浅水区域能源有限，满足不了能源需求的快速增长需求，另外，随着钻井技术的创新和发展，已经能够在许多恶劣条件下开展深水钻井。虽然我国在深海油气开发方面距世界先进水平还存在较大差距，但我国的深水油气开发技术已经迈出了可喜的一步，为今后走向深海奠定了基础。
3海洋石油钻井平台技术特点
3.1作业范围广且质量要求高
移动式钻井平台(船)不是在固定海域作业，应适应移位、不同海域、不同水深、不同方位的作业。移位、就位、生产作业、风暴自存等复杂作业工况对钻井平台(船)提出很高的质量要求。如半潜式钻井平台工作水深达1 500~3 500 m，而且要适应高海况持续作业、13级风浪时不解脱等高标准要求。
3.2使用寿命长，可靠性指标高
高可靠性主要体现在:①强度要求高。永久系泊在海上，除了要经受风、浪、流的作用外，还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境力的作用;②疲劳寿命要求高。一般要求25~40 a不进坞维修，因此对结构防腐、高应力区结构型式以及焊接工艺等提出了更高要求;③建造工艺要求高。为了保证海洋工程的质量，采用了高强度或特殊钢材(包括Z向钢材、大厚度板材和管材);④生产管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上运输、海上安装甚为复杂，生产管理明显地高于常规船舶。
3.3安全要求高
由于海洋石油工程装置所产生的海损事故十分严重，随着海洋油气开发向深海区域发展、海上安全与技术规范条款的变化、海上生产和生活水准的提高等因素变化，对海洋油气开发装备的安全性能要求大大提高，特别是对包括设计与要求、火灾与消防及环保设计等HSE的贯彻执行更加严格。
3.4学科多，技术复杂
海洋石油钻井平台的结构设计与分析涉及了海洋环境、流体动力学、结构力学、土力学、钢结构、船舶技术等多门学科。因此，只有运用当代造船技术、卫星定位与电子计算机技术、现代机电与液压技术、现代环保与防腐蚀技术等先进的综合性科学技术，方能有效解决海洋石油开发在海洋中定位、建立海上固定平台或深海浮动式平台的泊位、浮动状态的海上钻井、完井、油气水分离处理、废水排放和海上油气的储存、输送等一系列难题。
4海洋石油钻井平台技术发展
世界范围内的海洋石油钻井平台发展已有上百年的历史，深海石油钻井平台研发热潮兴起于20世纪80年代末，虽然至今仅有20多年历史，但技术创新层出不穷，海洋油气开发的水深得到突飞猛进的发展。
4.1自升式平台载荷不断增大
自升式平台发展特点和趋势是:采用高强度钢以提高平台可变载荷与平台自重比，提高平台排水量与平台自重比和提高平台工作水深与平台自重比率;增大甲板的可变载荷，甲板空间和作业的安全可靠性，全天候工作能力和较长的自持能力;采用悬臂式钻井和先进的桩腿升降设备、钻井设备和发电设备。
4.2多功能半潜式平台集成能力增强
具有钻井、修井能力和适应多海底井和卫星井的采油需要，具有宽阔的甲板空间，平台上具有油、气、水生产处理装置以及相应的立管系统、动力系统、辅助生产系统及生产控制中心等。
4.3新型技术FPSO成为开发商的首选
海上油田的开发愈来愈多地采用FPSO装置，该装置主要面向大型化、深水及极区发展。FPSO在甲板上密布了各种生产设备和管路，并与井口平台的管线连接，设有特殊的系泊系统、火炬塔等复杂设备，整船技术复杂，价格远远高出同吨位油船。它除了具有很强的抗风浪能力、投资低、见效快、可以转移重复使用等优点外，还具有储油能力大，并可以将采集的油气进行油水气分离，处理含油污水、发电、供热、原油产品的储存和外输等功能，被誉为“海上加工厂”，已成为当今海上石油开发的主流方式。
4.4更大提升能力和钻深能力的钻机将得到研发和使用
由于钻井工作向深水推移，有的需在海底以下5000~6000m或更深的地层打钻，有的为了节约钻采平台的建造安装费用，需以平台为中心进行钻采，将其半径从通常的3000m扩大至4000~5000m，乃至更远，还有的需提升大直径钻杆(168·3mm)、深水大型隔水管和大型深孔管等，因此发展更大提升能力的海洋石油钻机将成为发展趋势。
篇（6）
1 海上钻井发展及现状
1.1 海上钻井可及水深方面的发展历程
正规的海上石油工业始于20世纪40年代,此后用了近20年的时间实现了在水深100m的区域钻井并生产油气,又用了20多年达到水深近2000m的海域钻井,而最近几年钻井作业已进入水深3000m的区域。图1显示了海洋钻井可及水深的变化趋势。20世纪70年代以后深水海域的钻井迅速发展起来。在短短的几年内深水的定义发生了很大变化。最初水深超过200m的井就称为深水井;1998年“深水”的界限从200m扩展到300m,第十七届世界石油大会上将深海水域石油勘探开发以水深分为:400m以下水域为常规水深作业,水深400~1500m为深水作业,大于1500m则称为超深水作业;而现在大部分人已将500m作为“深水”的界限。
1.2海上移动式钻井装置世界拥有量变化状况
自20世纪50年代初第一座自升式钻井平台“德朗1号”建立以来,海上移动式钻井装置增长很快,图2显示了海上移动式钻井装置世界拥有量变化趋势。1986年巅峰时海上移动式钻井装置拥有量达到750座左右。1986年世界油价暴跌5成,海洋石油勘探一蹶不振,持续了很长时间,新建的海上移动式钻井装置几乎没有。由于出售流失和改装(钻井平台改装为采油平台),其数量逐年减少。1996年为567座,其中自升式平台357座,半潜式平台132座,钻井船63座,坐底式平台15座。此后逐渐走出低谷,至2010年,全世界海上可移动钻井装置共有800多座,主要分布在墨西哥湾、西非、北海、拉丁美洲、中东等海域,其中自升式钻井平台510座,半潜式钻井平台280座,钻井船(包括驳船)130艘,钻井装置的使用率在83%左右。目前,海上装置的使用率已达86%。
2我国海洋石油钻井装备产业状况
我国油气开发装备技术在引进、消化、吸收、再创新以及国产化方面取得了长足进步。
2.1建造技术比较成熟海洋石油钻井平台是钻井设备立足海上的基础。从1970年至今,国内共建造移动式钻采平台53座,已经退役7座,在用46座。目前我国在海洋石油装备建造方面技术已经日趋成熟,有国内外多个平台、船体的建造经验,已成为浮式生产储油装置(fpso)的设计、制造和实际应用大国,在此领域,我国总体技术水平已达到世界先进水平。
2.2部分配套设备性能稳定海洋钻井平台配套设备设计制造技术与陆上钻井装备类似,但在配置、可靠性及自动化程度等方面都比陆上钻井装备要求更苛刻。国内在电驱动钻机、钻井泵及井控设备等研制方面技术比较成熟,可以满足7000m以内海洋石油钻井开发生产需求。宝石机械、南阳二机厂等设备配套厂有着丰富的海洋石油钻井设备制造经验,其产品完全可以满足海洋石油钻井工况的需要。
2.3深海油气开发装备研制进入新阶段目前,我国海洋油气资源的开发仍主要集中在200m水深以内的近海海域,尚不具备超过500m深水作业的能力。随着海洋石油开发技术的进步,深海油气开发已成为海洋石油工业的重要部分。向深水区域推进的主要原因是由于浅水区域能源有限,满足不了能源需求的快速增长需求,另外,随着钻井技术的创新和发展,已经能够在许多恶劣条件下开展深水钻井。虽然我国在深海油气开发方面距世界先进水平还存在较大差距,但我国的深水油气开发技术已经迈出了可喜的一步,为今后走向深海奠定了基础。
3海洋石油钻井平台技术特点
3.1作业范围广且质量要求高
移动式钻井平台(船)不是在固定海域作业,应适应移位、不同海域、不同水深、不同方位的作业。移位、就位、生产作业、风暴自存等复杂作业工况对钻井平台(船)提出很高的质量要求。如半潜式钻井平台工作水深达1 500~3 500 m,而且要适应高海况持续作业、13级风浪时不解脱等高标准要求。
3.2使用寿命长,可靠性指标高
高可靠性主要体现在:①强度要求高。永久系泊在海上,除了要经受风、浪、流的作用外,还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境力的作用;②疲劳寿命要求高。一般要求25~40 a不进坞维修,因此对结构防腐、高应力区结构型式以及焊接工艺等提出了更高要求;③建造工艺要求高。为了保证海洋工程的质量,采用了高强度或特殊钢材(包括z向钢材、大厚度板材和管材);④生产管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上运输、海上安装甚为复杂,生产管理明显地高于常规船舶。
3.3安全要求高
由于海洋石油工程装置所产生的海损事故十分严重,随着海洋油气开发向深海区域发展、海上安全与技术规范条款的变化、海上生产和生活水准的提高等因素变化,对海洋油气开发装备的安全性能要求大大提高,特别是对包括设计与要求、火灾与消防及环保设计等hse的贯彻执行更加严格。
3.4学科多,技术复杂
海洋石油钻井平台的结构设计与分析涉及了海洋环境、流体动力学、结构力学、土力学、钢结构、船舶技术等多门学科。因此,只有运用当代造船技术、卫星定位与电子计算机技术、现代机电与液压技术、现代环保与防腐蚀技术等先进的综合性科学技术,方能有效解决海洋石油开发在海洋中定位、建立海上固定平台或深海浮动式平台的泊位、浮动状态的海上钻井、完井、油气水分离处理、废水排放和海上油气的储存、输送等一系列难题。
4海洋石油钻井平台技术发展
世界范围内的海洋石油钻井平台发展已有上百年的历史,深海石油钻井平台研发热潮兴起于20世纪80年代末,虽然至今仅有20多年历史,但技术创新层出不穷,海洋油气开发的水深得到突飞猛进的发展。
4.1自升式平台载荷不断增大
自升式平台发展特点和趋势是:采用高强度钢以提高平台可变载荷与平台自重比,提高平台排水量与平台自重比和提高平台工作水深与平台自重比率;增大甲板的可变载荷,甲板空间和作业的安全可靠性,全天候工作能力和较长的自持能力;采用悬臂式钻井和先进的桩腿升降设备、钻井设备和发电设备。
4.2多功能半潜式平台集成能力增强
具有钻井、修井能力和适应多海底井和卫星井的采油需要,具有宽阔的甲板空间,平台上具有油、气、水生产处理装置以及相应的立管系统、动力系统、辅助生产系统及生产控制中心等。
4.3新型技术fpso成为开发商的首选
海上油田的开发愈来愈多地采用fpso装置,该装置主要面向大型化、深水及极区发展。fpso在甲板上密布了各种生产设备和管路,并与井口平台的管线连接,设有特殊的系泊系统、火炬塔等复杂设备,整船技术复杂,价格远远高出同吨位油船。它除了具有很强的抗风浪能力、投资低、见效快、可以转移重复使用等优点外,还具有储油能力大,并可以将采集的油气进行油水气分离,处理含油污水、发电、供热、原油产品的储存和外输等功能,被誉为“海上加工厂”,已成为当今海上石油开发的主流方式。
4.4更大提升能力和钻深能力的钻机将得到研发和使用
由于钻井工作向深水推移,有的需在海底以下5000~6000m或更深的地层打钻,有的为了节约钻采平台的建造安装费用,需以平台为中心进行钻采,将其半径从通常的3000m扩大至4000~5000m,乃至更远,还有的需提升大直径钻杆(168·3mm)、深水大型隔水管和大型深孔管等,因此发展更大提升能力的海洋石油钻机将成为发展趋势。
篇（7）
通过详细介绍仿生学在石油工程领域的发展现状，提出了石油工程仿生学的概念，指出了建立石油工程仿生学的必要性，概括了石油工程仿生学的特点和研究方法，并梳理了其发展趋势。目前，仿生学在钻井、管道、井筒等领域取得了实质性进展。未来石油工程仿生学研究应遵循科学的研究方法，按生物原型阶段、数学模型阶段和工程实现阶段循序渐进地加深研究成果，尽可能避免模仿的复杂性；同时加强在模仿中的创造与创新。石油工程仿生学发展应以生产中的技术需求为根本出发点，以改善现有的或创造崭新的技术系统为目的，有层次、分阶段地开展应用研究，在功能材料、表面性能、信息获取与处理、工程实现等方面为关键技术问题的突破提供创新性解决方案和技术手段，经知识积累、成果转化和工业化应用3个阶段，逐渐形成涵盖勘探、开发、工程的仿生技术体系。
关键词：
仿生学；石油工程仿生学；仿生技术体系；材料仿生；表面仿生；信息仿生；工程仿生
为了适应环境、延续生命，自然界中的生物经过亿万年的进化和优胜劣汰，造就了近乎完美的结构、形态和功能。五彩缤纷的自然界一直是人类产生各种技术思想和发明创造灵感的不竭源泉，从千百年前模仿蜘蛛织网发明渔网，到近代模仿鸟类飞翔发明飞机，再到21世纪模仿鲨鱼皮结构发明鲨鱼皮泳衣，人类一直在向大自然学习，利用仿生原理和思想推动技术进步，对仿生学的使用也从无意识向有意识转变。仿生学是研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学［1］。自仿生学诞生到20世纪末，科研工作者经过几十年的探索，逐步加深了对仿生学的认识和理解，初步掌握了仿生学研究方法，完成了基础知识的积累。进入21世纪，仿生学的思维和方法迅速渗透到各个学科和行业，研究成果大量涌现，根据发表科学论文数量推断，这一阶段的成果占了总数量的近90％。在这一时期，仿生学在石油工程中也出现了应用案例，不仅利用仿生学理论解决了钻井、管道防护等技术难题，并且对石油工业的技术创新理念和思维也产生了日益重要的影响。本文介绍了仿生学在石油工程领域的一些重要研究成果，在对仿生学在石油工程领域发展历程深入分析的基础上，提出了建立石油工程仿生学的必要性，并概括了石油工程仿生学的研究特点和方法，梳理了其发展方向。
1仿生学在石油工程领域的应用现状
仿生学的本质是模拟生命系统，其学科结合和行业结合的特点促进了优秀的仿生研究成果从科学研究走向生产实践，最终投入实际应用。仿生学和石油工程的交叉在钻井、管道、井筒、油藏等领域也产生了一些研究成果。
1．1钻井领域
1．1．1仿生钻井液井壁稳定问题一直是困扰国内外钻井的难题，水平井比直井的井壁失稳问题更加突出［2］。中国石油大学（北京）根据海洋生物贻贝足丝蛋白的超强黏附能力，研制了仿生强固壁钻井液体系［3］。该技术在聚合物主链上接枝类似贻贝足丝蛋白中的一种关键基团，合成类似贻贝蛋白质的水溶性聚合物。仿生钻井液体系在岩石表面自发固化形成致密且具有黏附性的“仿生壳”，起到维持井壁稳定的作用。试验井现场钻井试验表明，该仿生钻井液体系在抑制钻屑分散、稳定井壁、携屑等方面效果显著［4］。此外，模仿细菌结构开发了含仿生绒囊的钻井液［5］，在钻井过程中无需固相即可暂堵漏失储层。目前，仿生绒囊钻井液已在煤层气欠平衡钻井、空气钻井、防漏堵漏、快速钻进等方面发挥了作用。
1．1．2仿生PDC钻头机械钻速与使用寿命是衡量钻头性能的两个重要指标［6］，聚晶金刚石复合片（PDC）钻头因其出色的切削岩石速度和较长的使用寿命已成为最常用的破岩工具之一。然而，常规PDC钻头依然存在金刚石与硬质合金结合力不足、防黏效果不明显、磨损较快等缺点，为此，吉林大学开展了仿生钻头研究工作，研发的仿生钻头已从最初的单一功能仿生，发展到目前的耦合仿生，钻头性能也由单一的减黏脱附发展到减阻、耐磨、切削效率等指标的综合提升［7－9］。仿生耦合PDC钻头借鉴了竹子中纤维素和木质素的分布方式，牙齿中有机／无机2种不同材料的梯度复合形式，树木的年轮排布，贝壳表面的非光滑形态，以及蝼蛄前足的快速挖掘特点等多种生物特性，并将其进行耦合设计，如图1所示。现场试验表明，仿生耦合PDC钻头比常规PDC钻头钻进速度提高1．5倍，缩短了施工周期，降低了钻井成本。
1．2管道防护
1．2．1仿生水草海底防冲刷技术海底管道是海上石油输送上岸的主要方式［10］，然而，海底复杂流场所引起的海底冲刷造成了管道悬空，给海洋采油安全和海洋环保带来重大风险。由于常规水下抛石、砂包堆垒、混凝土沉排垫等方法效果不理想，中国石油大学（华东）和中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司提出了一种模拟海草黏滞阻尼作用的仿生水草海底防冲刷技术［11，12］，原理如图2所示。当海底水流经过仿生水草时，其流速降低，减小了对海床的冲刷；同时，仿生水草促进海流携沙的沉降淤积，逐渐形成被仿生水草加强的海底沙洲，达到了埋管目的。现场试验表明，防冲刷仿生水草施工1年后泥沙淤积厚度达20～50cm，防护效果良好。该技术在海管悬空治理中得到了大范围推广应用。
1．2．2仿生血小板管道修复技术英国Brinker公司模仿血小板在伤口处凝结的原理，开发了一种管道修复技术［13］。在管道流体中加入Platelets微粒，当其流至裂缝处时，流体压力迫使其进入裂缝，达到阻止泄漏的目的，如图3所示。该技术已应用在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输管道上，为管道安全运行发挥了重要作用。
1．3井筒领域
1．3．1仿生泡沫金属防砂技术中国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，开采过程中必须采取防砂措施。根据骨松质的三维立体结构，提出了一种仿生泡沫金属防砂技术［14］。泡沫金属内部为三维孔隙结构［图4（a）］，砂体进入孔隙后沉积在其中，但流通孔道不会被堵死，实现了常规平面防砂到三维立体防砂的转变［图4（b）］。基于仿生泡沫金属的复合防砂管［图4（c）］，由不同孔隙度的多个泡沫金属防砂层、导流层、保护层等组成，该结构不仅扩大了防砂的粒径范围，还保障了防砂管的渗流能力和结构强度。目前，已发展出防砂粒径0．15mm、0．25mm、0．35mm的系列化仿生泡沫金属防砂工具，在油田应用5口井，对于出砂严重的井，防砂效果显著，大幅延长了检泵周期。
1．3．2仿生非光滑表面膨胀锥技术膨胀管作业过程中，膨胀锥与膨胀管内壁间存在巨大的摩擦阻力。为了降低摩擦阻力，提高膨胀锥的耐磨损性能，以穿山甲为仿生对象，模拟其体表的高强度保护鳞片结构，研发了仿生非光滑表面膨胀锥［15］（图5）。仿生膨胀锥变径段采用激光刻蚀、超音速火焰喷涂、离子束沉积等方式进行表面织构蚀刻以及表面硬质涂层涂覆。仿生膨胀锥在中国石油大庆油田进行了4井次的现场试验，结果表明，与传统胀锥相比，仿生膨胀锥降低膨胀压力15％以上，表面无明显磨损痕迹，延长了使用寿命，降低了作业风险。
1．3．3仿生振动波通讯技术自然界中，沙蝎、大象等动物能感受由固体介质即大地所传导的振动波，据此进行信息传递。受此启发，研发了一种仿生振动通讯技术［16］，该技术在井口安装大功率振动信号发生器作为波源，油管或套管为传输介质，将振动信号传输到井下，井下工具接收到振动信号并进行解调处理，实现地面和井下无线传输，技术原理和振动信号发生器如图6所示。
1．4油藏领域纳米机器人是仿生信息感知和传递的典型代表。纳米级机器人随着注入流体进入油藏中，记录分析油藏压力、温度以及流体形态，并将这些信息储存在随身内存中，之后纳米级机器人从产出流体中被分选出来，进而提供了在油藏旅途中提取的重要信息。沙特石油公司已经对纳米机器人的尺寸进行了评估，对加瓦尔油田阿拉伯－D油藏中的850块岩心进行了分析，得到了孔隙－喉道尺寸分布图，大多数孔隙喉道尺寸大于5μm。为了避免桥堵，纳米机器人的尺寸应为孔隙喉道的约1／4。目前，纳米颗粒注入试验以及软件模拟等工作已在进行中［17－19］。此外，国内外近年来提出了仿生形状记忆聚合物材料（ShapeMemoryPolymer，简称SMP）［20，21］，利用SMP材料能够在转变温度控制下随意变形的特性，设计了结构简单、座封可控的仿生封隔器，座封过程不受井下流体性质影响，胶筒尺寸可定制，并且通过调节SMP的转变温度，可适应不同井下温度，以满足不同井深条件下的完井需求。除了硬件，还出现了“软性”仿生研究成果。例如，中国科学院王守觉院士提出了“仿生模式识别”的概念，将传统模式识别的“区分”事物转变为“认识”事物，使之更接近人类“认识”事物的特性［22］。石油工作者将这一理论应用到了油气管道工况识别中，在样本较少的情况下取得了较高的识别准确率［23］。
2石油工程仿生学发展展望
目前，仿生学虽然已经在石油工程领域取得了一定的研究成果，有些甚至已经在油田现场试验，但仿生学与石油工业的结合依然只是“星星之火”，没有达到燎原之势。为了系统、全面地推动仿生学与石油工程的融合，向自然界寻找推动石油工业进步的灵感和启发，2009年中国石油勘探开发研究院成立了中国第一个石油工程仿生研究部门，开展仿生学在石油工程中的应用研究。
2．1建立石油工程仿生学的必要性经过几年探索，笔者所在的石油工程仿生研究部门开展了仿生泡沫金属防砂、非光滑表面、仿生振动波传输等多项研究，取得了阶段性成果，部分已进入现场应用阶段。总体来说，通过专项研究迅速找到了石油工程和仿生学的结合点，并从最初的研究思路转化为研究成果，成功应用于石油工程现场，解决了油田技术需求。这充分说明了开展石油工程和仿生学的结合研究是合理的、可行的，从长远来看，建立“石油工程仿生学”是非常有必要的。“石油工程仿生学”是借鉴生物系统的结构、原理、功能等特征为石油工程技术难题提供解决方案的应用科学。建立“石油工程仿生学”意味着更加系统地开展仿生学在石油工程领域的应用研究，有利于更有针对性地发掘石油工程的仿生创新源头，有利于更有目的性地开展仿生基础研究，有利于加速仿生学科研成果的应用转化，有利于仿生学思维和方法在石油工程领域的普及与传播，以点带面，促进石油工程与仿生学的全面结合。
2．2石油工程仿生学的研究特点石油仿生学研究可以分为3个阶段：生物原型阶段，数学模型阶段和工程实现阶段。首先研究生物某种功能的实现机制和结构特点；然后研究并简化其结构，抽象出物理模型，进而建立数学模型；最后采用技术手段，制备实物模型，实现对生物系统的工程模拟［24，25］。仿生学作为前沿领域，研究成果大多属探索类，注重理论性和超前性，而石油工程作为应用行业，以现场需求为驱动力，更加注重科研成果的实用性和推广性。因此，在科研实践中，石油工程仿生学应以满足生产中的技术需求为根本出发点，以改善现有的或创造崭新的技术系统为目的，有层次、分阶段地进行单元仿生或多元耦合（协同）仿生［26］研究。同时，石油工程仿生学在模仿生物的特性或功能时，要尽可能避免模仿的复杂性，要在模仿中创造（创新），研究成果与仿生原型并不一定完全相同，以期最快地解决生产实践难题，然后循序渐进地加深研究成果的仿生特性，由研究成果实用化向仿生最优化分阶段推进。根据这一特点，确定了石油工程仿生学研究和应用的2种主要方式：①需求驱动型，在石油工业的科研和生产实践中提出技术问题或功能需求，有针对性寻找并借鉴生物的同类或相似功能，经过可行性研究后开展仿生学三阶段研究工作；②源头驱动型，加强与世界仿生学研究机构之间的交流与合作，密切关注仿生学或生命科学研究的最新成果，找准其与石油工业技术需求的结合点，开展应用研究。笔者研究团队的研究成果充分体现了石油工程仿生学研究特点的适用性，验证了研究方法的合理性与可行性。例如，泡沫金属研发之初采用泡沫镍作为基材，虽然在技术上具有明显优势，但高昂的价格阻碍了推广应用，为此，继续开展研发工作，开发出不锈钢泡沫技术，使其具有了推广应用的条件；仿生非光滑表面膨胀锥技术则是充分借鉴了其他研究机构的成果，优化改进之后应用于膨胀锥，不仅解决了油田生产难题，还促进了仿生研究成果的应用转化；仿生振动波通讯技术则是在原理上借鉴了动物的通讯方式，但在实现过程中通过大幅提高信号发射强度的方式避免了高灵敏度、小信号接收器开发的复杂性，从而在最短时间内实现生产井指令由地面到井下的无线传输。
2．3石油工程仿生学的发展方向
随着石油工程仿生学系统性研究的启动，研究内容体现出了明显的方向性，但研究的深度和广度依然不足。根据石油工业的技术现状、需求和特点，以及仿生学的整体发展水平，未来石油工程仿生学应注重材料仿生、表面仿生、信息仿生和工程仿生4个方面的系统性研究，以点带面，形成涵盖勘探、开发、工程的仿生技术体系。
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学原理设计和制造具有生物功能，甚至是具有真正生物活性的材料。石油工程领域的材料仿生主要分为2类：①在机械、电学、化学、物理等方面具有仿生特性的主体材料，此类材料或在宏观上体现出明显的仿生特征，或通过外场刺激可调控其分子的长度、结构、化学组成、表面形貌等，进而调控材料性能，如轻质高强材料、仿生记忆材料、压电材料、可降解材料等，该类仿生材料主要用来替代石油工业中常用的钢铁、橡胶、陶瓷等，作为其核心功能部件，或作为传感器敏感元件，大幅提升现有材料、工具以及传感器的性能指标；②具有强化、修复、、保护等作用的微观仿生材料，提高现有制剂性能、界面结合效果等，此类仿生材料多以添加剂的方式应用。
2．3．2表面仿生自然界许多生物体的表面结构是非光滑的，无论是陆地、海洋或是天空中的生物，其表面的不同形貌往往都是为适应不同的生活环境经过长期进化而来的，而表面仿生是在仿生对象表面实现类似生物的表面结构，从而表现出更好的表面性能。未来，石油领域的表面仿生多是对机械部件表面进行处理，重点应集中在仿生非光滑表面和仿生浸润性两个方面。加强对不同生物功能表面结构的研究和模仿，将仿生非光滑功能表面应用到大量处于恶劣环境中的设备、管线、平台中，提高运动组件的减阻、耐磨、脱附等性能，以及非动组件的防腐、防垢等特性，延长装备寿命，提高作业效率，降低安全风险；对材料表面进行仿生浸润性处理，使其具有自清洁、亲油、疏油、亲水、疏水等不同浸润性特征组合，从而衍生出新的功能特性。目前正在利用表面仿生技术对前文提到的仿生泡沫金属进行处理，利用低温等离子体表面处理技术，在泡沫金属表面涂覆一层厚度为30～40nm的聚全氟烷基硅氧烷薄膜，使其具有新的表面浸润性特征，根据需要实现疏水、亲水、疏油、亲油等不同特性组合，在工矿、石化、冶金、机械、环保等领域具有广泛的应用前景［27］。
2．3．3信息仿生信息仿生主要是对生物信息获取、大数据处理以及生物间信息沟通、协同等特性的模拟与实现。石油工程领域的信息仿生主要可分为2类：①借鉴生物在信息感知和传递方面的特性，研制新型传感或信息传递装置，提高信号采集的精度、广度及适用范围，此类信息仿生技术可用于油田生产数据的精确采集，以及信息的高效传递，从而提高油田生产状态的实时监测与控制水平；②在信息处理方面借鉴生物的大数据处理机理和方法，提高大数据处理能力和智能化水平，建立决策机制，并将其应用在地震解释、油藏认识、开发方案制定以及油田综合管理等方面，促进油田勘探开发高效运行。
2．3．4工程仿生目前，工程仿生是对生物某种功能的模仿，注重仿生功能的实现，不强调机理相似：①对生物功能的模仿和实现，此类仿生多是受某种生物功能启发，注重结构相似或生物功能的工程实现，体现生物功能的智能性，并能够满足生产实践需求。目前，石油工程领域的控制方式正在由传统的机械方式向自动化和智能化方向转变，在这一转变过程中引入工程仿生，不仅能够优化功能结构和控制方式，还能够促进功能拓展，提高作业效率和便捷化程度。②材料仿生、表面仿生、信息仿生等方面的工程实践方法。现有的诸多仿生学研究成果还局限在实验室环境，在其向工业应用转化的过程中，一方面要解决成果本身的适用性问题，另一方面需要具备切实可行的工程实践手段。
2．4发展展望石油工程与仿生学的结合依然处于初级阶段，大多数研究成果为“形似”仿生。随着生命科学研究水平的提高以及技术手段的完备，生命科学从生物结构、功能、特性等研究，逐渐深入到生命活动规律、发育规律、生命本质、生物之间和生物与环境之间的相互关系等研究。生命科学的发展加深了对生命本质的认识，不仅能够拓宽石油工程仿生研究的广度，更加深了研究深度；反之，石油工程仿生学的发展也使得人们在具体的科研实践中深化了对生物本身及其活动的理解，进一步促进生命科学研究，并将研究成果有形化［28］。此外，电子、材料、控制等学科的技术进步也将促使石油工程仿生研究成果越来越“神似”。石油工程仿生学未来发展大概可以分为3个阶段，即知识积累、成果转化和工业化应用（图7）。2020年前，为知识积累阶段，任何一个学科领域的发展，都需要长期的知识积累，其中既包括仿生学基础理论知识的积累与储备，也包括石油工程仿生学研究人才和研究方法的积累，这一阶段要不断加深对仿生学本质的认识与理解，探索并逐渐形成石油工业与仿生学的结合模式；2020年到2025年为成果转化阶段，对实验室研究成果进行简化和鲁棒研究，使之在性能或功能上能够满足现场应用的要求，形成基本完备的工程实现技术和手段；2025年后，部分研究成果在生产、成本、效率、能耗、作业工艺等方面能够满足大规模工业化应用的要求。2008年提出的仿生井概念是未来石油工程仿生发展的集中体现［17］，代表了未来石油工程仿生研究成果的高度融合。未来的油井会像植物一样“生长”，像植物寻找土壤中湿润的地方一样寻找油气，一旦钻好垂直井（种植井）后，井将会“按自己的方式生长”。一个智能的分支会延伸到一块含油区域，一旦该区域水淹后，就将这个分支“砍掉”，并在另一个含油区域“长出”另一个分支，如此反复。
篇（8）
1 卫星波高数据验证
海上自然破坏力的90%来自海浪，大浪对航船、海洋工程具有很强的破坏性。了解中国近海海域的海浪状况，不仅有利于海洋防灾减灾，还可以为海洋开发和海上军事活动提供可靠的保障。
目前海浪区域气候研究主要基于海浪模式输出资料、大气模式再分析资料以及卫星高度计的波高数据等。本文比较了多个国际机构校准的沿轨数据集，发现欧洲空间局（ESA）GlobWave项目下法国海洋开发所Queffeulou等建立的数据集[1]，时间跨度长（1991-2015年），卫星数量多（9颗星，见图1a），时空覆盖上都优于以往的数据集。
由于卫星反演模式参数确定过程中没有中国海上的实测数据，因此使用该数据集之前需要将该数据集与中国近海实测数据进行对比分析。收集到中国近海28个浮标（见图1b）每30分钟平均波高数据，筛选与浮标所在位置的距离小于20km的同期卫星30分钟平均波高，对比分析结果表明：浮标波高与卫星波高的相关系数为0.91～0.99，均方根误差绝大部分为0.09～0.34m，浮标减卫星的波高差平均值绝大多数为-0.06m～-0.29m；各海区验证结果略有差异，其中相关系数在东海至南海北部最大达0.97，黄渤海和长江口外海区略小，分别为0.947和0.948，表明多源高度计波高数据集与中国近海浮标观测有较高的一致性，可用于中国近海波浪研究。
2 中国近海海浪气候特征
使用法国海洋开发所建立的多源高度计波高数据分析了中国近海平均有效波高和100年一遇有效波高。
2.1 中国近海平均有效波高的时空分布特征
图2为多年平均有效波高分布图，中国近海有效波高为0.6～2.2m，高值区主要分布在东海东南部、台湾海峡以及南海东北部，年平均值达2～2.4m。南海西部和南部、东海西北部平均有效波高为1.4～1.8m，黄海和渤海有效波高较小，在0.6～1.2m之间。
大部分海域的有效波高都具有明显的季节变化特征，冬季和秋季的波高明显高于春季和夏季，冬季的平均波高最大达2.6m，而春夏季平均波高基本在1.8m以下。台湾岛-吕宋岛以东和南海东北部的大浪区域的位置随着季节而变化：夏季和秋季的高值区北移至15°N以北，与台风活动有关；冬季有效波高的高值区南移至20°N以南，春季则表现出过渡季节的特征。
2.2 100年一遇波浪极值分布特征
在海洋工程设计过程中需要100年、50年一遇波浪极值，评估未来若干年内工程所在区域可能遇到的极端波浪荷载。在多年一遇极值计算过程中，通常应至少由30年以上的年最大值组成样本序列，采用Gumbel或Weibull等常规概率分布模型进行计算。由于多源卫星波浪资料只有23年，采用常规方法因观测年代短而使得计算结果不稳定或失真，为此本文使用适应风暴随机事件的Poisson-Gumbel[2，3]联合概率分布进行计算，得到了1°×1°网格点100年一遇波浪值。
中国近海及毗邻海域100年一遇有效波高最大的区域位于琉球群岛东南的西北太平洋海域，约9～12m；其次是东海海域至南海东北部海域，约7～11m（见图3）；长江口至渤海最小4～6m。；中国近岸最大的海域为广东东部和浙江南部，约7～8m，其原因是这两个海域受台风影响最严重。
基金项目：本论文由2010DFA62830课题资助
参考文献
[1] Queffeulou P， Croizé-Fillon D. Global altimeter SWH data set-June 2014[J].
Laboratoired'Ocèanograp-hieSpatiale， IFREMER，ftp：//ftp.ifremer.fr/ifremer/cersat/products/
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
近些年来随着海洋资源的开发和海洋科学研究的日益深入，水下机器人-机械手系统是水下作业的一个重要组成部分，除了用于水下的观测勘察作业外，水下机器人-机械手还被用于完成采集样本；水下设施的建造和维护；铺设水下管道和维修等相对繁琐的一些工作。然而由于水下环境复杂多变，ROV在航行和作业中必然会遇到各种各样的情况，特别是在作业时要保证作业的准确性和作业时ROV不受损坏，它的动力学问题的研究将会使水下机器人-机械手系统的作业能力提高，为人类开发海洋资源提供更多的支持，因此这个领域的研究是非常重要的。
目前对水下机械手水动力学模型的研究采用的是理论和实验的相结合的方法。McLain[1，2]等运用力矩传感器测量、原理计算分析以及流动显示这些方法综合应用，对只有一个关节水下机器人机械手系统进行了水动力学的研究。Leabourne[3]以MacLain等人的成果为基础，讨论了有两个自由度的机械手的水动力学建模问题。Tarn[4]等建立了配备有机械手的潜水器的动力学模型，并应用 Kane 法求解。该模型将外力其中包括水动力施加到了模型中。Shen[5]等使用了浸入边界法数值求解纳维-斯托克斯方程，计算在水中物体移动时所受的水动力。在国内主要有华中科技大学的肖治琥，徐国华[6]在流干扰下的水下机械手动力学模型分析，运用Lagrange方程和Morison公式对水下机械手的动力学的理论分析。王华[7]等应用切片理论的方法，研究了水下机械手的手指动力学特性，并应用Matlab软件的Simulink模块建立了仿真模型，研究了无水流影响的水下环境中的机械手手指的动力学特性。
1 动力学模型建立
1.1机械手参数
本文以美国Schilling公司的Orion7型七功能机械手为研究对象，该机械手结构由多关节串联组成为6自由度串联，机械手相关参数如表1所示[8]。
。
本文的连杆所在的坐标系位置都是在各个坐标系的坐标轴上。当连杆在坐标系的X轴正方向时，，此时的，，。同理当连杆在坐标系的Y轴正方向时，，此时的，，。当连杆在坐标系的Z轴正方向时，，此时的，，。
3.2Morison方程拖拽力系数计算
Morison方程中Cd、Cm均为实验值，此系数依赖于雷诺数，物体表面粗糙度，KC数等。不过在设计中一般考虑危险性最大或者受力最大的情况。因此选择受力最大时候的Cd数值作为本文的计算系数本文采用Fluent流体力学分析软件计算该值[14]。
由于深水水温较低，所以深水水的粘度值比常温下的粘度值要大，因此选择Pa・s=0.0015，流速选择0.2m/s，如图4示是主要的区域尺寸，长方形最左侧竖直边为水流的入口出，中间的截面是ROV七功能机械手大臂的截面形状。在研究Cd数时本文选择了横截面的最大物体的几何限度处作为来流的垂直受力面。这样可以得到最大的Cd值，计算得知左右。
图4 区域尺寸示意图
Fig. 4 Schematic diagram of regional dimension
4七功能机械手动力学解算
4.1动力学模型校核
为了验证动力学模型的准确性，在不考虑水流的影响下，本文通过利用Matlab机器人工具箱与自编的Fortran程序结算的力矩曲线图进行对比，本文选择角度从初始位置移动到一下角度，，，，，。如图5所示。
图5 各关节驱动力矩变化曲线对比
Fig. 5 Comparisons of ankle drive torque curves
如图5所示，用Matlab机器人工具箱与自编的Fortran程序结算的力矩曲线图进行了对比，在数值和曲线趋势上基本一致，从而验证了模型的准确性，图中关节1的驱动力矩较小这是因为关节1的布置和其他关节不同，只有它一个关节为左右摆动关节，所以它在没有水流影响下不克服重力，所以数值较小；关节2、关节3和关节5需要克服机械手的自身重力所以力矩值较大；关节4和关节6主要作用是改变机械手姿势用的是液压马达，所以力矩值较小，特别是关节6基本趋近于0。
4.2 水流影响下动力学研究
假定环境水流为定常流流速为0.1m/s，方向沿惯性坐标系X轴正方向。所得驱动力矩曲线如图6所示。
图6 各关节驱动力矩变化曲线（考虑海流）
Fig. 6 Comparisons of ankle drive torque curves （incorporates current）
从图6中可以看出关节1和关节6的驱动力矩与无海流的驱动力矩相比较变化不大，这是因为水流的来流方向沿着X轴的正方向，产生的力矩主要是在Y轴的方向，所以关节1的驱动力矩影响较小，力矩基本不变；关节6的驱动力矩因为是沿着机械手末端手抓的轴向，所以只有手抓自身的旋转会对其产生影响，水流的产生的附加力矩只会对坐标系6的X轴和Y轴产生力矩；关节2、关节3和关节5的驱动力矩变化较大，这是因为考虑了水流和自身运动的影响；关节4的驱动力矩变化也很大，这是因为关节4的转动改变了手抓的空间位置，使其和之前的各个关节不出在一个平面内这样关节4收到的力矩变大是因为手抓受到水流的冲击在关节4的转动方向上产生了附加力矩。
4结语
本文采用了理论分析和计算机仿真的方法，针对美国Schilling 公司的Orion7型号机械手，建立了深水ROV作业机械手的理论模型，计算结果表明机械手在深水中水流的影响下关节2、关节3和关节5的驱动力矩变化较大，在设计和施工作业中人们应当给予特殊考虑。
参考文献：
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[9]John J. Craig著.机器人学导论[M].北京：机械工业出版社，2006：49-53.
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[14]曹雍，谢莉.风沙流中沙粒拖曳力系数研究[J].中国沙漠，2011，31（3）：593-596.
作者简介：
尹汉军（1973―），男，汉族，山东青岛人，硕士研究生，高级工程师，1997年本科毕业于大连理工大学，2005年研究生毕业于天津大学，现就职于海洋石油工程股份有限公司，主要从事海洋工程结构设计与项目管理。
宋磊（1981― ），男，汉族，山东济南人，博士研究生，讲师，2013年毕业于哈尔滨工程大学船舶工程学院，现于哈尔滨工程大学船舶工程学院，主要研究方向：船舶与海洋工程仿真。
篇（10）
1. 数据集成服务系统
1.1数据集成服务系统(DTS)的发展历史及现状
DTS 是英文Data Totalization Service 的缩写，意思是数据集成服务。DTS集成了数据采集、数据传输、数据处理、数据仓库等多项技术，使用了最先进的互联网技术，把信息技术与传统的石油勘探开发进行了有机的结合。DTS 数据集成起源于1999 年中海技服承担的国家863 钻井液技术集成项目，经过不断地开发，最后形成了功能强大的集成化数据服务。
目前DTS服务已经成功地推广到渤海五号的QHD作业区、渤海十号的SZ作业区及南海四号的W作业区，并成功地将数据实时地显示到中海石油有限公司的各个地区公司。
1.2 DTS的系统结构
DTS对作业现场的数据集成后实时地传输到下设在陆地的数据库服务器，然后由数据中心进行分析处理, 分析处理的结果则及时地反馈给作业现场，同时利用网络技术分发给网上的各远程终端。
DTS系统结构如图1.1
图1.1 DTS系统结构图
（注1：在此进行动态平衡处理整个系统的作业任务，使系统负载处于优化状态。）
由图1.1可以看出：DTS的油田远程勘探、开发数据集成服务系统主要由三部分构成：现场采集装置；传输装置；各种地质、工程资料装置。
该系统集成了油田开发过程中钻井、完井、油藏测试等各个阶段的现场数据，形成了完善的钻完井信息管理系统。通过数据集成服务，不仅有助于后方基地的决策，而且可以实现作业过程的远程监控及现场数据资源的二次开发。其成功的应用，改变了传统的管理模式和工作方法，对安全、优质、高效、低耗、低污染的石油勘探开发提供了有力的技术支持。
DTS系统把各种现场数据采集设备采集的数据通过卫星与总部数据库与其它各种终端进行传输，在这个庞大的传输系统中不可避免地要遇到分布式系统几乎全部要遇到的瓶颈问题―――即整个系统的负载平衡、系统容错问题。
2． 系统容错和负载平衡技术概述
2.1 概念
系统的容错和平衡负载是大型分布式系统中的两个重要的概念。在分布式系统中，相对客户端无需知道中间层应用服务器的确切位置，所以中间层应用服务器出错所造成的危害往往是致命的。但是，如果多个执行相同任务的服务器同时工作，系统在某个服务器发生故障后能将当前服务器中的任务切换到另一台正常工作的服务器，这将实现系统的自动容错功能。同样，如果能将大量的任务平均分配到多个执行相同服务的服务器， 这将平衡服务器的负载，减少系统等待时间，提高整个系统的效率。
2.2 特点
(1)当某台应用服务器发生故障时，原先连接到该应用服务器的相对终端可以立刻连接到其它提供相同服务的应用服务器，并继续相互进行作业，这就是所谓的容错能力。
(2)断点续传功能：这种机制能够有效地避免数据传输或保存的冗余重复。
(3)能够根据系统的不同负荷，动态分配数据传输链路连接，不至于有的相对终端负载过重，有的相对终端负载相对过轻，使所有的相对终端的负载达到一个平衡。这就是所谓的负载平衡能力。
3． 系统容错和负载平衡技术的实现
Delphi提供了一个TSimpleObjectBroker组件，该组件提供了基本的容错能力和负载平衡能力，通过对此组件编程来实现系统的平衡负载和自动容错功能。
3.1容错能力的实现
TSimpleObjectBroker组件能维护一个能够执行应用服务器的机器列表，并且提供其中的机器名给TDCOMConnection或TSocketconnection作为连接的远程机器的名称。当TDCOMConnection或TSocketconnection连接的主机出 现故障时，TDCOMConnection或TSocketconnection可以从TSimpleObjectBroker取得一个新的能够执行应用程序服务器的远程机器名称，然后再连接到这台新机器以取得应用程序服务器的的服务。
3.2暂存数据的实现
TClientDataSet组件提供了两个方法SavetoFile和LoadFromFile。当所有的应用程序服务器都发生了故障，或是数据库服务器发生了故障，调用SaveToFile方法把ClientDataSet中所有的数据包括在相对客户端更新的数据保存到一个文件中，然后在应用程序服务器或是数据库服务器恢复正常后再执行相对客户端应用程序，调用LoadFromFile方法加载先前存储的数据到ClientDataSet中，再调用ApplyUpdates方法把相对客户端更新的数据更新回数据库中。
3.3 负载平衡能力的实现
要让分布式多层结构提供负载平衡能力，只需TSimpleObjectBroker的LoadBalanced属性设为True就可以提供简单的负载平衡能力。
3.4 断点续传的实现
现场数据集成系统将采集并经过处理的数据按照某种协议进行分割打包成一个个经过编码的数据元，在以经过编码的数据元为单位的数据传输过程中如发生中断，系统的断点续传功能将自动记载先前进行数据传输IP地址、主机号及数据传输发生中断时断点数据元的编码，当恢复数据传输后系统从数据传输发生中断时的断点开始进行数据传输。这样就避免因数据重复传输而造成的数据冗余。
4． 结束语
远程数据集成系统不能只是现场数据的简单再现。未来的数据集成系统还要从以下几个方面加以发展：
（1）、围绕需求在充分利用井场信息，收集整理井场其它资料以充实数据来源，在此基础上完成多种资料的数字化、规范远程传输的数据格式和内容。
（2）、编制适合不同需要、丰富高效的客户端软件。
（3）、要充分利用实时数据资料，充分利用已有的软件，加快开发急需的事故诊断、专业分析、工程评价等应用软件，不断提高生产管理者的决策水平。
参考文献:
[1]．宋永强．油田数据集成服务系统简介．中国海洋石油总公司技术服务公司(2001.3)
[2]．姜洪．张希等．数据库技术．国防工业出版社
[3]. 李标．Internet技术在石油工业中的应用．中国海洋石油出版社
[4]．罗昌隆．油田远程勘探、开发数据集成服务系统．石油工业出版社
[5]. 陈彦林 王晓宁. 开发安全稳固的分布式多层应用系统. 中国航天科技集
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关键词：摆式发电， MATLAB，波压积分，受力分析
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
进入21世纪可持续发展愈来愈受到重视，可再生能源的利用是可持续发展的重要支撑。由于海洋能在可再生能源中的利用占据了非常重的位置，其中波浪能又是海洋能中的翘楚，利用前景广阔，近年来利用波浪能发电装置愈来愈多的研制并投入使用。在此我们将对摆式波浪发电装置摆板受力情况进行研究。
经过调研和研究我们在计算中采用波压积分法对固定摆板的受力计算分析，研究对其受力变化产生的影响因素。为后期的摆式发电装置的优化设计提供数据支持。
1.波浪力计算公式
半经验公式莫里森方程存在局限性其只适用于大型圆柱结构物[1]，但是对于板式结构物则需要通过波压力沿板结构表面积分方法计算。其计算公式为：
式中，为波浪力沿x方向的分量，N；p为板结构两侧压力差，Pa；为板结构没入水中的深度，m；为波面高度，m；z为摆板上任一点z坐标值，m。波压力和波面高度由波浪理论确定。
由线性波浪理论，波面方程可假设呈余弦方式，即
（1―1）
式中，a为波动振幅，k为波数，为波浪圆频率。
线性波中，波压强分布，由微幅波假定，忽略二阶项，相对压强为：
（1―2）
上式中第一项为静水压力项；第二项为动压力，其中，为压力响应系数。在z=0处取最大值1，在底部取最小值。式（1―2）只对静水面以下成立，要求静水面以上的压力，可采用Tayor展开，设坐标原点在静水面上，静水面以上任一点z1的压力为：
（1―3）
2.数学模型
数学模型在实验室模型[2]基础上以1：1的比例构建，实验室水槽及实验装置如图1所示。水槽尺度：，实验板结构尺寸：。坐标如图所示，原点为摆板和静水面交线和水槽静水面中线交点。
图1 数学模型图
3.数值计算
根据上述波压公式，得板结构的波浪力公式：
当时，即板结构处波面低于静水面，
当时，即板结构处波面高于静水面，
利用MATLAB自编程序，分别计算改变周期、波高、摆板入水深度及水深的情况下的四组波浪力数值。根据计算水深为中水深 [4]。
3.1波浪周期对波浪力的影响
保持波高水深及摆板入水(静水时)深度不变。按照图2所示分别改变周期的大小，得到如下结果。由于计算得到的波浪力时间变化曲线都是正弦曲线[2]，而正弦曲线的有效数值是与最值和幅值相关的，故在此我们只需分析波浪的最大正负值和幅值即可。
图2周期改变时波浪力曲线
通过图2中计算结果以及波浪力变化趋势，可以看到，在保持波高、入水深度和水深恒定的情况下，固定摆板的波浪力随波浪周期增大而增大。
3.2波浪波高对波浪力的影响
在只改变波高的情况下，由图3中计算结果和曲线可知，波高的变化对于固定摆板受到的波浪力影响显著，波高增大时摆板受到的波浪力也增大。
图3波高改变时波浪力曲线
3.3 摆轴和静水面的距离对波浪力的影响
图4摆轴静水面距离改变时波浪力变化曲线
只改变摆轴和静水面距离时得到摆板受到波浪力及变化如图4，可知随摆板处静水面和摆轴的距离增大而增大，但影响幅度较小。
3.3摆板入水深度对波浪力的影响
保持T、H以及水深d即摆轴到静水面距离不变，改变入水深度。
图5摆板不同入水深度时波浪力曲线
在波浪参数以及水深不变的情况下，摆板入水深度即端部到静水面的距离的改变对摆板受波浪力影响较大，随着入水深度的增大波浪力成线性增大。
4.结论
本文通过建立数学模型，利用波压积分法，计算出摆板在不同情况下的受力，研究了波浪周期、波高、摆轴到静水面的距离以及摆板入水深度等四个因素对波浪力的影响，其中波浪力随周期和摆板入水深度的增大近似线性增大，随波高增大而增大，而摆轴到静水面距离的变化对波浪力影响很小，几乎没有。该计算结果与试验结果[3]相吻合对于之后进行的摆式波浪发电装置的受力分析提供了参考。由于本文在计算中未考虑线性波的伸缩变化[4]，数据存在一定的误差。
参考文献：
[1] 王涛，尹宝树等．海洋工程．山东教育出版社．2004．
