海洋重大技術(shù)裝備項(xiàng)目管理成效與啟示
——以“海洋石油981”平臺(tái)研制為例

周守為 曾恒一 林瑤生 謝 彬 粟 京 李清平 謝文會(huì)

（1.中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司；2.中海油研究總院有限責(zé)任公司）

近年，全球重大油氣發(fā)現(xiàn)主要來(lái)自深水。我國(guó)南海蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，資源量高達(dá)（230～ 300）×108t，70%位于深水區(qū)，是我國(guó)油氣供給重要的戰(zhàn)略接替區(qū)[1-2]。長(zhǎng)期以來(lái)，由于沒(méi)有深水鉆井平臺(tái)，我國(guó)在南海深水區(qū)未鉆一口井，而南海周邊國(guó)家每年從我國(guó)南海掠奪開(kāi)采油氣5000×104t。目前，我國(guó)油氣供需矛盾突出，原油對(duì)外依存度已超過(guò)70%。自主研制超深水鉆井平臺(tái)不僅是保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略選擇，更擔(dān)負(fù)著捍衛(wèi)國(guó)家領(lǐng)海主權(quán)的重要使命。

黨的十八大提出“提高海洋資源開(kāi)發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”的重要戰(zhàn)略構(gòu)想[3]。走向深海，實(shí)現(xiàn)南海油氣資源的有效開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要組成部分。為盡快開(kāi)發(fā)深水油氣資源，中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)海油）在充分借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)中國(guó)南海海洋環(huán)境，通過(guò)集成創(chuàng)新和原始創(chuàng)新，加大自主創(chuàng)新力度，研制出性能先進(jìn)的深水半潛式鉆井平臺(tái)，使我國(guó)海洋石油工業(yè)實(shí)現(xiàn)從淺水走向深水的歷史性跨越[4]。

1 構(gòu)建我國(guó)深水半潛式鉆井平臺(tái)技術(shù)體系

2006年，國(guó)家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）啟動(dòng)了“3000米水深半潛式鉆井平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題；2008年，國(guó)家科技重大專項(xiàng)啟動(dòng)了“海洋深水工程重大裝備及配套工程技術(shù)”項(xiàng)目。項(xiàng)目由中國(guó)海油牽頭，先后組織國(guó)內(nèi)百余家單位，組建了約5000人的研究、設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試和運(yùn)營(yíng)一體化研發(fā)團(tuán)隊(duì)，包括中海石油（中國(guó)）有限公司、中海油研究總院有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱中海油研究總院）、上海外高橋造船有限公司、中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇八研究所（簡(jiǎn)稱七〇八研究所）、中海油田服務(wù)股份有限公司等。

由于我國(guó)在深水工程關(guān)鍵技術(shù)方面基礎(chǔ)較為薄弱，而國(guó)外技術(shù)相對(duì)成熟，項(xiàng)目組采取引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的總體技術(shù)路線，采用“產(chǎn)學(xué)研用”一體化模式，對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)、建造及配套裝備的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。中海油研究總院負(fù)責(zé)總體方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成技術(shù)等工作，中國(guó)海油深水鉆井船工程項(xiàng)目組負(fù)責(zé)整個(gè)工程項(xiàng)目的實(shí)施，七〇八研究所負(fù)責(zé)平臺(tái)方案的基本設(shè)計(jì)，上海外高橋造船有限公司負(fù)責(zé)深水半潛式鉆井平臺(tái)的建造技術(shù)攻關(guān)及平臺(tái)建造，其他參研單位負(fù)責(zé)相關(guān)配套工程關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)協(xié)同攻關(guān)，構(gòu)建了我國(guó)深水半潛式鉆井平臺(tái)研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造體系，為我國(guó)進(jìn)軍深海能源開(kāi)發(fā)奠定了裝備基礎(chǔ)。

2 從“議題討論”入手，理清技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

中國(guó)海油采用與國(guó)際接軌的工程項(xiàng)目管理、科技管理、采辦管理、安全質(zhì)量管理和財(cái)務(wù)管理等相關(guān)制度和管理體系，為高效順利實(shí)施“海洋石油981”項(xiàng)目提供了制度上的保證（圖1）。兩級(jí)管理、兩級(jí)授權(quán)、矩陣管理與扁平型項(xiàng)目管理、專家審查把關(guān)等模式確保項(xiàng)目高效運(yùn)行。針對(duì)“海洋石油981”項(xiàng)目技術(shù)新、風(fēng)險(xiǎn)大、界面多等特點(diǎn)，項(xiàng)目組首先從“議題討論”入手，理清技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。

圖1 世界第六代超深水半潛式鉆井平臺(tái)“海洋石油981”

2.1 第六代新船型設(shè)計(jì)

南海環(huán)境惡劣，臺(tái)風(fēng)、季風(fēng)發(fā)生概率高，是我國(guó)臺(tái)風(fēng)最頻繁的海域，還存在更為復(fù)雜的災(zāi)害性內(nèi)波。中國(guó)海油深水工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室深入開(kāi)展方案研究，提出最佳船型的實(shí)施方案，做到船型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)性能最佳。從第二代半潛式鉆井平臺(tái)到第六代半潛式鉆井平臺(tái)，國(guó)外大約經(jīng)歷了45年,而中國(guó)海油僅用6年，其中3年用于開(kāi)發(fā)船型，3年設(shè)計(jì)建造鉆井平臺(tái)。

2.2 保障海上作業(yè)安全

“海洋石油981”采用高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，要求強(qiáng)度可抵御“200年一遇”的惡劣海況。為保障鉆井平臺(tái)上的人員及設(shè)備安全，強(qiáng)度和穩(wěn)性按南海17級(jí)臺(tái)風(fēng)來(lái)校核設(shè)計(jì)，比國(guó)際同類平臺(tái)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高了10%。深水鉆井平臺(tái)的水下防噴器（BOP）采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的電液失效自動(dòng)關(guān)閉的本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)，技術(shù)世界領(lǐng)先。

2.3 高等級(jí)平臺(tái)組合定位方式

深海半潛式鉆井平臺(tái)的定位系統(tǒng)直接關(guān)系到作業(yè)安全?！昂Ｑ笫?81”采用最高等級(jí)的DP3動(dòng)力定位及高強(qiáng)度錨泊定位的組合定位方案，攻克了DP3動(dòng)力定位與錨泊定位的雙定位系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與智能控制技術(shù)。平臺(tái)在水深1500m以淺，可使用錨泊定位、動(dòng)力定位或二者組合定位；水深在1500m以深，使用動(dòng)力定位。與全動(dòng)力定位平臺(tái)相比，雙定位系統(tǒng)可節(jié)約燃油20t/d，CO2減排量達(dá)63t/d，節(jié)能減排和保護(hù)生態(tài)環(huán)境作用顯著。

2.4 優(yōu)化控制平臺(tái)可變載荷

可變載荷包括泥漿材料、油、水和甲板荷載等，是衡量鉆井平臺(tái)操作能力和效率的主要技術(shù)指標(biāo)。在研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造全過(guò)程中，優(yōu)化控制可變載荷，確保平臺(tái)滿足指標(biāo)要求?！昂Ｑ笫?81”可變荷載達(dá)9000t，為世界半潛式鉆井平臺(tái)最高，大幅提高了平臺(tái)作業(yè)效率。

3 精準(zhǔn)管理，解決建造關(guān)鍵難點(diǎn)

“海洋石油981”項(xiàng)目建造全過(guò)程嚴(yán)格質(zhì)量管理，健全安全管理制度，保證建造精度，針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)，打造集世界先進(jìn)技術(shù)于一身的深水半潛式鉆井平臺(tái)。

3.1 嚴(yán)格質(zhì)量管理，預(yù)防質(zhì)量缺陷

首先，基于產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)警機(jī)制，嚴(yán)格進(jìn)行逐一排查，絕不讓一個(gè)疑點(diǎn)產(chǎn)生任何質(zhì)量隱患。為此，編制了全面質(zhì)量管理手冊(cè)，創(chuàng)新項(xiàng)目質(zhì)量分級(jí)管理機(jī)制，推行建造過(guò)程全面質(zhì)量管理。主要措施包括：創(chuàng)新設(shè)立質(zhì)量管理分級(jí)預(yù)警機(jī)制；制定質(zhì)量分級(jí)原則和處理措施；編制項(xiàng)目質(zhì)量管理工具；及時(shí)統(tǒng)計(jì)，持續(xù)進(jìn)行質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理及預(yù)防性管理等。

其次，嚴(yán)格控制高強(qiáng)度鋼的焊接質(zhì)量。平臺(tái)結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度鋼，局部區(qū)域還要采用超高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼，可焊性差，且在焊接過(guò)程中對(duì)冷裂紋非常敏感，易產(chǎn)生延時(shí)裂紋，焊后焊接熱影響區(qū)域的材料性能會(huì)產(chǎn)生韌性降低的可能。在嚴(yán)格執(zhí)行常規(guī)過(guò)程控制的基礎(chǔ)上，對(duì)焊材選取、高強(qiáng)度鋼焊接控制、特殊構(gòu)件的焊接管理等方面進(jìn)行重點(diǎn)控制。具體措施包括：焊接人員100%進(jìn)行資質(zhì)復(fù)驗(yàn)和質(zhì)量管理培訓(xùn)；按雙船級(jí)社雙規(guī)范制定超高標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝；超高強(qiáng)度鋼焊接進(jìn)行全程監(jiān)控管理，對(duì)特殊構(gòu)件實(shí)施特殊化管理；實(shí)施質(zhì)量預(yù)警，深究“疑似裂紋”，排除產(chǎn)品重大質(zhì)量隱患。

3.2 健全安全管理制度

首先，項(xiàng)目前期就引進(jìn)專職安全監(jiān)督，在資格預(yù)審、招投標(biāo)、設(shè)計(jì)階段充分考慮安全因素。建造過(guò)程中，把中國(guó)海油安全管理理念與船廠的安全管理制度相結(jié)合，補(bǔ)充管理高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)的安全程序和應(yīng)急程序等，確保建造階段各項(xiàng)安全管理工作的有序?qū)嵤┡c持續(xù)改進(jìn)。

其次，借鑒“冰山理論”進(jìn)行案例分析，在項(xiàng)目管理中創(chuàng)造性地提出了“分級(jí)安全預(yù)警機(jī)制”，制定了“分級(jí)安全管理制度”“承包商評(píng)分制度”“黃、橙、紅三級(jí)預(yù)警”等一整套安全管理辦法。通過(guò)解剖麻雀，以點(diǎn)帶面，推進(jìn)項(xiàng)目安全管理，確保各項(xiàng)建設(shè)工作順利運(yùn)行。

3.3 控制公差，保證建造精度

制定“海洋石油981”建造精度要求，最終要達(dá)到或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平。

首先，大型部件拼板精度控制。以相關(guān)設(shè)計(jì)臨界補(bǔ)償為基礎(chǔ)來(lái)確定允許裝配公差；最大裝配公差在引用標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范不一致時(shí)，采用高標(biāo)準(zhǔn)原則；特殊和主要區(qū)域被視為強(qiáng)力構(gòu)件，次要區(qū)域?yàn)槠渌麡?gòu)件；在十字接頭和端部焊縫上非連續(xù)位置偏差，滿足最大偏差要求；構(gòu)件平直度基于撓度計(jì)算，按ABS和CCS規(guī)范公差范圍實(shí)施。

其次，施工過(guò)程中的精度控制。包括胎架精度控制、采用專門模板胎架、分段大組定位控制、總組精度控制、浮箱搭載精度與立柱搭載精度控制、雙層底精度搭載控制、井架搭載精度控制。

再次，嚴(yán)格重量控制。由于半潛式鉆井平臺(tái)的水線面小，對(duì)重量非常敏感，從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就把重量控制作為工程質(zhì)量管控的主要指標(biāo)之一，進(jìn)行嚴(yán)格的全過(guò)程管理。從基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)到加工設(shè)計(jì)、施工建造各階段，嚴(yán)格控制空船重量。根據(jù)不同階段、不同專項(xiàng)，分別采取有效可行措施，最大限度減輕平臺(tái)空船重量。此外，通過(guò)大量采用玻璃鋼、鋁合鋼等輕型材料，成功實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)重量控制。

3.4 R5高強(qiáng)度錨鏈研發(fā)，關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化

“海洋石油981”既是工程項(xiàng)目，更是重大科研項(xiàng)目。重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。高強(qiáng)度錨鏈研發(fā)被列入國(guó)家科技重大專項(xiàng)的支持項(xiàng)目，整合錨鏈技術(shù)生產(chǎn)研發(fā)單位，只用了一年時(shí)間便成功開(kāi)發(fā)出國(guó)際領(lǐng)先水平的R5錨鏈。中國(guó)海油牽頭組織國(guó)際知名的認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)督與驗(yàn)收，產(chǎn)品滿足要求后，大批量生產(chǎn)應(yīng)用于“海洋石油981”平臺(tái)。在此過(guò)程中，形成了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的海洋工程R5高強(qiáng)度錨鏈配套制造能力，制定了相關(guān)R5級(jí)系泊鏈鋼的行業(yè)規(guī)范。國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行匯總，引領(lǐng)了R5錨鏈制造的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。

4 “產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同攻關(guān)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展

“海洋石油981”是“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同攻關(guān)的成功實(shí)踐，通過(guò)自主研發(fā)關(guān)鍵核心技術(shù)和船型，自主完成擴(kuò)展基本設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)，以及平臺(tái)建造、設(shè)備集成與調(diào)試，大幅提升了我國(guó)造船整體水平。

4.1 打造平臺(tái)設(shè)計(jì)“國(guó)家隊(duì)”

“海洋石油981”設(shè)計(jì)工作采取“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合攻關(guān)協(xié)作模式。深水鉆井船工程項(xiàng)目組、中海石油研究總院、七〇八研究所等單位組成的聯(lián)合基本設(shè)計(jì)小組曾赴美，以前期研究船型總體方案為基礎(chǔ)，開(kāi)展基本設(shè)計(jì)。項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)廣泛吸納國(guó)內(nèi)海洋工程界學(xué)術(shù)權(quán)威、專家、教授和大批富有海洋石油工程經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員參加，充分發(fā)揮我國(guó)船舶、海洋石油行業(yè)和相關(guān)科研院所的科研優(yōu)勢(shì)。組建我國(guó)第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)的“國(guó)家隊(duì)”，由專家、教授和研究員牽頭，青年研究設(shè)計(jì)人員和工程師承擔(dān)具體工作，新老結(jié)合、層次分明，攻關(guān)過(guò)程中培養(yǎng)了一批博士、碩士研究生。

4.2 平臺(tái)總體技術(shù)性能世界先進(jìn)

“海洋石油981”項(xiàng)目首次建立了考慮南海內(nèi)波流等特殊災(zāi)害環(huán)境條件的超深水半潛式鉆井平臺(tái)理論研究方法和設(shè)計(jì)技術(shù)體系，全面突破了深水半潛式鉆井平臺(tái)總體性能、錨泊及動(dòng)力定位性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度數(shù)值分析技術(shù)，研發(fā)出適應(yīng)中國(guó)南海環(huán)境條件的鉆井平臺(tái)新船型。平臺(tái)工作水深為3000m，鉆井深度為10000m，可變載荷為9000t，穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足南海200年一遇環(huán)境條件要求。與世界同類平臺(tái)相比，“海洋石油981”運(yùn)動(dòng)性能、作業(yè)性能優(yōu)良，平均鉆井作業(yè)時(shí)效較國(guó)際同類平臺(tái)提高10%，平臺(tái)配備錨泊定位和動(dòng)力定位組合雙定位系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及內(nèi)波監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)，裝備水平世界先進(jìn)，綜合技術(shù)指標(biāo)世界領(lǐng)先。

4.3 確保平臺(tái)作業(yè)與裝備本質(zhì)安全

首次建立了基于海洋環(huán)境與鉆井工況耦合作用下的隔水管理論分析方法與實(shí)驗(yàn)技術(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，首次發(fā)現(xiàn)隔水管的“三分之一效應(yīng)”與“上下邊界效應(yīng)”，從理論上提升了深水鉆井隔水管的安全控制能力。吸取2010年美國(guó)墨西哥灣BP井噴事故教訓(xùn)，設(shè)計(jì)并成功應(yīng)用了海底本質(zhì)安全型防噴器控制系統(tǒng)，可有效防范類似井噴事故發(fā)生，確保深水鉆井平臺(tái)安全作業(yè)。

4.4 自主創(chuàng)新平臺(tái)建造與裝備技術(shù)體系

首次突破了基于有限元數(shù)值分析的建造精度控制等核心關(guān)鍵技術(shù)，建立了超深水半潛式鉆井平臺(tái)總裝建造和配套技術(shù)體系；開(kāi)展防腐分析，防腐系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命由5年提高到10年。創(chuàng)立高強(qiáng)度鋼裂紋尖端開(kāi)口位移（CTOD）技術(shù)，首創(chuàng)對(duì)EQ56/EQ70高強(qiáng)度鋼進(jìn)行CTOD試驗(yàn)研究，提出高強(qiáng)度鋼焊接接頭CTOD允許值。成功研制高強(qiáng)度R5級(jí)別海洋工程系泊鏈，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。首次自主研發(fā)隔水管張力器高壓液壓軟管、A60級(jí)液壓耐高壓水密門，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。平臺(tái)用高強(qiáng)度鋼國(guó)產(chǎn)化率達(dá)99%，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)海洋工程、船舶、機(jī)電制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

5 高效支撐我國(guó)南海深水油氣開(kāi)發(fā)

依托“海洋石油981”項(xiàng)目，中國(guó)海油牽頭組織整合國(guó)內(nèi)外資源，“產(chǎn)學(xué)研用”一體化攻關(guān)，自主研發(fā)設(shè)計(jì)、建成了適合我國(guó)南海深水作業(yè)的鉆井平臺(tái)。我國(guó)成為繼美國(guó)、挪威之后第三個(gè)擁有超深水半潛式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、使用一體化綜合能力的國(guó)家，大型裝備制造業(yè)跨進(jìn)世界最先進(jìn)行列。

目前，“海洋石油981”平臺(tái)已成功完成深水鉆完井作業(yè)60井次，作業(yè)效率及安全性國(guó)際一流。發(fā)現(xiàn)并建設(shè)了荔灣3-1、陵水17-2等多個(gè)深水油氣田，建成及正在建設(shè)深水天然氣產(chǎn)能超90×108m3/a，為大規(guī)模開(kāi)發(fā)南海深水油氣田奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

石油行業(yè)特別是海洋石油行業(yè)，具有跨領(lǐng)域、多學(xué)科、多行業(yè)、高集成特點(diǎn)。我國(guó)深海開(kāi)發(fā)需要構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)鏈，把更多的上下游產(chǎn)業(yè)連接在一起，以此帶動(dòng)和促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展?！昂Ｑ笫?81”研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造與應(yīng)用，徹底改變了我國(guó)缺乏深水油氣勘探領(lǐng)域裝備及技術(shù)的被動(dòng)局面，具備了3000m深水油氣田自主勘探能力，開(kāi)啟了中國(guó)深海戰(zhàn)略新時(shí)代。項(xiàng)目攻關(guān)帶動(dòng)了我國(guó)一批海洋工程制造基地的建成，推動(dòng)了海洋工程高端設(shè)備及材料進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，促進(jìn)了我國(guó)機(jī)械、電子、材料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力提升，對(duì)維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益、保障國(guó)家能源安全產(chǎn)生了全局性、戰(zhàn)略性影響。