2022年4月，習近平總書(shū)記連線(xiàn)“深海一號”作業(yè)平臺時(shí)強調：“要推動(dòng)海洋科技實(shí)現高水平自立自強，加強原創(chuàng )性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，把裝備制造牢牢抓在自己手里，努力用我們自己的裝備開(kāi)發(fā)油氣資源，提高能源自給率，保障國家能源安全。”
從海南三亞乘坐直升機，記者來(lái)到我國首個(gè)自營(yíng)勘探開(kāi)發(fā)的1500米超深水大氣田“深海一號”。俯瞰蔚藍大海，一座黃色的鋼鐵“巨無(wú)霸”巍然矗立：總高度120米，總重量超5萬(wàn)噸，鋼鐵用量超過(guò)7座埃菲爾鐵塔，投影面積足有兩個(gè)足球場(chǎng)大，使用電纜長(cháng)度800多公里。
它，就是全球首座10萬(wàn)噸級深水半潛式生產(chǎn)儲油平臺——“深海一號”能源站，也是“深海一號”大氣田的樞紐。水深1500米的天然氣通過(guò)海底管道，源源不斷輸送到能源站，進(jìn)行油氣水分離處理。
當前，深水已成為全球油氣資源的重要接替區。按照國際慣例，一般將水深超過(guò)300米海域的油氣資源定義為深水油氣，1500米水深以上稱(chēng)為超深水。面對超深水海域高壓、低溫、浪急的復雜海況，在國內尚無(wú)先例、經(jīng)驗缺乏的情況下，“深海一號”能源站的建造是如何完成的？又有哪些技術(shù)創(chuàng )新和成功應用？記者進(jìn)行了采訪(fǎng)。
屢創(chuàng )紀錄，我國海洋石油勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)入1500米超深水時(shí)代
登上“深海一號”能源站，仿佛置身一座“機器島”。它的上部組塊密集布局了近200套關(guān)鍵油氣處理設備，以及可容納120人的生活樓，下部浮體由“回”字形底浮箱和4個(gè)立柱組成。與其他半潛式平臺不同，“深海一號”在4個(gè)立柱內分別設置了5000立方米的凝析油艙，開(kāi)創(chuàng )了立柱儲存凝析油的世界先例。
中國海油“深海一號”氣田開(kāi)發(fā)項目總經(jīng)理尤學(xué)剛告訴記者，“深海一號”大氣田既有天然氣又有伴生的凝析油，凝析油年產(chǎn)量達20多萬(wàn)立方米，按照傳統開(kāi)發(fā)方式，需要再建一條凝析油海底管線(xiàn)，長(cháng)度約100公里，成本會(huì )增加近10億元。
2014年，“深海一號”大氣田剛發(fā)現時(shí)，國際油氣價(jià)格正處低谷，項目能夠開(kāi)發(fā)的臨界氣價(jià)比當時(shí)的油氣價(jià)格高20%以上，常規方法難以達到經(jīng)濟開(kāi)發(fā)門(mén)檻。在安全可靠的前提下盡可能經(jīng)濟高效，成為項目推進(jìn)的重要考量。
“能否設計一個(gè)平臺，既滿(mǎn)足氣田生產(chǎn)需求，又能暫時(shí)儲存少量凝析油？”設計團隊提出，凝析油可以?xún)Υ嬖诹⒅鶅?，再通過(guò)穿梭油輪外輸。但這也意味著(zhù)，項目人員在結構設計上要解決好儲油安全、外輸作業(yè)安全等難題。即便是國外油氣公司，此前也從未嘗試過(guò)。
沒(méi)有先例，就開(kāi)創(chuàng )先例！設計團隊從零起步、迎難而上：開(kāi)發(fā)新型“脊梁柱”結構，將凝析油艙內結構疲勞壽命提高30倍以上；借鑒保溫瓶?jì)饶懺?，為油艙量身定?ldquo;護體鎧甲”，避免立柱遭碰撞漏油；自主研發(fā)平臺尺度規劃軟件……
“上部組塊、下部浮體、立管、系泊纜等需要通過(guò)多次修改和迭代，在平臺性能、吃水、抗風(fēng)、外輸等方面達到較好平衡，任何一項變動(dòng)都會(huì )導致工期調整。”“深海一號”氣田開(kāi)發(fā)項目浮體部經(jīng)理吳堯增介紹，團隊花了兩年左右開(kāi)展參數分析和模型實(shí)驗，最終得到滿(mǎn)意組合。
設計階段結束后，留給“深海一號”能源站從建造到投產(chǎn)的周期只有約28個(gè)月，比國外同類(lèi)項目建設期少了10個(gè)月。領(lǐng)域全新、成本受限、工期緊張，重重困難下，“深海一號”能源站的建設工作卻屢創(chuàng )紀錄——
工期更短。在青島，上部組塊提前19天、下部船體提前46天完成陸地建造；在煙臺，36小時(shí)高質(zhì)量完成“大合龍”，100天完成上百個(gè)模塊吊裝和子系統調試……作業(yè)高峰期，中國海油組織超過(guò)5000人、17臺大型履帶式起重機晝夜奮戰，使工期縮短至21個(gè)月，比同類(lèi)項目節省約1/3。
精度更高。“深海一號”能源站的4個(gè)立柱近60米高，對角跨距最大達70004毫米，建造精度要求控制在13毫米內，比國外類(lèi)似項目標準嚴格約3倍，誤差不到萬(wàn)分之二。
壽命更長(cháng)。普通的海洋油氣浮式生產(chǎn)裝置，一般10至15年就要回塢大修。出于技術(shù)風(fēng)險和經(jīng)濟性考慮，“深海一號”能源站項目選擇按“30年不回塢檢修、疲勞壽命達150年、抵御百年一遇超強臺風(fēng)”的高標準進(jìn)行設計建設。“目前看，面對十二三級臺風(fēng)，平臺依然能夠維持安全穩定的運行狀態(tài)，實(shí)際穩性?xún)?yōu)于設計穩性。”“深海一號”氣田總監宋金龍介紹。
從2006年與國外石油公司合作勘探發(fā)現我國首個(gè)深水氣田荔灣3—1，到2014年自營(yíng)勘探發(fā)現“深海一號”大氣田，再到2021年“深海一號”正式投產(chǎn)、我國海洋石油勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)入超深水時(shí)代，尤學(xué)剛感慨：“由300米淺水到1500米超深水，我們用10多年的時(shí)間實(shí)現了歷史性跨越，也使我國躋身世界海洋深水油氣工程建設的先進(jìn)行列。”
勠力攻關(guān)，實(shí)現3項世界級創(chuàng )新、運用13項國內首創(chuàng )技術(shù)
目前，全球具備深水油氣開(kāi)采能力的國家依然屈指可數。究其原因，從淺水到深水，水深的量變會(huì )帶來(lái)油氣開(kāi)采難度的質(zhì)變。像安裝在水下1500米深處的設備，受到的壓力相當于一個(gè)指甲蓋要承受150公斤的重量，這對深水油氣裝備制造和技術(shù)水平提出了極高要求。為了實(shí)現目標，“深海一號”能源站項目團隊進(jìn)行了艱辛探索。
——精益求精，36小時(shí)吊裝實(shí)現完美合龍。
2020年10月29日凌晨，中集來(lái)福士煙臺基地。吊點(diǎn)橋式起重機“泰山吊”，以每分鐘約0.15米的速度，將“深海一號”能源站緩緩吊起，上部組塊與下部浮體開(kāi)始合龍。192個(gè)吊鉤必須如臂使指，確保組塊下方的4個(gè)導向筒，準確捕捉位于浮體上方的導向插尖，前后左右包括對角線(xiàn)的累計誤差要控制在250毫米以?xún)取?ldquo;中國海油團隊和我們前后編制了110多份技術(shù)文件，召開(kāi)超過(guò)10次內部評審會(huì )，盡可能查缺補漏。”煙臺基地總經(jīng)理賀昌海說(shuō)。
這是“泰山吊”起吊最高、吊裝時(shí)間最長(cháng)的一次，必須做好周全準備。“深海一號”氣田開(kāi)發(fā)項目建造中心總工程師張慶營(yíng)介紹，為保障順利合龍，項目必須做到“三精”：一是建造安裝精，精度控制指標細分到材料切割、焊接、滑道總裝搭載等各個(gè)環(huán)節，遵循極為嚴苛的技術(shù)標準；二是模擬分析精，正式作業(yè)前，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行計算機模擬搭載分析，排查潛在安全隱患；三是測量方式精，太陽(yáng)照射會(huì )使鋼板發(fā)生變形，導致測量出現18至25毫米的偏差，工作人員要在日出前就完成測量。
經(jīng)過(guò)36小時(shí)作業(yè)，上部組塊緩緩下放到下部浮體上，立柱與結構物之間只有5毫米的微小偏差，累計誤差40毫米左右，好于預期。
面對超深水海域頻發(fā)的臺風(fēng)、動(dòng)輒10余米高的海浪，“深海一號”能源站如何做到穩如磐石，可以30年不回塢檢修呢？
關(guān)鍵答案在4組16根長(cháng)度超過(guò)2500米的特制系泊纜上。它們仿佛“定海神針”，一頭固定在1500米深的海底，另一頭系泊在平臺的4個(gè)立柱上，每個(gè)立柱4根。尤學(xué)剛介紹，每根特制系泊纜中間包含兩段長(cháng)度近千米、直徑達270毫米的聚酯纜，聚酯纜的強度比鋼纜還要高，耐海水腐蝕，但重量卻只有鋼纜的約1/43。
——“飛針走線(xiàn)”，60萬(wàn)米焊接合格率達99.48%。
液壓式浸沒(méi)泵，承擔著(zhù)半潛平臺的吃水調載以及貨油外輸等功能。最初建造時(shí)，浸沒(méi)泵管線(xiàn)焊接環(huán)節總是失敗。由于壁厚僅為1.5毫米，按照先打底后蓋面的常規方式，容易破壞焊道根部，造成焊接缺陷。
“在這么薄的管線(xiàn)上焊接，像是用快速轉動(dòng)的焊槍‘飛針走線(xiàn)’，整個(gè)過(guò)程必須一次成型，特別考驗手的穩定性。”接到求助，海油工程高級技師李曉鵬用時(shí)一個(gè)多星期開(kāi)展了上百組焊接試驗，終于摸索出組對間隙、坡口角度、焊接速度的規律。
“焊一道口，手至少5分鐘不能亂動(dòng)，小拇指靠近焊道邊緣，焊槍噴射出的火焰高達2000攝氏度，一天下來(lái)手套經(jīng)常燒糊，小拇指也容易起泡。”李曉鵬說(shuō)。“深海一號”能源站船體工程焊縫總長(cháng)60萬(wàn)米，焊接一次合格率高達99.48%。
實(shí)現3項世界級創(chuàng )新、運用13項國內首創(chuàng )技術(shù)，“深海一號”項目團隊交出亮麗答卷。目前，中國海油擁有各類(lèi)深水船舶平臺66艘，其中1500米作業(yè)水深的深海裝備15艘，相繼攻克了深水、地層高溫高壓等世界級難題，形成了具有自主知識產(chǎn)權的深水技術(shù)體系，具備從深水到超深水、從南海到極地的全方位作業(yè)能力。
產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)，關(guān)鍵設備自主化率由33%提升至80%
過(guò)去幾十年，我國海洋油氣開(kāi)發(fā)主要集中在300米以?xún)鹊臏\水海域，深水油氣田勘探開(kāi)發(fā)起步較晚，相關(guān)設備也較為落后。“購買(mǎi)國外裝備和設計，既花費大量資金，也受到很大制約。”中國海油海南分公司工程建設中心主任工程師董曉雨舉例，過(guò)去單臺功率在5000千瓦左右的印刷板式換熱器，采購成本一般在600萬(wàn)元以上，供貨周期超過(guò)10個(gè)月。
“能源的飯碗必須端在自己手里。”肩負重任，中國海洋石油人不敢懈怠。
“深海一號”能源站建造過(guò)程中，中國海油聯(lián)合優(yōu)質(zhì)企業(yè)和高校建立產(chǎn)學(xué)研用機制，聯(lián)合相關(guān)廠(chǎng)家開(kāi)展深水聚酯纜、鋼懸鏈立管等15項關(guān)鍵設備和系統的技術(shù)攻關(guān)，帶動(dòng)了我國造船、鋼鐵、機電等行業(yè)的進(jìn)步，推動(dòng)我國半潛式油氣生產(chǎn)平臺的關(guān)鍵設備自主化率由33%提升至80%。
以深水系泊聚酯纜為例，其中一家供貨商是浙江民營(yíng)企業(yè)四兄繩業(yè)。“國產(chǎn)聚酯纜從合同簽訂到最終交貨只用了9個(gè)月，相較進(jìn)口產(chǎn)品，工期和成本分別縮短和減少1/4，性能也完全滿(mǎn)足要求。”吳堯增說(shuō)。
最讓吳堯增印象深刻的，是一次纜繩固定救急。2020年7月，系泊纜預鋪作業(yè)剛剛開(kāi)始，由于最初的聚酯纜甲板固定方案不太理想，現場(chǎng)臨時(shí)調整為“打中國結”的固定方式。但當時(shí)，國外廠(chǎng)家回復，從設計、測試到制造，再到寄往中國、人員入關(guān)指導安裝，至少得3個(gè)月，相關(guān)費用還得增加上百萬(wàn)美元。
緊急時(shí)刻，四兄繩業(yè)不談任何條件，立馬投入試制，只用了兩三天，首批作業(yè)材料和技術(shù)人員就到達海上現場(chǎng)作業(yè)，保證了施工進(jìn)度。
精誠合作，互利共贏(yíng)。“中國海油團隊幫助我們改造了聚酯纜試驗測試平臺，一同摸索深海聚酯纜的拉力、強度、抗疲勞性等指標參數，推動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)成功。”四兄繩業(yè)海工業(yè)務(wù)副總經(jīng)理李航宇說(shuō)，“深海一號”項目之后，相繼有其他油氣公司慕名而來(lái)，去年企業(yè)的聚酯纜產(chǎn)品還首次走出了國門(mén)。
“深海一號”能源站的建造和成功合龍，也進(jìn)一步夯實(shí)了中集來(lái)福士在油氣生產(chǎn)領(lǐng)域的能力。去年，企業(yè)向英國企業(yè)交付1座自升式生活平臺、向馬來(lái)西亞企業(yè)交付2座水處理模塊，還完成了巴西一家企業(yè)浮式生產(chǎn)儲卸裝置項目的定位合龍工作。
海洋之于海洋石油人，正如土壤之于樹(shù)木。步入深水，就是這棵大樹(shù)不斷向深處、遠處扎根，汲取更多養分的過(guò)程。前不久，“深海一號”能源站再次“上新”技能——完成臺風(fēng)遠程遙控生產(chǎn)改造，能夠實(shí)現惡劣天氣不掉線(xiàn)、臺風(fēng)期間不停產(chǎn)，每年可新增6000萬(wàn)立方米天然氣產(chǎn)量。70公里外，“深海一號”二期工程正進(jìn)行深水海管鋪設作業(yè)，建成后可使“深海一號”天然氣儲量從1000億立方米增至1500億立方米，高峰年產(chǎn)量從30億立方米增至45億立方米。
據統計，近10年全球新發(fā)現的100余個(gè)大型油氣田中，深水油氣田數量和儲量占比均超過(guò)65%。“我們將向更深更遠的蔚藍大海挺進(jìn)，助力海洋強國建設。”中國海油海南分公司總經(jīng)理劉小剛表示，到2025年，我國海上“萬(wàn)億方大氣區”有望建成。
采訪(fǎng)“深海一號”能源站，聽(tīng)到不少感人的奮斗故事：搶抓工期，每周送審圖紙超700份，14天內召開(kāi)近30場(chǎng)技術(shù)討論會(huì )；走遍全國尋找合適管材，同廠(chǎng)家聯(lián)合分析試制，攻克大口徑厚壁鋼懸鏈立管管材的技術(shù)瓶頸；為解決海底管道開(kāi)孔處閥門(mén)故障，工作人員在高壓環(huán)境中整整旋轉手柄830圈……
“拼搏到感動(dòng)自己、努力到竭盡全力”，項目團隊靠著(zhù)腳踏實(shí)地的干勁、不懼艱辛的韌勁，鑄就了我國超深水油氣勘探開(kāi)發(fā)“從0到1”突破的底氣。
增強油氣供應保障能力，是夯實(shí)國內能源生產(chǎn)基礎的關(guān)鍵一環(huán)，也是海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)從業(yè)者的使命所在。為了更好開(kāi)發(fā)利用我國豐富的深水海域油氣資源，中國海油聯(lián)合多家企業(yè)和科研院校合力攻堅，打造自主研發(fā)設計、產(chǎn)品制造、測試驗證及示范應用全鏈條，實(shí)現3項世界級創(chuàng )新、運用13項國內首創(chuàng )技術(shù)，最終成功叩開(kāi)1500米超深水油氣勘探開(kāi)發(fā)的大門(mén)。這一重大成果的問(wèn)世，既有效增強了我國能源保障能力，也有力推動(dòng)相關(guān)裝備水平躍上新臺階，為后續發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎。
進(jìn)步不小，潛力巨大。當前，我國海上原油增量占全國原油總增量的比例已經(jīng)連續4年超過(guò)60%。同時(shí)，我國海洋油氣產(chǎn)量占全國油氣總產(chǎn)量的比重仍只有18%左右，與30%左右的世界平均水平還有不小差距。我們深信，懷著(zhù)能源報國的使命感責任感，海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)行業(yè)將實(shí)現更多“從0到1”的突破，助力我國端穩能源飯碗。
責任編輯： 江曉蓓
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