油气开发 挺进深海（深度观察·重大技术装备这样攻关②）

2021年5月，“深海一号”能源站完成全部设备安装工作，具备投产条件。

“深海一号”气田首口开发井开钻。　　以上图片均由中国海油提供

  2022年4月，习近平总书记连线“深海一号”作业平台时强调：“要推动海洋科技实现高水平自立自强，加强原创性、引领性科技攻关，把装备制造牢牢抓在自己手里，努力用我们自己的装备开发油气资源，提高能源自给率，保障国家能源安全。”

  从海南三亚乘坐直升机，记者来到我国首个自营勘探开发的1500米超深水大气田“深海一号”。俯瞰蔚蓝大海，一座黄色的钢铁“巨无霸”巍然矗立：总高度120米，总重量超5万吨，钢铁用量超过7座埃菲尔铁塔，投影面积足有两个足球场大，使用电缆长度800多公里。

  它，就是全球首座10万吨级深水半潜式生产储油平台——“深海一号”能源站，也是“深海一号”大气田的枢纽。水深1500米的天然气通过海底管道，源源不断输送到能源站，进行油气水分离处理。

  当前，深水已成为全球油气资源的重要接替区。按照国际惯例，一般将水深超过300米海域的油气资源定义为深水油气，1500米水深以上称为超深水。面对超深水海域高压、低温、浪急的复杂海况，在国内尚无先例、经验缺乏的情况下，“深海一号”能源站的建造是如何完成的？又有哪些技术创新和成功应用？记者进行了采访。

  屡创纪录，我国海洋石油勘探开发进入1500米超深水时代

  登上“深海一号”能源站，仿佛置身一座“机器岛”。它的上部组块密集布局了近200套关键油气处理设备，以及可容纳120人的生活楼，下部浮体由“回”字形底浮箱和4个立柱组成。与其他半潜式平台不同，“深海一号”在4个立柱内分别设置了5000立方米的凝析油舱，开创了立柱储存凝析油的世界先例。

  中国海油“深海一号”气田开发项目总经理尤学刚告诉记者，“深海一号”大气田既有天然气又有伴生的凝析油，凝析油年产量达20多万立方米，按照传统开发方式，需要再建一条凝析油海底管线，长度约100公里，成本会增加近10亿元。

  2014年，“深海一号”大气田刚发现时，国际油气价格正处低谷，项目能够开发的临界气价比当时的油气价格高20%以上，常规方法难以达到经济开发门槛。在安全可靠的前提下尽可能经济高效，成为项目推进的重要考量。

  “能否设计一个平台，既满足气田生产需求，又能暂时储存少量凝析油？”设计团队提出，凝析油可以储存在立柱内，再通过穿梭油轮外输。但这也意味着，项目人员在结构设计上要解决好储油安全、外输作业安全等难题。即便是国外油气公司，此前也从未尝试过。

  没有先例，就开创先例！设计团队从零起步、迎难而上：开发新型“脊梁柱”结构，将凝析油舱内结构疲劳寿命提高30倍以上；借鉴保温瓶内胆原理，为油舱量身定制“护体铠甲”，避免立柱遭碰撞漏油；自主研发平台尺度规划软件……

  “上部组块、下部浮体、立管、系泊缆等需要通过多次修改和迭代，在平台性能、吃水、抗风、外输等方面达到较好平衡，任何一项变动都会导致工期调整。”“深海一号”气田开发项目浮体部经理吴尧增介绍，团队花了两年左右开展参数分析和模型实验，最终得到满意组合。

  设计阶段结束后，留给“深海一号”能源站从建造到投产的周期只有约28个月，比国外同类项目建设期少了10个月。领域全新、成本受限、工期紧张，重重困难下，“深海一号”能源站的建设工作却屡创纪录——

  工期更短。在青岛，上部组块提前19天、下部船体提前46天完成陆地建造；在烟台，36小时高质量完成“大合龙”，100天完成上百个模块吊装和子系统调试……作业高峰期，中国海油组织超过5000人、17台大型履带式起重机昼夜奋战，使工期缩短至21个月，比同类项目节省约1/3。

  精度更高。“深海一号”能源站的4个立柱近60米高，对角跨距最大达70004毫米，建造精度要求控制在13毫米内，比国外类似项目标准严格约3倍，误差不到万分之二。

  寿命更长。普通的海洋油气浮式生产装置，一般10至15年就要回坞大修。出于技术风险和经济性考虑，“深海一号”能源站项目选择按“30年不回坞检修、疲劳寿命达150年、抵御百年一遇超强台风”的高标准进行设计建设。“目前看，面对十二三级台风，平台依然能够维持安全稳定的运行状态，实际稳性优于设计稳性。”“深海一号”气田总监宋金龙介绍。

  从2006年与国外石油公司合作勘探发现我国首个深水气田荔湾3—1，到2014年自营勘探发现“深海一号”大气田，再到2021年“深海一号”正式投产、我国海洋石油勘探开发进入超深水时代，尤学刚感慨：“由300米浅水到1500米超深水，我们用10多年的时间实现了历史性跨越，也使我国跻身世界海洋深水油气工程建设的先进行列。”

  勠力攻关，实现3项世界级创新、运用13项国内首创技术

  目前，全球具备深水油气开采能力的国家依然屈指可数。究其原因，从浅水到深水，水深的量变会带来油气开采难度的质变。像安装在水下1500米深处的设备，受到的压力相当于一个指甲盖要承受150公斤的重量，这对深水油气装备制造和技术水平提出了极高要求。为了实现目标，“深海一号”能源站项目团队进行了艰辛探索。

  ——精益求精，36小时吊装实现完美合龙。

  2020年10月29日凌晨，中集来福士烟台基地。吊点桥式起重机“泰山吊”，以每分钟约0.15米的速度，将“深海一号”能源站缓缓吊起，上部组块与下部浮体开始合龙。192个吊钩必须如臂使指，确保组块下方的4个导向筒，准确捕捉位于浮体上方的导向插尖，前后左右包括对角线的累计误差要控制在250毫米以内。“中国海油团队和我们前后编制了110多份技术文件，召开超过10次内部评审会，尽可能查缺补漏。”烟台基地总经理贺昌海说。

  这是“泰山吊”起吊最高、吊装时间最长的一次，必须做好周全准备。“深海一号”气田开发项目建造中心总工程师张庆营介绍，为保障顺利合龙，项目必须做到“三精”：一是建造安装精，精度控制指标细分到材料切割、焊接、滑道总装搭载等各个环节，遵循极为严苛的技术标准；二是模拟分析精，正式作业前，专门进行计算机模拟搭载分析，排查潜在安全隐患；三是测量方式精，太阳照射会使钢板发生变形，导致测量出现18至25毫米的偏差，工作人员要在日出前就完成测量。

  经过36小时作业，上部组块缓缓下放到下部浮体上，立柱与结构物之间只有5毫米的微小偏差，累计误差40毫米左右，好于预期。

  ——稳如磐石，16根系泊缆扛住恶劣海况。

  面对超深水海域频发的台风、动辄10余米高的海浪，“深海一号”能源站如何做到稳如磐石，可以30年不回坞检修呢？

  关键答案在4组16根长度超过2500米的特制系泊缆上。它们仿佛“定海神针”，一头固定在1500米深的海底，另一头系泊在平台的4个立柱上，每个立柱4根。尤学刚介绍，每根特制系泊缆中间包含两段长度近千米、直径达270毫米的聚酯缆，聚酯缆的强度比钢缆还要高，耐海水腐蚀，但重量却只有钢缆的约1/43。

  ——“飞针走线”，60万米焊接合格率达99.48%。

  液压式浸没泵，承担着半潜平台的吃水调载以及货油外输等功能。最初建造时，浸没泵管线焊接环节总是失败。由于壁厚仅为1.5毫米，按照先打底后盖面的常规方式，容易破坏焊道根部，造成焊接缺陷。

  “在这么薄的管线上焊接，像是用快速转动的焊枪‘飞针走线’，整个过程必须一次成型，特别考验手的稳定性。”接到求助，海油工程高级技师李晓鹏用时一个多星期开展了上百组焊接试验，终于摸索出组对间隙、坡口角度、焊接速度的规律。

  “焊一道口，手至少5分钟不能乱动，小拇指靠近焊道边缘，焊枪喷射出的火焰高达2000摄氏度，一天下来手套经常烧糊，小拇指也容易起泡。”李晓鹏说。“深海一号”能源站船体工程焊缝总长60万米，焊接一次合格率高达99.48%。

  实现3项世界级创新、运用13项国内首创技术，“深海一号”项目团队交出亮丽答卷。目前，中国海油拥有各类深水船舶平台66艘，其中1500米作业水深的深海装备15艘，相继攻克了深水、地层高温高压等世界级难题，形成了具有自主知识产权的深水技术体系，具备从深水到超深水、从南海到极地的全方位作业能力。

  产业联动，关键设备自主化率由33%提升至80%

  过去几十年，我国海洋油气开发主要集中在300米以内的浅水海域，深水油气田勘探开发起步较晚，相关设备也较为落后。“购买国外装备和设计，既花费大量资金，也受到很大制约。”中国海油海南分公司工程建设中心主任工程师董晓雨举例，过去单台功率在5000千瓦左右的印刷板式换热器，采购成本一般在600万元以上，供货周期超过10个月。

  “能源的饭碗必须端在自己手里。”肩负重任，中国海洋石油人不敢懈怠。

  “深海一号”能源站建造过程中，中国海油联合优质企业和高校建立产学研用机制，联合相关厂家开展深水聚酯缆、钢悬链立管等15项关键设备和系统的技术攻关，带动了我国造船、钢铁、机电等行业的进步，推动我国半潜式油气生产平台的关键设备自主化率由33%提升至80%。

  以深水系泊聚酯缆为例，其中一家供货商是浙江民营企业四兄绳业。“国产聚酯缆从合同签订到最终交货只用了9个月，相较进口产品，工期和成本分别缩短和减少1/4，性能也完全满足要求。”吴尧增说。

  最让吴尧增印象深刻的，是一次缆绳固定救急。2020年7月，系泊缆预铺作业刚刚开始，由于最初的聚酯缆甲板固定方案不太理想，现场临时调整为“打中国结”的固定方式。但当时，国外厂家回复，从设计、测试到制造，再到寄往中国、人员入关指导安装，至少得3个月，相关费用还得增加上百万美元。

  紧急时刻，四兄绳业不谈任何条件，立马投入试制，只用了两三天，首批作业材料和技术人员就到达海上现场作业，保证了施工进度。

  精诚合作，互利共赢。“中国海油团队帮助我们改造了聚酯缆试验测试平台，一同摸索深海聚酯缆的拉力、强度、抗疲劳性等指标参数，推动产品研发成功。”四兄绳业海工业务副总经理李航宇说，“深海一号”项目之后，相继有其他油气公司慕名而来，去年企业的聚酯缆产品还首次走出了国门。

  “深海一号”能源站的建造和成功合龙，也进一步夯实了中集来福士在油气生产领域的能力。去年，企业向英国企业交付1座自升式生活平台、向马来西亚企业交付2座水处理模块，还完成了巴西一家企业浮式生产储卸装置项目的定位合龙工作。

  海洋之于海洋石油人，正如土壤之于树木。步入深水，就是这棵大树不断向深处、远处扎根，汲取更多养分的过程。前不久，“深海一号”能源站再次“上新”技能——完成台风远程遥控生产改造，能够实现恶劣天气不掉线、台风期间不停产，每年可新增6000万立方米天然气产量。70公里外，“深海一号”二期工程正进行深水海管铺设作业，建成后可使“深海一号”天然气储量从1000亿立方米增至1500亿立方米，高峰年产量从30亿立方米增至45亿立方米。

  据统计，近10年全球新发现的100余个大型油气田中，深水油气田数量和储量占比均超过65%。“我们将向更深更远的蔚蓝大海挺进，助力海洋强国建设。”中国海油海南分公司总经理刘小刚表示，到2025年，我国海上“万亿方大气区”有望建成。

  ■记者手记

  合力攻坚，端稳能源饭碗

  采访“深海一号”能源站，听到不少感人的奋斗故事：抢抓工期，每周送审图纸超700份，14天内召开近30场技术讨论会；走遍全国寻找合适管材，同厂家联合分析试制，攻克大口径厚壁钢悬链立管管材的技术瓶颈；为解决海底管道开孔处阀门故障，工作人员在高压环境中整整旋转手柄830圈……

  “拼搏到感动自己、努力到竭尽全力”，项目团队靠着脚踏实地的干劲、不惧艰辛的韧劲，铸就了我国超深水油气勘探开发“从0到1”突破的底气。

  增强油气供应保障能力，是夯实国内能源生产基础的关键一环，也是海洋油气勘探开发从业者的使命所在。为了更好开发利用我国丰富的深水海域油气资源，中国海油联合多家企业和科研院校合力攻坚，打造自主研发设计、产品制造、测试验证及示范应用全链条，实现3项世界级创新、运用13项国内首创技术，最终成功叩开1500米超深水油气勘探开发的大门。这一重大成果的问世，既有效增强了我国能源保障能力，也有力推动相关装备水平跃上新台阶，为后续发展奠定了坚实基础。

  进步不小，潜力巨大。当前，我国海上原油增量占全国原油总增量的比例已经连续4年超过60%。同时，我国海洋油气产量占全国油气总产量的比重仍只有18%左右，与30%左右的世界平均水平还有不小差距。我们深信，怀着能源报国的使命感责任感，海洋油气勘探开发行业将实现更多“从0到1”的突破，助力我国端稳能源饭碗。