1、項目名稱 :超大噸位深海油氣開采平臺井口智能成套裝備設計與制造技術項目簡介：深海油氣是能源結構和 “藍色經濟” 的關鍵組成部分， 我國是貧油國家， 深海開發刻不容緩，國家已將深海能源開發提高到事關國家安全的戰略高度。目前深海資源開發裝備和能力，但與之相關的配套設備存在平臺適應性低、承載力小、可操作性差、一體化服務能力和智能化程度弱等問題，導致我國油氣開發仍主要集中在水深 500米以內的近海海域， 深海油氣開發能力尚未獲得有效突破。 項目圍繞深海油氣開采平臺井口智能成套裝備進行設計與制造技術的研發，主要科技內容與創新點：1.發明了階梯卸載結構、 接觸式機械鎖扣和自調整旋轉結構，突破傳統結構承載力

2、低和安全性低的瓶頸；研制具有國際先進水平的系列化吊卡、卡瓦、卡盤、動力鉗、鐵鉆工、動力運管和小修機器人等關鍵技術和裝置，替代了進口配套設備和輔助裝置；融合視覺實時監測、液壓智能化控制，健康監控技術，實現了與鉆井平臺主系統的無縫集成和井口裝備的智能化無人作業；自主開發出液壓動力鉗疲勞試驗系統、吊環極限拉伸試驗和井口裝備組合試驗系統，為井口裝備提供安全保障。2.采用超純冶煉、微合金化和熱處理為核心的復合調控技術獲得了硬質相彌散分布于貝氏體基體的復相精細組織， 開發了抗拉強度達 930MPa的高強韌海洋裝備用鋼，滿足了耐低溫、 耐腐蝕、高韌性和抗交變載荷的性能要求， 在卡瓦體、吊卡和內襯件上推廣應用

3、。3.針對井口裝備關鍵部件的摩擦和密封特性， 進行了表面形貌優化設計； 發明了首臺激光表面宏 /微織構主動設計制造方法和裝備，實現了模具表面織構形貌的可控制造和強化；在泥漿閥密封環端面實現了零泄露密封。授權發明專利 44件，實用新型專利 29件，發表論文 20篇，制訂企業標準項 15項。研究成果 03年以來在加拿大、里海、美國及中東國家等第五代、第六代鉆井平臺上的井口成套裝備中應用，并成功應用于我國 981深海鉆井平臺，也在陸地（中原、川慶等油田）和近海油氣平臺上應用，顯著提高了我國油氣開采配套裝備的國產化進程和自動化水平，標志著我國深海油氣開采成套裝備設計制造水平的重大突破。 2010 年以

4、來進行了系列化研發與推廣， 國際市場占有率達于 15%，國內市場占有率達 50%，整體技術水平居于國際先進水平。客觀評價：1、國內外同類產品技術參數的比較和權威檢測機構評價：國家油氣田井口設備質量監督檢驗中心對井口設備（液壓吊卡、液壓卡瓦、鐵鉆工）的設計性能指標和系統可靠性進行了嚴格檢測，所有檢測項目均符合國際標準要求。通過與國內外井口裝備技術參數對比，產品的承載力，管徑范圍，扭矩，智能化程度等方面明顯優于國內產品，指標達到國外同類產品的先進水平，性價比最高。與國內外同類產品相比，由于公司掌握核心技術和自主研發知識產權，產品具有結構可靠性好，智能化運行程度高，操作性能好等特點，具有明顯的競爭優

5、勢，具有不受國外產品限制。2、技術評價證明2013 年 11 月，中國工程院院士蘇義腦任鑒定委員會主任對“井口智能成套裝備”及核心產品液壓吊卡、液動卡瓦和鐵鉆工進行了科技成果鑒定。認為：采用液缸驅動開合吊卡和聲光提示安全裝置，可以實現遠程控制，操作簡單、方便，并提高了吊卡主體的利用率；置于轉盤內部的套管液動卡瓦可以提供 50KN ?m(35000ft? 1bs)的反扭矩，省去了背鉗，實現一吊一卡起下鉆作業模式，作業效率高；研發的集手動大鉗、氣動旋扣鉗、液壓貓頭功能為一體的井口機械化操作工具采用模塊化結構，通過內嵌式液壓缸、螺旋滾子結構、上扣扭矩保護裝置，既可實現無級變徑，也可實現鉗子旋扣及緊扣

6、模式的切換和位置記憶；小修井口自動作業裝置集機械結構、液壓傳動、 PLC 控制于一體，具備動力吊卡、動力卡瓦、動力鉗、動力貓道、機械手等油田油水井自動起下油管作業裝備的功能，并實現了系統集成，作業過程可遠程控制，在更換內襯實現油管對中和接箍高度檢測等方面有重要創新。鑒定委員會認為項目成果填補了國內空白，整體性能達到國外同類產品的先進水平。3、質量標準連續 12 年入選“中國石油石化裝備制造企業五十強”，本項目產品評為“中國石油石化裝備制造企業名牌產品”，并獲美國API 認證資質及保有API 會標使用資格，通過德國勞氏船級社、英國勞氏船級社認證、ISO9001:2008 質量管理體系認證、 IS

7、O10012:2003 測量管理體系、 ISO14001:2004 環境管理體系認證以及標準化良好行為 AAAA級認證。3、客戶評價項目產品在海洋石油“ 981”深水半潛式鉆井平臺使用，連續進行 2500 多米的 9-5/9 套管作業 (套管立柱 )，實現遠程控制，操作方便，安全可靠，性能穩定可靠。本項目實施單位韓通公司成功應用井口設備于SEVAN FPSO 300 （NO.4），并在巴西里約熱內盧實施鉆井作業。其他鉆井和油田應用單位評價：液壓吊卡配有保險裝置、壓力反饋、卡持確認等可視提示設置，確保吊卡卡持管柱安全可靠；控制開關即可實現吊卡扣合管柱、打開吊卡，同時配有吊卡翻轉機構，可以在前后9

8、0 度范圍內任意角度翻轉，卡持管柱，提高了工作效率。液壓卡瓦使用時安裝在轉盤內部，與轉盤上平面持平，方便動力鉗工作，大大節約了鉆井平臺的作業空間；控制操作手柄即可實現卡瓦體的升降，并且卡瓦上下運動平穩、夾緊可靠，并可以提供反轉扭矩，無需要再使用備鉗，安全方便，減輕了操作工人的勞動強度，提高了安全性和工作效率。項目產品 RT-100 鐵鉆工經中原石油勘探局鉆井一公司40451 隊在胡 39-27 井使用，用戶認為該設備整機結構緊湊，更適用于 50LDB 以上鉆機使用；液壓驅動，夾緊可靠，無需懸掛尾繩固定，即可進行上卸扣作業，安全性能強；無需更換鉗頭，鉗牙更換頻率小，卡持管徑范圍廣；自動化作業程度

9、高，減輕工人勞動強度，提高鉆井作業效率。推廣應用情況：項目成果 2003 年以來應用于 981 平臺，中原、川慶等油田，里海、美國及中東國家等鉆井平臺上， 顯著提高了我國油氣開采配套裝備的國產化進程和自動化水平。公司將適應未來油氣生產區域的調整，研發和生產擴大新產品的種類和銷售市場；適應石油鉆采設備自動化、智能化的發展趨勢，進一步提升高附加值的自動化產品在公司產品中的比例，持續優化產品結構。公司力爭在兩到三年內進一步提升石油鉆采提升設備、卡持設備和旋扣設備的研發、生產能力，持續優化產品結構，實現主要產品年營業收入 5 至 5.5 億元。后期自 2013 年開始研發的井口裝備并非原來項目的簡單復

10、制， 而在結構、材料、控制等主體方面有了較大幅度的優化和完善，以滿足深海、沙漠、極地等特殊地質條件和深井、超深井等特殊使用條件，實現了系列化的研發與推廣應用，項目對帶動整個油氣開采裝備產業鏈的發展具有重大促進作用，對國家深海資源開發戰略和自主開發南海油氣有著深遠的影響。項目的整體應用技術已經應用到海工、 船舶、油氣開采部件的模具、 工裝、密封件。項目相關的優化設計、材料、成形工藝和設備和模塊集成技術應用到了各種油氣開采產品中，承建產品幾乎覆蓋了海洋工程裝備的所有領域，國際市場占有率達于 15%，國內市場占有率達 50%。主要知識產權證明目錄：知識產知識產權具體名稱國家授權日期權類別授權號（地區

11、）發明專無閥液壓伺服系統及其中國ZL201410072472. 2014.2.28利控制方法8發明專 一種密封面具有泵送槽ZL201410414001.2017.6.27利的機械密封環加工方法中國0發明專 帶報警裝置的對開式液ZL201310307261.2014.8.20利壓吊卡中國3發明專 一種液壓動力鉗疲勞試ZL201310398338.2016.8.31利驗系統中國2證書編號權利人發明人發明專利有效狀態1901600南通大學吳國慶 曹陽 吳樹有效謙，茅靖峰，周井玲，朱維南，張旭東，邱鍇文2533836江蘇大學符永宏 ;康正陽 ;劉有效黎明; 符昊 ; 華希俊1465180江蘇如通石何云

12、華、許波兵、陳有效油機械股份世龍、陸永進有限公司2217799南通大學周井玲、成浩、吳國有效慶、徐勛倩，朱偉南、曹陽、茅靖峰，何云華、高亞杰1597937發明專 一種基于液態支撐的糾ZL201210579672.中國2015.3.4利偏鉆頭3模鍛錘的智能控制方法266080發明專ZL200310124181.2006.5.24及其根據該方法生產的中國0利智能模鍛錘發明專ZL201410489491.19705392016.3.20氣動卡瓦式吊卡卡盤中國0利發明專 一種半潛平臺機器處所ZL201510177067.利中國2017.5.31供氣排氣系統7發明專動力運管裝置中國ZL201310476

13、642. 2014.4.23496828利4發明專 一種筒狀工件內加工夾中國ZL201410367374. 2017.1.182351272利具及其使用方法江蘇大學王勻 ;許楨英 ; 甘斐; 有效殷蘇民 ;王雪鵬 ;范蘇湘;蔣素琴 ;陳萬榮江蘇如通石吳國慶、周井玲、任已轉化，有油機 械 股份 雨松、廖萍、吳曉效有限公司江蘇如通石曹彩紅、何云華、陳有效油機 械 股份 世龍、許波兵、冒亞有限公司飛、顧雪亮、徐銀鳳江蘇韓通船孟勛、孟成君、何有效舶重工有限建軍、張華、錢公司旗、黃春艷、吳婷婷、許春花江蘇如通石曹彩紅許 波 兵有效油機械股份何云華陳世龍 陸有限公司維松南通 理 工學 孫健華、顧海、王有效

14、院貴成、曾兵、郭愛云主要完成人情況表主要完成人情況姓名排名行政技術工作單位完成單位對本項目技術創造性貢獻職務職稱項目總負責人。 確定總體技術方案，提出項目總體技術路線，制定并組織實施總體方案。對井口裝備研制過程中關鍵問題的解決進行技術指導、 同時進行了試驗設計、安全性能分析；與課題組成員一起創新性對井口裝置實現模塊化設計， 實現了與鉆井平臺主吳國慶1所長教授南通大學南通大學系統的無縫集成和井口裝備的智能化無人作業，遠程控制系統可使各模塊協調工作，實現井口作業裝置的模塊化、集成化和自動化。并模鍛工藝創新， 提高了深海石油鉆井平臺井口裝備的卡身、內襯、主體及顎板等關鍵零部件的強度和剛度。主要貢獻體

15、現在技術創新點1，3。符永宏2主任教授江蘇大學江蘇大學周井玲3無教授南通大學南通大學副所王勻4教授江蘇大學江蘇大學長工程吳樹謙5無江蘇大學江蘇大學師高級江蘇如通石江蘇如通石許波兵6總經油機械股份油機械股份工程理有限公司有限公司師高級江蘇如通石江蘇如通石曹彩紅7董事油機械股份油機械股份工程長有限公司有限公司師對井口裝備關鍵部件不同功效表面進行形貌優化設計，提出“單脈沖同點間隔多次”激光加工工藝，聯合發明了激光表面宏 /微織構主動設計制造方法和裝備， 實現了密封環端面零泄露。 主要貢獻體現在技術創新點3。構建井口裝備工作部件系統模型， 研究工作狀態下的各類接觸面壓力分布及其接觸參數非線性分布規律，

16、 建立工作部件結合面的力學演變行為和系統分析方法， 實現結合部耦合關系的系統承載力預測， 提高井口傳統裝備整機性能分析與設計的準確性。 主要貢獻體現在技術創新點1，3。設計出動力鉗輕量化穩性結構， 分析了動力鉗齒輪傳動系統動態載荷， 實現了井口裝備的數字化建模，協助提出激光表面宏 /微織構主動設計制造方法， 并進行了吊環鍛模設計和激光強化研究。 主要貢獻體現在技術創新點 1、 3。對井口裝備進行動載荷分析，在使用過程中，吊卡要多次承受鉆柱的重力， 即吊卡承受疲勞載荷， 同時吊卡每次從轉盤上提或落下都要受一定的沖擊載荷； 在交變載荷作用下，吊卡構件的薄弱部位極易疲勞、 萌生裂紋，進而導致斷裂失效

17、，應用有限元理論，進行吊卡的三維應力分析， 為結構優化提供了理論依據； 并對關鍵承載零部件進行了強度分析， 驗證了關鍵受力部件的可靠性。 主要貢獻體現在技術創新點 1，3。設計出吊卡卡盤、 液壓吊卡和動力運管裝置的輕量化穩性結構， 井口裝備的液壓智能化控制系統設計及調試， 海工用鋼的組分優化和性能分析， 協助進行了激光復合織構在牙板模具上的應用。 主要貢獻體現在技術創新點 1、2。重點組織開展井口成套裝備和新材料的研發，將產學研單位的關鍵技術和設備應用到井口裝備各種關鍵部件的設計和成形上。主要貢獻體現在技術創新點 1、 2。研究過程中授權國家發明專利 2 件對井口設備關鍵部件的成形工藝和質量控

18、制進行了分析， 協助高校搭建了井口裝備各副總高級江蘇如通石江蘇如通石類試驗裝置， 并進行了調試和測試， 和應用何云華工程油機械股份油機械股份單位的鉆井平臺主系統進行無縫集成和對8經理師有限公司有限公司接；參與了新型海工用鋼的全周期的研發和質量跟蹤，完成了材料的試制和性能測試。主要貢獻體現在技術創新點1和 2。重點開展井口成套裝備在鉆井平臺上的應用，實現高性能海工用鋼在卡瓦、 吊卡及內高級江蘇韓通船江蘇韓通船襯件上的試用和應用， 深入各類海工裝備和副總衍生產品進行推廣應用， 為如通和高校的關張華工程舶重工有限舶重工有限9鍵技術和設備的提供了有力的技術支持。主經理師公司公司要貢獻體現在技術創新點1

19、、 2。研究過程中授權國家發明專利2 件，制定企業標準 5件。完成了激光沖擊強化和激光復合織構的工副院副教南通理工學南通理工學藝優化，對井口裝備關鍵部件的生產工藝規顧海程進行了優化， 設計了各類工裝。 主要貢獻10授院院長體現在技術創新點1、 3。研究過程中授權國家發明專利1 件，發表論文1 篇。主要完成單位及創新推廣貢獻：單位名稱排名對本項目科技創新和推廣應用情況的貢獻(1)井口成套裝備建模和結構優化分析：針對井口成套裝備復雜的系統，子系統南通大學1江蘇如通石油機械股份有限 2 公司和零部件繁多，根據功能要求，運用機構拓撲結構學對井口裝備進行解耦，建立各子系統數字化模型并分析子系統之間的空間

20、關聯尺寸鏈誤差，應用尺寸鏈的理論與方法對裝配誤差的擴散與控制進行研究，提高裝配精度，完成模型到空間的映射構造和優化；進行運動學和動力學分析，研究整體和配套設備的動態建模和多階模態規律，實現井口成套裝備動態性能評價。(2)井口成套裝備及關鍵部件性能測試系統：井口裝備關鍵部件的承載力、韌性和強度是保證其系統安全作業的保障。通過構建井口裝備工作部件系統模型，研究工作狀態下的各類接觸面壓力分布及其接觸參數非線性分布規律，建立工作部件結合面的力學演變行為和系統分析方法，實現結合部耦合關系的系統承載力預測，提高井口傳統裝備整機性能分析與設計的準確性。(3)井口成套裝備控制系統設計：建立液壓缸-油路 -節流

21、閥系統的動力學模型，將視覺實時監測、液壓智能化控制，健康監控、故障報警技術應用于井口裝備，實現了井口裝備的智能化。采用在線檢測技術和主動容錯技術，將永磁容錯電機應用于監控系統中，提高系統的故障容錯能力，增加驅動系統的穩定性。(1)成功設計雙活門閉合對開式液壓吊卡，通過新設計的內置連桿機構、接觸式機械鎖扣和觸發機構，實現自動安全開合、頂驅起吊，鉆具輸送和姿態調整動作，重量降低 10%，解決了輕量化和承載力之間的矛盾(2)創新設計的階梯卸荷結構，使得卡瓦分級承載， 從結構上保證了液壓卡瓦750T的承載力，突破了最大額定載荷500T 液壓卡瓦的極限；研發的多片式卡瓦結構可以實現卡瓦的快速對心， 瓦片

22、快速更換機構通過鎖定銷與連桿機構相連，快速進行卡瓦瓦片更換，適應不同管柱，比傳統手工相比，更換效率提高了5-8 倍。(3)設計了適合不同材質和不同管徑的卡瓦牙板無損式表面形貌模型，解決了原來牙板對套管外壁損傷或者打滑的難題，并能確保卡瓦承載部件的強度和剛度，以及與其它井口裝備的協調工作， 保證井口裝備穩定運行， 提高井口裝備的可靠性。(1)為超大噸位深海油氣開采平臺井口智能成套裝備設計與制造項目的技術創新提供了必要科研環境、基礎試驗設備，在人力和物力上給予了極大限度的支持。江蘇大學(2)開展了井口智能成套裝備穩性結構設計、數字化建模、強度分析、有限元計3算、新材料性能分析、模具復合造型和強化工

23、藝、全功能智能集成等方面研究，取得了豐碩成果。(3)經過多年的理論和技術攻關，申請發明專利15件，已經授權發明專利14件。發表論文 7 篇。對項目的成功實施和技術創新發揮了重要作用。南通大學和江蘇大學是江蘇韓通船舶重工有限公司海工裝備自主研發的主要產學研合作單位，也是江蘇如通石油機械股份有限公司和合作伙伴。2008 年以來校企聯合開展了油氣開采平臺井口智能成套裝備的關鍵技術及應用開發，在我公司及其多家零部件供應企業推廣實施。我公司研發團隊對本項目貢獻主要體現在：江蘇韓通船舶(1)井口裝備及相關零部件直接應用于深海鉆井平臺SEVAN FPSO 300重工有限公司4（ NO.4）、 5600 噸風

24、機安裝船和自升式風電安裝平臺等海工裝備上，以及散貨輪（ HT388-211 ）和自卸船（ HT68-219 ）等船舶的建造中，對于我公司提高海工和船舶建造水平，提升國際競爭力做出了重要貢獻。(2)推動供應商在密封件、高性能船板、閥體等產品上推廣應用，取得了供應商零部件質量一致性和穩定性大大改善的效果。(3)激光宏微織構技術和強化技術進一步向集團內的其他產品推廣。南通理工學院自成立以來，一直注重為地方經濟服務和人才培養的理念，以南通海工和船舶產業集聚的優勢，開展以地方和區域產業結構優化及發展需要為導向的產學研協同創新。本單位研究團隊對項目的貢獻主要體現在：(1)圍繞深海油氣開采平臺井口智能成套裝

25、備的關鍵共性技術問題，進行了井口南通理工學院裝備關鍵部件的工藝優化和工裝設計等技術研究，并得到成功應用。5(2)聯合江蘇大學和南通大學，研究了激光沖擊強化機理和激光復合織構工藝，在功效表面實現了主動設計與制造，為井口裝備的安全可靠運行提供了技術支持。(3)學校與江蘇如通石油機械有限公司及江蘇韓通韓通船舶重工有限公司建立了2 個產學研基地，為本土企業培養了大批技術人才。完成人合作關系說明：完成人吳國慶、周井玲為南通大學教師，是南通大學石油天然氣井口裝備研究團隊核心成員，長期與江蘇如通石油機械股份有限公司及江蘇韓通船舶重工有限公司進行產學研合作。吳國慶為本項目負責人，是本項目發明專利無閥液壓伺服系統及其控制方法、一種液壓動力鉗疲勞試驗系統、模鍛錘的智能控制方法及其根據該方法生