[01529480]智能型深海石油平台井口成套装备关键技术及工业化应用

项目背景： 我国油气资源短缺,中石油报告显示2016年我国石油对外依存度达65%,远超国际安全警戒线50%。深海油气作为我国能源结构和“蓝色经济”的关键组成部分,深海开发刻不容缓。但深海开采是个多环节串联的系统工程,在千米水深、承受海流、风浪、潮汐、海冰、海水腐蚀等影响的环境下作业,作业条件恶劣,开采难度很大,这对深海油气资源钻探开采和生产装备提出了很高的要求,其装备产业链主要包括3大环节：装备设计、装备总装建造和配套设备,其中价格分布方面,装备设计约占5%,装备总装建造约占40%,而配套设备占比高达55%。981海洋平台的成功研制标志着我国具备了深海资源开发装备和能力,但原有与之相关的配套设备存在承载力小、材料性能低、可操作性和智能化程度低、平台适应性弱、一体化服务能力弱等问题,导致我国油气开发仍主要集中在水深500米以内的近海海域,深海油气开发能力尚未获得有效突破,究其原因：尚未掌握深海油气开采平台井口智能成套装备的先进设计与制造技术。 井口智能装备是集机、电、液、控于一体的海洋石油钻井平台的核心装备,是海洋平台上石油管柱（钻杆、钻铤、套管、油管）及钻具的提升、上扣、卸扣、悬吊、卡持整套动作的成套装备,主要由液压吊卡、液压卡瓦、铁钻工、排管装置和小修装置组成。该项目从深海能源开发的国家安全战略出发,针对深海油气开采平台配套的井口智能设备瓶颈问题开展研究,在可靠轻量化稳性结构设计、海工新材料、制造技术与工艺、工装和成形设备、全功能智能集成和一体化精细作业服务等方面获得了创新性成果。成功制造出具有自主知识产权的井口智能成套装备,并进行了系列化研发与产业化,整体技术居于国际先进地位。 主要技术内容和技术创新 1.可靠稳态轻量化结构设计：针对传统井口装备结构承载力低和安全性低的突出问题,创新设计出阶梯卸载等稳态结构,实现了超大吨位井口成套装备轻量化（减重10%）和可靠作业（井口装备服役寿命从1年提高至3年）,破解了轻量化和承载力之间的矛盾。为油气开采一体化增值服务提供了技术支持,是目前国际上最大的井口成套装备,成功在981等深海钻井平台上应用。 2.高强韧海洋装备用钢制备及应用：开发了超纯冶炼、微合金化和热处理协同的组织精控技术,实现了多相微观组织的精确调控,制备出高洁净、均匀的高强韧海洋装备用钢,成功解决了井口成套装备的材料自给需求;采用超短程热处理工艺的关键部件性能超过国外同类产品水平,抗拉强度达900MPa（高出国际标准31%）,屈服强度达780MPa（高出44%）,断面收缩率40%（高出60%）;自主研发的性能测试系统为井口装备提供了安全保障。 3.先进成形制造工艺和设备：发明了智能液压模锻和工艺优化、井口装备功效表面（无损式牙板、密封件和模具等）的形貌主动设计方法和工艺、模具”分区异构“的可控制造技术、模锻工艺优化、自创“单脉冲同点间隔多次”工艺、首台激光表面宏/微织构制造和强化装备等先进制造技术。该技术的应用可以实现模具延寿（从8000次提高至16103次）和油管服役寿命提升（1年提升至5年）。为我国重大海工配套装备一体化建造提供了关键技术支撑。 4.动态监测技术与智能控制：系统集成视觉监测、液压控制、健康监控、故障识别和无线传感技术,研发了井口成套装备动态监测技术与智能控制系统,实现了井口装备的智能化及与主系统的有机集成。通过微型传感和无线收发技术,实现了与钻井平台主系统的无缝对接和井口装备的智能化无人作业。 产生的经济和社会效益、对行业的影响、推广前景 该项目围绕油气开采平台井口配套装备从机械化、单一化、陆地用到深海用、自动化、精细化和智能化开发的紧迫需求,攻克可靠轻量化稳性结构设计和精细作业保障及服务、高强韧海洋装备用钢制备、先进成形制造工艺和激光制造装备等关键问题,形成深海油气开采平台井口智能成套装备设计与制造技术。与国外先进井口成套装备相比：本装备承载力1000t,工模具寿命提高2倍（达16103次）,可以实现零密封,材料性能高于API SPEC 7K标准,井口装备服役寿命3年,油管服役寿命提高5倍,可以安全使用5年。 研究成果在加拿大、里海、美国及中东国家等第五代、第六代钻井平台上的井口成套装备中应用,并成功配套我国981深海钻井平台。项目产品不仅在陆地（中原、川庆等油田）和近海油气平台上广泛应用,而且将海洋作业深度从500m提高到3000m以上,显著提高了我国油气开采配套装备的自主化水平,标志着我国深海油气开采成套装备设计制造水平的重大突破,有力助推了国家深海能源开发战略和国家能源安全战略。2010年以来进行了系列化研发与推广,国际市场占有率大于15%,国内占有率大于50%,整体技术水平居于国际先进水平。项目实施近3年新增销售50.46亿,利润3.25亿元。 取得的知识产权 授权发明专利26件,实用新型专利12件,制订行业标准5件,企标15件。