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科技日報 | 作者 操秀英

(資料圖片僅供參考)

今年春節，深圳東南250公里的南海東部陸豐油田，103名員工堅守在“海基一號”鉆采平臺。

千里外的北京，中海油研究總院工程研究設計院副院長付殿福帶領的“海基一號”攻關團隊，也在密切關注平臺運行情況。

一切正常。

“‘海基一號’經受住了‘馬鞍’‘尼格’等強臺風的考驗，事實證明，300米級深水導管架模式成功了。”付殿福不無自豪地告訴科技日報記者。

“海基一號”鉆采平臺是我國首次在300米級水深海域開發的石油鉆采平臺，被稱為“亞洲第一深水導管架平臺”。它的“成功上崗”背后，是中海油攻關團隊堅持不懈的創新求索。

選場址“用數據說話”

導管架是海洋石油開采中的重要結構。簡單來講，它是一個固定在海底的鋼架，托住上方的采油平臺。

要讓這個龐然大物屹立海底，首先要摸清海底環境。

“海基一號”所處的中國南海，與挪威北海、美國墨西哥灣并稱“世界三大海況惡劣海域”。南海內波頻發，而陸豐油田區塊正位于臺風發展的路徑上。在海底，陸豐油田區塊存在大量的沙波，部分海域還有滑坡、斷層等不良地質狀況。

“海基一號”為何“偏向虎山行”，挑戰“世界級”海洋工程難題？

這是因為，300米水深海域將成為我國海洋油氣開發的重要戰場。我國海洋油氣資源豐富，南海油氣資源占比超3/4，光200米至400米水深海域探明石油地質儲量就超3億噸。

不得不做的事情，就下定決心做好。

“海基一號”攻關團隊環境條件專業負責人謝波濤采用海底地形調查、沙波監測及數值模擬相結合的方法，在場址處設置水泥樁監測其變化，在計算機中模擬各種潛在因素對沙波沙脊運移的影響。

每當拿到最新的監測數據，謝波濤總要根據實際情況，修正自己對沙波沙脊移動和變化規律的認識。這一監測，就是兩年。

“采集數據，分析數據，在數據中找規律，找證據，用數據說話。”謝波濤說，無論什么問題，多出幾次海，多熬幾個晚上，總能找到正確答案。

將數據“印”在腦子里，謝波濤對南海也有了深刻了解。

在一次與外方的討論會上，一聽對方提供的數據，謝波濤直言“不合理”。對方公司核實發現確實如此，甚至連錯誤的原因都和他說的一模一樣。

“就像有人動擺在自己家里的物件，一下子就能發現不對勁。”謝波濤說。

基于這些數據，聯合攻關團隊將“海基一號”平臺場址向東南方向移動約140米，使場址位置的海床由無規律的不平整地貌，變為相對規則的階梯狀地貌。

他們給導管架設計的階梯形防沉板，則完美契合了階梯狀海床地貌，在避免處理復雜的海底地基地貌的同時，滿足了導管架的就位精度。

大瘦身“8腿變4腿”

導管架的外形類似細長形的金字塔，鋼樁越多，底座相對越穩固，但也更費鋼材，體積也更大。

在世界范圍內數千座導管架生產平臺中，高度超過300米的僅有9座。

我國此前做過200米級的導管架，如果不計成本和重量，簡單“依葫蘆畫瓢”，設計300米級的即可。但將小尺寸導管架等比例放大，會耗費大量鋼材，極大增加成本，也就失去了開發深水導管架的意義。

更重要的是，我國現有的最大噸位的下水駁船也裝不下這樣的“大家伙”。

付殿福團隊要做的，是必須將結構做小做輕，同時還能承載更大的上部生產模塊與環境力。

國外公司有成熟經驗，向他們取經可少走很多彎路。但團隊的共識是：關鍵核心技術只能靠自己，不能被人牽著鼻子走。

翻閱文獻、力學分析、結構建模……他們迅速行動起來。付殿福記得，2019年國慶節假期，朋友圈攝影大賽激戰正酣，而團隊成員的參賽作品是工作群里一張張“海基一號”設計圖。

經過密集的研討、碰撞，“海基一號”初具雛形。

“超大尺寸X撐和‘8腿變4腿’的結構優化設計，成為我們研究的重點方向。”付殿福說。

這一方案的實施，為整個項目節約了至少3000噸鋼材用量和1億元的工程投資。

新的問題又來了。導管架重量減輕了，結構整體剛度也降低了，卻由此產生了共振問題，這將導致嚴重的節點疲勞問題，威脅導管架結構安全。

導管架重了不行，輕了也不行，技術團隊似乎走進了一條“死胡同”。

如何改進節點抗疲勞設計，成為那段時間里，縈繞在結構工程師們腦海中的問題。經過新一輪的“燒腦”、驗算后，他們開發了新的波浪動力計算方法，創新性地采用了精細化抗疲勞設計，采用不同的疲勞安全系數選取原則，確保了導管架的結構安全。

最終，通過浮動式下水桁架、超大X撐結構等創新設計，研發團隊將“海基一號”平臺重量優化至3萬噸，比此前同海域水深不到200米的導管架重量還輕，并可應對百年一遇的惡劣海況。

自2022年10月投產以來，這個高度超過北京國貿大廈的“國之重器”運行平穩，每天生產約2萬桶石油。

黨的二十大報告強調，以國家戰略需求為導向，集聚力量進行原創性引領性科技攻關，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰。

“我們將進一步加大關鍵研究攻關力度，切實提高自主創新能力，保障國家能源安全，推動高水平科技自立自強和國家戰略科技力量建設！”中海油研究總院院長米立軍表示。

文中圖片由中國海油提供

標簽： 數據說話 科技日報 核心技術