2022年4月，習(xí)近平總書記連線“深海一號”作業(yè)平臺時強(qiáng)調(diào)：“要推動海洋科技實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)，加強(qiáng)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發(fā)油氣資源，提高能源自給率，保障國家能源安全。”
2021年5月，“深海一號”能源站完成全部設(shè)備安裝工作，具備投產(chǎn)條件。
“深海一號”氣田首口開發(fā)井開鉆。
以上圖片均由中國海油提供
從海南三亞乘坐直升機(jī)，記者來到我國首個自營勘探開發(fā)的1500米超深水大氣田“深海一號”。俯瞰蔚藍(lán)大海，一座黃色的鋼鐵“巨無霸”巍然矗立：總高度120米，總重量超5萬噸，鋼鐵用量超過7座埃菲爾鐵塔，投影面積足有兩個足球場大，使用電纜長度800多公里。
它，就是全球首座10萬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(dāng)前，深水已成為全球油氣資源的重要接替區(qū)。按照國際慣例，一般將水深超過300米海域的油氣資源定義為深水油氣，1500米水深以上稱為超深水。面對超深水海域高壓、低溫、浪急的復(fù)雜海況，在國內(nèi)尚無先例、經(jīng)驗(yàn)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(yīng)用？記者進(jìn)行了采訪。
屢創(chuàng)紀(jì)錄，我國海洋石油勘探開發(fā)進(jìn)入1500米超深水時代
登上“深海一號”能源站，仿佛置身一座“機(jī)器島”。它的上部組塊密集布局了近200套關(guān)鍵油氣處理設(shè)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個立柱組成。與其他半潛式平臺不同，“深海一號”在4個立柱內(nèi)分別設(shè)置了5000立方米的凝析油艙，開創(chuàng)了立柱儲存凝析油的世界先例。
中國海油“深海一號”氣田開發(fā)項(xiàng)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(dá)20多萬立方米，按照傳統(tǒng)開發(fā)方式，需要再建一條凝析油海底管線，長度約100公里，成本會增加近10億元。
2014年，“深海一號”大氣田剛發(fā)現(xiàn)時，國際油氣價格正處低谷，項(xiàng)目能夠開發(fā)的臨界氣價比當(dāng)時的油氣價格高20%以上，常規(guī)方法難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)開發(fā)門檻。在安全可靠的前提下盡可能經(jīng)濟(jì)高效，成為項(xiàng)目推進(jìn)的重要考量。
“能否設(shè)計(jì)一個平臺，既滿足氣田生產(chǎn)需求，又能暫時儲存少量凝析油？”設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出，凝析油可以儲存在立柱內(nèi)，再通過穿梭油輪外輸。但這也意味著，項(xiàng)目人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。
沒有先例，就開創(chuàng)先例！設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從零起步、迎難而上：開發(fā)新型“脊梁柱”結(jié)構(gòu)，將凝析油艙內(nèi)結(jié)構(gòu)疲勞壽命提高30倍以上；借鑒保溫瓶內(nèi)膽原理，為油艙量身定制“護(hù)體鎧甲”，避免立柱遭碰撞漏油；自主研發(fā)平臺尺度規(guī)劃軟件……
“上部組塊、下部浮體、立管、系泊纜等需要通過多次修改和迭代，在平臺性能、吃水、抗風(fēng)、外輸?shù)确矫孢_(dá)到較好平衡，任何一項(xiàng)變動都會導(dǎo)致工期調(diào)整。”“深海一號”氣田開發(fā)項(xiàng)目浮體部經(jīng)理吳堯增介紹，團(tuán)隊(duì)花了兩年左右開展參數(shù)分析和模型實(shí)驗(yàn)，最終得到滿意組合。
設(shè)計(jì)階段結(jié)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個月，比國外同類項(xiàng)目建設(shè)期少了10個月。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(shè)工作卻屢創(chuàng)紀(jì)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小時高質(zhì)量完成“大合龍”，100天完成上百個模塊吊裝和子系統(tǒng)調(diào)試……作業(yè)高峰期，中國海油組織超過5000人、17臺大型履帶式起重機(jī)晝夜奮戰(zhàn)，使工期縮短至21個月，比同類項(xiàng)目節(jié)省約1/3。
精度更高。“深海一號”能源站的4個立柱近60米高，對角跨距最大達(dá)70004毫米，建造精度要求控制在13毫米內(nèi)，比國外類似項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格約3倍，誤差不到萬分之二。
壽命更長。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(jì)性考慮，“深海一號”能源站項(xiàng)目選擇按“30年不回塢檢修、疲勞壽命達(dá)150年、抵御百年一遇超強(qiáng)臺風(fēng)”的高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)。“目前看，面對十二三級臺風(fēng)，平臺依然能夠維持安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際穩(wěn)性優(yōu)于設(shè)計(jì)穩(wěn)性。”“深海一號”氣田總監(jiān)宋金龍介紹。
從2006年與國外石油公司合作勘探發(fā)現(xiàn)我國首個深水氣田荔灣3—1，到2014年自營勘探發(fā)現(xiàn)“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發(fā)進(jìn)入超深水時代，尤學(xué)剛感慨：“由300米淺水到1500米超深水，我們用10多年的時間實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越，也使我國躋身世界海洋深水油氣工程建設(shè)的先進(jìn)行列。”
勠力攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)世界級創(chuàng)新、運(yùn)用13項(xiàng)國內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)
目前，全球具備深水油氣開采能力的國家依然屈指可數(shù)。究其原因，從淺水到深水，水深的量變會帶來油氣開采難度的質(zhì)變。像安裝在水下1500米深處的設(shè)備，受到的壓力相當(dāng)于一個指甲蓋要承受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(xiàn)目標(biāo)，“深海一號”能源站項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了艱辛探索。
——精益求精，36小時吊裝實(shí)現(xiàn)完美合龍。
2020年10月29日凌晨，中集來福士煙臺基地。吊點(diǎn)橋式起重機(jī)“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始合龍。192個吊鉤必須如臂使指，確保組塊下方的4個導(dǎo)向筒，準(zhǔn)確捕捉位于浮體上方的導(dǎo)向插尖，前后左右包括對角線的累計(jì)誤差要控制在250毫米以內(nèi)。“中國海油團(tuán)隊(duì)和我們前后編制了110多份技術(shù)文件，召開超過10次內(nèi)部評審會，盡可能查缺補(bǔ)漏。”煙臺基地總經(jīng)理賀昌海說。
這是“泰山吊”起吊最高、吊裝時間最長的一次，必須做好周全準(zhǔn)備。“深海一號”氣田開發(fā)項(xiàng)目建造中心總工程師張慶營介紹，為保障順利合龍，項(xiàng)目必須做到“三精”：一是建造安裝精，精度控制指標(biāo)細(xì)分到材料切割、焊接、滑道總裝搭載等各個環(huán)節(jié)，遵循極為嚴(yán)苛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；二是模擬分析精，正式作業(yè)前，專門進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬搭載分析，排查潛在安全隱患；三是測量方式精，太陽照射會使鋼板發(fā)生變形，導(dǎo)致測量出現(xiàn)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36小時作業(yè)，上部組塊緩緩下放到下部浮體上，立柱與結(jié)構(gòu)物之間只有5毫米的微小偏差，累計(jì)誤差40毫米左右，好于預(yù)期。
——穩(wěn)如磐石，16根系泊纜扛住惡劣海況。
面對超深水海域頻發(fā)的臺風(fēng)、動輒10余米高的海浪，“深海一號”能源站如何做到穩(wěn)如磐石，可以30年不回塢檢修呢？
關(guān)鍵答案在4組16根長度超過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個立柱上，每個立柱4根。尤學(xué)剛介紹，每根特制系泊纜中間包含兩段長度近千米、直徑達(dá)270毫米的聚酯纜，聚酯纜的強(qiáng)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”，60萬米焊接合格率達(dá)99.48%。
液壓式浸沒泵，承擔(dān)著半潛平臺的吃水調(diào)載以及貨油外輸?shù)裙δ堋Ｗ畛踅ㄔ鞎r，浸沒泵管線焊接環(huán)節(jié)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(guī)方式，容易破壞焊道根部，造成焊接缺陷。
“在這么薄的管線上焊接，像是用快速轉(zhuǎn)動的焊槍‘飛針走線’，整個過程必須一次成型，特別考驗(yàn)手的穩(wěn)定性。”接到求助，海油工程高級技師李曉鵬用時一個多星期開展了上百組焊接試驗(yàn)，終于摸索出組對間隙、坡口角度、焊接速度的規(guī)律。
“焊一道口，手至少5分鐘不能亂動，小拇指靠近焊道邊緣，焊槍噴射出的火焰高達(dá)2000攝氏度，一天下來手套經(jīng)常燒糊，小拇指也容易起泡。”李曉鵬說。“深海一號”能源站船體工程焊縫總長60萬米，焊接一次合格率高達(dá)99.48%。
實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)世界級創(chuàng)新、運(yùn)用13項(xiàng)國內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)，“深海一號”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)交出亮麗答卷。目前，中國海油擁有各類深水船舶平臺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(quán)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，關(guān)鍵設(shè)備自主化率由33%提升至80%
過去幾十年，我國海洋油氣開發(fā)主要集中在300米以內(nèi)的淺水海域，深水油氣田勘探開發(fā)起步較晚，相關(guān)設(shè)備也較為落后。“購買國外裝備和設(shè)計(jì)，既花費(fèi)大量資金，也受到很大制約。”中國海油海南分公司工程建設(shè)中心主任工程師董曉雨舉例，過去單臺功率在5000千瓦左右的印刷板式換熱器，采購成本一般在600萬元以上，供貨周期超過10個月。
“能源的飯碗必須端在自己手里。”肩負(fù)重任，中國海洋石油人不敢懈怠。
“深海一號”能源站建造過程中，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(jī)制，聯(lián)合相關(guān)廠家開展深水聚酯纜、鋼懸鏈立管等15項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān)，帶動了我國造船、鋼鐵、機(jī)電等行業(yè)的進(jìn)步，推動我國半潛式油氣生產(chǎn)平臺的關(guān)鍵設(shè)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，性能也完全滿足要求。”吳堯增說。
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(yù)鋪?zhàn)鳂I(yè)剛剛開始，由于最初的聚酯纜甲板固定方案不太理想，現(xiàn)場臨時調(diào)整為“打中國結(jié)”的固定方式。但當(dāng)時，國外廠家回復(fù)，從設(shè)計(jì)、測試到制造，再到寄往中國、人員入關(guān)指導(dǎo)安裝，至少得3個月，相關(guān)費(fèi)用還得增加上百萬美元。
緊急時刻，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(dá)海上現(xiàn)場作業(yè)，保證了施工進(jìn)度。
精誠合作，互利共贏。“中國海油團(tuán)隊(duì)幫助我們改造了聚酯纜試驗(yàn)測試平臺，一同摸索深海聚酯纜的拉力、強(qiáng)度、抗疲勞性等指標(biāo)參數(shù)，推動產(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，“深海一號”項(xiàng)目之后，相繼有其他油氣公司慕名而來，去年企業(yè)的聚酯纜產(chǎn)品還首次走出了國門。
“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(xiàng)目的定位合龍工作。
海洋之于海洋石油人，正如土壤之于樹木。步入深水，就是這棵大樹不斷向深處、遠(yuǎn)處扎根，汲取更多養(yǎng)分的過程。前不久，“深海一號”能源站再次“上新”技能——完成臺風(fēng)遠(yuǎn)程遙控生產(chǎn)改造，能夠?qū)崿F(xiàn)惡劣天氣不掉線、臺風(fēng)期間不停產(chǎn)，每年可新增6000萬立方米天然氣產(chǎn)量。70公里外，“深海一號”二期工程正進(jìn)行深水海管鋪設(shè)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(jù)統(tǒng)計(jì)，近10年全球新發(fā)現(xiàn)的100余個大型油氣田中，深水油氣田數(shù)量和儲量占比均超過65%。“我們將向更深更遠(yuǎn)的蔚藍(lán)大海挺進(jìn)，助力海洋強(qiáng)國建設(shè)。”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“萬億方大氣區(qū)”有望建成。
■記者手記
合力攻堅(jiān)，端穩(wěn)能源飯碗
采訪“深海一號”能源站，聽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(nèi)召開近30場技術(shù)討論會；走遍全國尋找合適管材，同廠家聯(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；為解決海底管道開孔處閥門故障，工作人員在高壓環(huán)境中整整旋轉(zhuǎn)手柄830圈……
“拼搏到感動自己、努力到竭盡全力”，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)靠著腳踏實(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發(fā)“從0到1”突破的底氣。
增強(qiáng)油氣供應(yīng)保障能力，是夯實(shí)國內(nèi)能源生產(chǎn)基礎(chǔ)的關(guān)鍵一環(huán)，也是海洋油氣勘探開發(fā)從業(yè)者的使命所在。為了更好開發(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(jiān)，打造自主研發(fā)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、測試驗(yàn)證及示范應(yīng)用全鏈條，實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)世界級創(chuàng)新、運(yùn)用13項(xiàng)國內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)，最終成功叩開1500米超深水油氣勘探開發(fā)的大門。這一重大成果的問世，既有效增強(qiáng)了我國能源保障能力，也有力推動相關(guān)裝備水平躍上新臺階，為后續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
進(jìn)步不小，潛力巨大。當(dāng)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(xù)4年超過60%。同時，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，懷著能源報國的使命感責(zé)任感，海洋油氣勘探開發(fā)行業(yè)將實(shí)現(xiàn)更多“從0到1”的突破，助力我國端穩(wěn)能源飯碗。
