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中国深水技术突破的创新“标本”
发布时间:2015-12-28来源:中国海洋石油报浏览量:

三项“空白” 推动深水技术研发

《2005~2015世界海洋油气预测》(www.qingdaoyongtai.com)认为,世界深水油气勘探目标的84%集中在由美国墨西哥湾、巴西、西非组成的“深水金三角”和北海海域。掌握技术话语权的“第一梯队”国家将应用于这些海域的钻井平台分为适应挪威海域的“北海级”,适应墨西哥湾海域的“湾级”和适应赤道无风带的“常规级”,而适应南海“罕见内波、超强台风”特点的“南海级”船型仍是空白。
随着南海权益纷争日趋活跃,超深水钻井平台的作业日费率水涨船高。据美国石油天然气行业分析网站Rigzone统计,即使在油价下跌、世界钻井船签约率屡创新低的情况下,深水钻井平台的租金仍然保持在40万美金/天。
相比船型空白,深水油气开发的安全问题更令人担忧。自英国国家石油公司(BP)为“深水地平线”爆炸事故付出了187亿美元的高昂代价后,深水安全问题成为高悬石油公司头顶的“达摩克利斯之剑”。“海洋石油981”工程项目副经理粟京告诉记者,在设计建造过程中,填补深水钻井安全空白、实现钻井作业本质安全一直是“981团队”的第一要务。
专利空白是南海深水油气开发的又一只“拦路虎”。在“海洋石油981”设计项目启动前,全球掌握超深水半潜式钻井平台成熟技术的公司屈指可数。使用美国、挪威公司取得专利的成熟技术固然在一定程度上可以规避设计建造风险,但同时也意味着要向专利方支付高昂的专利使用费。按照“第一梯队”制定的游戏规则,深水技术专利不能一次“买断”,只能永久“分成”,转让决定权也在专利方手中。如果使用这些“有立场”的专利,南海深水油气开发的技术“咽喉”将被紧紧扼住,永远无法摆脱受制于人的被动局面。
三次创新 引领深水技术突破
三项“空白”,如何“逆袭”?在对外合作中,中国海油形成了“引进、消化、吸收、再创新”的技术创新理念,率领相关企业和科研院所攻坚克难,自主设计建造了适应南海特点、符合本质安全、具备自主知识产权的“海洋石油981”,实现了超深水钻井平台设计技术、超深水钻井安全控制技术和深海重大装备建造技术的新突破。
研发首个“南海级”新船型。“行”在南海,超深水钻井平台必须具备抵御狂风巨浪的强健体魄和应对“水下魔鬼”内波流的敏捷身手,才能在钻井时“定”在海上,台风时迅速“漂移”。
为应对南海灾害环境,科研人员系统研究了南海内波流的原理和特征,收集了全球28种半潜式钻井平台成熟船型,通过数值模拟分析和船模水池实验,找到了最适合南海的船型。在将该船型“南海化”的过程中,中国海油形成了超深水半潜式钻井平台的“南海级”技术体系。
新生的“南海级”船型是针对中国南海的“私人订制”:作业水深3000米、可变荷载9000吨,设计标准提高10%,可抵御200年一遇超强台风;DP3动力定位和12点锚泊定位相结合,定位能力超国际同类最高标准21%,为抵御“水下魔鬼”设置了“双保险”。
保障超深水钻井本质安全。隔水管是深水钻井平台和海底井口间重要而又脆弱的“脐带”,一旦受损,将给作业安全带来重大隐患。“钻”在南海,超深水钻井平台必须具备过硬的“免疫系统”,才能保障“深水脐带”和海底井口的本质安全。
为追求本质安全,科研人员发现了深水隔水管的“三分之一效应”和“上下边界效应”,并据此创建了超深水隔水管安全控制方法。同时,在认真分析墨西哥湾“深水地平线”钻井事故教训的基础上,中国海油首创了海底本质安全型防喷器控制技术。该技术将失去信号视为水下防喷器的关闭指令,当钻井平台发生火灾、爆炸等恶性事故失去所有控制信号时,水下防喷器将自动强制关闭,成为抵御深水井喷的“生命防线”。
建立超深水平台建造技术体系。作为南海深水船队的“旗舰”,“海洋石油981”集世界先进技术于一身,设计难度大、建造风险高,精度控制和重量控制至关重要。为了给平台“瘦身塑形”,工程项目组采取了“三位一体”精度控制技术,全过程实施“0余量”建造,取得了深海重大装备建造技术突破。
新生的“深水利器”似从画中来:建造精度误差仅0.02%,重量控制偏差仅0.4%,远低于国际同类一流超深水钻井平台0.06%的精度误差和1%的重量偏差。同时,超深水半潜式钻井平台的材料和高端装备配套技术也获得了突破,高强度钢国产化率达到99.6%。随着一批高端设备、材料的国产化,中国正式跻身国际海洋工程高端装备制造大国。
三种财富 收获深水“技术之钥”
1月9日,“超深水半潜式钻井平台研发与应用”获2014年度国家科学技术进步奖特等奖。中国工程院院士郑哲敏认为:“针对中国南海极端海况的超深水半潜式钻井平台部分设计技术、深水隔水管安全控制技术和本质安全型海底防喷器技术达到了世界领先水平。”
“技术水平达到国际先进、中国顶级,中国海油已成为中国高新技术的引领者。”挪威船级社如此评价“海洋石油981”的技术成就和她的设计建造者。从300米水深的“勘探3号”到3000米水深的“海洋石油981”,是创新理念引领了深水技术的代际更替。
在“大众创业,万众创新”上升为国家战略的时代,“海洋石油981”是高新技术突破可操作的“样本”,“引进、消化、吸收、再创新”是高新产业发展可借鉴的案例。
在“联合基本设计、共享知识产权”的合作理念中,可以看到海油人包容的心态和学习的热情,在集成创新和自主创新“两条腿走路”的设计建造过程中,可以看到海油人对创新理念务实的理解和准确的认识;在19件发明专利、45件实用新型专利、12件软件著作权的“取经”路上,在船型设计、水下系统等核心技术的“专利战争”中,可以看到海油人突破外国专利封锁、巩固技术创新成果的坚定信念。

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。这些来之不易的技术、专利和理念是“海洋石油981”留下的宝贵财富,它们为中国深水油气开发打下了独立、创新的烙印,为中国推进海洋强国、维护南海权益收获了自主、高效的“技术之钥”。