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摘要： 水下生产系统的开发模式环境适应性强、可靠性高、成本相对较低，在深水油气开发中正越来越多的被各大油公司采用。随着我国海洋油气开发向深水挺近，也将更多的采用水下生产系统加浮式生产平台的方案，大量的水下生产设备如海底管线、采油树、管汇终端、脐带缆终端也将得到应用。如何保护水下生产系统中设备，规避生产风险，也成了一个不可忽视的问题。本方案主要研究的是用于保护水下生产设备，防止其受到落锚冲击、渔网拖挂等第三方物理损伤，应用新玻璃纤维材料，替代质量大、易腐蚀、安装繁琐的现役钢制防护系统
关键词：水下设备防护;沙波沙脊;深水结构物保护
引言：
国内首次针对水下设备玻璃钢防护系进行统整体方案研究、设计研究、安装研究及安装应用，打破传统钢制防护罩设计限制;首次对水下设备玻璃钢防护系统进行模块化设计，对模块重复利用以节省项目成本，设计在国际上处于领先水平;针对我国海洋环境，尤其是南海区域可移动沙坡，研究防护罩结构，减少对水下设备运维的影响。
1我国南海某海区内沙波沙脊及渔业对水下结构物的影响
我国南海某海域海底地形地貌较为复杂，存在大规模的海底中性沙波，沙波的底质以中砂、中细砂和细沙为主，具有松散、随时间移动的特点，水动力会造成海底沉积物的侵蚀、搬运和沉积。且随着海底流速的增大，沙波沙脊的移动速度会呈几何倍增长，对水下生产设备的常规保护方案提出了挑战，需要研制更为可靠的防护型式。另外南海海域渔业发展迅速，根据《中国渔业统计年鉴》数据，南海海域活动的激动渔船超80000艘，其中机动渔船超过78000艘，海洋渔业捕捞方式及捕捞设备同样存在更新和进步，渔业活动对海洋油气水下设施的影响也越发明显。据统计，近10年来，渔网破坏导致海管、海缆损坏事故已达8起，达到总事故数的60%，对水下生产系统防护系统的需求量也迫在眉睫。
2我国现有水下设备防护结构型式与存在的问题
我国现针对水下生产设备模块类结构物保护，多采用钢结构保护罩的保护形式，钢制保护罩整体结构类似，多为梯形体。边、梁结构以钢管、工字钢为主，顶面、斜面为钢质格栅板。钢制保护罩重量大、腐蚀问题严重，各种天窗操作较为复杂，实际工程应用中存在一些问题，采用玻璃钢材质防护罩可以有效的解决这些问题，大大的降低施工周期和工程投资。
3南海深水水下设备防护结构研究与探讨
3.1 主要研究目标
本文主要目标是研制基于玻璃纤维材料的水下生产系统的保护结构，并安全应用于水下设备的保护中，在水下采油树、PLET、软管等水下设备防护中发挥作用，保障水下油气设备的安全生产，促进海洋油气持续高速发展做出积极的贡献，产生了良好的效益。
3.2主要研究内容
本项目主要解决的问题是：用于保护水下生产设备（见图一），防止其受到落锚冲击、渔网拖挂等第三方物理损伤;应用新玻璃纤维材料，替代质量大、易腐蚀、安装繁琐的现役钢制防护系统。所涉及的技术要点有：研究适用于我国海域工况的水下设备防护系统整体方案;试制新型玻璃钢水下生产系统设备防护设备;研究水下设备玻璃钢防护罩水下安装技术，形成行业规范或标准。
3.3关键技术
3.3.1技术难点
3.3.1.1玻璃钢保护罩模块化设计
水下生产系统多为大型结构物且尺寸不一，目前大型玻璃钢结构物（见图二）需要单独定制开模生产，一体成型，成本较高且运输不便，进而限制了生产车间的选择。本项目计划对保护结构进行模块化设计以实现玻璃钢生产模具的重复使用，降低开模成本，增加生产车间选择的灵活性。
3.3.1.2玻璃钢保护罩吊装与过飞溅区安装分析
通过安装分析确定动态放大系数后，对保护罩结构强度进行分析，主要工况包括翻转分析、竖直吊装分析和水平吊装分析。玻璃钢保护罩重量轻，当施工船舶吊裝保护罩过飞溅区时，保护罩易受到较大的抨击力，而使吊装索具松弛，导致安装失败。采用Orcaflex软件对玻璃钢保护罩进行安装分析，施工船舶采用项目指定工程船舶，从而计算出船舶是否满足要求、最大允许海况、保护罩自身配重重量以为安装时的动态放大系数。
3.3.1.3玻璃钢保护罩结构强度分析
主要包括安装过程中的吊装分析、翻转分析以及在位强度分析。通过安装分析确定了动态放大系数后，可以对保护罩进行吊装分析和翻转分析以选取合适的吊装索具和确定安装过程中保护罩的强度满足要求。
保护罩在位后需要对保护罩进行在位强度分析，以确保护罩在渔网拖曳下和落锚等情况下强度满足要求，以起到对水下生产系统保护的左右。
3.3.1.4玻璃钢保护罩防沙性能设计
传统钢结构保护罩一般采用钢质主体结构加格栅板的形式，难以实现防沙的功能，玻璃钢保护罩整体性能更加完善，可以实现更好的防沙功能。
3.3.1.5玻璃钢保护罩安装试验
海上施工难度大、风险高，此次保护罩安装为国内首次，为了保证项目顺利进行，必须在陆地进行充分准备和试验。保护罩安装试验包括吊耳拉力试验、翻转试验、保护罩吊装试验（根据动态放大系数增加配重）以及保护罩界面配合试验，通过陆地试验后，进行海上安装试验，包括翻转、吊装入水、着泥以及回收。
3.3.2创新点
3.3.2.1我国首次针对水下设备玻璃钢防护系统整体方案研究、设计研究、安装研究及安装应用，打破传统钢制防护罩设计限制;
3.3.2.2首次对水下设备玻璃钢防护系统进行模块化设计，对模块重复利用以节省项目成本，设计在国际上处于领先水平;
3..3.2.3针对我国海洋环境，尤其是南海区域可移动沙坡，研究防护罩结构，减少对水下设备影响。
4技术、经济效益、推广前景分析 4.1技术经济效益分析
我国目前尚未有水下生产系统玻璃钢防护系统的成熟应用，本次属于国内首例。从产品制造成本上来计算，以一体成型产品为例，国际公司上对南海某项目水下尺寸大小的PLET保护系统报价普遍在50万美元以上，而我们研究生产的产品在100万人民币以下，如果可以实现模块化设计生产，成本可进一步降低。传统钢结构保护罩制造成本约为150万。
从安装成本上计算，相比于传统钢结构保护系统，玻璃钢保护系统可以堆叠运输，节省了至少一条驳船的租赁成本;玻璃钢保护系统的重量约为传统钢结构保护系统的30%到50%，对施工船舶的选择更加灵活，成本对比，单个船天节省成本约20万人民币每天。
本研究有利于建立很好的技術基础、专利保护，取得相关的国外认证，进行海洋设施的保护应用，在国内市场的推广建立较好的先发优势，同时致力于将产品推向国际。
4.2推广应用前景分析
目前国内针对水下设备的防护主要采用的还是钢结构防护，根据被保护物的外形特征，保护罩的外形尺寸可能存在不同，但整体结构类似，均为梯形体。边、梁结构以钢管、工字钢为主，顶面、斜面为钢质格栅板。某公司设计了一种水下管汇的保护结构，并申请了相关专利：一种水下生产系统防护装置。某大学研究了用于海底管道防护的防沉板，申请专利：一种自由式海底防沉板浅基础。国内涉及到玻璃钢材料制作防护系统的行业有风力发电、机床设备、运输管线等，主要集中应用在陆上设备，缺乏水下设备的玻璃钢防护系统研究。国内海洋工程领域尚无成熟产品，没有相关的技术、知识产权和技术标准。
通过一系列的研究工作，可以促进玻璃钢防护系统尽快应用于水下生产系统防护，形成玻璃钢防护系统的全产业链国产化，并且形成一套适用于我国海域特点的水下设备玻璃钢防护系统规范，涵盖设计分析、生产制造、检验检测、资质认证、安装服役，后期可以往水下防护系统的在线检测、利旧延寿、废弃等方面研究，形成一整套的规范。本项目的研究具有极高的科研价值，并产生明显的社会效益和经济效益。
5结语
当前，深海资源开发重要性日益凸显，对深海生产设备进行有效安全保证也成为当前国家经济发展中的重要内容，我国在过去所采用的方法已经不适应现在新的问题，需要对这些方法进行必要的完善和发展，利用新的科学技术创新，使得新的技术产生以促进水下生产安全顺利进行。
关键词：水下设备防护;沙波沙脊;深水结构物保护
引言：
国内首次针对水下设备玻璃钢防护系进行统整体方案研究、设计研究、安装研究及安装应用，打破传统钢制防护罩设计限制;首次对水下设备玻璃钢防护系统进行模块化设计，对模块重复利用以节省项目成本，设计在国际上处于领先水平;针对我国海洋环境，尤其是南海区域可移动沙坡，研究防护罩结构，减少对水下设备运维的影响。
1我国南海某海区内沙波沙脊及渔业对水下结构物的影响
我国南海某海域海底地形地貌较为复杂，存在大规模的海底中性沙波，沙波的底质以中砂、中细砂和细沙为主，具有松散、随时间移动的特点，水动力会造成海底沉积物的侵蚀、搬运和沉积。且随着海底流速的增大，沙波沙脊的移动速度会呈几何倍增长，对水下生产设备的常规保护方案提出了挑战，需要研制更为可靠的防护型式。另外南海海域渔业发展迅速，根据《中国渔业统计年鉴》数据，南海海域活动的激动渔船超80000艘，其中机动渔船超过78000艘，海洋渔业捕捞方式及捕捞设备同样存在更新和进步，渔业活动对海洋油气水下设施的影响也越发明显。据统计，近10年来，渔网破坏导致海管、海缆损坏事故已达8起，达到总事故数的60%，对水下生产系统防护系统的需求量也迫在眉睫。
2我国现有水下设备防护结构型式与存在的问题
我国现针对水下生产设备模块类结构物保护，多采用钢结构保护罩的保护形式，钢制保护罩整体结构类似，多为梯形体。边、梁结构以钢管、工字钢为主，顶面、斜面为钢质格栅板。钢制保护罩重量大、腐蚀问题严重，各种天窗操作较为复杂，实际工程应用中存在一些问题，采用玻璃钢材质防护罩可以有效的解决这些问题，大大的降低施工周期和工程投资。
3南海深水水下设备防护结构研究与探讨
3.1 主要研究目标
本文主要目标是研制基于玻璃纤维材料的水下生产系统的保护结构，并安全应用于水下设备的保护中，在水下采油树、PLET、软管等水下设备防护中发挥作用，保障水下油气设备的安全生产，促进海洋油气持续高速发展做出积极的贡献，产生了良好的效益。
3.2主要研究内容
本项目主要解决的问题是：用于保护水下生产设备（见图一），防止其受到落锚冲击、渔网拖挂等第三方物理损伤;应用新玻璃纤维材料，替代质量大、易腐蚀、安装繁琐的现役钢制防护系统。所涉及的技术要点有：研究适用于我国海域工况的水下设备防护系统整体方案;试制新型玻璃钢水下生产系统设备防护设备;研究水下设备玻璃钢防护罩水下安装技术，形成行业规范或标准。
3.3关键技术
3.3.1技术难点
3.3.1.1玻璃钢保护罩模块化设计
水下生产系统多为大型结构物且尺寸不一，目前大型玻璃钢结构物（见图二）需要单独定制开模生产，一体成型，成本较高且运输不便，进而限制了生产车间的选择。本项目计划对保护结构进行模块化设计以实现玻璃钢生产模具的重复使用，降低开模成本，增加生产车间选择的灵活性。
3.3.1.2玻璃钢保护罩吊装与过飞溅区安装分析
通过安装分析确定动态放大系数后，对保护罩结构强度进行分析，主要工况包括翻转分析、竖直吊装分析和水平吊装分析。玻璃钢保护罩重量轻，当施工船舶吊裝保护罩过飞溅区时，保护罩易受到较大的抨击力，而使吊装索具松弛，导致安装失败。采用Orcaflex软件对玻璃钢保护罩进行安装分析，施工船舶采用项目指定工程船舶，从而计算出船舶是否满足要求、最大允许海况、保护罩自身配重重量以为安装时的动态放大系数。
3.3.1.3玻璃钢保护罩结构强度分析
主要包括安装过程中的吊装分析、翻转分析以及在位强度分析。通过安装分析确定了动态放大系数后，可以对保护罩进行吊装分析和翻转分析以选取合适的吊装索具和确定安装过程中保护罩的强度满足要求。
保护罩在位后需要对保护罩进行在位强度分析，以确保护罩在渔网拖曳下和落锚等情况下强度满足要求，以起到对水下生产系统保护的左右。
3.3.1.4玻璃钢保护罩防沙性能设计
传统钢结构保护罩一般采用钢质主体结构加格栅板的形式，难以实现防沙的功能，玻璃钢保护罩整体性能更加完善，可以实现更好的防沙功能。
3.3.1.5玻璃钢保护罩安装试验
海上施工难度大、风险高，此次保护罩安装为国内首次，为了保证项目顺利进行，必须在陆地进行充分准备和试验。保护罩安装试验包括吊耳拉力试验、翻转试验、保护罩吊装试验（根据动态放大系数增加配重）以及保护罩界面配合试验，通过陆地试验后，进行海上安装试验，包括翻转、吊装入水、着泥以及回收。
3.3.2创新点
3.3.2.1我国首次针对水下设备玻璃钢防护系统整体方案研究、设计研究、安装研究及安装应用，打破传统钢制防护罩设计限制;
3.3.2.2首次对水下设备玻璃钢防护系统进行模块化设计，对模块重复利用以节省项目成本，设计在国际上处于领先水平;
3..3.2.3针对我国海洋环境，尤其是南海区域可移动沙坡，研究防护罩结构，减少对水下设备影响。
4技术、经济效益、推广前景分析 4.1技术经济效益分析
我国目前尚未有水下生产系统玻璃钢防护系统的成熟应用，本次属于国内首例。从产品制造成本上来计算，以一体成型产品为例，国际公司上对南海某项目水下尺寸大小的PLET保护系统报价普遍在50万美元以上，而我们研究生产的产品在100万人民币以下，如果可以实现模块化设计生产，成本可进一步降低。传统钢结构保护罩制造成本约为150万。
从安装成本上计算，相比于传统钢结构保护系统，玻璃钢保护系统可以堆叠运输，节省了至少一条驳船的租赁成本;玻璃钢保护系统的重量约为传统钢结构保护系统的30%到50%，对施工船舶的选择更加灵活，成本对比，单个船天节省成本约20万人民币每天。
本研究有利于建立很好的技術基础、专利保护，取得相关的国外认证，进行海洋设施的保护应用，在国内市场的推广建立较好的先发优势，同时致力于将产品推向国际。
4.2推广应用前景分析
目前国内针对水下设备的防护主要采用的还是钢结构防护，根据被保护物的外形特征，保护罩的外形尺寸可能存在不同，但整体结构类似，均为梯形体。边、梁结构以钢管、工字钢为主，顶面、斜面为钢质格栅板。某公司设计了一种水下管汇的保护结构，并申请了相关专利：一种水下生产系统防护装置。某大学研究了用于海底管道防护的防沉板，申请专利：一种自由式海底防沉板浅基础。国内涉及到玻璃钢材料制作防护系统的行业有风力发电、机床设备、运输管线等，主要集中应用在陆上设备，缺乏水下设备的玻璃钢防护系统研究。国内海洋工程领域尚无成熟产品，没有相关的技术、知识产权和技术标准。
通过一系列的研究工作，可以促进玻璃钢防护系统尽快应用于水下生产系统防护，形成玻璃钢防护系统的全产业链国产化，并且形成一套适用于我国海域特点的水下设备玻璃钢防护系统规范，涵盖设计分析、生产制造、检验检测、资质认证、安装服役，后期可以往水下防护系统的在线检测、利旧延寿、废弃等方面研究，形成一整套的规范。本项目的研究具有极高的科研价值，并产生明显的社会效益和经济效益。
5结语
当前，深海资源开发重要性日益凸显，对深海生产设备进行有效安全保证也成为当前国家经济发展中的重要内容，我国在过去所采用的方法已经不适应现在新的问题，需要对这些方法进行必要的完善和发展，利用新的科学技术创新，使得新的技术产生以促进水下生产安全顺利进行。