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中国造出37层楼高海上巨无霸 钻井深度超最深海沟

2019-05-21 02:23:06

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习近平总书记在2018新年贺词中提到了十项科技创新和重大工程,其中就有首次海域可燃冰试采成功,可燃冰项目美国还在研究,日本也在去年五月份宣布基本开采成功,而中国这次领跑可燃冰开采,的确是历史性的突破,能够把可燃冰开采出来,全靠这个超深水钻井平台“蓝鲸1号”,这可是全球最大的海上钻井平台。

央视财经《经济半小时》记者去到蓝鲸1号里面,带您参观这个37层楼高的海上巨无霸。

“蓝鲸1号”能钻透喜马拉雅山

2017年5月10号,中国南海北部的神狐海域,一股来自海底深处的气体迸发出橘红色的熊熊火焰,当这团照亮南海海面的火焰燃烧60天后,中国也向全球宣布:中国首次可燃冰试采在产气时长和产量两个领域创造了新的世界纪录,试采获得空前的成功。

可燃冰,是一种天然气与水在高压下形成的深海沉积物,能量比相同体积的石油高出10倍,中国境内已探明的可燃冰储量,能满足100年的能源使用需求。因此,这对于原油对外依存度高达65.4%,天然气对外依存度34%的中国来说,有着毋庸置疑的战略意义。

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在1000多米的深海海底试采可燃冰,承载这一战略使命的是全球最先进的超深水钻井平台——“蓝鲸1号”。

试采结束后,依靠自身的动力系统,“蓝鲸1号”以每小时18.5公里的速度,长途跋涉,回到了自己的母港——山东烟台中集来福士海洋工程有限公司的码头。《经济半小时》记者来到烟台,探访“蓝鲸1号”的风采。

烟台中集来福士“蓝鲸”系列超深水钻井平台项目经理杨鹏:平台下目前“蓝鲸1号”正处于温停、和升级的状态,温停,通俗讲也就是钻井平台没有完全停机,而是保持一定的工作状态,随时能够出发再次执行任务。

蓝鲸是地球上最大的动物,以蓝鲸命名眼前的这个海上巨无霸真是名副其实,站在它面前,真正感觉到了自己的渺小。

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十年前,这里还只是山东烟台一个普通的港口,如今,这里已成为中国最大的钻井平台建造基地,在距离“蓝鲸1号”不远的地方,还停靠着它的姊妹船“蓝鲸2号”以及更多的钻井平台。

杨鹏: “蓝鲸1号”空船重量达到43000吨,为什么这么重?因为深海钻井平台需要很好的抗风浪、抗浪涌的能力。另外,“蓝鲸1号”也是全球面积最大的半潜式钻井平台,整个平台拥有27354台设备,4万多根管路,高度达到118米高,我们看到它和一个足球场面积相当。

行驶在海面上的时候,“蓝鲸1号”就是一艘平稳的大船,但它的使命是深海钻探。深海钻探时,“蓝鲸1号”漂浮在海面上,它连接的是细细的钻杆深深地钻进海底,这就要求即使遭遇强烈的台风、海流,“蓝鲸1号”也必须牢牢停留在原地,否则就会发生钻杆折断的惨剧。“蓝鲸1号”之所以能够被称为全球最先进的深海钻井平台,就在于它配备了全球最先进的DP3动力定位系统。而DP3动力定位系统的作用就是:通过收集“蓝鲸1号”底部8个推进器的转速、方向,以及风、浪、海流等环境参数,进行精密计算和分析,并实时控制8个推进器的转速和方向,确保“蓝鲸1号”保持在飓风、海流的袭击下巍然不动。

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杨鹏 :在南海试采可燃冰时,遭遇12级台风,但是“蓝鲸1号”牢牢停留在原地不动,保证了可燃冰的持续开采。

中国的科学人员在南海1200多米的海底探测到了可燃冰,要想把这些可燃冰采集回来,需要一套极为特殊的钻井系统。

杨鹏:其实,在1000多米的深度开采可燃冰,对“蓝鲸1号”来说是小菜一碟。因为它的钻井深度突破全球纪录,最大作业水深3658米,最大钻井深度15250米,也就是说钻井深度超过全球最深的海沟马里亚纳海沟,甚至超过全球最高的山峰喜马拉雅山。

钻井系统,是“蓝鲸1号”最为核心的装备。让人吃惊的是,这个井架高度达到67米,但它的垂直精度要求不超过正负12毫米。

茫茫大海上漂浮着一座座钻井平台,它们不仅是勘探、开采能源的技术平台,更是经济效率竞争的平台。从全球看,超深水钻井平台平均寿命为25年,一天的租金高达60万美元。平台上,高级船员一天的工资从2500美元到5000美元不等,因此国际市场上一艘超深水钻井平台每天的人员工资往往高达30万美元左右。再加上燃料以及其它费用,每天作业成本高达100万美元左右。国际油价处于高位时,各种平台业务繁忙,但油价低位时,只有那些经济效率高的平台才会受到青睐。“蓝鲸1号”建造成本超过7亿美元,折合人民币超过45亿元。如此高的建造成本,只有经济效率更高,才能在激烈的国际市场竞争中获得更大的生存空间。

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杨鹏 :一个深海钻井平台,如果没有很好的经济效率,即使生产出来,也会面临没有市场,被淘汰的风险。所以,在设计的时候,我们的一个重要原则就是“蓝鲸1号”一定要有全球最高的经济效率。

“蓝鲸1号”打造世界最高经济效率

“蓝鲸1号”全球最高的经济效率究竟是如何打造的呢?“蓝鲸1号”一次出航最多可以携带近200根隔水套管,1000多根钻杆,为了打造更高的经济效率,“蓝鲸1号”采取了双钻塔结构。

杨鹏:“蓝鲸1号”它有一个全球领先的双钻塔结构,其中一个钻塔负责钻井,另外一个钻塔负责处理并联结钻杆。

杨鹏告诉记者,由于“蓝鲸1号”钻井高达67米,拥有48米的提升高度,以及双井心的配置。因此,当一个井心钻探时,另外一个井心就可以不断地把3根15米长的钻杆联结成一根45米长的钻杆,源源不断地提供给钻井的井心使用,大大地提高了经济效率。

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杨鹏 :像这样一个双钻塔的钻井系统,从技术参数的角度说,能提高30%的效率。

要带动双钻塔、以及配套的系统提升30%的效率,这需要更为强大的动力。33岁的陈骋作为生产经理,参与了蓝鲸1号建造的全过程,他带记者来到了钻井平台里,这里有全球最大、装载了16万升液压油的液压动力站,这套复杂的系统拥有5000多米高度清洁的管道,控制了100多台设备,工作压力高达300公斤,每一个法兰面的间隙要求到小于头发的四分之一。

烟台中集来福士生产经理程骋:在这个过程中,我们要控制在0.02毫米的范围之内,才能保证整个管线的气密性,才能够达到一次成功,它的内部压力最大可以达到300公斤。

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300公斤的压力,也使得拥有几千个接头的液压系统在安装和调试过程中具有极大的危险性,一旦泄露打在人身上,就好像一颗子弹一样。

在辽阔而又漂浮不定的海洋上,“蓝鲸1号”67米的井架、1000多根钻杆、300公斤的压力,以及上百个系统必须配合得天衣无缝、分毫不差,才能精准地完成15250米的钻井深度。记者看到,为了保证这些系统精准运行,检测人员也在不断地测量、调校各个系统。

程骋 :它的控制是在正负3毫米之内,而且对于整个一系列精度控制,我们都是在下水之后,在海上飘移状态下进行的测量,所以说这更加增加了建造的精度管控的难度。

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大海无情,风险难测。广阔的海面上,钻井平台就像一叶孤舟,随时会遭遇台风、海流的强力冲击。1980年3月27日,9级大风突袭挪威的亚历山大·基兰号钻井平台,钻井平台像圆桌一样被飓风掀翻,消失在海底,123人遇难,而原因仅仅是立柱的钢结构上出现一个小小的瑕疵,导致立柱承受不住巨大的应力而被撕裂。因此,为“蓝鲸1号”打造一个最为坚固、没有瑕疵的船体,就显得至关重要。

“蓝鲸1号”重达43000吨,立柱和平台连接作为应力最集中的区域,需要使用100毫米厚的超高强度钢板。但在此之前,国内没有一家钢厂能够生产如此厚的特种钢,“蓝鲸1号”建造团队找到鞍钢集团,希望能跟他们一起研发这种超高强度的钢板。出身钢铁世家的严玲接到这一任务后,花费了整整3个月的时间,一次次试验、不断调整加工方法,最终生产出的超高强度钢板,经过测试,完全符合要求。

测试现场:20.78千牛,抗拉强度782兆帕。

超高强度的钢板有了,但这么厚的钢板焊接在一起也是一个难题,焊接处抗断裂性能需要权威的试验认证后,才能使用。在一次次的焊接中,钢板的中心部位反复出现气孔,影响焊接后钢板的强度和韧性。功夫不负有心人,通过1年多的试验,建造团队几千次调整焊接的电压、电流、温度,最终解决了这一难题。

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杨鹏 :我们成功完成了全球首例F690 100毫米厚钢板的CTOD试验,不仅提升了“蓝鲸1号”平台的安全性,同时也证明了我们团队面对困难的攻关能力。

而如今,通过结构设计优化,“蓝鲸2号”深水钻井平台降低了关键部位的应力,使用80毫米厚的钢板就已经能够确保安全。

烟台中集来福士海洋工程有限公司项目技术经理刘忠林:这证明我们设计,还有计算能力,也处在世界前列。

在“蓝鲸1号”深水钻井平台上,项目经理杨鹏还带记者参观了两台非常重要的装置——防喷器,它的作用是试油、修井、完井作业过程中用来关闭井口,防止井喷事故发生,以及在紧急情况下切断钻杆的安全密封井口装置。2010年,一家英国石油公司的钻井平台在墨西哥湾开采石油,由于防喷器故障,导致发生剧烈井喷,并最终爆炸,造成7人重伤,11人失踪,大量原油泄漏并污染2万平方公里的海域,由此可见防喷器对钻井平台的重要性。目前,单个防喷器的价格高达800到1000万美元,因为价格昂贵,很多的钻井平台只配置1台,但“蓝鲸1号”却是两台的豪华配置。

杨鹏 :防喷器也会有故障,需要检修和保养,两台防喷器就是双保险,不仅可以完全保障安全,同时也会减少怠工,提高生产效率。

更让杨鹏自豪的是,“蓝鲸1号”超深水钻井平台还拥有全球领先的闭环动力系统。这个系统把“蓝鲸1号”上的8台主机连接起来,不断根据实际的动力需求,自动安排8台主机哪些启动、哪些关闭,甚至能够精准的调节每台主机动力输出的大小,可以有效减少主机运行和维护时间。

杨鹏 :“蓝鲸1号”8台主机能够产生一个50万人口城市的用电量,这个闭环系统也是中国第一个试验成功的案例,它能够降低11%的油耗,减少35%的氧化氮和20%的二氧化碳排放,并将主机维修费用降低50%。

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“蓝鲸1号”拥有27000多台设备,而平台上只有100多名船员,仅仅靠这些船员无法管理如此众多的设备,因此,“蓝鲸1号”还构建了最为复杂的神经网络,这个控制室就是管理众多神经的大脑,技术经理刘忠林告诉《经济半小时》记者,全船有13600个报警点,整个回路都在这里反馈。

参观完众多全球领先的超级装备,又来到了“蓝鲸1号”的生活区,因为要去深海钻探,船员们在海上一呆就是几个月。记者看到,每个宿舍里都有两个独立的房间,生活上互不影响,而在公共使用的客厅,卫生间、电视、沙发一应俱全。除此之外,“蓝鲸1号”上还有健身房,供船员锻炼身体。

采访即将结束时,记者也来到了中集研究院,大厅里,摆放着20多年来研发的各种钻井平台。而在设计部门,记者看到工程师们正在设计更为先进的钻井平台。

烟台中集来福士海洋工程有限公司蓝鲸1号项目钻井技术经理王正权:在墨西哥湾,在中国的南海,包括在非洲一些海域,它的水深都超过了3000米,我们必须要有这样作业能力的平台问世,才能在那边一些海域进行相应的石油 、天然气勘探工作。

[半小时观察]

去年夏天在南海试采可燃冰期间,曾经遇到了非常猛烈的海上风暴,撤回码头还是继续开采?工程师们经过科学测算,认为“蓝鲸”完全有能力抵御这次风暴。事实证明,这个大家伙果然不负众望,经历风暴后,继续顺利完成了开采任务。海上钻井平台被称为“流动的国土”,体现着一个国家的整体工业实力。十多年前,中国完全没有自主制造海上钻井平台的能力,当时一天要花100美元去租用一套国外的海上钻井平台。不过现在,我们不仅能够自己制造,而且领先全球。从原材料到自动控制系统,从学习到超越,在中国制造能力的整体提升过程中,硬技能和软实力一个都不能少。


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