海洋工程概论考试资料

1、一、海洋的区带是如何划分的，各区带蕴含哪些资源？海洋开发的内容和法律地位受所在区带的限制，一般将海洋按其分布区域化为三 个区带1、海岸带2、200m等深线以内的浅海区域或离海岸线2000mile以内的海区3、深海洋区各蕴含的资源：海岸带：1）海岸河口水域饵料丰富，是大量鱼类生长和孵化的场所，海岸带的渔业 生产在海洋捕捞业中占有重要地位。2）开发利用海岸带的石油、天然气资源是目前世界上正在发展的重要产业。 海岸带还蕴藏有大量可供开采的煤、铁、钨、锡、砂砾矿以及稀有元素矿物金红 石、金、金刚石等。3）海岸带蕴藏有潮汐能、盐差能、波浪能等可再生海洋能。200m等深线以内的浅海区域或离海岸线2000m

2、ile以内的海区：含有丰富的矿藏和海洋资源，已发现的有石油、煤、天然气、铜、铁等20 多种矿产；其中已探明的石油储量是整个地球石油储量的三分之一。也是海洋植 物和海洋动物生长发育的良好场所，生物资源丰富。深海洋区1）海底拥有大量的油气等能源，目前已有60多个国家开展了深水油气勘探， 发现了 33个储量超过5亿桶的深水巨型油田。有专家预计，未来全球油气总储量 的40%将来自水深超过400米的深海区。2）海底富含的天然气水合物又称“可燃冰”，其储量大约相当于所有煤炭 和常规石油天然气总量的3倍，是未来重要的后续能源。3）海底还沉睡着大量的多金属结核、钻结壳、硫化物、磷钙土矿等矿产。二、介绍至少两种

3、浮动式（移动式）海上钻井平台（包括主要结构、工作原理、 特点）海洋平台分固定式和移动式，固定式分桩式和重力式，移动式分浮式（船式和 半潜式）坐底式（坐底式和自升式：独立腿式和沉垫式）顺应式（牵索塔式和张力腿式）坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等30m以下的浅水域。【结构】 坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，通过尾郡开口借助悬 臂结构钻井；下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。两个船 体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。【原理】 利用其浮体（沉垫或稳定立柱）灌水下沉，用几个立柱支承固定高度的

4、上层平台 进行作业，当作业完成后，排除浮体（潜体）中的水而起浮，转移到另一个作业 点。【特点】具有构造比较简单，投资较少，建造周期较短等优点半潜式钻井平台：【结构原理】大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式 钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。由平台本体、立柱和下体或浮箱组 成；平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体高 出水面一定高度，以免波浪的冲击。下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减 小波浪的扰动力。平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱 与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳性，所以又有立柱稳定式之称。半潜 式钻井平台的类型有多种，其主

5、要差别在于水下浮体的式样与数目，按下体的式 样，大体上可分为沉箱式和下体式两类。【特点】半潜式钻井平台在波浪上的运 动n向应较小，在几种钻井平台中得到很大发展，在海洋工程中，不仅可用于钻 井，其他如生产平台、铺管船，供应船、海上起重船等都可采用。随着海洋开发 逐渐由浅水向深水发展，这类平台的应用，将会日渐增多，诸如油与气的贮存， 离岸较远的海上工厂，海上电站等都将是半潜式平台的发展领域。自升式钻井平台：【结构原理】由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一 般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩 腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井

6、后平台降到海面，拔出桩腿并全部 提起，整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。中国自行制造的自升式钻井平台“渤海一 号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的高度有七十多米，升降装置是插销式液 压控制机构。【特点】该型钻井平台造价较低、工作稳定性良好、运移性好、对海底地形的 适应性强，发展较快，约占移动式钻井装置总数的1/2，因而，中国海上钻井多使用自升式 钻井平台。钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊 或动力定位系统定位。（按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、 舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式

7、和动力定位 式。）浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装， 因而能以最快的速度投入使用。钻井船的排水量从几千吨到几万吨不等，它既有普通船舶的 船型和自航能力，又可漂浮在海面上进行石油钻井。由于钻井船经常处于漂浮状态，当遇到 海上的风、浪、潮时，必然会发生倾斜、摇摆、平移和升降现象，因此钻井船的稳定性是一 个非常关键的问题。目前，海上钻井船的定位常用的是抛锚法，但该方法一般只适用于200m 以内的水深，水再深时需用一种新的自动化定位方法。三、简述半潜式钻井平台特点、工作过程和我国在该领域的发展现状海洋石油981深水半潜式钻井平台，是中国首座自主设计、建造的第六

8、代深水半 潜式钻井平台半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台。大部分浮体没于水面下的一种小水线面的 移动式钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。 此外，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接。在下体 间的连接支撑，一般都设在下体的上方，这样，当平台移位时，可使它位于水线之上，以减 小阻力；平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体高出水面 一定高度，以免波浪的冲击。下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。 平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以 保证平台

9、的稳性，所以又有立柱稳定式之称。半潜式钻井平台的类型有多种，其主要差别在 于水下浮体的式样与数目，按下体的式样，大体上可分为沉箱式和下体式两类。沉箱式是将几根立柱布置在同一个圆周上，每一根立柱下方设一个下体，称为沉箱。沉 箱的剖面有圆形、矩形、靴形。沉箱的数目，亦即立柱的数目，有三个、四个、五个不等。下体式中最常见的是两根鱼雷形的下体分列左右，每根下体上的立柱数可以有两根、三 根、四根。下体的剖面有圆形、矩形、或四角有圆弧的矩形。为了减小平台在移位时的水阻 力，将下体的首尾两端做成流线型体。最常见的是双下体型和四下体型还有环型下体式，是 用四根立柱支承平台本体，立柱下方支承于一个圆形剖面有十二

10、边的环形下体上。此种型式 根据模型试验表明耐波性较好，但阻力较大。半潜式钻井平台在深水区域作业，需依靠定位设备，一般为锚泊定位系统，常规的锚泊 定位系统通常由辐射状布置的八个锚组成，用链条或钢绳与平台连接。水深超过300500 米时，需要采用动力定位系统或深水锚泊定位系统。动力定位系统是船舶声纳系统的发展， 在这种系统统中，信号由平台发给或收自装在海底的传感器。深水锚泊系统，需用大量链条， 靠供应船运载。半潜式钻井平台由于下体都浸没在水中，其横摇与纵摇的幅值都很小。有较大影响的是 垂荡运动。由于半潜式钻井平台在波浪上的运动n向应较小，在几种钻井平台中得到很大发展，在 海洋工程中，不仅可用于钻井

11、，其他如生产平台、铺管船，供应船、海上起重船等都可采用。 随着海洋开发逐渐由浅水向深水发展，这类平台的应用，将会日渐增多，诸如油与气的贮存， 离岸较远的海上工厂，海上电站等都将是半潜式平台的发展领域。2012年2月14日，“海洋石油981”通过了广东海事局和湛江海事局联合对其进行的船 舶安全检查，作为中海油深海开发舰队的旗舰，移往南海深水油田进行勘探钻井、生产钻井、 完井和修井等现场作业。它的投入使用，对于中国进军深海海洋工程装备开发、提升深水作 业能力、实现国家能源战略、维护国家权益等具有重要的战略意义。“海洋石油981”的建成， 填补了中国在深水钻井大型装备上的空白，使我国深水油气资源的勘

12、探开发能力和大型海洋 装备建造水平跨入世界先进行列。四、简述三种不同的船舶动力推进方式的工作原理，优缺点及适用范围燃气轮机，蒸汽轮机，柴油机，电力推动，核动力蒸汽轮机【工作原理】锅炉将燃料的化学能转变成蒸汽的热能，蒸汽经过汽轮机将热能转变为 旋转机械能，汽轮机带动发电机又将机械能转变成电能。【优缺点】优点：机汽轮机与其他原动机（如燃气轮机、柴油机等）相比，具有单机功率 大，效率高，转速快，运行平稳和寿命长等特点。缺点：适能效低，能源消耗高。【用范围】火力发电厂，用它直接驱动泵、风机、压气机和船舶的螺旋桨等各种从动机 械。电热能生产和工业生产燃气轮机【工作原理】燃气轮机燃气轮机原理类似蒸气轮机，

13、主要由压气机、燃烧室和燃气 涡轮等部件组成。压气机将空气压缩送入燃烧室与燃料混和燃烧，所产生的高温高压燃气进 入燃气涡轮膨胀作功，推动叶轮转动（叶轮的转动通过机轴带动空气压缩机工作）。【优缺点】优点是：（1）单位体积功率大，结构简单，零件数量少，故障率低；（2）起动性好。 起动容易，起动后经短时间加温，即可进入大负荷工作状态；3）扭矩特性好，随转速 下降扭矩升高快。适应性系数可达2. 02. 5。可显著减少变速箱排档数目，使操纵简化；（4）发动机工作平稳，振动小。最大缺点是经济性差，燃料消耗率太高。【适用范围】普遍用在飞机发动机代替内燃机，也用做船舶、发电厂、机车的原动力。柴油机【工作原理】柴

14、油机是将热能转变为机械能的装置。将燃料喷射到柴油机的汽缸内燃烧， 依靠燃烧时燃气的膨胀来推动活塞对外做功。在汽缸内连续进行进气、压缩、工作、排气4 个冲程来完成能量转换，使活塞上下运动。又通过连杆与曲轴相连接，把活塞的直线运动转 变为曲轴的圆周运动。【优缺点】优点：压缩率高，故热效率高、燃油消耗低，并能使用廉价的柴油。储存的危险 性比汽油小，故障率低。柴油机燃烧比较充分，排出废气的有害成分少，对环境污染小。 缺点：柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比 较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机 工作粗暴，振动噪声大；柴

15、油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。【适用范围】柴油机一般用于船舶、载重汽车、工程机械、拖拉机、农用运输车、排灌及农 副产品加工机械、联合收割机等电力推进【工作原理】舰船依靠自身配备的发电装置获取电能来驱动舰船运动的推进方式【优缺点】电力推进装置的缺点在于，其效率低于发动机一螺旋桨式的直接能量转换装置 优点：1）是电力推进具有良好的经济性；2）是电力推进系统操纵性好、具有良好的安全性； 3）是电力推进系统节省空间；4）是电力推进系统噪音低；5）是采用电力推进系统有利于 船舶控制环境污染，降低排放；6）船舶采用电力推进系统后，有利于进行计算机网络管理， 有助于实现系统的自动控制，全面提升船舶信息化、

16、智能化、自动化水准。【适用范围】：汽车，电动车，轮船核动力【工作原理】当裂变材料（例如铀-235）在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热 的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力以推进舰船运 动，也可以连接发电机来产生电能。【优缺点】优点：1）核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃 料体积小，运输与储存都很方便；2）核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质 到大气中，也不产生重地球温室效应的二氧化碳；3）核能发电的成本中，燃料费用所占的 比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响。缺点：1）核能电厂会产生高低阶放射性废料，

17、或者是使用过之核燃料，具有放射线，故必 须慎重处理，防止会对生态及民众造成伤害；2）通常需要大量资金。【适用范围】军舰、核电站五、海洋新型清洁能源主要有哪些？工作原理如何，如已经商业化请举例说明 利用潮汐，海流，波浪，温差，盐度差以及太阳能和风能的利用开发1、潮汐能潮汐发电的主要的原理是利用天体引潮力导致海水发生水平流动的动能来制造电能。在 涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大 动能转化为势能；在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转化为动能。建成投产的商业用潮汐电站不多：如1）第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年 建成的法国郎斯

18、电站。斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机，涨潮、落潮都能发 电。总装机容量24万千瓦，年发电量5亿多度，输入国家电网。2）我国的江夏潮汐实验电 站，建于浙江省乐清湾北侧的江夏港，装机容量3200kW，于1980年正式投入运行。2波浪能早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置。道理很简单，就是利用波浪上下起 伏的力量，通过压缩空气，推动汲筒中的活塞往复运动而做功。1910年，法国人布索.白 拉塞克在其海滨住宅附近，建了一座气动式波浪发电站，供应其住宅1000瓦的电力。这个 电站装置的原理是：与海水相通的密闭竖管中的空气因波浪起伏而被压缩或抽空稀薄，驱动 活塞做往复运动，再转换成发电机

19、的旋转运动而发出电力。60年代，旦本研制成功用于航标灯浮体上的气动式波力发电装置。此种装置已经投入 批量生产，产品额定功率从6 0瓦到500瓦不等。产品除日本自用外，还出口，成为仅有的少 数商品化波能装备之一。该产品发电的原理就像一个倒置的打气筒，靠波浪上下往复运动的 力量吸、压空气，推动涡轮机发电。3海水温差能温差发电的基本原理就是借助一种工作介质，使表层海水中的热能向深层冷水中转移， 从而做功发电。海洋温差能发电主要采用开式和闭式两种循环系统。1930年，克劳德在古 巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站，获得了 10kW的功率。1979年，美国在夏威夷 的一艘海军驳船上安装了一座海水温差

20、发电试验台，发电功率53.6kW。1981年，日本在南 太平洋的瑙鲁岛建成了一座100kW的海水温差发电装置，1990年又在鹿几岛建起了一座北 瓦级的同类电站。温差能利用的最大困难是温差大小，能量密度低，其效率仅有3%左右，而且换热面积 大，建设费用高，目前各国仍在积极探索中。4、盐差能盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能形 态出现的海洋能。主要存在与河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利 用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源5、海流能海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可 以改

21、造成为海流能发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍，且必须放置于水下， 故海流发电存在着一系列的关键技术问题，包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的 载荷与安全性能等。此外，海流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的 不同。海流装置可以安装固定于海底，也可以安装于浮体的底部，而浮体通过锚链固定于海 上。6、风能可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方法 是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送全发电 机。新疆达坂城的风力发电场装机容量已达3300kw，是全国目前最大的风力发电场；现在世界上最大的新型风力发电机组已在夏威夷

22、岛建成运行，其风力机叶片 直径为97.5m，重144t，风轮迎风角的调整和机组的运行都由计算机控制，年发 电量达1000万kwh。六、简述世界著名的深水载人深潜器及我国在该领域的研究现状1、美国的“艾尔文号美国是较早开展载人深潜的国家之一，1964年建造“艾尔文”号载人潜水 器，最大下潜深度4500米，在1985年，它找到泰坦尼克号沉船的残骸，如今已经 进行过近5000次下潜，是当今世界上下潜次数最多的载人潜水器。不过“艾尔 文”号曾经发生过一次事故而沉入了海底，幸好没有人员伤亡。过了整整一年之 后，它才被打捞上来。2、法国的“鹦鹉螺”号法国的“鹦鹉螺号”建造时间：1985年；下潜深度：600

23、0米；水下时长：暂 缺。“鹦鹉螺”号潜水器最大下潜深度可达6000米，累计下潜了 1500多次，完成 过多金属结合区域，深海海底生态等调查，以及沉船、有害废料等搜索任务。3、日本的“深海6500号日本的“深海6500号”建造时间：1989年；下潜深度：6527米；水下时长： 8小时。曾下潜到6527米深的海底，创造了作业型载人潜水器深潜的新纪录。它 已对6500米深的海洋斜坡和大断层进行了调查，并对地震、海啸等进行了研究， 已经下潜了 1000多次。影片日本沉没中曾多次出现该艇。4、俄罗斯的“和平一号”和“和平二号”“和平一号”建造时间：1987年；潜水深度：6000米；水下时长：17至20

24、小时；俄罗斯是目前世界上拥有载人潜水器最多的国家，比较著名的是1987年建 成的“和平一号”和“和平二号”两艘6000米级潜水器。带有十二套检测深海环 境参数和海底地貌设备，最大的特点就是能源比较充足，它可以在水下呆17至20 个小时，泰坦尼克的电影里面很多镜头就是用“和平一号”和“和平二号 探测的镜头。5、中国的“蛟龙”号“蛟龙号载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载 人潜水器，设计最大下潜深度为7000米级，也是目前世界上下潜能力最深的作 业型载人潜水器。“蛟龙号可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用，不 过距离地球海洋已知的最深处马里亚纳海沟底部的10,911米仍

25、有相当距离，对 于我国开发利用深海的资源有着重要的意义。我国在深水载人深潜器领域的研究现状与某些探险型潜水器不同，我国蛟龙号深海探测器不是单纯追求深度数字， 其主要任务是深海科研和作业。当然，由于中国的深潜研究相比国外要晚50年， 虽然现在蛟龙号已经取得比较好的成绩，但也只是在用现在的技术与三四十年前 的别国技术相比，而且优势也不算明显，目前蛟龙号只是深潜实验，而且是初试 水，技术还没完全成熟，接下来水下时长以及稳定性的考验还等待着我们。七、我国海洋工程装备发展现状从不同类型的研究现状进行阐述：1、海洋油气资源开发装备3、海洋浮体结构2、其他海洋资源开发装备物从具体设备进行阐述：1、深水半潜式

26、钻井平台2、深水钻井浮船等钻井装备3、浮（船）式生产储油卸油系统（FPSO）4、半潜式生产平台系统（含张力腿平台生产系统）5、自升式平台生产系统6、驳船式生产系统等移动式海上采油生产装备7、浮式起重机8、铺管船等从不同类型的研究现状进行阐述：随着国内外海洋装备需求的增长，我国海洋工程装 备制造业抓住市场高峰期的战略机遇，承接了一批具有较大影响力的订单，实现了快速发展， 能力也明显提升。特别是近几年，我国先后自主设计建造了国内水深最大的近海导管架固定 式平台，国内最大、设计最先进的30吨浮式生产储油轮装置FPSO，当代先进自升式钻井 平台，具有国际先进水平的3000米深水半潜式平台等一批先进的海

27、洋工程装备。1前海洋油气开发（特别是深水和超深水油气资源勘探开发）已经成为世界油气开采的 重点领域，海洋石油开发推动海洋工程装备行业发展。在一个供大于求的需求经济时代，企 业成功的关键就在于，是否能够在需求尚未形成之时就牢牢的锁定并捕捉到它。那些成功的 公司往往都会倾尽毕生的精力及资源搜寻产业的当前需求、潜在需求以及新的需求！ 3 随着 海洋工程装备行业竞争的不断加剧，大型海工装备企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国 内优秀的海工装备生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需 求趋势变化的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的海工装备品牌迅速崛起，逐渐成为 海工装备行业中

28、的翘楚世界海洋工程装备的概况。我们讲一下世界海洋的格局，找到我们自己的发展方向，海洋工程装备指海洋工程的 勘探、开采加工、储运管理及后勤服务等大型工程装备和辅助性的装备，但是目前把开发装 备认为是主体，世界海洋油气工程装备设计与制造的格局，目前全球主要海洋工程装备建造 商集中在新加坡、韩国、美国及欧洲等国家，新加坡和韩国以建造中深和浅水域平台为主， 目前也在向深水海域发展。美国和欧洲等国则以研发和建造深水超深水的平台装备为核心。 目前我们划分三个阵营，第一个阵营主要是欧美的公司，它垄断着海洋工程装备的开发设计， 工程总包和关键配套设备的供货。第二个阵营是韩国和新加坡，在总装制造领域快速发展，

29、而且占有一席之地，我国还是在制造一些低端的产品，因此我们处在第三阵营。中国海洋工程装备现状我国海岸线18,400km，综合评估我国海域共有油气资源量350400亿吨石油当量。但 开采程度和平均探明率相对较低，深海油气开发技术和装备远落后于世界先进国家，缺少必 要的深海油气资源钻探、开采和生产装备。整个南海的石油地质储量大致在230亿300亿 吨之间，约占中国资源总量的1/3。国家发改委已组织中石油、中石化、中海油共同研究深 海海洋油气开发技术。据悉中石油已获批准在南海12万平方公里的海域进行勘探，中海油 也已获准在南海7万多平方公里的海域勘探开发。中石化则主要开发东海油气资源，可以预 期中国万里海疆将出现海洋油气开发的高潮。中国近海蕴