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征服深海所遇到的重重險阻,正如《老人與海》中的描繪。但海明威用這個故事告訴我們——“人不是爲失敗而生的。一個人可以被毀滅,但不能被打敗。”
作者 | 郭永峰
美國作家海明威在小說《老人與海》中,用“漆黑海水”描述深海,只談這一詞,就可將諾貝爾文學獎大師與普通作家區分開來——多數作家只會用“蔚藍”來形容大海。海明威曾在加勒比海域的島上長期生活。真正的深海,正是漆黑的顔色,也如小說所寫那般充滿危險困阻——海明威用真實的生命經曆寫成的這部小說,終獲殊榮。
在全世界各大洋中,中國南海的水文環境條件最爲惡劣。1983年10月美國阿科(ARCO)石油公司租用的美國Glomar Java Sea (爪哇海號)鑽井船,在我國海南島西南100公裏處進行鑽井作業時,遭遇當年第16號台風而傾覆,船上中外員工81人全部遇難。
此次鑽井船傾覆被列爲世界海洋石油鑽井史10大災難事件之一。此後,歐美海洋石油界不再懷疑“中國南海是世界上水文環境最差的海域”這一結論。
正如海明威所描繪的漆黑深海,風高浪急,就是海洋石油人要面對的惡劣環境:巨大的海洋平台如何固定?中國首次進行深海鑽井平台錨泊定位,遭遇了哪些困難?
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技術應用的“處女地”
中國南海是我國領海中惟一的深海區域。由于深海石油勘探開發技術的特殊性,在2009年之前,南海的石油工程技術應用,還存在很多空白點。
從石油工程學科角度來說,陸上石油工程、海洋石油工程與深海石油工程,是3門截然不同的學科。海洋石油工程是研究淺海與大陸架的石油勘探與開采方法,而深海石油工程,則是研究深海石油的勘探與開發方法。目前在國際上,區分淺海與深海的界線,一般是以300m水深作爲標准,即水深淺于300m,屬于淺海。反之,則屬于深海。
在南海進行300m水深以深的錨泊作業,就是2009年以前從未進行過的工程作業。
深海錨泊作業,是在深海石油勘探與開發過程中,將船舶或者平台,用錨泊方式固定在某一海域。而固定鑽井平台,或者鑽井船的作業,一般稱爲“錨泊”作業。
特別是在深海進行石油鑽井作業,一般使用半潛式鑽井平台,或者鑽井船。當進行海底鑽孔時,需要將鑽井平台,或者鑽井船固定起來,這樣才能保證鑽井作業的順利進行。
半潛式平台是目前應用最廣泛的浮式平台,它集鑽井、修井、生産等多種功能爲一體,工作期間,大部分浮體處于海面以下
在深水鑽井當中,固定鑽井平台或者鑽井船的方法有2種,一是采用“錨泊定位”方式,另一種是采用“動力定位”方式。
使用錨泊定位方法,是利用鑽井平台或者鑽井船的錨鏈,固定在海底,以使鑽井平台,或者鑽井船固定起來。
使用動力定位方式,則是在鑽井平台或者鑽井船周圍,安裝多個螺旋槳推進器,利用計算機控制各個推進器的螺旋槳的轉速與方向,保證鑽井平台或者鑽井船處于“逆流而上”的趨勢,實際上是保證平台或船體在海中的相對靜止。
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南海第一例深水錨泊作業
2009年,中海油田服務股份公司第一次在南海進行了水深476m半潛式鑽井平台錨泊定位,創造了中國南海深水區域大型鑽井裝置布錨的先例。
中國海油的深水錨泊作業,包括深水海域的布錨作業、深水海域的起錨作業、深水海域的錨泊張緊與保持作業,總共曆時50天,達到海洋作業工程設計要求,保證中國南海中國海油第一次深水試驗井作業成功完成。
深海錨泊作業地點,爲海南島以東250公裏海域。中國海油2009年在南海深水區域錨泊作業地理位置
中國南海首次深水錨泊作業,經曆極其複雜與艱苦的各專業技術協同,以及海上施工組織。最終各項作業指標,均達到預期要求。
爲完成南海首次深水錨泊作業,中國海油組織國內外18個專業公司,其中來自歐美與新加坡有5個專業公司。先後參加海上錨泊作業的公司員工,近500人。
中國海油出動“南海5號”半潛式鑽井平台,這是當時國內最大的海洋鑽井平台。
參加中國南海深水錨泊作業的主力船舶,有中國海油擁有的大型海上作業拖輪,“南海212”“南海213”以及“南海216”。其中“南海216”是當時國內最大馬力的海洋作業拖輪,船上柴油機總馬力達到12000馬力。
除了深水錨泊作業海域氣象與水文條件惡劣因素,另外還由于“南海5號”鑽井平台已經服役30年,各項技術指標遠無法達到平台出廠時的能力。而且,即使此平台新出廠時的指標,也達不到南海深水錨泊作業的技術要求。
“南海5號”平台于1983年由挪威船廠制造,設計最大作業水深457m,裝備有8根錨鏈以及8個自重爲8噸的錨頭。錨鏈直徑爲76mm,每根錨鏈總長度爲1200m。實際上,“南海5號”半潛式鑽井平台的錨泊系統,原來就是當時國內民用船舶所使用的最大型號的錨鏈,以及最大重量的錨頭。
爲了滿足南海深水錨泊作業的技術與工藝要求,中國海油決定對“南海5號”半潛平台進行錨泊系統升級改造。
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進行中國南海深水區域錨泊作業的“南海5號”半潛式鑽井平台
“南海5號”平台改造,主要是將鑽井平台的8個8噸重錨頭,更換爲8個每只12噸的錨頭,另外將原有“南海5號”平台的每只錨頭配有1200m錨鏈中間,加入600m鋼纜。這樣,每只錨頭所附帶的鋼纜,長度就達1800m,大約相當于2公裏長度。而用于半潛式鑽井平台定位的錨泊鋼纜,總長度達到16公裏。這是我國海洋錨泊作業使用的最大長度鋼纜。
在審定“南海5號”平台的深水錨泊系統升級改造方案時,當時在場的國內錨泊專家表示,還從沒有見過這麽巨大的船舶錨泊裝備。而參與制定“南海5號”平台深水錨泊升級改造方案的挪威專家則表示,升級改造後“南海5號”鑽井平台深水錨泊系統,已經相當于目前世界上的常規航母的錨泊裝置。其重新安裝的巨型錨頭與錨鏈,與常規航母的錨泊系統主要部件,已經可以進行互換。
預定進行的南海深水錨泊作業的海區,水文氣象條件極爲惡劣。作業地點浪高爲3.5~5.5m,流速爲每秒0.5m,平均風速爲18m/s。而相對來說,我國渤海的平均浪高只有1.5m,流速爲每秒0.2m,平均風速爲6m/s。
由于南海深水區的4m高的海浪,幾乎將當時國內最大馬力的大型拖輪“南海216”卷入海水中;而爲“南海5號”半潛式鑽井平台准備的巨型錨頭,在巨浪滔天的環境中,也僅顯露出一點痕迹。
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在中國南海深水區域進行錨泊作業的“南海216”拖輪
中外錨泊作業技術專家制定海上深水錨泊作業方案。經過對各個參與施工的船舶,進行錨泊運動學、錨泊力學計算,並且按照國際各大船級社認可的軟件與計算方法,進行海上抛錨與起錨作業工藝模擬與設計,最終得出系列模擬與計算成果。
在分析與計算基礎上,錨泊專家得出最終的深海錨泊作業方案。深海錨泊作業設計獲得了挪威船級社代表簽字認可。
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風急浪高的現場作業過程
2009年3月30日下午4:00,南海。風速15m/s,海浪高度4m。“南海5號”半潛式鑽井平台拖航到達深水錨泊作業海域。
大型拖輪“南海216”“南海212”與“南海213”的錨泊作業員工,先後分別將8個錨頭及錨鏈連接完成,並抛到海底,再用平台甲板上的8部巨大鉸車,回收已抛到海底的錨鏈,將錨鏈預拉力增至180噸。與此同時,平台作業人員調整半潛平台的位置,使其達到深水鑽井作業要求。最後,作業人員放松錨鏈拉力至130噸。在實際作業中,“南海5號”鑽井平台依據海上氣象與水文環境,將錨鏈拉力控制在130噸至180噸之。
至4月7日,大型拖輪“南海216”“南海212”與“南海213”在錨泊作業海域,完成“南海5號”鑽井平台錨泊系統的8只12噸錨頭的布錨工作。
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在中國南海深水區域進行錨泊作業的“南海212”拖輪與巨型錨頭及作業者
從4月8日至27日,“南海5號”鑽井平台進行中國南海的深水試驗井作業。平台的深水錨泊系統工作正常,裝置完好,抵禦期間南海惡劣海洋水文與氣象條件,保證深水鑽進、固井、測井等各項鑽井工序的正常進行。
4月28日至5月9日,大型拖輪“南海216”“南海212”與“南海213”,在錨泊作業海區,完成“南海5號”鑽井平台錨泊系統的錨頭打撈任務。至此,中國海油圓滿完成中國南海的首次深水錨泊作業。
2012年,中國海油南海深水錨泊作業團隊用英文撰寫了南海錨泊作業技術論文,發表在《Journal of Marine and Application(海洋科學與應用學報)》,這是中國海軍惟一對外公開出版技術刊物。
兩年後的2014年,團隊代表赴韓國釜山參加ISOPE會議,並宣讀了另一篇論文,論文結合深水錨泊作業實踐,介紹中國海油對南海水文與氣象環境的預測方法與所獲成果。2015年5月初,團隊來到美國休斯敦參加OTC世界海洋技術大會,並宣讀論文,介紹中國海油這次南海深海錨泊作業。
轉瞬十年,曆曆在目,皆可證明——中國海油有能力開展大型鑽井平台的深水錨泊作業,並在深水錨泊作業設計、裝備采購與作業組織方面,擁有相應經驗與業績。
隨著國際上油氣勘探開發深水項目比例的增加,中國國內應加強海洋錨泊系統,特別是深海錨泊系統的基礎理論研究,設計軟件開發,作業工藝總結與提高,在高等院校內開設海洋深水錨泊設計與施工課程,以滿足國內海上深水錨泊設計與作業組織人才的需要;應逐漸形成在巨型錨泊系統,包括巨型錨鏈與錨頭的裝置與裝備産業鏈,以適應中國由海洋大國向海洋強國的跨越。
在征服深海的過程中,海洋石油人必然經曆重重險阻,正如《老人與海》中的漆黑海水、凶狠鲨魚。但海明威用這個故事告訴我們——
“人不是爲失敗而生的。一個人可以被毀滅,但不能被打敗。”
——以此向中國海油人致意
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