2024上海深海探采产业发展白皮书

024 SHANGHAI ShanghaiDeepwaterDrilling IndustryDevelopmentWhitePaper 上海深海探采 产业发展白皮书（2024） 上海深海探采 产业发展白皮书 指导单位：上海市经济和信息化委员会 编制单位：中交疏浚（集团）股份有限公司上海中创产业创新研究院 编写顾问：刘永满霍胜勇刘树东张晴波 编写人员：洪国军尹纪富周滢树伟周忠玮李夏丁国杰李光辉揭永琴王诗悦 编排人员：龙彦霖 序言 “ PREAMBLE “ “ 深海探采装备体系发展是开发深海资源、建设海洋强国的国之重器，海洋科学技术的进步，深海探采装备的研制，是推动新时代海洋事业高质量发展、加快海洋强国建设的重要支撑，已成为全球产业竞争的重点领域。当前美、欧、日、韩等国都在积极布局深海探采技术、装备等的研制，并积极开展相关深海探采装备试验验证，大力发展深海探采技术及产业。从国内来讲，我国“十四五”国家发展战略明确提出要发展深海探采，这是顺应建设海洋强国、加速新能源产业发展需要、抢占国际战略新高地的重要机遇。2022年9月，上海市人民政府印发《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》，明确指出深海探采布局的重点方向；2023年，上海市经信委印发《上海船舶与海洋工程装备产业高质量发展行动计划（2023-2025年）》，明确指出要建成原创技术策源和绿色智能引领的全球船舶与海洋工程装备产业高地。 基于此，有必要在对全球深海探采发展格局和发展趋势进行深入分析的基础上，系统梳理上海深海探采产业发展基础、特色优势以及主要进展，并对下一步深海探采产业发展进行展望。在上海市经济和信息化委员会指导下，上海中创产业创新研究院联合中交疏浚等集团，共同编制了《上海深海探采产业发展白皮书》，供相关政府部门、园区、企业提供决策参考。 目录 CNTENT 上海现状 产业概况 P18 P23 一．现状基础 企业集聚效应突出|创新要素资源丰富创新产品持续突破|空间基地布局完备 二．存在问题 P02P03P05 一．深海探采产业概念与内涵二．深海探采产业发展趋势三．深海探采涉及的核心技术 战略思路 P07 深海油气资源开发装备关键技术|深海矿产资源开发装备关键技术 极地船舶技术|氢燃料动力技术|深海探采共性技术研究 四．深海探采产业链分析 P28P28 一．总体思路二．发展原则 发展建议 竞争格局 P30P30 一．加快提升行业整体创新能力 二．夯实产业发展自主基础能力 P09 P11P14P15 一．能源海工装备：已形成三级梯队式竞争格局 二．深海采矿装备：欧美国家领先发展 三．应急救援装备：美深远海打捞作业能力世界领先四．极地科考和资源开发装备体系：美俄欧实力强大 P32P32P33P34 三．加快深海极地新兴装备研发四．推动深海探采绿色智能升级五．促进深海探采区域联动发展六．深化深海探采国际开放合作 1.1 海洋蕴含着丰富的油气资源、矿产资源、生物资源、化学资源、空间资源和可再生资源。在气候变化、人口增长、陆地资源枯竭、生态和环境破坏以及建设海洋强国的战略需求等大背景下，勘探和开发深海资源是必然趋势。由于海底的巨大水压、风浪流复杂流场等各种严峻恶劣的极端环境，以及深海资源的特殊赋存状态、特殊环境保护要求，对深海资源开采、工艺装备提出了更高的要求。深海探采装备体系发展是开发深海资源、建设海洋强国的国之重器，海洋科学技术的进步，深海探采装备的研制，是推动新时代海洋事业高质量发展、加快海洋强国建设的重要支撑。本报告研究的深海探采是极地科考和资源开发装备体系、特种救援装备、能源海工装备、深海采矿装备等的总称。 产业概况 01 深海探采产业概念与内涵 02 深海探采产业发展趋势 03 04 深海探采涉及的核心技术深海探采产业链分析 能源海工装备 主要是海洋油气装备，包括海洋勘探、海洋钻井、海洋施工、海洋油气生产等装备类型，涉及海洋油气开发的全流程各环节，是集安装建造、浮体结构、信息及新材料等高新技术的综合体，是多领域融合、多学科交叉的系统工程 应急救援装备 综合了航海、船舶、海洋工程、水文地质、海洋技术等多个领域，涉及深海探测技术、饱和潜水技术、无人遥控潜水技术、载人潜水技术、深海打捞技术、深海油污及液体危险化学品回收技术等 深海采矿装备 针对深海富钴结壳、多金属硫化物等矿产资源，研究勘探、开采关键技术，目前研究集中在深海采矿重载作业装备、管道提升式深海采矿系统和水面支持装备 极地科考装备和资源开发装备体系 指在极地地区开展相关科考活动所需的装备以及极地资源开发所需的船舶装备，主要包括极地科考船、极地科学观测、通信导航装备、极地破冰船、极地运输船、观光船、渔船等 1.2 三是适应安全性要求，装备可靠性不断增强 深海资源开发需满足人和装备系统的安全性要求，对装备和技术提出了更高要求。 一是技术制约不断突破，商业化进程加速推进 深海采矿是一项高新技术集中且密度高，难度和技术复杂性并存的系统工程。随着当今科技快速发展，技术制约不断被突破，深海采矿商业化进程加速推进。 在极端海况、正常运营以及偶发事件等条件下，需要不断强化人和装备系统的常规和生存安全技术、应急处置技术、应急管理技术、紧急救援技术等的迭代更新； 提高数据精准度、优化数据传输效率，保障水下装备和控制系统、水下监测网等长期有效、稳定工作的持续开展，充分保障深海探采系统及其附属生产系统在复杂海洋环境条件下持续生产作业的可靠性； 积极建设工业大数据平台，促进知识、技术、数据资源共享，强化创新主体间的交流合作，促进行业快速发展。 深海数字矿区建设技术、 多集矿车协同控制、沉积物扰 开展海底作业矿区环境监测和 复杂环境近底探测和取 动抑制和水下噪声控制等深海 健康评价是深海矿产资源开发 样技术及新型智能大水 矿产资源开采技术朝无人化和 面向商业化进程中必不可少的 深勘探机器人制造技术 智能化的多机协同控制和联合 重要环节，羽状流扩散和沉积 的更新迭代助力未知矿 作业方向发展，保障装备安全、 机理分析等技术为绿色开采提 区勘探开发； 高效、稳定运行； 供一定理论和技术支撑。 二是顺应能源转型趋势，以绿色化为发展方向 国际协议绿色化要求越来越高，自2017年以来，国际海底管理局（ISA）一直积极开展深海采矿对环境影响的研究，以期制定一套复杂的“采矿法典”，包含环保标准、采矿合规程序等，通过召开理事会及成员国会议达成协议，截至2024年底将完成深海开采法律框架制定，并表示将就制定采矿法规展开持续性探讨，计划于2025年采用有关法规。 此外，还有监测数据智能融合与分析、智能评估与决策、智能控制等数字化技术与平台的推广应用，数字化、智能化趋势明显。 广泛开展海面—海底、开采—监测—转运、海上—陆地等跨域的多装备共融实施和信息化决策支撑等技术创新，生产全链条智能调度、全系统自主协同作业、健康监测、自动危险状态预警、主动避险智能控制等系统迅速发展和应用； 深海探采装备动力燃料历经燃油、液化天然气、氢能等动能转换，绿色化趋势明显。 四是新兴技术广泛应用，数字化智能化趋势明显 深海矿产、油气资源开发技术紧跟大数据、人工智能、互联互通和智能融合等前沿领域，广泛开展技术创新。 技术面积极发展和采用减碳技术，涉及无工作介质排放或泄漏、无废弃物排放、无装备遗弃、无噪声污染、海洋大规模清洁能源供能及保护修护技术无二次污染等全过程清洁生产。 深水及超深水油气资源开发是一项庞大的系统工程，主要包括深水油气勘探、钻井及生产平台设计制造、深水钻井、深水钻完井、深水钻井应急救援，以及深水油气生产和输送等环节。 各环节涉及的主要装备涉及的相关关键核心技术 各环节涉及的主要装备有深水浮式钻井平包括深水油气地震勘探、探井钻探技术、钻井及台、深水钻井隔水管、水下井口系统、深生产平台总体结构设计制造、平台定位系统、平水油气生产平台、水下采油树及管汇系统、台信息通信技术、深水表层高效钻井技术、深水水下生产控制系统等。极窄压力窗口安全钻井技术等。 1.3 涉及极地航行船总体设计，极地海洋工程装备基本设计技术，极地海洋工程装备动力与配套技术，冰区航行稳定性、快速性、操纵性，极地装备的冰载荷评估，极地环境保护与应急救援，极地抗冰防寒与防污染，耐低温、耐腐蚀、耐磨损、易焊接、高韧性涂层，冰下声学物理特性与冰下水声技术等研究。 极地船动力涉及的技术能力 涉及LNG、核动力、全回转推进器等动力与推进，极地锚泊与动力定位、锚泊与动力定位联合控制，高负载系泊快速脱离与重新连接等方向技术能力。 主要涉及矿产勘探、水面支持、海底采矿、水下输送、采矿对生产环境影响与评估等五大体系，近年来重点布局海底矿产精探、水面支持、环境评估与修复等方面技术攻关。 关键核心技术包括 成矿机理和海底矿区分布规律研究、海底钻机群智能协同钻探技术、海底钻探岩芯原位实时分析技术、深海采矿船精确定位和随动控制技术、深海环境综合感知技术、深海精确导航与定位技术、海底自主行进控制技术、水下长距离粗颗粒矿石输送技术、固液两相流矿浆输送技术、水下中继舱稳定性与优化设计技术、海底长期实时多参数监测技术、海洋生物群落代谢指标原位监测技术、海洋环境噪声技术等。 先进材料技术先进传感器技术 材料是深海探采装备的基础，深海高压、低温、海洋传感器是海洋观测系统神经末梢，作为黑暗等极端恶劣的环境给深海探采装备提出更海洋观测数据设备基础可获取海洋水质、水苛刻的要求，先进的新型材料能增强装备性能，文、地形地貌、地震波等信息，其观测数据深海探采材料技术主要涉及EH47以上高强度钢的准确性、原位性、连续性等，与最终海洋材、钛合金材料、低温材料（大气温度≤-观测结果息息相关。未来的船舶、深海装备50℃）、轻型复合材料、耐低温耐腐蚀厌冰涂将有一个完整的传感器网络来监测，包括检层材料、环境友好型防污减阻新材料等研究。测故障和识别需要维护或修理的区域等。 面对日益增长的环保压力及碳达峰、碳中和的愿景，造船业不断加快探索船用替代燃料应用步伐。氢燃料电池产业目前正处于“陆热水冷”的阶段，下一步科研机构与企业需要在船用安全、船用动力匹配、深远海适用性等方面进行研究，以开发出更多适用于深海探采并能通过船级社认证的船用燃料电池系统。 氢燃料动力技术 氢燃料动力技术是深海探采装备动力系统中有关颠覆性技术的代表，若其能够发展成熟，并得到广泛应用， 将重塑深海装备产业形态。 1.4 深海探采是一项庞大而复杂的工程，被视为世界各国科技竞争的前沿领域，融合了海底作业、 水下输送、动力输配、中央控制和水面支持的全方位平台和系统装备体系，涵盖了装备支持、 装备制造、油田/矿区服务等产业链流程，每个流程又包括对应的子环节。 上游主要是研发、设计环节，包 括装备基础研究、研发、设计、原材料、核心零部件等； 中游主要是装备制造环节，包括深海采矿和深水油气钻探装备； 下游主要是产业应用、服务环节，包括工程承包以及辅助性工作等。 图1为深海采矿产业链图谱 深海采矿装备 深海采矿重载作业装备包括矿石采掘装备、矿石破碎装备、矿石收集装备；此外，深海采矿重载作业装备均需配备水下导航定位系统，支持完成装备在海底的作业。 矿石输送装备主要用于将海底采集和破碎后的矿石输送至海面，包括提升泵管装备、水下中继装备、升沉补偿装置。 水面支持装备包括水面支持平台、协同控制系统、定位导航系统、矿石预分选及矿石存储外输装备、布放回收系统等。 深海油气钻探设备 海洋油气勘探装备中最核心的装备为物探船，用于海底油气资源分布探测。 深水钻井装备包括海洋动态井架、钻井泵组、钻柱升沉补偿系统、管柱自动化处理系统、钻井隔水管系统以及水下防喷器系统。 水下生产系统通过水下井口、海底水下生产设施、海底管线和电缆，将油气井生产的油气混合物输送至较远的处理平台或岸上油气处理厂。 竞争格局 01 能源海工装备：