新颖海工装备概念设计

20.11.2　新颖海工装备概念设计

1）新一代海底油气解决方案（Subsea Solution）——油气生产水下工厂

这是挪威国家石油公司为适应在更远、更深和更冷海域，开采油气资源而提出的一项解决方案。按照这一方案开展的海底分离、气体压缩、流量保障、油藏管理和油井监测等技术均取得了较大的进展。

2）多功能模块式海洋工程组合体

为了完成一处油田的开采生产，需要建造多座不同功能（勘探、钻探、修井、生产、储卸）的平台进行工作，即需要配备多套动力系统及辅助设备。

多功能模块式海洋工程组合体（Muti－function Modular Off－shore Engineering Combined Architecture，简称MOCA）是一种基于模块式概念的新颖海洋工程装备。

（1）组成特点。“MOCA”的主体部分由两大模块构成：功能甲板模块及辅助单体模块，结构形式如图20.11－2所示。辅助单体模块可分为动力辅助单体、物资辅助单体和居住辅助单体，分别用来为组合体提供动力、储存物资及提供人员居住场所。辅助单体模块在单独工作状态下可起到海洋工程辅助船的作用，通过内置的新能源动力电站驱动喷水推进装置实现一定航速下的自航，并具备动力定位能力，可以完成拖航、起抛锚及平台供应任务。功能甲板模块是能自浮于海面、自身不带动力的巨大甲板，仅搭载有工作所需的各种作业设备。通过搭载不同设备，即可形成具有不同功能的甲板模块，如钻井模块、生产模块等。

图20.11－2　MOCA结构组成

辅助单体模块和功能甲板模块，通过设置于辅助单体模块顶部的连接模块实现两者的对接。连接模块除保证连接的可靠性外，还可作为动力、物资输送及人员通道，就像航天站的对接通道一样。

（2）工作方式。工作时，功能甲板模块由辅助单体模块拖航至工作区域，到达预定海域后，辅助单体模块解除拖航状态。通过压载自行下潜至水面以下，前进至功能甲板模块下方的适当位置，通过顶部的连接模块同功能甲板模块进行对接，组成组合体。然后，排出压载水，使辅助单体模块顶升功能甲板模块上浮，达到合适的工作气隙。此时，辅助单体模块可以提供组合体工作所需的浮力和动力定位能力。形成组合体之后，动力辅助单体中电站即可向功能甲板模块输送电力，使各设备正常运转。物资辅助单体则可通过连接模块输送如泥浆散料、水泥等工作物资，保证组合体进行作业。居住辅助单体提供的居住空间使工作人员不必占用功能甲板模块空间进行居住，可以有效地节约功能甲板模块面积，使甲板有充足空间搭载更多设备。组合体在组合状态下可进行一定距离内的航行，在一定范围的海域变换作业位置时不需拖轮辅助。

3）可燃冰开采系统

可燃冰，即天然气水化合物，燃烧后只产生水和二氧化碳。能量密度是常规天然气的2～5倍，且全球储量巨大，堪称是一种未来理想的诱人的洁净能源。在世界各海域和极地冰川均有所发现。我国南海北部海域已有发现。

美、日、俄、加拿大等国不仅在抓紧可燃冰的勘探工作，并均在加紧可燃冰开采技术及装备的研发。如日本于2005年开始进行“天然气水合物（NGH）运输船的研究开发”，并于2009年发布了成果概要报告书。其核心技术是利用NGH的颗粒在－20℃时分解率极小的特性，以固体颗粒方式在大气压条件下来运输和储存NGH，从而突破了LNG储运液货深冷设施的制约。项目研究已掌握了散装货物NGH颗粒的特性，研制了NGH颗粒连续生成的机械设备，并提出了实现NGH颗粒运输船的概念设计。

国内学者研究提出的可燃冰开采系统是在业已成熟的LNG船和FPSO技术基础上提出的。根据功能不同可燃冰开采系统由三部分组成：存储船、可燃冰开采装置和运输船，系统组成如图20.11－3所示。

图20.11－3　可燃冰开采系统图

（1）存储船。主要负责将海底输送来的甲烷气体液化后储存，为海底可燃冰开采装置提供能量并进行操纵、施放及回收，检测管路破损等工作。

存储船主要包括：开采装置操控系统，甲烷、二氧化碳、水蒸气分离系统，甲烷液化存储及液化二氧化碳存储系统，装卸货系统。

（2）海底可燃冰开采装置。负责海底信号的采集和传输、可燃冰的开采工作。

目前提出的可燃冰开采方法有热解法、降压法和液态CO₂置换法三种。图20.11－3下方显示的可燃冰开采装置就是采用置换法的可燃冰开采装置。

（3）运输船。负责将液化甲烷运输到陆地终端，并从陆地终端载运拟与甲烷置换的液化CO₂到开采海域，实际上就是一艘甲烷和液化CO₂的穿梭运输船。