去3000米深海采石油“藍(lán)鯨2號(hào)”威震八方

王麟

石油作為重要的化學(xué)能源，在過(guò)去近160年里，為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步作出了重大貢獻(xiàn)，而石油開(kāi)采技術(shù)是伴隨著英國(guó)工業(yè)革命的步伐萌芽和發(fā)展的，前赴后繼，直到今天。石油開(kāi)采技術(shù)的日新月異，在保證了能源供應(yīng)的同時(shí)，也是一個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略地位的體現(xiàn)。

陸上的石油天然存儲(chǔ)量經(jīng)過(guò)多年的攫取已近枯竭，而占據(jù)全球71%面積的海洋中，石油儲(chǔ)量巨大，被開(kāi)發(fā)的數(shù)量九牛一毛。這其中一個(gè)重要的原因是，在風(fēng)急浪高的海洋里面開(kāi)采石油難度很大。雖然過(guò)去70多年里，在淺海區(qū)域開(kāi)采石油的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是在超過(guò)3 000米深的95%的廣闊海域，還是一塊待開(kāi)墾的處女地，誰(shuí)能掌握深海水域的石油開(kāi)采主動(dòng)權(quán)，誰(shuí)就能獲取更多的資源，進(jìn)而獲得更好的發(fā)展機(jī)會(huì)。超深水半潛式海上鉆井平臺(tái)，就是如今只有極少數(shù)國(guó)家掌握的深海采油的高精尖技術(shù)。我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域后來(lái)居上，研發(fā)成功了大國(guó)重器“藍(lán)鯨1號(hào)”和“藍(lán)鯨2號(hào)”等系列產(chǎn)品，一鳴驚人，讓世界艷羨。

座座鉆井平臺(tái)屹立世界海域

在海上開(kāi)采石油，必須有一套合適的海上工程設(shè)備，用于裝載鉆井以及抽提油氣所需的人工和機(jī)械裝置。這些設(shè)備一般包括鉆井平臺(tái)和生產(chǎn)平臺(tái)兩部分。其中，生產(chǎn)平臺(tái)屬于石油提升處理的技術(shù)設(shè)備，不在本文討論。而海上鉆井平臺(tái)按照技術(shù)發(fā)展的順序，先是研發(fā)使用了固定式鉆井平臺(tái)，后來(lái)又推出移動(dòng)式鉆井平臺(tái)。其中，固定式鉆井平臺(tái)又分為混凝土重力式平臺(tái)、深水順應(yīng)塔式平臺(tái)等，這類(lèi)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性較好，但是也存在工作水深淺、靈活性差、性?xún)r(jià)比不高的缺點(diǎn)；移動(dòng)式鉆井平臺(tái)如今方興未艾，其中自升式鉆井平臺(tái)、半潛式鉆井平臺(tái)和鉆井船已經(jīng)成為主流的鉆井裝備。

追根溯源，世界上首次在海上開(kāi)采石油的嘗試，起源于1895年的美國(guó)加利福尼亞州的薩默蘭海岸——石油公司利用木質(zhì)棧橋在海上打出了第一口油井。從1909年到1930年代，石油公司又在北美路易斯安那州以及南美委內(nèi)瑞拉的湖泊中搭建木質(zhì)棧橋，鉆井采油。在這個(gè)時(shí)期，水上鉆井平臺(tái)是通過(guò)木質(zhì)棧橋與陸地相連的，而到了1937年，在墨西哥灣建造了世界上第一臺(tái)離岸性質(zhì)的木質(zhì)海上鉆井平臺(tái)。到了1946年，美國(guó)科麥奇石油公司在墨西哥灣20米深的水域建造了世界上第一臺(tái)離岸鋼制鉆井平臺(tái)，被認(rèn)為是海上石油工業(yè)的開(kāi)端。

以上鉆井平臺(tái)都有一個(gè)特點(diǎn)，那就是全部采用固定式，不能自由遷移，限制了其功能的發(fā)揮，所以世界各國(guó)很快便投入到了移動(dòng)式鉆井平臺(tái)的研發(fā)之中。最早的產(chǎn)品是1932年在美國(guó)路易斯安那州投入使用的“駁船式鉆井平臺(tái)”，可通過(guò)駁船的沉浮完成打井和位置的遷移。后來(lái)在此基礎(chǔ)上，1949年又出現(xiàn)了升級(jí)版的“坐底式鉆井平臺(tái)”，將駁船改成了沉墊，鉆井作業(yè)時(shí)通過(guò)對(duì)沉墊注水增加壓載，將平臺(tái)沉到海底，移位時(shí)減輕壓載，將平臺(tái)浮到海面上，從而實(shí)現(xiàn)拖航和移位作業(yè)。坐底式鉆井平臺(tái)對(duì)海底的地基要求高，適應(yīng)水深能力差，但是它具備在淺海和灘涂等地作業(yè)能力，所以至今還在小范圍內(nèi)使用。

移動(dòng)式鉆井平臺(tái)第三代產(chǎn)品就是自升式鉆井平臺(tái)。它克服了坐底式鉆井平臺(tái)不能適應(yīng)水深變化的缺點(diǎn)，將原坐底式平臺(tái)固定的支撐立柱，改為自由伸縮的“樁腿”，可以根據(jù)作業(yè)水深的不同，調(diào)整其長(zhǎng)度，以適應(yīng)作業(yè)環(huán)境。1956年美國(guó)拉圖諾技術(shù)公司設(shè)計(jì)的自升式鉆井平臺(tái)“天蝎號(hào)”，被認(rèn)為是第一座現(xiàn)代化的自升式鉆井平臺(tái)。這類(lèi)平臺(tái)雖然能夠根據(jù)海水深度變化自由調(diào)整和遷移，但是還有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，那就是因?yàn)闃锻乳L(zhǎng)度受限，大部分平臺(tái)的作業(yè)水深限制在120米以?xún)?nèi)，只能適用于淺海區(qū)。如果采用加長(zhǎng)樁腿的辦法增加其作業(yè)深度，鉆井平臺(tái)的穩(wěn)定性將受到影響，甚至?xí)袃A覆的危險(xiǎn)。

為了解決自升式鉆井平臺(tái)不能在深水區(qū)作業(yè)的缺點(diǎn)，深水半潛式鉆井平臺(tái)這種更加高端的采油技術(shù)便橫空出世了。我國(guó)近期研發(fā)成功有37層樓高的“藍(lán)鯨2號(hào)”，就屬于該技術(shù)的系列產(chǎn)品之一，稱(chēng)之為“超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺(tái)”。

半潛式“定海神針”的不凡定力

1962年，世界上第一臺(tái)半潛式鉆井平臺(tái)在美國(guó)加州問(wèn)世，由美國(guó)殼牌石油公司負(fù)責(zé)研制，在此后的50多年里，半潛式鉆井平臺(tái)不斷更新?lián)Q代，從100米的淺水作業(yè)區(qū)逐步向3 000米的深水區(qū)邁進(jìn)。如今的最大作業(yè)水深已經(jīng)超過(guò)了3 000米，比如我國(guó)研制的“藍(lán)鯨2號(hào)”，其最大作業(yè)水深為3 658米。深水半潛式鉆井平臺(tái)以其性能優(yōu)良、抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、甲板面積和裝載量大、適應(yīng)水深范圍大等優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一，也將是今后數(shù)十年海上石油勘探鉆井最具有發(fā)展前途的設(shè)備。

深水半潛式鉆井平臺(tái)采用了幾大先進(jìn)的“黑科技”，包括總體設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、平臺(tái)定位技術(shù)、總體性能分析技術(shù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞壽命分析技術(shù)、平臺(tái)建造技術(shù)和深水模擬試驗(yàn)技術(shù)等?？傮w設(shè)計(jì)主要是解決平臺(tái)的各項(xiàng)性能指標(biāo)、主要功能和總費(fèi)用問(wèn)題，而總體設(shè)計(jì)中的平臺(tái)設(shè)計(jì)，是核心關(guān)鍵之一，需要確定平臺(tái)的船型與主尺度、結(jié)構(gòu)形式和總布置。

在這幾大“黑科技”中，鉆井平臺(tái)的定位技術(shù)無(wú)疑是重中之重，為什么呢？因?yàn)樵诓龥坝康纳詈Ｋ?，要想保持平臺(tái)位置精確穩(wěn)定，是很困難的一件事。只有保持平臺(tái)位置精確，鉆機(jī)才能準(zhǔn)確到達(dá)儲(chǔ)油層；只有保持位置穩(wěn)定，才會(huì)讓平臺(tái)在臺(tái)風(fēng)肆虐的大海之上巍然屹立。

如今，深水半潛式鉆井平臺(tái)采用的是“動(dòng)力定位技術(shù)”，即在鉆井平臺(tái)上安裝動(dòng)力定位系統(tǒng)，不需要通過(guò)拋錨方式來(lái)穩(wěn)定平臺(tái)，而是用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制推進(jìn)器，來(lái)保持浮動(dòng)平臺(tái)位置的穩(wěn)定。具體而言就是，使用精密、先進(jìn)的儀器來(lái)測(cè)定平臺(tái)因風(fēng)、浪、水流作用時(shí)發(fā)生的位移和方向變化，再通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、計(jì)算，并對(duì)若干個(gè)不同方向推進(jìn)器的推力大小和力矩進(jìn)行自動(dòng)控制，使平臺(tái)保持在原有位置。而平臺(tái)總體性能分析技術(shù)可對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)的水動(dòng)力性能與運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行預(yù)報(bào)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞壽命分析又可保證鉆井平臺(tái)的安全作業(yè)，并延長(zhǎng)其使用壽命。

“藍(lán)鯨2號(hào)”在2017年8月22日完成了試航，這是全球最先進(jìn)的超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺(tái)，采用Frigstad D90基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，利用世界上提升力最大的起重機(jī)“泰山吊”輔助建造，配備高效的液壓雙鉆塔和全球領(lǐng)先的DP3動(dòng)力定位系統(tǒng)。“藍(lán)鯨2號(hào)”鉆井平臺(tái)長(zhǎng)117米，寬92.7米，高118米，最大作業(yè)水深3 658米，最大鉆井深度15 250米，是目前全球作業(yè)水深、鉆井深度最深的半潛式鉆井平臺(tái)，可以在全球95%的深海中暢通無(wú)阻，并開(kāi)展采油作業(yè)。endprint