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特稿丨我国自主研发建造！南海浮起“超级碗”

科技 2024-11-04 09:38 北京

◎ 科技日报记者操秀英

“3、2、1，启动油井！”

随着指令发出，水下机器人缓缓开启南海深处的采油树。原油经“海基二号”预处理后，来到2.5公里外的“海葵一号”，高擎的火炬将天然气徐徐点燃。

9月19日，“海葵一号”正式投产。它是我国自主研发的第一座，也是亚洲首座投入应用的圆筒型FPSO，每天能处理约5600吨原油，可供90万辆小汽车同时使用。

亚洲首艘圆筒形FPSO“海葵一号”应用于我国首个深水油田二次开发项目——流花11-1/4-1油田二次开发项目。

“我们一定要打破垄断，把能源的饭碗牢牢端在自己手里！”6年前，中国海洋石油集团有限公司（以下简称“中国海油”）研究总院工程研究设计院开始自主研发圆筒型FPSO时，首席工程师李达的话掷地有声。

而今，这只“超级能源碗”已在珠江口盆地海域浮起。

巧镶“花边”

FPSO全称为“浮式生产储卸油装置”，是集原油生产、储存、外输等功能于一体的海上原油加工厂。2018年，中国海油规划采用“深水导管架平台+FPSO”模式，对位于南海东部海域的流花11-1/4-1油田进行二次开发。

选用什么样的FPSO呢？

这个家伙既要“胃口大”，又要经济划算，还要足够“坚强”，能在台风多发的南海深水海域“扎根”。经综合考虑，圆筒型FPSO成为首选方案。

但是，当时圆筒型FPSO设计完全由一家国外公司垄断，而设计能抵御恶劣台风侵袭的圆筒型FPSO，更是没有先例。

“难度再大，也要走通这条路！”那一年，李达带领研发团队下定决心，要为中国海油量身定制自己的“超级碗”。

确定“碗”的大小，是第一道难题。

大家规划了多个尺度方案，进行周期性运动仿真评估。他们试图避开波浪主频，获得更好的船体运动，但屡试屡败——南海台风下陡峭的波浪会与“碗”发生奇怪的相互作用，剧烈的摇摆如影随形。

“不能让操作人员在过山车环境下工作！”李达对“碗”的运动方式始终不满意。

经历无数个不眠夜与思路碰撞后，李达突发灵感——为什么不在阻尼板上做文章？

“如果储油量决定了它是一个又笨又重的‘碗’，那我们就给它增加阻尼，构建阻尼对波浪激励的压倒性优势，做一个稳固的‘碗底’，不就可以站稳了？”李达一说，大家恍然大悟。

就这样，团队成员“变身”为工艺师，设计出2.4米高的阻尼板，像镶“花边”一样将其安置在“碗底”。他们又在阻尼板上加了锯齿状的凸起，进一步释放波浪能量，提升阻尼板抑制升沉运动的能力。

最终，研发团队成功设计出一座直径72米、高度约90米，最大储油量达6万吨的圆筒型FPSO，它被命名为“海葵一号”。

亚洲首艘圆筒型FPSO“海葵一号”。

系牢“裙带”

确定主尺度和样式后，如何系牢“海葵一号”，成为另一道难题。

这是我国首次在南海部署如此规模的FPSO。“海葵一号”承受的载荷是南海常规船型FPSO的两倍多，其10万吨级的排水量与一艘大型航空母舰相当。要想让它按照设计工况要求，在百年一遇的超强台风面前“寸步不移”，绝非易事。

解决定位的通常做法是给FPSO系上“裙带”。按此方法，常规船型FPSO只需要9根系泊缆，而这只“超级碗”则需要21根，将导致工程造价大幅上涨。

“能否换种材质做‘裙带’，用更轻更有弹性的聚酯缆代替钢缆？”系泊资深工程师易丛带领团队多方调研。

之前，“深海一号”项目曾试用过单根国产聚酯缆。这一次，团队开展了更大力度的国产化论证，建立测试标准，对产品设计、制造、测试等多个环节进行严格把关，确认了用聚酯缆代替钢缆的可行性。

与此同时，大家根据锚地的实际情况，模拟各种海况，不断优化“海葵一号”的系泊点方案。“在确保稳定和安全条件下，我们成功地将系泊缆数量降至12根。”易丛说。

团队并没有止步于此。他们又结合海底环境特点，调整不同位置的聚酯缆参数，将西北侧的系泊缆全部换为国产的聚酯缆，为“海葵一号”系上中国“裙带”。

“裙带”问题解决后，设计团队顺势打开全新的思路，开展锚链、监测控制设备、工艺处理设备、泵、电缆等10余件（套）国产化设备的定向攻关，将流花11-1/4-1二次开发项目的装备自主化率从80%提高到90%。

如今，12根超过2500米长的高强度系泊缆，将“海葵一号”牢牢系住，让其稳稳矗立在台风肆虐的南海之上，可连续运行15年不回坞。

亚洲首艘圆筒型FPSO“海葵一号”。摄影/李浩玮

一步合龙

2022年3月，“海葵一号”在青岛开工建造。它由近60万个零部件构成，结构极其紧凑。从设计角度看，它已经足够精致、高效、智能。

但设计团队还有个执念——一定要拿出适合中国海域和中国船厂的制造方案，解决工期长的难题。

全球范围内在役的6座圆筒型FPSO，最长建造周期是5.5年。此前，我国受外方公司委托建造圆筒型FPSO“企鹅”，耗时4年多。“‘海葵一号’的建造周期至少要再缩短一半！”李达暗暗下定决心。

面对制约建造效率的关键因素——对接合龙工作量大、周期长，结构工程师苏云龙牵头对建造合龙开展专题研究。

他们打破以往自下而上、分块零散两步走的合龙惯例，创新性提出“分开建造—快速合龙”的解决方案，即上部组块、工艺甲板和支撑立柱作为一个整体，下部船体与主甲板作为另一个整体，这两者建造完成后再整体对接，实现一步合龙，从而大幅提升建造效率。

还能不能更高效？“我们一个一个步骤想、一点一点细节抠。”苏云龙笑称，“发际线又上移了。”

功夫不负有心人。团队又推敲出船体建成后快速出坞方案，极大地节省了时间和资源。最后，“海葵一号”制造过程用时仅25个月。

亚洲首艘圆筒型FPSO“海葵一号”。摄影/李浩玮

“海葵一号”与深水导管架平台“海基二号”协作，成就了我国首个深水油田二次开发项目，将流花油田生产寿命延长近30年；同时，也标志着我国全面掌握了超300米深海油气工程一体化开发技术，开创出深水油田经济高效开发的全新模式。

在今年6月召开的全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上，习近平总书记强调，扎实推动科技创新和产业创新深度融合，助力发展新质生产力。

“‘海葵一号’的全自主独立设计建造，不仅盘活了已经生产几十年的老油田，还带动了我国海洋油气开发工程装备产业链的高质量发展。”李达说，“未来，我们将勠力打造更多‘国之重器’，为发展新质生产力、保障国家能源安全作出更大贡献！”

来源：科技日报文中图片均由中国海油提供

编辑：王璠

审核：朱丽

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