深海“雙勇士”成長進行時

2024年9月19日，我國首個深水油田二次開發(fā)項目——中國海油流花11-1/4-1油田二次開發(fā)項目暨“海葵一號”與“海基二號”正式投產(chǎn)。隨著投產(chǎn)指令的發(fā)出，亞洲第一深水導管架平臺“海基二號”緩緩開啟300多米深的水下采油。原油通過水下管道匯入生產(chǎn)處理系統(tǒng)，經(jīng)“海基二號”預處理后，輸往2.5千米外的亞洲首艘圓筒型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置“海葵一號”。

“海葵一號”與“海基二號”這兩座“大國重器”的誕生，標志著我國在深海油氣開發(fā)領域邁出了堅實的一步。讓我們揭開它們的神秘面紗，探尋它們的成長旅程。

近年來，我國大部分新發(fā)現(xiàn)的大型油氣田位于深海。在這古老而又神秘的海域，流花油田以其豐富的油氣資源和極端的氣候條件聞名遐邇。然而，要想在這片“深藍”中開采油氣資源，絕非易事。傳統(tǒng)的開發(fā)模式在這里顯得力不從心，于是，一場關于創(chuàng)新的挑戰(zhàn)悄然拉開序幕。

“超級能源碗”的誕生

圓筒型FPSO（浮式生產(chǎn)儲卸油裝置），這個聽起來就充滿科技感的名詞，是“海葵一號 ”的真身。面對復雜多變的海況，中海油研究總院（以下簡稱研究總院）設計團隊深知照搬以往國外的經(jīng)驗是行不通的，必須自主研發(fā)出最適合的圓筒型FPSO。他們吸取了國外同類產(chǎn)品研發(fā)過程中的經(jīng)驗教訓，結合“深海一號”的成功案例，創(chuàng)造性地設計出了“海葵一號 ”。

“海葵一號”直徑達到了驚人的72米，滿載時可攜帶6萬噸原油，相當于一個“超級能源碗”，但也容易因“身形笨重”而產(chǎn)生劇烈縱搖。為此，設計團隊精心調(diào)整其尺寸和參數(shù)，確保上部設施和柔性立管的安全運行。

同時，為了解決圓筒型結構運動阻尼小、幅度大的問題，設計人員創(chuàng)新地將阻尼板設計成類似海葵花邊的裙邊形狀，利用渦旋脫落和流動分離的原理，成功提升了抑制平臺上下運動的能力。

“海葵一號”吃水小，尺度和受載面積大，使得其受到的環(huán)境載荷遠超同類船型。為了“拴住”這個龐然大物，設計團隊決定采用更“軟”的系泊材質——聚酯纜材料。這種材料在受力時可產(chǎn)生彈性變形，形成“以柔克剛”的效果，成功將系泊纜數(shù)量由21根減少至12根，不僅節(jié)約了成本，還提高了安全性。此外，研究總院還聯(lián)合國內(nèi)廠家成功研發(fā)出國產(chǎn)聚酯纜，實現(xiàn)了中國深水系泊纜繩規(guī)模化應用的突破。

深海基座的構筑

如果說“海葵一號”是深海中的石油加工廠，那么“海基二號”則是支撐這一切的堅實基座。作為亞洲首例“深水導管架平臺”，“海基二號”的設計與建造過程同樣充滿了挑戰(zhàn)與創(chuàng)新。

“海基二號”所處的海域水深更深、環(huán)境更惡劣，且上部組塊功能需求更多。如何在保證結構承載能力的同時實現(xiàn)減重，成為設計團隊面臨的首要難題。他們從基礎力學原理出發(fā)，對超大跨距X型撐桿空間桁架結構的承載機理進行了深入研究，并通過模型試驗驗證了理論的可靠性。一系列創(chuàng)新設計應運而生：“人體形”的“八腿變四腿轉換結構”增強了結構整體剛度；“米字形”斜撐兩側增加面內(nèi)支撐，優(yōu)化了分流傳力……這些設計不僅解決了技術難題，還成功刷新了亞洲深水導管架高度和重量的兩項紀錄。

為了盡量減輕“海基二號”的重量，設計團隊決定首次嘗試使用420MPa高強鋼。這種鋼材在我國導管架方面的應用還是一片空白。為此，研究總院與鋼鐵研究總院強強聯(lián)合，開啟了聯(lián)合攻關的歷程。經(jīng)過無數(shù)次的試驗與驗證，他們終于成功地將國產(chǎn)420MPa高強鋼應用于“海基二號”上。這一創(chuàng)新不僅實現(xiàn)了減重近5000噸的目標，還開辟了國產(chǎn)高強鋼在海洋工程中的新道路。

多專業(yè)協(xié)同保障，守護深海“動脈”

在深海之下，有兩條看不見的“動脈”正默默地為“海葵一號”和“海基二號”輸送著養(yǎng)分。這兩條動態(tài)管纜不僅承載著油氣的輸送任務，還連接著兩座平臺之間的電力供應。為了確保它們在極端海況下的安全運行，設計團隊開啟了多專業(yè)協(xié)同作戰(zhàn)的模式。

面對復雜的海況環(huán)境，“海葵一號”的位移控制成了棘手的問題。傳統(tǒng)的位移控制標準在這里顯得力不從心。設計團隊沒有被固有思維束縛，而是從浮體、系泊和立管等多個專業(yè)入手，對不同構型參數(shù)下的動態(tài)管纜性能進行了深入評估。最終，他們創(chuàng)新性地提出了“系鏈緩波”動態(tài)管纜結構優(yōu)化方案，成功將“海葵一號”在極端臺風下的位移控制要求從傳統(tǒng)的水深15%提高到了28%。這一創(chuàng)新不僅減少了系泊纜的需求，還避免了投資成本的增加。

“立管和浮式平臺一定要綁在一起做設計！”這是研究總院團隊一直遵循的原則。他們深知，只有各專業(yè)之間緊密協(xié)作才能確保項目的成功。因此，在“海葵一號”和“海基二號”的設計過程中，浮體、系泊、立管等多個專業(yè)團隊始終保持著密切的溝通與協(xié)作。他們共同面對挑戰(zhàn)、解決問題，最終確保了這兩座“大國重器”的順利投產(chǎn)。

深海夢想在延續(xù)

“海葵一號”與“海基二號”的開發(fā)設計團隊攻克了一系列關鍵技術難題，全面掌握了超300米深海油氣工程一體化成套技術，使我國具備了根據(jù)不同油田、不同海域，自主設計制造不同類型深水油氣裝備的能力。它們的成功投產(chǎn)，不僅為我國中深水邊際油田的經(jīng)濟開發(fā)奠定了重要基礎，更展示了我國海洋科技實現(xiàn)高水平自立自強的決心和實力。

未來，中國海油的科技工作者們將錨定增儲上產(chǎn)和科技創(chuàng)新，培育和發(fā)展海洋能源新質生產(chǎn)力，繼續(xù)挺進深海領域，探索更加高效、環(huán)保的油氣開發(fā)模式。同時，他們還將積極推動國產(chǎn)高端裝備在海洋工程中的廣泛應用，助力我國海洋經(jīng)濟高質量發(fā)展取得新的更大成效。

作者單位 中海油研究總院工程研究設計院

知識鏈接

流花油田是我國第一個深水油田，作業(yè)水深324米，探明地質儲量超過億噸。油田二次開發(fā)項目在國內(nèi)首次采用“深水導管架平臺+圓筒型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置”開發(fā)模式，深水導管架鉆采平臺進行原油開采，預處理后輸送到圓筒型海上油氣加工廠，處理成合格的原油儲存、外輸。這種開發(fā)模式能夠大幅提高采收率，將油田生產(chǎn)壽命延長近30年，為我國深水油氣田高效開發(fā)提供了全新選擇。