渤海底長出一棵采油樹

“我們終于干成了！”

——自升式鉆井平臺(tái)燃燒臂噴發(fā)出的熊熊火炬，映紅了團(tuán)隊(duì)成員們的臉龐，中海油研究總院副總工程師范白濤與大家激動(dòng)相擁。

2022年7月17日，渤海海域錦州31-1氣田，我國首個(gè)自主研發(fā)的淺水水下采油樹系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目點(diǎn)火成功。

深埋于地下2000多米的天然氣氣龍，通過水下采油樹系統(tǒng)穩(wěn)定輸送到平臺(tái)火炬臂。單井試采氣量達(dá)31萬方/天，可供1500個(gè)家庭使用1年。

這棵來之不易的“樹”，實(shí)現(xiàn)了我國淺水海域水下油氣開發(fā)模式從“0”到“1”的歷史性突破。

量體裁衣定方案

采油樹是油氣開發(fā)的關(guān)鍵裝備，就像一個(gè)智能“水龍頭”，能夠?qū)崿F(xiàn)開采的精確控制及溫度壓力的監(jiān)控。在我國淺水區(qū)域，通常采用固定式導(dǎo)管架平臺(tái)開發(fā)，采油樹位于平臺(tái)上，方便操作調(diào)節(jié)。然而，渤海區(qū)域不僅油氣儲(chǔ)量豐富，通航、漁業(yè)也很發(fā)達(dá)，在航道、漁場(chǎng)等區(qū)域無法架設(shè)平臺(tái)，要開采油氣，就必須把采油樹“種”到水下去。

隔著一層海水，采油樹的控制難度指數(shù)級(jí)增加。長期以來，全球僅有少數(shù)幾家歐美公司掌握水下采油樹的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，而我國在渤海采用的淺水水下開發(fā)模式在世界范圍內(nèi)屬于首創(chuàng)，開發(fā)難度更大。

但這又是必須做的事情。掌握更多海洋油氣開發(fā)自主技術(shù)，是中國海油多年努力目標(biāo)。而在渤海受限區(qū)域，油氣開發(fā)更要使用自主裝備。2019年，中國海油著手開展淺水水下生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)，以期推動(dòng)渤海高達(dá)86%的受限開發(fā)區(qū)域探明儲(chǔ)量的開發(fā)。

“外國人干過的我們能干，外國人沒干過的我們也能干！”范白濤立下軍令狀，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一頭扎進(jìn)了關(guān)鍵裝備的研發(fā)中。

從零開始的研發(fā)，首要難題是確定技術(shù)路線。

范白濤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)充分調(diào)研、認(rèn)真研究，基于渤海開發(fā)的實(shí)際需求，提出潛水員代替部分電液復(fù)合控制系統(tǒng)，通過潛水作業(yè)對(duì)水下采油樹閥門進(jìn)行開啟或關(guān)閉的大方案。

“行不通！”該策略一提出便受到質(zhì)疑。

反對(duì)方分析認(rèn)為，渤海海域水淺、能見度低，水下可視性差，潛水員操作不具備可行性。

項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)一時(shí)陷入僵局。

此時(shí)，項(xiàng)目核心成員王名春站了出來。他指出：輕量化、簡(jiǎn)易化是采油樹研發(fā)的關(guān)鍵。

“又沉又貴的裝備，即使研發(fā)出來，也不能滿足工業(yè)化推廣的經(jīng)濟(jì)門檻，與一堆廢鐵無異。”王名春說。

撲到渤海生產(chǎn)一線，與潛水員隊(duì)伍深談，王名春堅(jiān)定了這一想法，“現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的作業(yè)時(shí)段，水下能見度可達(dá)70—100厘米，能夠滿足水下操作要求”。

同時(shí)，為了保證在天氣惡劣的情況下繼續(xù)作業(yè)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)與潛水作業(yè)隊(duì)伍共同提出，利用凈水隔離帶的方式保證水下能見度。

這一方案的落地，讓水下采油樹的研制邁出關(guān)鍵的第一步，這棵“樹”有了粗壯的“樹干”。

以此為基礎(chǔ)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)采油樹總計(jì)1358個(gè)零部件進(jìn)行了“量體裁衣”式的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在滿足需求的前提下，最大程度實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性。

海上測(cè)試解難題

方案確定，圖紙繪好，接下來要做的是確保每一個(gè)零部件達(dá)到要求。

受疫情影響，項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展比原計(jì)劃滯后兩個(gè)月。為保證項(xiàng)目進(jìn)度，中海油研究總院工程師張會(huì)增半年多堅(jiān)守生產(chǎn)制造一線，嚴(yán)格把控產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)度。

在水下井口系統(tǒng)制造過程中，張會(huì)增帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)反復(fù)確認(rèn)淺水水下井口銜接套管使用的管材型號(hào)，同設(shè)計(jì)方、獨(dú)立第三方審核機(jī)構(gòu)多次溝通。最終，團(tuán)隊(duì)確定選材滿足渤?！鞍倌暌挥觥钡臉O端工況，保證研發(fā)設(shè)備在全壽命周期使用過程中安全可靠。

分秒必爭(zhēng)，和時(shí)間賽跑，僅歷時(shí)13個(gè)月，研發(fā)團(tuán)隊(duì)就完成了整套采油樹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工制造。

產(chǎn)品還必須通過各項(xiàng)模擬測(cè)試，以驗(yàn)證可靠性和功能性。這個(gè)過程也并非一帆風(fēng)順。全程跟蹤測(cè)試流程的中海油研究總院工程師王彬回憶：“經(jīng)常焦慮到失眠?！?/p>

在工廠水池測(cè)試過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，回收后，油管掛上的2個(gè)密封圈脫落，其中一個(gè)發(fā)生斷裂，且斷裂處有些許不完整。

“這個(gè)問題出現(xiàn)在這個(gè)階段，簡(jiǎn)直是災(zāi)難性的?！蓖醣蛘f，如果解決不了，很可能前期工作都要作廢。

到底是哪里出問題了？王彬沒有給自己太多慌亂的時(shí)間。他迅速冷靜下來，協(xié)調(diào)各方開展詳細(xì)對(duì)比論證，駐廠分析設(shè)計(jì)圖紙與測(cè)試作業(yè)過程中的問題。

“綜合檢查解析后，我們確定原因是在起出油管掛或樹帽的時(shí)候，密封圈下部的密封腔體與外界不連通，導(dǎo)致水鎖和憋壓現(xiàn)象?！蓖醣蛘f。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)立即重新制定測(cè)試計(jì)劃，通過補(bǔ)充平衡壓力的方式順利完成回收操作，總結(jié)出一套適用于實(shí)際安裝操作的方法，“驚險(xiǎn)”過關(guān)。

就這樣一個(gè)難關(guān)一個(gè)難關(guān)地闖，3年來，研發(fā)團(tuán)隊(duì)制作圖紙1264份、編制技術(shù)規(guī)范450份，整合國內(nèi)外100余家供應(yīng)鏈，完成國產(chǎn)化淺水水下采油樹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工、組裝和測(cè)試工作，攻克了淺水水下生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)難題。

“我國首套國產(chǎn)化淺水水下采油樹系統(tǒng)的成功研發(fā)，不僅解決了渤海油氣開發(fā)的難題，還可為國內(nèi)外其他海域同類型油氣田的開發(fā)提供新的解決方案?！敝泻Ｓ脱芯靠傇涸洪L米立軍強(qiáng)調(diào)，“這一自主創(chuàng)新，對(duì)提高能源自給率、保障國家能源安全，具有十分重要的意義。”