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深海环境的特点范文1
挺进深海成为战略方向
近30年来，世界海上油气开发的重要特点在于：
一是由老区走向更加广阔的新区，主要分布于发展中国家和地区，例如巴西海上、西非海上、包括中国在内的亚太地区、地中海东部和东非海域等，当然还有发达地区的澳大利亚大陆架、格林兰岛海域以及北极海域等。
二是世界海上油气勘探开发由浅海走向深海，即从300/500米之内走向300/500-1500米的深水，甚至3000米的超深水地区。目前，深水油气勘探前景被看好，深海石油产量已经占海上石油产量的23%。预计到2020年这一比例将进一步提升到30%以上。
挺进深海给世界诸多启示
首先，以上趋势说明石油是可以不断被发现的化石能源，这是笔者在新著《石油啊，石油》中阐述的石油三大属性中的第一个基本属性。人类挺进深海再次说明，60年前美国著名地质家普拉特有关找油的哲学，依然激励着人类不断探索利用能源资源的新空间和新领域，使人们对不可再生的化石能源的开发利用有了更加深入和全面的理解。走向深海是全球油气发现的必然结果，是高新科技进步的结果，更是全球特别是海洋国家追求自身经济可持续发展的必然要求。
其次，走向深海是当今世界油气工业由常规资源走向非常规资源，从陆地走向海洋的一个不可逆转的趋势。BP墨西哥湾深海钻井平台的漏油事件并没有阻碍人类进军深海的步伐。今后5年海上油气勘探开发投资规模为2500亿-3000亿美元，几乎是全球勘探开发预算的一半。这足以说明各国对开拓资源新边疆和未来的战略关注及实际行动。
第三，挺进深海也说明了，人类利用深海资源的认识和能力在逐步提升，从而带动了海洋特别是深海科技的重大突破和管理能力的发展。人们对深海资源有了更多的认识、开发和保护。
第四，深海资源是人类开发海洋资源、开展竞争合作的新领域，大大开拓了人类合作的智慧和利益。目前，越来越多的国家进入海洋油气资源开发特别是深海和盐下资源开发。目前深海是美国“能源独立战略”的一个重要依靠，也是巴西石油产量翻番的希望。许多国家为了开发海洋油气资源，还实行了竞争性的开放合作政策。为了占领未来的世界能源高地，国际石油公司纷纷投资海洋油气业务，例如埃克森公司每年保持近100亿美元，巴西国家石油公司未来两三年将保持300亿-400亿美元的投资。围绕着海洋油气资源开发的竞赛已经展开，竞争将日益激烈。
最后，在走向深海的过程中，如果没有强大的公司实力，没有民族的科技，没有正确的战略，没有国际双边和多边的合作秩序及制度，是难以深入的，也是危险的。
中国走向深海的战略意义与现实需求
中国海洋油气开发可以追溯到上世纪50年代末，至今已有60多年的历史。但真正的发展还是1982年国家成立中国海洋石油总公司以后的30年，特别是近10年的快速发展。海洋石油981钻井平台下海，海洋石油201工程船以及地震船配套组成基本船队，为中国走向深海油气资源开发提供了关键手段和技术措施。
这一变化向外界证实，中国已经具备了向深海进军的基本手段。这是世界少有的快速高质发展的辉煌成就。近10年来，中国一半的石油产量增长来自海上。未来规模性的油气资源的希望之一在深海。目前我国的油气安全形势极为严峻。向非常规进军，向海外进军和向深海进军，是关系到未来我国油气资源可持续开发和确保油气供应安全的关键。
经过30年的发展，中国已经在浅海油气开发中形成了相对完整配套的技术、设备、人才和管理体系。“海外大庆”的建成是中国成功走向海洋油气开发的一个里程碑。但是，未来要实现稳定发展就必须挺进深海，这是我国油气安全的必然要求，也是科技、管理和人才配套的必然结果。
同时我们还要看到，进军深海不是远离公众、远离民生的高科技展示，或纯公司行动。挺进深海的成果，包括所获得的资源，对深海的认识和保护，对资源利用能力的提升和国际合作的延伸等，都将直接惠及于国民，惠及于整个民族利益和社会福祉。挺进深海需要超常规划
综合运作和稳步发展
从产业角度看，深海不是浅海的简单延伸。我们在看到浅海与深海的共性的同时，必须区别对待深海。因为，深海的技术、设备要求不同于浅海，开发、合作和发展模式也不同。深海对于环境、保险、安全和事故处理要求比浅海更高更复杂，因此深海的风险管控要求、国家调控政策、法律、环境和技术标准都与浅海不同。在此笔者建议，在产业战略和政策制定上，不妨把深海作为类似非常规资源开发来对待，必须以新的眼光和认识，更加理智、科学地看待和规划深海发展。
中海油是我国挺进深海的主力军，是国家在海洋油气领域发展成为海洋大国的重要力量。但笔者认为，向深海进军，应是全民意志和有关部门共同的努力方向，不能局限于中海油，不能局限于国内，不能局限于石油产业。
不能局限于中海油是因为，深海开发是一个庞大的系统工程，涉及许多传统和新型产业，因此必须建立深海产业体系；不能局限于国内是因为，深海是一个全球性的资源和全球性的课题，中国必须也已经开始参与全球深海开发；不能局限于石油产业是因为，深海石油开发是一个复杂的政治经济关系，必须成为国家行为，综合运作。
中海油提出了“四个大庆”（即分别在海上、海外、LNG和深海取得5000万吨的油气产量）的规划，以及在2020年和2030年实现“二次跨越”的战略部署。笔者认为“四个大庆”的难点在“深海大庆”，“二次跨越”的关键部分也在深海产业链和能力建设。为此，必须特别谨慎地看待、小心规划和科学地论证，必须认真学结国际石油巨头的发展经验。
虽然海洋油气开发具有快采的要求，但是，我国的深海开采才刚刚起步，不可盲目追求速度、规模和产量目标，必须切实配套具备深海设备、技术、人才和公司的战略，将深海开发列为我国新一轮对外开放与合作的重点。总之，稳步发展是关键。
深海环境的特点范文2
关键词：海洋；石油；工程；技术；现状；发展；
中图分类号：P618.13 文献标识码： A 文章编号：
引言
随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾将日益突出。中国从1993年开始，原油供应量追不上市场需求，因而从石油出口国变为石油进口国。去年我国的原油进口量已达到9000万吨，石油已成为我国的稀缺能源。为满足国民经济和社会发展的需要，我国“十五”期间将进一步加强石油天然气资源的勘探，增加后备储量，扭转探明储量入不敷出和石油产量徘徊的局面。
一、海洋石油工程行业现状
国际上，海洋石油工程业几乎被欧美日韩企业垄断，他们凭借项目管理、人才、技术、装备等方面优势在海外市场和深水领域形成垄断。国际上的海洋石油工程公司为适应向作业者提供“整装”服务的需要，逐渐按专业归并，形成了一些规模较大的作业集团公司。
在国内，目前海洋石油工程处于起步发展阶段，唯一具有“整装”服务能力的代表企业是中国海洋石油总公司（CNOOC）旗下的海洋石油工程股份有限公司（COOEC），该公司在上海上市，由于特殊国情，造就了该公司在海洋工程领域特殊的垄断地位，国内80%以上的海洋工程都是该公司总承包建造的，另外上海外高桥船厂、大连船厂等大型船企的海洋工程事业部承担了大部分新建FPSO 及半潜式钻井船的建造任务。尽管海洋石油工程股份有限公司（COOEC）在国内占据垄断地位，但与上述国际著名的海洋工程公司相比，在规模、装备、技术水平和项目管理水平等方面都存在一定的差距，具体表现为：
（1）初步具备设计建造常规水深钻采装备的能力，一些关键设计建造技术还不掌握，在深水、超深水装备设计和建造上仍是空白。我国现有的钻井平台（船）和海上生产装置（含进口设备）的工作水深基本在500m 以内，其中自行设计建造的设备工作水深在200m 以内，均为常规水深，没有超过1,000m的深水平台，更谈不上2,500m~3,000m 的超深水平台了。目前油气资源开发主要在200m 水深以下的海域，深海平台技术研究尚处于起步阶段。尤其在深海平台技术方面与世界先进国家差距较大，在国际海底区域资源开发上我们没有手段与别人竞争，即使是在本国海域的许多区块，也不得不依靠国外的力量来合作开发[3]。
（2）海洋钻采装备的配套设备制造业严重落后，关键的、主要的设备、部件全部依赖进口，我国在配套设备上具有自主知识产权的成果不多，海上配套设备基本上仰赖进口。
（3）深海钻采平台设计与建造技术、海底钻采集输系统设计与计算技术、深海超深钻、定向钻井和水平钻井装备制造技术、深海动力定位装备与技术等专业领域与国际先进水平都存在较大差距。这种状况大大抑制了我国向深海及国际海底区域要石油的能力，也因为安装国外产品使大量的利益流向国外。
二、海洋工程技术的研究
近几年围绕着海洋石油生产中出现的若干问题, 我国工程界积极组织开展相应的研究工作, 在环境、载荷、结构、检验、维修工艺以及海洋工程设备等方面取得了长足的进展, 海洋石油的开采技术已有很大提高,开采的范围也逐渐从浅海向深海发展, 并正在以下几个方面进行深入的研究:
2. 1 深海石油平台技术的研究
深海石油平台的设计、建造及相关技术是深海油气资源开发中的关键技术之一, 了解和掌握国外深海平台的建造和使用情况, 探讨国外深海平台设计和使用中积累的经验, 对我国海洋油气开发具有重要意义。对深水开采, 钢质导管架平台的造价会随水深增加而急剧增长, 以致在经济上不可行。这就促使在深海开发中使用新的结构形式, 如混凝土结构和浮式结构。典型的浮式结构是FPSO、半潜式平台、张力腿平台( TLP) 和SPAR 平台。
目前, 我国海洋工程界对FPSO 与半潜式平台的了解较多, 技术也相对成熟。而对T LP 和SPAR 平台却了解较少, 也没有设计、建造和使用的经验。因此, 目前的研究重点将是T LP 和SPAR 平台, 研究的项目主要有: ( 1) 平台的环境载荷计算及环境参数选取; ( 2) 平台的稳定性与运动; ( 3) 平台的结构强度与有限元技术; ( 4) 平台的结构疲劳强度与断裂; ( 5) 平台的检验技术等。
2. 2 推动风险分析与综合安全评估技术在生产及检验中的应用
海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵, 所处的海洋环境十分复杂和恶劣, 风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构, 同时还受到地震作用的威胁。在此环境条件下, 环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等因素, 都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减, 影响结构的服役安全度和耐久性。另外, 操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。随着对海洋平台复杂性的深入了解, 越来越认识到海洋结构物结构性和系统性的风险分析的必要性。历史上曾有多次海洋平台的事故, 造成了重大的经济损失和不良的社会影响。
因此, 我国正积极准备开展对海洋平台的各种风险进行分析、识别及评估, 确定风险控制方案, 保证平台安全生产, 并最终在费用和收益之间达到协调, 这将为我国海洋油气资源的安全开采提供科学可靠的保证。平台风险分析与综合安全评估的目标就是要发展一种基于风险分析的、结构化的系统方法, 目的是要全面地、综合地考虑影响安全的诸方面因素, 除考虑平台结构的检测、维护和管理, 还要考虑如何从组织管理上、设备管理上、制度管理上、人为因素以及操作规程上保证平台的安全运行。研究如何对海洋平台的各种危险进行识别、评估, 并通过风险评估、费用和收益评估, 提出合理的并能有效地控制风险的措施, 从而进一步确定风险控制方案, 在费用和收益之间达到协调, 并最终为决策者提出意见和建议。风险分析的内容主要包括三个方面, 这就是风险分析、安全措施和风险评估。
风险分析的目的是要确定和评估平台上人员的安全、对环境和对平台本身具有威胁的潜在危险因素和可能导致的事故概率。分析活动不仅要考虑技术方面, 更应重视平台人员、人- 机界面、技术和环境等方面。分析活动的结果是列出危险的优先次序表( 或意外事件目录) , 以及对可能引发的事故的频率和后果的估计。安全措施需从正常营运情况和应急情况分别考虑, 两种情况都应包括营运- 操作、人- 机界面、技术和环境四方面的安全措施。
三、海洋石油工程的发展建议
尽管海洋石油工程行业产品利润相对丰厚，具有相当吸引力，但是，海洋石油工程产品具有的高科技、高投入、高风险的三高特点，也决定了进入者需承受相当的风险，面对海洋石油工程市场持续高涨的需求，必须做好以下工作，才能具有长久的生命力。
（1）技术上：面向深水，立足自主研发，通过引进吸收国外先进技术，努力掌握核心技术和关键技术，实现再创新和自主研制。
（2）生产建造上：逐步由船体/船壳制造向总承包转变，产品由自升式等浅海装备向半潜式、FPSO 等深海装备扩展。
（3）海洋石油工程产品的配套上：提升海洋工程配套产品的国产化率，重点逐步解决动力定位系统、中央集成控制系统等高端技术。
（4）人才培养上：在继承发扬的前提下，大胆改革用人机制，启用培养新一代的海洋工程人才。
总之，在国内海洋石油工业高速发展的大环境下，通过海洋石油工程行业有志之士的不懈努力，经过5 年~10 年的时间，一定能够实现海洋石油工程行业的全面跨越式发展。
结束语
纵上所述，中国海洋工程界正面临着一个重大的技术变革、发展时期，要发挥中国的后发优势、把握这一时期的重大技术流向、跟上世界海洋工程的技术发展，我们任重而道远，需要全体海洋工程界积极的努力与配合。中国船级社愿意和各界朋友一起，为实现国家海洋工程事业的持续、安全、快速发展而努力。
参考文献
[1]吴家龙. 弹性力学[M] . 同济大学出版社, 1993.
[2]司马俊华, 张世联. 非稳态导热温度场及热应力的有限元计算[ A] . 上海市造船工程学会年会论文集[ C] 2005.
深海环境的特点范文3
论文关键词：海洋 石油 钻井 现状 发展
论文摘 要：随着海洋石油的大力开发，钻井技术的研究至关重要，本文主要阐述海上钻井发展及现状，我国海上石油钻井装备状况，海洋石油钻井平台技术特点，以及海洋石油钻井平台技术发展分析。
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。
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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。
参考文献
深海环境的特点范文4
现在，我们一同“下海”，了解潜航员的深海生活。
一大桶冰凉的海水从头顶浇下来，叶聪和同伴崔维成、杨波浑身湿得通透，心情却是开心得通透，压力顿时随之释放。
北京时间早上8点，辽阔无垠的东北太平洋公海上，从水下4027米回到向阳红09船甲板，蛟龙号三名潜航员受到泼海水的“礼遇”，以庆祝4000米新纪录的产生。
北京时间上午10点，这回迎接三名潜航员叶聪、杨波和付文韬的是鲜花、拥抱和香槟。5000米！中国载人深潜的新纪录再次诞生，为未来的7000米深潜试验打下坚实基础。
载人深潜器的潜航员，就像深海里的“宇航员”。他们承受的“压力”和难度，也是随着深度的增加而不断增加。突破5000米水深，也意味着蛟龙号承受的水压相当于每平方米负重5000吨，潜航员承受的心理压力也是“5000米”级别的。
深海世界很精彩潜水器里很无奈
深海海底世界，神奇无比。刚刚从5000米海底返回的叶聪说，海底世界让人大开眼界，许多生物的学名都无法确定。
但待在潜水器里，却不是一件好受的事。潜航员所说的深海，是指海面1000米以下，那里没有氧气，没有阳光，非常寒冷，而且深度越深，压力越大。
每次下水，内径为2.1米的球体舱载有3个人，一个是潜航员，还有两名试航员负责科研项目。
叶聪说：“进舱的第一感觉就是载人舱空间太小，刚刚能容下3个人，但3个人很难同时站立起来。在下水过程中潜航器摇晃得厉害，舱内会非常热，挥汗如雨。随着深度增大，潜水器周围会逐渐变暗，直至漆黑一片，温度很低，作业时间长了会比较寒冷。”
付文韬的经验是，由于潜水器舱内狭小，他们要贴着舱壁原地不动地坐着，经常是贴着的一半身体冰凉，另一半却非常热。长时间驾驶潜水器，手都有些冻僵了。
除了温差，付文韬说，下潜时气压也会逐渐降低，氧气会越来越稀薄。
每次下潜前，下水人员都不能吃刺激性味道和容易导致肠胃不适的食品。“我一般不吃早饭，中午出海前吃一点，因为舱内不方便上厕所。”叶聪说，以下潜3700米为例，上浮100分钟，下潜也要100分钟，工作500分钟，中间还安排了在舱内就餐。
在去年一次深度为3757米的下潜中，在下潜的100分钟里，操作任务相对少的潜航员可以给同伴拍个照，让舱内的气氛轻松、融洽。中间三个人开心地吃了顿午饭，如果时间允许，还可以在海底逛逛。返回水面的100分钟，在完成当天的工作总结后，等待回收的过程里，会听听音乐，谈谈下潜的感受。
在突破4000米的下潜过程中，下潜到1000多米时，三名潜航员甚至还抽空拍了一张三个人的合影，通过水声通信传到了水面控制室。
培训要“坐小黑屋”，心理素质很重要
那么随着蛟龙号的研制和成功下水，我国首批潜航员和试航员队伍已经形成。而潜航员培训专家组的负责人就是专门负责培训航天员的专家。
在下过3000米深海的三名潜航员中，叶聪1979年出生，唐嘉陵、付文韬都是“80后”，3人都是大学毕业生。目前深潜人员的年龄在20岁到50岁之间。叶聪是我国载人深潜的潜航员中经验最丰富的一位。
蛟龙号最终目标是7000米深度。
“要深潜到这么深的海底，我们的选拔过程比较严格。”叶聪说，“比如身体不能有异味，以免在狭小的空间里影响同伴；不能有幽闭恐惧症；一般体重不超过80公斤；还要具备一定的精细操作能力。”
从开始训练到得到潜航员资格，能够独立完成任务需要大约四年的时间。应该说受训学员在身体上没有受什么罪，他们本身就有比较好的身体条件。培训特点是内容非常多，包括理论和实践等，潜水器的检修、维护和驾驶，水面支持设备的使用，身体和心理的训练以及监测，潜水员资格的获取……
付文韬说：“潜航员的选拔培训非常严格，对生理、心理都有很高的要求。其中心理素质的考验更为严峻。”
在最初筛选潜航员时，准潜航员首先进行得就是海上眩晕测试。付文韬此前曾在接受媒体采访时回忆，当时一艘快艇带着学员在海上漂荡。45分钟后，很多人都被颠簸得出现了眩晕和呕吐症状。只有他和唐嘉陵两人表现良好。
面对深海未知、漆黑的环境，心理素质的考验更为严峻。在上海交通大学，潜航员接受了专门的心里素质培训。在一个狭小、漆黑的模拟空间，他们除去身上所有物品，持续待了12个小时，以训练心里耐力和承受力。
叶聪形容这种培训叫“坐小黑屋”。因为在蛟龙号舱内狭小、封闭的空间里，长达近10个小时的枯坐，面对深海漆黑孤寂的环境，容易出现“幽闭症”，会因为恐惧导致呼吸急促等生理反应。
3757米深海处5分钟捞上一只海参
潜航员们在海底除了进行地形地貌测绘，搜索标志外，还要捕获海底生物。付文韬曾用深潜器的机械臂从3757米的深海处，仅用5分钟就捕捞上来一只紫色海参。这得益于他们在陆上训练中反复进行的机械手操控专项训练。
付文韬像媒体形容，在这项训练中，只是如何使用机械手臂，就训练了一周时间。那些日子里，除了吃饭、睡觉，就是摇动那个摇杆。从最初抓一些大个物品，到后来可以抓起矿泉水瓶，向一个如瓶口大小的管子里倒水，虽然枯燥乏味，但为了能在海底更好地取样，他们需要认真地反复训练。
面对未知的深海世界，每一次下潜都会有未知的风险。在创造4000米深潜记录的试验中，下潜到1700米时，叶聪和同伴紧张了一会。去年，潜水器多次在这个深度绝缘报警，但是一回到1000米，报警消失。经过一年的技术改造和升级，这次蛟龙号顺利通过了1700米的考验，大家松了一口气，继续往下。
主驾驶潜航员相当于深潜器上的“船长”，有时候甚至海上总指挥也要听他的。因此要求主驾驶具备冷静、负责、果断的决策能力，能够遇事不惊，按照操作手册、应急预案以及个人知识积累来分析、处理问题，对潜水器和舱内所有人员的安全负责，能够在困难面前挺身而出。如今潜航员队伍中已有3人担任过主驾驶员，具备这种能力。
深海环境的特点范文5
目前国内已经在海缆技术上实现重大突破，但要进一步打破国际海底光缆系统建设的壁垒，国内相关行业和企业还得联合起来共同努力。
自1989年开始到1998年底，我国运营商已经先后参与了18条国际海底光缆的建设与投资，个别传输设备制造商也有少量产品用于海缆系统。今年开工建设的新中美直达海底光缆系统将于明年建成，首期在青岛登陆，其中就使用了部分国产终端设备。
但是就海底光缆系统的主要部分海底光缆而言，还没有跨进这个门槛。尽早进入国际海底光缆系统建设的大家庭，一直是海底光缆制造行业追求的目标。
我国拥有300万平方公里的海域和18000公里长的海岸线，沿海分布着6000多个岛屿，大陆架蕴藏着丰富的海底油田和天然气资源。由于我国绝大部分海域处于500米水深以内的浅海(只有南海有部分深海海域)，因此，自上世纪80年代就已经启动的我国海底光缆的研究重点和生产始终受限于浅海品种，迄今已有几千公里的浅海光缆敷设于各地海域，而且创造了生产浅海光缆的几个之最：无接头连续长度接近100公里，最大光纤容量96芯，光缆最大断裂强度630kN。
上世纪90年代末，国内第一家合资的海光缆生产企业成立，开始生产不锈钢松套管型式的浅海光缆，但松套管由境外企业制造。1999年，江苏中天科技股份有限公司于率先引进国际一流的不锈钢管生产线，并于2000年建成投产，首家成功研发并生产出国产的第一根不锈钢管光纤单元；2001年，中天科技生产的海底光缆通过国家级产品定型鉴定；2004年，组建国内最大的海底光缆生产线，扩大批量生产能力，满足国内海底光缆建设需要；2007年10月24日，中天科技深海光缆通过信息产业部鉴定，实现深海光缆国内突破。
海底光缆结构设计的基本要求
目前，我国海底光缆的研制和生产，主要依据的标准是国家标准GB/T18480-2001《海底光缆规范》和国际电信联盟推荐标准ITU-TG971～978海底光缆系统系列建议。其中国家标准GB/T18480-2001近期将补充修改，并改为GB/T7426.6，其中，浅海与深海的水深界限将由500米改为1000米，与ITU-T一致。
ITU-TG972定义海底光缆系统有三类：有中继光缆、无中继光缆和海用陆缆。我国以往研制生产的浅海光缆绝大部分属于海用陆缆，传输距离短，要求光纤容量大。
一般的海底光缆结构与性能的设计基本要求分为几个方面：
传输性能：光纤容量、性能满足传输系统的整体要求；
机械性能：能承受在规定水深内敷设、打捞时由海光缆本身的全部海水中重量所带来的各种静态或动态负荷时的抗拉强度。对于有中继系统，还要考虑海底光中继器的重量；
环境性能：结构具备足够的纵向阻水性能，以保证海光缆在海底运行中发生故障后待维修期间内海水渗入光缆的长度处于规定数值之内，同时具备足够的使用寿命；
电气性能：对于有中继海底系统，或有其他供电要求的海光缆，其结构内电导体能够满足传输系统全部中继器所需的工作电流和系统耐电压强度。
因此，完整的海底光缆结构设计应该确定(以有中继海底光缆系统用海光缆为例)：单元光缆段长度；系统供电电压；光缆安装敷设、打捞回收时的最大受力强度；光缆承力结构抗拉强度指标；渗水压力与渗水长度。光纤的传输性能主要取决于系统的传输性能设计，从选择光纤预制棒着手。
深海光缆技术的发展
1.国外深海光缆结构的演变
光通信技术的进步，推动了国际跨洋海光缆系统建设。从TAT-8海底光缆系统问世以来，深海光缆技术进步突飞猛进。其结构发展过程大致可从下列图示中得以了解。
2.国内深海光缆的试制过程
由于海光缆装运、运输、敷设的特殊性，海光缆生产厂必须建设在水道边，而且码头的水深直接影响到企业能够制造连续长度海光缆的能力。国内浅海光缆生产的几个之最均为江苏中天科技海缆公司创造，得益于中天科技拥有高强度、大长度光纤拉制，大长度不锈钢管光单元制造，大型塑料绝缘挤出，Φ800大型钢丝铠装等生产设备和专业齐全的检测中心，大型储缆水池和常年水深超过7米的5000吨专用码头。中天科技海缆公司已经成为我国海底光缆生产行业的领军企业。
我国深海光缆的研制取得实质性突破是由江苏中天科技和中天科技海缆公司实现的。2004年江苏中天科技启动了深海光缆研制的步伐，在多年生产浅海光缆的基础上，相继完成了《海光缆专用高强度筛选光纤》、《钢丝间隙专用填充阻水材料》和《24盘管绞、铜带氩弧焊接串列生产设备》等课题的研究开发，实现了海缆用光纤的筛选应变不小于2%；解决了钢丝绞合铜管紧锁的承力结构制造工艺难关，实现50MPa水压下海光缆纵向渗水长度满足国家标准要求，小于1000米以及光缆断裂强度大于80kN等主要技术指标，2007年9月，中天科技海缆的深海光缆试制成功。
江苏中天科技海缆的深海光缆与接头盒的研制成功，关键在于解决了高强度光纤拉制、大长度不锈钢松套管光单元焊接、内铠装钢丝绞合+铜管氩弧焊焊接+外径收缩、结缘黏结护套挤制、海光缆承力钢丝强度传递结构制造和接头盒高水压密封结构制造等高难工艺。
深海光缆制造工艺
1.光单元的制造
光单元制造工艺，着重解决光纤余长的控制和阻水油膏的填充。
光单元的制造，在国内已经是较成熟的工艺。中天科技具备150km以上的制造能力和连续长度100km的生产实践。
2.高强度钢丝的绞合
高强度钢丝的绞合必须与铜管焊接串列生产。钢丝的绞合要解决钢丝退扭和合理选择阻水材料并实密填充等工艺。
3.铜管的焊接
铜管氩弧焊接工艺，早在上世纪80年代末期，国内少数企业与研究所曾经合作研制过，但未和钢丝绞合同步实施。深海光缆研制的再次使用，在难度、技术含量上又上了一个台阶，有质的飞跃，尤其是铜管焊接后的外径收缩更是难中之难。
4.护套挤制
深海光缆的护套，除了提供对缆芯的保护、提供足够的绝缘性能和对地的耐电压性能以外，还应该具备良好的传递施工时产生的机械外力到内铠装钢丝承力元件的功能。
提高护套与铜管之间的黏结力是关键。
5.性能检测
深海光缆的成品检测围绕四个方面的基本要求进行，即光学传输性能，机械性能，渗水、耐水压性能与使用寿命以及电气性能。中天科技为此配备了齐全的多台套检测设备，满足试验之需。
深海环境的特点范文6
深海开采技术是深海金属矿产资源开发的核心，在深海的特殊环境下，其关键是要探索开发出一种可靠、易行的静止参考坐标。本文以浮力悬停式小型模拟潜器为对象，该潜器通过压力传感器和机电系统控制，利用单活塞的伸缩来调节潜体的总体密度，达到使潜器悬停在设定深度水中的目的。
关键词：深海采矿，参考坐标，水下潜器，机电设计
中图分类号：TU85文献标识码： A
0引言
海洋金属矿产资源开采时，采矿船一般通过水下输送管道和海底采矿装置连接。在波浪和海流作用下，采矿船不可避免产生平移、摇摆及升沉运动，这样势必牵引水下输送管道和采矿装置也运动，结果使输送矿物管道产生疲劳损坏，甚至导致海底采矿装置偏离了矿源，严重影响采矿进程。因此要保证采矿船之间安装一套升沉补偿装置，这是浮式采矿的关键技术。
1关键技术的解决
1.1 静止参考坐标
目前，检测近海船舶或平台在海上的运动是以一定位坐标（或称相对静止坐标）为基准。检测方法有声学检测、无线电检测，这两种检测方法都必须有一静止参照物，这难以直接应用于深海环境下。第三种方法是利用人造卫星（或GPS），但其精度在10米左右，用于实时检测深海作业机构对波浪作用的响应运动也不能满足要求。
因此，要进行深海资源开发，其作业机构必须有升沉补偿系统，升沉补偿系统要能动态的精确定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标，其控制信号取决于海浪激励下浮式采矿船升沉运动信号采集系统。
1.2 零波面理论
由于海水可确认为理想流体，波浪在海面传播外，还可在重力方向传播。随着水深增加，波高将迅速减少，其规律是：当水深以算术级数递增时，波高则以几何级数递减，两者关系是：
（1.1）
式中， 为海面波浪波高；任意深度波浪波高；为海水深度；为海面波浪波长。
由上式可知，当水深与波浪之比为1，即时，计得波高衰减为：
（1.2）
可见已衰减至厘米级。又如水深与波浪之比为1.5，即时，计算得重力方向的波高仅为海面波高的万分之一以下。因此可以认为在水深与波浪之比时，波高极大衰减，接近于零，此处认为是存在一个“零波面”。
设想在零波面放置一参照物，作为信号采集系统的绝对参考点，通过声波或电磁波发射接收方法，检测浮式采矿船的升沉运动信号。若把参照物制成中间空心的，且全部结构的平均密度与海水密度相等，根据阿基米德浮力原理，水浮力与参照物重力相等，可使参照物在海水内任何位置均处于平衡状态，故需研制具有自控作用的参照物，使其能自动定位于零波面。
改变参照物平均密度可采用两种方法：体积不变而改变质量或质量不变而改变体积。小型机构较难实现前一种方法，故采用后者。在随机环境下，通过体积变化改变参照物平均密度，当其平均密度与水密度相等，就可悬浮于水中。
1.3 动态深度控制技术
用压力传感器检测潜器的实际所在深度。根据所测压力，由电机驱动装置调节活塞的伸缩，增大或减小潜器的净浮力，实现潜器的定深控制。深度控制采用逼近法定量调节，即当潜器所在深度接近控制上下限时，提前发出指令使电机反转．以抵消潜器整体的运动惯量，达到缩小运动范围的目的。潜器不停的调整浮力，在一定的上下活动范围内保持预定深度。
2潜器总体设计及实现
2.1 设计的内容
设计一个模拟水下潜体，该潜体通过压力传感器和机电系统控制，利用单活塞的伸缩来调节潜体的总体密度，达到使潜体悬停在水中的目的。
本设计是模拟海洋水下潜器，只能在模拟环境下实验，所做水箱最大水深5 米，水下潜器的体积变化范围为总体积的1/8 至1/15。
2.2 总体设计
鉴于水下结构的受力特点，从强度观点出发，其结构形式球壳最佳，但它不利于布置，加工精度也难以保证，因此对潜深不太大的潜水器通常选用圆柱壳结构。各种潜水器圆柱壳长度L相对变化较小，增大舱容的主要途径是增大圆柱壳半径。由强度理论知道，圆柱壳壳板厚度t与半径R之比基本上和潜水深度H与材料屈服极限成正比
即：（2.1）
式中――海水比重。
为了减轻圆柱壳的重量，则要求提高潜水器材料的屈服极限。而目前材料的屈服极限提高有限，潜水深度H又不断增大，为了减小壳板厚度，深海考察潜水器半径一般较小。实践证明，无论半径较大的圆柱壳还是半径较小的圆柱壳，由于采用屈服极限高的材料，其强度条件不难保证，结构的稳定性却成了主要矛盾。本设计选用圆柱壳结构。
任何物体在水中实现沉、浮运动通常有三种途径。一是改变物体的体积而不改变重量,二是改变重量而体积不变,三是增加或减少所施加的外力。
本设计采用第一种途径。仪器在水中沉浮的原理是物体保持重量不变而只改变体积时,它在水中所承受的浮力将随体积的变化而改变。根据这一原理而设计的潜器，由可变体积的水密耐压壳体、活塞、丝杆、同步带轮、电机、传感器、电源、控制电路等部分组成。如图2.1所示。
图2.1 浮力悬停式小型模拟潜器
本设计以浮力悬停式小型模拟潜器装置为对象，采取圆柱活塞的结构实现改变体积的功能，当活塞向壳体外伸长使潜器的体积增大，潜器在水中承受的浮力逐渐加大直到获得上升力而浮出水面。反之，活塞向壳体内缩进使潜器的体积缩小，潜器在水面漂浮时所承受的浮力逐渐减小直至重力大于浮力而潜入水下。若在仪器的控制微机中输人按预定动作要求编写的程序，则微机根据压力传感器测量的深度参数控制下潜深度、水下停留时间、上浮、水面停留、再次下潜等等工作环节，即可实现自动沉浮功能。
2.3 潜体的平衡与稳定性分析
1、物体的平衡
仅受二力作用的物体，平衡时必须满足以下条件：
(1) 浮力与重力相等；
(2) 物体的重心位于浮线上。它们也是平衡的充分条件。
2、平衡的稳定性
关于物体在流体中平衡的稳定性，可分三种情况：
(1) 物体在水平方向平移、绕任一竖直轴转动，或二者同时进行时，平衡是随机的。
(2) 浮体和非均匀流体中的潜体在竖直方向平移时，平衡是稳定的。潜体在均匀流体中竖直平移时，平衡是随机的。
(3) 物体的倾覆稳定性
物体在流体中的倾覆稳定性．与偏离平衡后浮线相对于物体重心的位移密切相关。若浮线仍通过物体重心，则形成随机平衡，若移动方向与物上方的偏转方向相反，则平衡是不稳定的．如图2.2中(a)；反之则是稳定的，如图2.2中(b)。
图2.2 物体倾覆稳定性
采用上述规则作为判断物体倾覆稳定性的标准，比用定倾中心(原浮线与偏离平衡时浮线的交点)要方便、可靠。
由上述知，浮体与潜体的平衡条件相同，稳定性基本相同。
2.4 潜器材料的选择
选用潜水器耐压体的材料，不仅要考虑材料的比强度，使之在同样结构重量的情况下能获得更大的潜深；还须考虑以下因素:使用环境、制造性能、与材料相适应的结构型式及经济性等。本设计选用有机玻璃。
2.5 潜器的密封分析
潜器在水下工作，承受一定的水压力，故应有良好的密封性。潜体的端盖与外壳用O型密封圈密封。由于活塞与工程自塑料之间有一定的间隙，故用一块弹性薄膜裹住活塞，并用一压环把弹性薄膜边缘压紧在潜体外壳上实现密封。
2.6 控制电路设计
控制电路是用单片机搭组，主要由89C51CPU、ADC0809转换器芯片、电机驱动器以及压力传感器等组成，完成各种动作而须相应部件的启动与停止、测量电路的间歇工作、数据存储等都由微机按预先编制的控制软件完成仪器所要求的全部工作过程。原理图见图2.3。
图2.3 控制电路原理图
压力传感器安装在壳体内与外界连通，外界压力的变化直接作用在传感器上，传感器将测到的压力提供给微机控制系统。微机系统将测量的压力数据与设定值比较，取得差值，以其正负来判断潜器所需的运动趋势(下潜或上浮)，进而驱动活塞运动实现潜器下潜或上浮。
2.7 姿态稳定校核
在完成设计全部的机械零件以及整体装配后，对总装配图进行质量特性的分析，得出结果为：重心所在位置为，，，潜器总高度为484mm，重心的位置处于潜器的1/2 至1/4 高度范围，符合潜器姿态稳定的要求。由分析知潜器密度为,总重量是21.37116公斤，水对悬浮体浮力为22.215公斤，所以在未考虑配重情况下悬浮体可以达到悬浮的条件。
结 论
如上所述，本设计模拟海洋水下潜器，在模拟实验环境下，即在水箱的水深为5米，水流冲击不大的情况下，其外壳能够承受水压力，其重心位置在导杆支承内部，处于潜器1/2 至1/4 高度范围，符合平衡和稳定性条件，在水下可达到悬浮的条件。本设计采取圆柱活塞的机构来实现其改变体积的功能，由此来改变潜器的体质，而实现潜器随液面的变化而浮沉，使潜器能定在海底某一深度。因此可以作为一种水下深度方向的固定参考,成为水下升沉补偿系统，其控制信号通过压力传感器的作用，取决于水流激励下浮式采矿船升沉运动信号采集系统，是一种比较可靠、易行的静止参考坐标。
参 考 文 献
[1] 吴百海，龙建军，肖体兵. 海洋采矿起伏补偿电液控制信号采集的研究 .液压与气动，2002，13l（7）18-19.
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