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科技日報(bào) | 作者 操秀英

(資料圖片僅供參考)

今年春節(jié)，深圳東南250公里的南海東部陸豐油田，103名員工堅(jiān)守在“?；惶枴便@采平臺(tái)。

千里外的北京，中海油研究總院工程研究設(shè)計(jì)院副院長付殿福帶領(lǐng)的“?；惶枴惫リP(guān)團(tuán)隊(duì)，也在密切關(guān)注平臺(tái)運(yùn)行情況。

一切正常。

“‘?；惶枴?jīng)受住了‘馬鞍’‘尼格’等強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，事實(shí)證明，300米級深水導(dǎo)管架模式成功了?！备兜罡２粺o自豪地告訴科技日報(bào)記者。

“?；惶枴便@采平臺(tái)是我國首次在300米級水深海域開發(fā)的石油鉆采平臺(tái)，被稱為“亞洲第一深水導(dǎo)管架平臺(tái)”。它的“成功上崗”背后，是中海油攻關(guān)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持不懈的創(chuàng)新求索。

選場址“用數(shù)據(jù)說話”

導(dǎo)管架是海洋石油開采中的重要結(jié)構(gòu)。簡單來講，它是一個(gè)固定在海底的鋼架，托住上方的采油平臺(tái)。

要讓這個(gè)龐然大物屹立海底，首先要摸清海底環(huán)境。

“?；惶枴彼幍闹袊虾?，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(nèi)波頻發(fā)，而陸豐油田區(qū)塊正位于臺(tái)風(fēng)發(fā)展的路徑上。在海底，陸豐油田區(qū)塊存在大量的沙波，部分海域還有滑坡、斷層等不良地質(zhì)狀況。

“海基一號”為何“偏向虎山行”，挑戰(zhàn)“世界級”海洋工程難題？

這是因?yàn)椋?00米水深海域?qū)⒊蔀槲覈Ｑ笥蜌忾_發(fā)的重要戰(zhàn)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(zhì)儲(chǔ)量就超3億噸。

不得不做的事情，就下定決心做好。

“?；惶枴惫リP(guān)團(tuán)隊(duì)環(huán)境條件專業(yè)負(fù)責(zé)人謝波濤采用海底地形調(diào)查、沙波監(jiān)測及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，在場址處設(shè)置水泥樁監(jiān)測其變化，在計(jì)算機(jī)中模擬各種潛在因素對沙波沙脊運(yùn)移的影響。

每當(dāng)拿到最新的監(jiān)測數(shù)據(jù)，謝波濤總要根據(jù)實(shí)際情況，修正自己對沙波沙脊移動(dòng)和變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)。這一監(jiān)測，就是兩年。

“采集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中找規(guī)律，找證據(jù)，用數(shù)據(jù)說話。”謝波濤說，無論什么問題，多出幾次海，多熬幾個(gè)晚上，總能找到正確答案。

將數(shù)據(jù)“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(huì)上，一聽對方提供的數(shù)據(jù)，謝波濤直言“不合理”。對方公司核實(shí)發(fā)現(xiàn)確實(shí)如此，甚至連錯(cuò)誤的原因都和他說的一模一樣。

“就像有人動(dòng)擺在自己家里的物件，一下子就能發(fā)現(xiàn)不對勁。”謝波濤說。

基于這些數(shù)據(jù)，聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)將“?；惶枴逼脚_(tái)場址向東南方向移動(dòng)約140米，使場址位置的海床由無規(guī)律的不平整地貌，變?yōu)橄鄬σ?guī)則的階梯狀地貌。

他們給導(dǎo)管架設(shè)計(jì)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(fù)雜的海底地基地貌的同時(shí)，滿足了導(dǎo)管架的就位精度。

大瘦身“8腿變4腿”

導(dǎo)管架的外形類似細(xì)長形的金字塔，鋼樁越多，底座相對越穩(wěn)固，但也更費(fèi)鋼材，體積也更大。

在世界范圍內(nèi)數(shù)千座導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)中，高度超過300米的僅有9座。

我國此前做過200米級的導(dǎo)管架，如果不計(jì)成本和重量，簡單“依葫蘆畫瓢”，設(shè)計(jì)300米級的即可。但將小尺寸導(dǎo)管架等比例放大，會(huì)耗費(fèi)大量鋼材，極大增加成本，也就失去了開發(fā)深水導(dǎo)管架的意義。

更重要的是，我國現(xiàn)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(tuán)隊(duì)要做的，是必須將結(jié)構(gòu)做小做輕，同時(shí)還能承載更大的上部生產(chǎn)模塊與環(huán)境力。

國外公司有成熟經(jīng)驗(yàn)，向他們?nèi)〗?jīng)可少走很多彎路。但團(tuán)隊(duì)的共識(shí)是：關(guān)鍵核心技術(shù)只能靠自己，不能被人牽著鼻子走。

翻閱文獻(xiàn)、力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)建?！麄冄杆傩袆?dòng)起來。付殿福記得，2019年國慶節(jié)假期，朋友圈攝影大賽激戰(zhàn)正酣，而團(tuán)隊(duì)成員的參賽作品是工作群里一張張“?；惶枴痹O(shè)計(jì)圖。

經(jīng)過密集的研討、碰撞，“?；惶枴背蹙唠r形。

“超大尺寸X撐和‘8腿變4腿’的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，成為我們研究的重點(diǎn)方向?！?/strong>付殿福說。

這一方案的實(shí)施，為整個(gè)項(xiàng)目節(jié)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(dǎo)管架重量減輕了，結(jié)構(gòu)整體剛度也降低了，卻由此產(chǎn)生了共振問題，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)疲勞問題，威脅導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)安全。

導(dǎo)管架重了不行，輕了也不行，技術(shù)團(tuán)隊(duì)似乎走進(jìn)了一條“死胡同”。

如何改進(jìn)節(jié)點(diǎn)抗疲勞設(shè)計(jì)，成為那段時(shí)間里，縈繞在結(jié)構(gòu)工程師們腦海中的問題。經(jīng)過新一輪的“燒腦”、驗(yàn)算后，他們開發(fā)了新的波浪動(dòng)力計(jì)算方法，創(chuàng)新性地采用了精細(xì)化抗疲勞設(shè)計(jì)，采用不同的疲勞安全系數(shù)選取原則，確保了導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)安全。

最終，通過浮動(dòng)式下水桁架、超大X撐結(jié)構(gòu)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將“海基一號”平臺(tái)重量優(yōu)化至3萬噸，比此前同海域水深不到200米的導(dǎo)管架重量還輕，并可應(yīng)對百年一遇的惡劣海況。

自2022年10月投產(chǎn)以來，這個(gè)高度超過北京國貿(mào)大廈的“國之重器”運(yùn)行平穩(wěn)，每天生產(chǎn)約2萬桶石油。

黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，集聚力量進(jìn)行原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，堅(jiān)決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)。

“我們將進(jìn)一步加大關(guān)鍵研究攻關(guān)力度，切實(shí)提高自主創(chuàng)新能力，保障國家能源安全，推動(dòng)高水平科技自立自強(qiáng)和國家戰(zhàn)略科技力量建設(shè)！”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