2021年5月，“深海一號”能源站完成全部設備安裝工作，具備投產條件。
“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
2022年4月，習近平總書記連線“深海一號”作業(yè)平臺時強調：“要推動海洋科技實現(xiàn)高水平自立自強，加強原創(chuàng)性、引領性科技攻關，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。”
從海南三亞乘坐直升機，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(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、浪急的復雜海況，在國內尚無先例、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？又有哪些技術創(chuàng)新和成功應用？記者進行了采訪。
屢創(chuàng)紀錄，我國海洋石油勘探開發(fā)進入1500米超深水時代
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個立柱組成。與其他半潛式平臺不同，“深海一號”在4個立柱內分別設置了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)項目總經(jīng)理尤學剛告訴記者，“深海一號”大氣田既有天然氣又有伴生的凝析油，凝析油年產量達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，項目能夠開發(fā)的臨界氣價比當時的油氣價格高20%以上，常規(guī)方法難以達到經(jīng)濟開發(fā)門檻。在安全可靠的前提下盡可能經(jīng)濟高效，成為項目推進的重要考量。
“能否設計一個平臺，既滿足氣田生產需求，又能暫時儲存少量凝析油？”設計團隊提出，凝析油可以儲存在立柱內，再通過穿梭油輪外輸。但這也意味著，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。
沒有先例，就開創(chuàng)先例！設計團隊從零起步、迎難而上：開發(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；借鑒保溫瓶內膽原理，為油艙量身定制“護體鎧甲”，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、外輸?shù)确矫孢_到較好平衡，任何一項變動都會導致工期調整。”“深海一號”氣田開發(fā)項目浮體部經(jīng)理吳堯增介紹，團隊花了兩年左右開展參數(shù)分析和模型實驗，最終得到滿意組合。
設計階段結束后，留給“深海一號”能源站從建造到投產的周期只有約28個月，比國外同類項目建設期少了10個月。領域全新、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小時高質量完成“大合龍”，100天完成上百個模塊吊裝和子系統(tǒng)調試……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晝夜奮戰(zhàn)，使工期縮短至21個月，比同類項目節(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70004毫米，建造精度要求控制在13毫米內，比國外類似項目標準嚴格約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裝置，一般10至15年就要回塢大修。出于技術風險和經(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”的高標準進行設計建設。“目前看，面對十二三級臺風，平臺依然能夠維持安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，實際穩(wěn)性優(yōu)于設計穩(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、我國海洋石油勘探開發(fā)進入超深水時代，尤學剛感慨：“由300米淺水到1500米超深水，我們用10多年的時間實現(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的先進行列。”
戮力攻關，實現(xiàn)3項世界級創(chuàng)新、運用13項國內首創(chuàng)技術
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變。像安裝在水下1500米深處的設備，受到的壓力相當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水平提出了極高要求。為了實現(xiàn)目標，“深海一號”能源站項目團隊進行了艱辛探索。
——精益求精，36小時吊裝實現(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始合龍。192個吊鉤必須如臂使指，確保組塊下方的4個導向筒，準確捕捉位于浮體上方的導向插尖，前后左右包括對角線的累計誤差要控制在250毫米以內。“中國海油團隊和我們前后編制了110多份技術文件，召開超過10次內部評審會，盡可能查缺補漏。”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，必須做好周全準備。“深海一號”氣田開發(fā)項目建造中心總工程師張慶營介紹，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環(huán)節(jié)，遵循極為嚴苛的技術標準；二是模擬分析精，正式作業(yè)前，專門進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，太陽照射會使鋼板發(fā)生變形，導致測量出現(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。
——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、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。尤學剛介紹，每根特制系泊纜中間包含兩段長度近千米、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”，60萬米焊接合格率達99.48%。
液壓式浸沒泵，承擔著半潛平臺的吃水調載以及貨油外輸?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，像是用快速轉動的焊槍‘飛針走線’，整個過程必須一次成型，特別考驗手的穩(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，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99.48%。
實現(xiàn)3項世界級創(chuàng)新、運用13項國內首創(chuàng)技術，“深海一號”項目團隊交出亮麗答卷。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權的深水技術體系，具備從深水到超深水、從南海到極地的全方位作業(yè)能力。
產業(yè)聯(lián)動，關鍵設備自主化率由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米以內的淺水海域，深水油氣田勘探開發(fā)起步較晚，相關設備也較為落后。“購買國外裝備和設計，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)質企業(yè)和高校建立產學研用機制，聯(lián)合相關廠家開展深水聚酯纜、鋼懸鏈立管等15項關鍵設備和系統(tǒng)的技術攻關，帶動了我國造船、鋼鐵、機電等行業(yè)的進步，推動我國半潛式油氣生產平臺的關鍵設備自主化率由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企業(yè)四兄繩業(yè)。“國產聚酯纜從合同簽訂到最終交貨只用了9個月，相較進口產品，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，系泊纜預鋪作業(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)場臨時調整為“打中國結”的固定方式。但當時，國外廠家回復，從設計、測試到制造，再到寄往中國、人員入關指導安裝，至少得3個月，相關費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)材料和技術人員就到達海上現(xiàn)場作業(yè)，保證了施工進度。
精誠合作，互利共贏。“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(shù)，推動產品研發(fā)成功。”四兄繩業(yè)海工業(yè)務副總經(jīng)理李航宇說，“深海一號”項目之后，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，也進一步夯實了中集來福士在油氣生產領域的能力。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，正如土壤之于樹木。步入深水，就是這棵大樹不斷向深處、遠處扎根，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——完成臺風遠程遙控生產改造，能夠實現(xiàn)惡劣天氣不掉線、臺風期間不停產，每年可新增6000萬立方米天然氣產量。70公里外，“深海一號”二期工程正進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，高峰年產量從30億立方米增至45億立方米。
據(jù)統(tǒng)計，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%。“我們將向更深更遠的蔚藍大海挺進，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“萬億方大氣區(qū)”有望建成。
■記者手記
合力攻堅，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天內召開近30場技術討論會；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)境中整整旋轉手柄830圈……
“拼搏到感動自己、努力到竭盡全力”，項目團隊靠著腳踏實地的干勁、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。
增強油氣供應保障能力，是夯實國內能源生產基礎的關鍵一環(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，打造自主研發(fā)設計、產品制造、測試驗證及示范應用全鏈條，實現(xiàn)3項世界級創(chuàng)新、運用13項國內首創(chuàng)技術，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，既有效增強了我國能源保障能力，也有力推動相關裝備水平躍上新臺階，為后續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎。
進步不小，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(xù)4年超過60%。同時，我國海洋油氣產量占全國油氣總產量的比重仍只有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任感，海洋油氣勘探開發(fā)行業(yè)將實現(xiàn)更多“從0到1”的突破，助力我國端穩(wěn)能源飯碗。
《 人民日報 》（ 2023年06月14日 18 版）