300米深水立起“海基一号”

2023-02-09 09:52:02     来源:中国科技网

科技日报记者 操秀英

今年春节,深圳东南250公里的南海东部陆丰油田,103名员工坚守在“海基一号”钻采平台。

千里外的北京,中海油研究总院工程研究设计院副院长付殿福带领的“海基一号”攻关团队,也在密切关注平台运行情况。

一切正常。

“‘海基一号’经受住了‘马鞍’‘尼格’等强台风的考验,事实证明,300米级深水导管架模式成功了。”付殿福不无自豪地告诉科技日报记者。

“海基一号”钻采平台是我国首次在300米级水深海域开发的石油钻采平台,被称为“亚洲第一深水导管架平台”。它的“成功上岗”背后,是中海油攻关团队坚持不懈的创新求索。

   选场址 “用数据说话”

导管架是海洋石油开采中的重要结构。简单来讲,它是一个固定在海底的钢架,托住上方的采油平台。

要让这个庞然大物屹立海底,首先要摸清海底环境。

“海基一号”所处的中国南海,与挪威北海、美国墨西哥湾并称“世界三大海况恶劣海域”。南海内波频发,而陆丰油田区块正位于台风发展的路径上。在海底,陆丰油田区块存在大量的沙波,部分海域还有滑坡、断层等不良地质状况。

“海基一号”为何“偏向虎山行”,挑战“世界级”海洋工程难题?

这是因为,300米水深海域将成为我国海洋油气开发的重要战场。我国海洋油气资源丰富,南海油气资源占比超3/4,光200米至400米水深海域探明石油地质储量就超3亿吨。

不得不做的事情,就下定决心做好。

“海基一号”攻关团队环境条件专业负责人谢波涛采用海底地形调查、沙波监测及数值模拟相结合的方法,在场址处设置水泥桩监测其变化,在计算机中模拟各种潜在因素对沙波沙脊运移的影响。

每当拿到最新的监测数据,谢波涛总要根据实际情况,修正自己对沙波沙脊移动和变化规律的认识。这一监测,就是两年。

“采集数据,分析数据,在数据中找规律,找证据,用数据说话。”谢波涛说,无论什么问题,多出几次海,多熬几个晚上,总能找到正确答案。

将数据“印”在脑子里,谢波涛对南海也有了深刻了解。

在一次与外方的讨论会上,一听对方提供的数据,谢波涛直言“不合理”。对方公司核实发现确实如此,甚至连错误的原因都和他说的一模一样。

“就像有人动摆在自己家里的物件,一下子就能发现不对劲。”谢波涛说。

基于这些数据,联合攻关团队将“海基一号”平台场址向东南方向移动约140米,使场址位置的海床由无规律的不平整地貌,变为相对规则的阶梯状地貌。

他们给导管架设计的阶梯形防沉板,则完美契合了阶梯状海床地貌,在避免处理复杂的海底地基地貌的同时,满足了导管架的就位精度。

   大瘦身 “8腿变4腿”

导管架的外形类似细长形的金字塔,钢桩越多,底座相对越稳固,但也更费钢材,体积也更大。

在世界范围内数千座导管架生产平台中,高度超过300米的仅有9座。

我国此前做过200米级的导管架,如果不计成本和重量,简单“依葫芦画瓢”,设计300米级的即可。但将小尺寸导管架等比例放大,会耗费大量钢材,极大增加成本,也就失去了开发深水导管架的意义。

更重要的是,我国现有的最大吨位的下水驳船也装不下这样的“大家伙”。

付殿福团队要做的,是必须将结构做小做轻,同时还能承载更大的上部生产模块与环境力。

国外公司有成熟经验,向他们取经可少走很多弯路。但团队的共识是:关键核心技术只能靠自己,不能被人牵着鼻子走。

翻阅文献、力学分析、结构建模……他们迅速行动起来。付殿福记得,2019年国庆节假期,朋友圈摄影大赛激战正酣,而团队成员的参赛作品是工作群里一张张“海基一号”设计图。

经过密集的研讨、碰撞,“海基一号”初具雏形。

“超大尺寸X撑和‘8腿变4腿’的结构优化设计,成为我们研究的重点方向。”付殿福说。

这一方案的实施,为整个项目节约了至少3000吨钢材用量和1亿元的工程投资。

新的问题又来了。导管架重量减轻了,结构整体刚度也降低了,却由此产生了共振问题,这将导致严重的节点疲劳问题,威胁导管架结构安全。

导管架重了不行,轻了也不行,技术团队似乎走进了一条“死胡同”。

如何改进节点抗疲劳设计,成为那段时间里,萦绕在结构工程师们脑海中的问题。经过新一轮的“烧脑”、验算后,他们开发了新的波浪动力计算方法,创新性地采用了精细化抗疲劳设计,采用不同的疲劳安全系数选取原则,确保了导管架的结构安全。

最终,通过浮动式下水桁架、超大X撑结构等创新设计,研发团队将“海基一号”平台重量优化至3万吨,比此前同海域水深不到200米的导管架重量还轻,并可应对百年一遇的恶劣海况。

自2022年10月投产以来,这个高度超过北京国贸大厦的“国之重器”运行平稳,每天生产约2万桶石油。

党的二十大报告强调,以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。

“我们将进一步加大关键研究攻关力度,切实提高自主创新能力,保障国家能源安全,推动高水平科技自立自强和国家战略科技力量建设!”中海油研究总院院长米立军表示。


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