半潜式生产储油平台+水下生产系统深海一号：创下三项世界纪录

互推小编 2024-02-27

中央纪委国家监委网站王珍

建设海洋强国是实现中华民族伟大复兴的重大战略任务。4月10日，习近平总书记在中国海洋大学三亚海洋研究院考察时，连线“深海一号”作业平台。他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。

海洋，蕴藏着地球上超过34%的石油和天然气，但这些油气资源却并非触手可及，有近一半深埋于水深超过300米的深海之下，水深每增加一米，资源开采难度将呈几何级增长。经过40年的技术攻关和自主创新，中国海洋油气勘探开发相继攻克深水、高温、高压领域难题，实现了从上游到上中下游一体化、从浅水到深水、从国内到国际的“三大跨越”。

截至2021年底，中国海洋石油集团有限公司已建成油气田近200个，并建立了以“深海一号”“海基一号”为典型代表的深水油气资源开发模式。它们有何技术突破？又实现了哪些深水海洋工程装备方面的创新？记者带您走近“深海一号”和“海基一号”——

“半潜式生产平台+水下生产系统”开发模式示意图。

“深海一号”作业平台。（图片均由中国海油提供）

“深海一号”是中国首个自主完成设计、建造和安装的大型深水项目，对中国海洋石油事业来说具有里程碑式的意义。每年将为粤港琼等地稳定供气30亿立方米，对保障国家能源安全、优化能源结构和提升我国深海资源开发能力具有重要意义。

40层楼高的海上“巨无霸”、24万个零部件组成的“机器岛”、最大投影面积相当于两个标准足球场……

这就是“深海一号”作业平台——全球首座十万吨级深水半潜式生产储油平台，名副其实的大国重器。

去年6月，在距离海南三亚约150公里的陵水海域，我国目前自主发现的水深最深、勘探开发难度最大的海上深水气田——“深海一号”大气田投产。由生物遗体分解而成、深埋于海底的天然气，从1500余米水深处、数千米深的开发井底“涌”向“深海一号”作业平台，经处理达标后，顺着海底管线“游”向千家万户。

天然气完成从海底至灶头这趟“旅途”只需1天，背后却是几代科研人员对“卡脖子”技术的接力攻关。

3项世界级创新、13项国内首创技术、12项关键核心技术突破……“深海一号”标志着我国深水油气开发和深水海洋工程装备技术取得重大突破，我国海洋石油勘探开发能力实现了从300米水深到1500米水深的历史性重大跨越，迈入了“超深水时代”。

据业内人士介绍，300米、1500米，通常被认为是浅水与深水、深水与超深水之间的分界线。基于水深、环境条件、技术水平等方面不同，海洋油气开发会采取不同的模式。

在浅水海域，尤其是针对水深在100米左右的油气田，通常是通过浅水导管架平台完成油气田的钻完井以及油气的开采、处理，再通过海底管道输送至陆地终端或浮式生产储油船进一步处理、储存。

而在深水、超深水海域，有的采用的是“导管架平台+水下生产系统长距离回接”模式，这种开发模式适用于离浅水区较近的分散油气田开发，在深水区设置水下井口与生产系统，开采出的油气资源通过海底管道输送至固定在浅水海域的导管架平台进行加工处理，再通过长距离管道输送至陆地终端，如荔湾3-1气田开发。

更多的则是采用“浮式生产平台+水下生产系统”模式。“也就是说，通过水下生产系统开采出油气资源，再通过海底管道输送至半潜式生产平台或浮式生产储油船进行加工处理，比如油、气、水的分离等。”中海油研究总院有限责任公司负责人米立军告诉记者。

“深海一号”就是在典型的“半潜式生产平台+水下生产系统”开发模式中，增加了半潜式生产平台的储卸油功能，这是世界首创的。

李达，中海油研究总院工程研究设计院结构总师。8年前，35岁的他成为“深海一号”大气田前期研究及基本设计项目副经理，参与“深海一号”作业平台研发。

“气田所产凝析油的存储和运输，成为当时挡在设计团队面前的‘拦路虎’。”李达回忆，按照世界类似油气田的设计，新建凝析油外输管线在技术上是可行的。但如此一来，开发成本将增加约8亿元。

能不能设计一个平台，既能满足气田的生产需求，又能暂时储存少量凝析油？

一个保温瓶给李达带来了灵感。

最终，借鉴“保温瓶内胆”的原理，项目团队在平台的4根浮体立柱内分别设置5000立方米的凝析油舱，并为油舱装上量身定做的“护体铠甲”，既解决了凝析油储存问题，又避免了立柱遭碰撞漏油的风险。

这项被称为“凝析油U型隔离与安全储存技术”的创新之举，开创了半潜式平台立柱储油的世界先例。

5万吨级超大结构物大变形半漂浮精准合龙技术、世界最大吨级开敞结构物预斜回正荷载横向转移技术、1500米级水深聚酯缆锚泊系统的设计与安装技术、30年不进坞检修的浮体结构疲劳的设计与检测技术……随后，“深海一号”项目又诞生出两项世界首创和13项国内首创技术。

“总书记说的每一个字，我们都牢记心中。”4月14日，与记者谈起习近平总书记连线“深海一号”作业平台，李达难掩激动。作为“深海一号”作业平台的开发者，他备受鼓舞：“使命在心，责任在肩。习近平总书记的重要讲话，激励每一位海洋人勇毅前行、奋力拼搏。”

如今，“深海一号”已成功达产10亿立方米，但中国海油潜入深海的脚步不停，正积极推动“深海二号”等气田的开发。

首次尝试300米级深水导管架平台开发模式

海基一号：为深海堡垒打牢“地基”

深水导管架平台开发模式示意图。

“海基一号”正在运往指定海域。（图片均由中国海油提供）

“海基一号”是我国自主设计的300米级深水导管架，实现了我国深水导管架设计、建造、安装等技术质的飞跃，对推动海上油气增储上产、保障国家能源安全具有重要战略意义。

滑移下水、扶正坐底、精准安装……4月11日，我国自主设计建造的亚洲第一深水导管架“海基一号”在南海东部珠江口盆地海域精准就位，将服役于我国陆丰15-1油田开发。

这是国内首次尝试300米级深水导管架平台开发模式，标志着我国深水超大型导管架成套关键技术和安装能力达到世界一流水平。“海基一号”的成功应用为经济有效开发我国200至400米水深海域的油气资源开拓了一条新路。

“海基一号”是一个“大家伙”：高达302米，堪比埃菲尔铁塔，重达3万吨，所用钢材可制造1艘中型航空母舰，是亚洲首例300米级深水导管架。为什么要建这么高的导管架，建这么一个“大家伙”到底有多难呢？

记者了解到，固定式导管架平台是海上油气开发最基础的形式，主要由导管架、桩腿和上部模块三部分组成。导管架就相当于“地基”，用于支撑海上油气平台的庞大身躯与巨大吨位，是世界范围内应用最广泛的海洋油气开发装备，能稳稳扎根海底，托举平台矗立大洋之上。

据中海油研究总院工程研究设计院副院长付殿福介绍，固定式导管架平台通常用于浅水海域油气资源开发，我国在200米水深及以上海域通常采用的是“浮式生产平台+水下生产系统”开发模式。目前，在世界范围内数千座导管架生产平台中，仅有9座导管架高度超过300米。

与“浮式生产平台+水下生产系统”开发模式相比，深水导管架平台开发模式最大的优势，是将生产系统从水下搬到了导管架平台上，也就是说集钻井、采油、处理等功能于一身，可大幅降低钻完井、工程以及后续的生产操作成本。

然而，随着水深的增加，导管架所受环境荷载迅速增加，设计、建造难度也随之加大。

一般来说，为了对抗更大的环境荷载，需要使用更多的钢材来增加结构的强度。这就意味着，导管架的尺寸要变大，大尺寸对应的就是大跨度和大吨位吊装。受国内施工资源和经济成本的限制，决定了必须将导管架的重量控制在合理范围内。

如何解决这一难题？“我们为‘海基一号’量身制定‘瘦身’方案，通过浮动式下水桁架、超大尺寸X撑结构等创新设计，优化结构，精简导管架水平层数量，最大化发挥钢材性能，使平台重量优化至3万吨。”付殿福告诉记者，“海基一号”比此前国内最高的导管架高了近50%，但重量却更轻了。

不仅如此，为解决海底巨型沙坡沙脊会发生移动、无法平稳固定等难题，项目团队开展了数值模拟，并对沙坡沙脊进行了为期2年的运移监测，掌握了其运移规律，并专门为“海基一号”设计了阶梯型防沉板，完美贴合陆丰15-1油田阶梯状海床地貌。

海上安装阶段对海洋环境有着较为苛刻的要求，适合安装导管架的时机非常难得。为了在有限的时间内完成“海基一号”的海上安装，项目团队首创“三主作业船”联合施工模式，通过三条作业船间的紧密配合，大大提升了安装效率。同时首次应用下水姿态监测系统，使“海基一号”成为全球首个在深水巨型沙坡场址完成高精度安装就位的导管架。

为确保“海基一号”能够在20年服役期内安全运行，在运营维护方面，“海基一号”导管架首次设置了应力级在线监测系统，并以此为基础开发相应的数字孪生系统。“也就是说，技术人员不用下水，就可以知道导管架水面以下的工作状态。”付殿福告诉记者。

创新应用封舱隔板设计、大尺度大吨位结构多台吊机联合吊装……“海基一号”10余项技术创新，让我国深水导管架设计建造技术从基础理论、结构型式、设计理念、施工工艺到运行维护等，实现了全方位的提升。

近期，项目团队正在进行“海基一号”平台上部组块安装的准备工作，平台整体建成后将刷新我国海上原油生产平台的重量纪录。

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