• 工程简介

    Project Introduction

    海洋石油981深水半潜式钻井平台,简称“海洋石油981”,于2008年4月28日开工建造,是中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台,由中国海洋石油总公司全额投资建造,整合了全球一流的设计理念和一流的装备,是世界上首次按照南海恶劣海况设计的,能抵御200年一遇的台风;选用DP3动力定位系统,1500米水深内锚泊定位,入级CCS(中国船级社)和ABS(美国船级社)双船级。

    工程大事记

    Engineering Events

    技术突破

    Technical breakthrough

    “海洋石油981”的6个世界首次:

    1、首次采用南海200年一遇的环境参数作为设计条件,大大提高了平台抵御环境灾害的能力;
    2、首次采用3000米水深范围DP3动力定位、1500米水深范围锚泊定位的组合定位系统,这是优化的节能模式;
    3、首次突破半潜式平台可变载荷9000吨,为世界半潜式平台之最,大大提高了远海作业能力;
    4、中国国内首次成功研发世界顶级超高强度R5级锚链,引领国际规范的制定。同时为项目节约大量的费用,也为中国国内供货商走向世界提供了条件;
    5、首次在船体的关键部位系统地安装了传感器监测系统,为研究半潜式平台的运动性能、关键结构应力分布、锚泊张力范围等建立了系统的海上科研平台,为中国在半潜式平台应用于深海的开发提供了更宝贵和更科学的设计依据;
    6、首次采用了最先进的本质安全型水下防喷器系统,在紧急情况下可自动关闭井口,能有效防止类似墨西哥湾事故的发生。

    工程故事

    Engineering story

    海洋石油981新年再起航 助推上海打造海洋工程研发基地(图)

    日前,“海洋石油981”开赴印度洋海域进行钻井活动。这是中国自行建造的超深水半潜式钻井平台首次赴海外作业。也就在不久之前,这座由中国船舶工业集团公司第七八研究所设计的“海洋石油981”号获得了我国国家最高科技奖—2014年度国家科技进步奖特等奖。这是上海装备制造业获得的国家级科技进步最高奖项,标志着上海向建设具有国际影响力的科技中心的目标又迈出了里程碑式的一步。 “海洋石油981”号创造了多项“世界第一”和“国内第一”,代表了当今世界海洋油钻井平台技术的最高水平。该平台长114米,宽89米,高117米,最大钻井深度为12000米,最大作业水深为3000米,配备了国际最先进的动力定位系统,主要用于南海深水油田的勘探钻井、生产钻井、完井和修井作业,并可在东南亚、西非海域进行钻井作业。其成功建造和使用,填补了我国在深水钻井特大型装备领域的空白。 技术创新 防止墨西哥湾漏油悲剧再现 2010年4月,美国墨西哥湾原油泄漏事件引起国际社会的高度关注。事故的直接原因是钻井平台“深水地平线”号的防漏油屏障—“防喷阀”未正常启动。“981号”平台总设计师、七八所研究员沈志平介绍,“981号”在攻坚过程中充分汲取墨西哥湾漏油事件的深刻教训,首次创新设计并成功应用了本质安全型深水钻井防喷器控制系统。“当平台发生火灾和爆炸等恶性事故而失去所有控制信号时,海底防喷器会自动关闭。”从本质上可完全避免类似墨西哥湾漏油事故的发生,能确保“海洋石油981”号的作业安全。 此外,“981”号还首次建立了考虑南海内波流等特殊灾害环境条件的超深水半潜式钻井平台理论研究方法和设计技术体系,创新研发出针对南海环境条件的钻井平台新船型;首次建立了基于海洋环境与钻井工况耦合作用下的隔水管理论分析方法与实验技术,通过实验首次发现了隔水管的“三分之一效应”与“上下边界效应”,为隔水管安全控制提供了理论依据;首次突破了国内基于有限元数值分析的精度控制等核心关键技术,建立了超深水半潜式钻井平台总装建造和配套技术体系,达到国际先进水平。首次实现了DP3动力定位与锚泊定位的双定位系统优化设计与智能控制。双定位系统节约原油20吨/天,二氧化碳减排量为63吨/天,对节能减排和保护生态环境作用显著。 宣示主权 保障国家能源安全 2014年5月,“981号”在我国南海海域正式开钻,并在南海北部深水区陵水17-2-1井测试获得高产油气流。陵水17-2为大型气田,是中国海域自营深水勘探的第一个重大油气发现,测试日产天然气56.5百万立方英尺,相当于9400桶油量。这是“海洋石油981”平台建成以来的首次测试作业,测试的成功标志着中国自主研发的深水模块化测试装置第一次成功运用。此前,中国海洋石油工业勘探开发的海上油田水深普遍小于300米,大于300米水深的油气勘探开发处于起步阶段。我国南海油气资源极为丰富,占中国油气总资源量的三分之一,其中70%蕴藏于153.7万平方公里的深海区域。按照“981号”钻井平台的最大作业水深3000米,基本可以覆盖整个南海地区。 专家预测,油气地缘政治冲突是中国今后十年与南海周边国家关系最严峻的主题。“981号”钻井平台的成功测试在宣示主权、介入南海油气资源竞争的姿态意义甚至大于其技术上的实际意义。也为中国与周边国家合作勘探开发深水油气提供了坚实的技术基础。 沈志平表示:“海洋石油981”投入钻井,打开了南海地区石油开发的新局面。七八所也期待着,上海能以此为契机创新产业发展,早日成为中国的海洋工程新基地。

    “海洋石油981”总师:没想过它会变成“政治明星”

    前后73天,中国第六代半潜式钻井平台“海洋石油981”完成在西沙中建南盆地的作业,返回海南岛近海海域。 中国船舶及海洋工程设计研究院海洋工程部副主任沈志平期间几次赴京,参与有关“海洋石油981”在西沙作业安全防范的事宜。 作为这座平台的总设计师,穿着白衬衫、已戴上老花眼镜的沈志平,有着只是普通知识分子的随意。如果走在淮海路或上海的任何一条大街上,很难有人把他和中国的海洋权益联系起来。 然而,就是这个看起来极其普通的上海男人与他的同事们,曾描绘了“海洋石油981”这一重大深海油气资源开发装备的蓝图。 和外表一样,他谦虚地说:“建成如此一个重大装备,靠一个人的作用是不够的,靠的是用户企业、研究单位、建造厂、高校的合力打造和众多科研人员的攻关。” “我们最初并没有想到,它会变成一颗处在风口浪尖的政治明星。”沈志平接受《瞭望东方周刊》采访时说,世界上类似的平台有100多座,但无一在服役时还要考虑抵御人为的干扰和攻击。 这个夏天,沈志平的儿子大学毕业即将踏上工作岗位,妻子一直建议在儿子最后一个暑假全家一起旅行。 由于“海洋石油981”在西沙作业遇到越南的干扰,随时需要沈志平从上海赶赴北京,加之手头工作繁重。这一家人久久未能启程。 “海洋石油981”返回海南岛,相关课题又进入研究阶段节点,沈志平终于决定出行一次。 等待他的还有工信部“十二五”重大科研项目“深海半潜式生产平台总体设计关键技术研究”等重大任务。 最后的“勘探三号” 沈志平出生在上海一个普通工人家庭,小时生活在上海宝山区以前叫做“张庙”的工人新村。他父母都在附近的工厂做工,哥哥上山下乡、姐姐中学毕业留在上海,那时称为进“工矿”。 得益于改革开放,他成为恢复全国高考后的第一届大学生。对于选择船舶海洋工程专业的原因,沈志平的解释是,中学毕业时他曾参加上海市数学竞赛取得成绩,上海交通大学邀请成绩优胜者去参观学校。 由此,他高考时就填报了当时上海交大的王牌专业船舶及海洋工程系,大学第四年又选择了号称“留级力学”的船舶流体力学专业。 对于他的父母来说,当时一个朴素的想法就是孩子学造船毕业后能在离家较近的沿海地区工作,而不是“上山下乡”去边远地方。 他承认,如果今天回头再作一次选择,自己可能对读建筑专业更加感兴趣。小时沈志平就喜欢写字和画画,学校美术老师也曾希望他专门学习绘画。 但在“学好数理化,走遍天下都不怕”的要求下,书画只不过是一种兴趣爱好。不过,他并没有后悔,“因为船舶也是一门建筑”。 1982年从上海交通大学毕业后,沈志平作为优秀毕业生进入了当时最受欢迎的科研单位“708研究所”。 “708研究所”对外有一个响当当的名字“MARIC”,即中国船舶及海洋工程设计研究院。 “有很多同学去了工厂,我能进708所科研单位工作,在当时是不容易的。”沈志平告诉本刊记者,当时他被安排到“708研究所”三室。 这个通常被称为“八三室”的小组是中国最有名的工程船舶设计室之一,那时兼顾海洋工程设计。 “我国海工装备事业的开创,实际上是经历了老一代人的努力。‘708所’练淦所长以及叶邦全、孙复中、朱乃忠、华雯、彭熙民等。”沈志平说,他进“708所”后的第一件事,就是跟着叶邦全绘制“勘探三号”半潜式钻井平台绝缘排料图。 “勘探三号”设计总师叶邦全是船舶舾装设计的技术权威,编写过舾装设计手册、翻译过舾装方面的俄语专著。 和很多那个年龄的人一样,叶邦全开始学俄语,后来又攻克学习了英语,“真是很不容易。”沈志平说,自己跟叶邦全工作培养了扎实的舾装设计功底,这对后来从事总体设计极其有益。 进入总体专业工作后,沈志平又跟着当时的总体科组长华雯参与“港海一号”自升式钻井平台设计。 那时在论证平台方案时,需要绘制效果图。因没有电脑工具,全靠手工绘制。 那一代“海工人”开创了中国海工装备的多个“第一”。“勘探三号”、“港海一号”都堪称当时中国“独立自主”的典型范例。 “勘探三号”是中国“独立自主”的第一座半潜式钻井平台,“按现在的半潜式平台跨代划分,这个平台介于二代平台和三代平台之间,和当时的世界水平相当。”沈志平参与这项工作时,建造已到尾声。 作为“初出茅庐”的大学毕业生,沈志平参与最基本的绝缘材料、防火材料施工图纸的设绘等工作。 命运从开始就安排沈志平的职业生涯与半潜式平台结下缘分。 “勘探三号”完工后开赴东海,参与了在那里捍卫领海主权和能源资源的斗争。 然而,在“勘探三号”之后十余年时间,由于能源富裕以及外交等原因,中国并没有对海洋工程装备进行跟踪和研发。 到“海洋石油981”面世前,中国海上钻井平台最大水深仅505米,而发达国家早已到3000米。“当时世界上的半潜式钻井平台平台已经发展到第六代,而我们却较长时间没有新的突破。”沈志平说。 老先生们的远见 说到第六代半潜式钻井平台的源头,还要提到“708所”一班“老先生”的远见。 早在上世纪末期,当时“708所”的领导和技术专家就判断,将来国家在南海区域应该有大规模开发。 2002年,“708所”申报原国防科工委“新型多功能半潜式钻井平台”科研项目。 “八三室”副主任彭熙民把沈志平叫过去,要求他担当课题技术负责人。“那时候我是船体科的科长,应该说老一代已经认识到我们在南海开发装备的缺乏,在科研攻关的同时,还有意识地培养后备力量。”沈志平由此“入伙”,进入深海半潜式平台的研究领域。 “除了钻井平台和生产平台,半潜式平台也会有很多用途,在军事设施上也可以得到应用。”沈志平说 “对我们来说,当时关键技术一片空白,什么都不了解。深海半潜式钻井平台船型设计、水动力分析、稳性分析,都缺乏认识、经验和分析手段。”在此期间,“708所”购买了世界先进的分析软件,通过研究对平台船型设计、总体规划布置、系统设计等关键设计流程摸索了一遍。 令人遗憾的是,当时国内并没有具体的深海半潜式钻井平台工程,他们的科研项目缺乏依托工程,“项目只能是进行关键技术和设计技术的研究和技术储备阶段”。到2005年这个课题验收时,由于成果没有具体的工程应用,在对研究成果的评价上也有着异议。 不过,转机还是就此到来——中国海洋石油总公司决策建造一个先进的第六代深海半潜式钻井平台。 在可行性论证会上,沈志平用了一个小时时间介绍了“708所”的研究成果,“借着这个契机,‘708所’得以有机会从最前期的研究,介入后来的‘海洋石油981’项目。” 他提到,牵头这一论证的中国海洋石油总公司技术负责人曾恒一院士当时曾特别提到,希望依靠中国人自己的力量,做出属于中国人自己的平台,“他着眼于国家的整个战略。” 沈志平承认,当时自己有一种“使命感”——他们终于要打造一个真实的平台了。 承担第六代平台的前期论证和概念方案仅用了3个月时间,“708所”的研究人员废寝忘食,热情空前高涨。 在中国海洋石油总公司牵头组织下,“708所”协同上海交通大学等有关单位进行了前期研究和概念设计,最终提出了平台概念方案。 “这个过程相当于界定中国海油需要一个什么样的平台,具体说就是什么样的平台适合南海,要达到怎样的先进技术性能和指标,从而为工程项目设计基础制定奠定基础。”沈志平说。 比如为了解决在广阔的南海上作业的问题,“海洋石油981”的甲板可变荷载刷新了世界纪录。 “当时的世界水平是8000吨,平台最初考虑过1万吨的荷载,但是基于各种考量,最终实际荷载实现了9000吨,也是世界前列水平。” 沈志平解释说,甲板可变荷载的概念,是包括钻杆、管套、隔水套管、泥浆等围绕钻井作业的各种器材的荷载能力。这个看起来简单的数字,实际上决定了平台的规模和作业能力。 尤其令沈志平难忘的是,在进行前期研究和概念设计期间,“708所”所长胡安康和沈志平曾去看望担任过“勘探三号”水动力分析专家孙复中。 当时这位老专家因眼癌已摘除了一个眼球,但还是交给他们一个在方格纸上用铅笔绘制的独特半潜式平台概念设计。 未等“海洋石油981”建造完成,孙复中去世。沈志平说起这位老人,尤其强调他身上特别体现出的“独立自主”的创新意识。 不一样的安全考虑 “一般出海作业也不需要平台回来补给。平台本身也具有一定的检修、维修能力。如果遇到大的台风等情况,平台也会考虑撤离。”沈志平说,在73天的作业过程中,“海洋石油981”运转良好。 从技术上来说,按照船级社的相应要求,“海洋石油981”5年需要进行一次中期检验。目前“海洋石油981”是完成了既定任务,转场进行下一个作业。 南海海域的风浪环境条件相比世界其他中等海况海域更为恶劣。之前世界上的深海半潜式平台还没有考虑过南海这样的特定环境条件。 沈志平说,基于南海的特殊而复杂的海况,“海洋石油981”在设计上进行了诸多努力。 目前的“海洋石油981”船型,最大特点就是四个立柱,采用双连杆横撑。立柱相对上平台凸了出来,可以获得较好的平台水动力性能、结构强度和稳性。 “‘海洋石油981’启动时,世界上一些平台遭遇灾害性风暴而受损,对平台的安全方面提出了更高要求。我们考虑的是200年一遇的台风条件。”沈志平说,这样对结构、稳性设计等要求更高。 “海洋石油981”进行海试的时候,就碰到了14级大台风,“虽然经过计算分析校核,但是真碰到了,还是很担心。”沈志平说,经过充分验证的“海洋石油981”具有在整个南海海域作业的能力。 在“海洋石油981”项目之初,特别是概念设计阶段,沈志平感觉“压力很大”,“那时并不知道是不是能做好。不少海洋平台建造中出现了超出设计考虑的情况,因此,‘海洋石油981’的设计建造必须重视技术状态的控制,如重量控制等。这必然要在设计和建造过程中花大量的精力。” “海洋石油981 ”在设计过程中也考虑了应对其他船只碰撞的问题,以保证平台供应船等船只和平台碰撞后平台安全。 沈志平告诉本刊,其实国际上的海工平台设计时,只考虑到生产能力和抵御自然环境的干扰,一般不会考虑人为干扰的应对,“但是南海的情况复杂,这次作业也遇到干扰的情况。因此,需要相应的防卫体系。南海开发将不是一帆风顺的。” “南海的开发,本身就很不容易。”沈志平说,特别是加上该海域的复杂情况,所以防卫体系一定要作为重要的方面考虑。 “如果基地很远,调派力量过去防卫的话,是很折腾的。”他说,应考虑在南海区域建立基地,建设保障和防卫体系,这样才能保证平台的安全,保证平台顺利作业。 “此外,毕竟南海离得太远,包括南海油气田开发模式,都需要研究,”沈志平表示,现在对整个南海的开发模式,相关部门和单位正在探讨和研究,将来终会形成南海油气资源开发的大势局面。“光靠一个平台,打几口井,是不够的。” 南海权益之争的背景下,“海洋石油981”已经变成了“政治明星”。捍卫南海主权、开发南海油气资源需要更多的“海洋石油981”。 “我只是一个普普通通的技术人员。”沈志平坦诚,自己并不是积极的民族主义者或者形象突出的“爱国者”,然而“当然要为国家的事情出力。”

    揭秘海洋石油981钻井平台:可抗17级台风

    “散货船的结构、钢板占空船总重的60%,设备、管线、电缆等占40%。海洋工程装备相反,也就是说设备、系统更多、更复杂,它的系统集成工作量是散货船的5倍以上,包括设备和系统的安装、机械电气完工、预调试和调试等等。”陈刚举的一个例子是,一般轿车上有二三十个传感器,散货船有五六百个,“海洋石油981”上超过一万个。   在焊接完成后,一艘十几吨的散货船要进行无损探伤——也就是用类似对人体拍CT的方式查看焊接缝表层和内部是否存在缺陷——需要拍三五百张片子,而一般的海洋工程装备是照5000张左右。   “海洋石油981”拍的片子超过一万张。   2006年8月,中国海洋石油总公司就第六代深水半潜式钻井平台发出投标意向征询函,正式确认了这个项目的存在。   2007年6月,外高桥造船厂提交标书。   2007年10月,中国海洋石油总公司正式与外高桥造船厂签约,时任上海市委书记习近平出席签约仪式。   以上,就是“海洋石油981”启动建造之前的故事。焊接长度240公里   2008年4月28日,位于浦东北端的外高桥造船厂,数控等离子切割机切割了第一片材料,标志着“海洋石油981”正式开工。   建造“海洋石油981”的材料中有大量高强度钢,因为坚固和安全是对这个巨大装置的第一要求。   “海洋石油981”总设计师、中国船舶及海洋工程设计研究院海洋工程部副主任沈志平告诉《瞭望东方周刊》,“海洋石油981”的基本要求,就是适应南海的海况。   比如,以百年一遇的风浪作为设计基础,然后又用200年一遇的风浪进行了模拟检验,这相当于遭遇17级台风。   最终,在上海交大的海洋工程重点实验室对几十种海况进行了模拟实验,此外计算机还对1000多种海况作了模拟运算。   另一个要点是:“海洋石油981”有复杂的锚泊系统,也就是用船锚进行停泊。它有12个15吨重的船锚,每个都可以产生800多吨的抓力。   船锚链每根长1750米、重约280多吨,其中还加入了以高强度尼龙绳为主的合成纤维索,从而吸收平台移动产生的能量。   在需要时候,这个系统可以每分钟156米的速度将船锚快速抛射出去,它自己也带有传感器,随时探知自己承受的压力。   在后来的调试过程中,“海洋石油981”两次遭遇风力超过15级的台风袭击,都没有发生移动。   此外,由于南海海域较大,返回陆地补给困难,“海洋石油981”要求有世界最大的9000吨可变载荷。而这后来又给它的建造带来了极大的难题。

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