王麟

石油作為重要的化學能源，在過去近160年里，為人類社會發(fā)展和技術進步作出了重大貢獻，而石油開采技術是伴隨著英國工業(yè)革命的步伐萌芽和發(fā)展的，前赴后繼，直到今天。石油開采技術的日新月異，在保證了能源供應的同時，也是一個國家戰(zhàn)略地位的體現(xiàn)。

陸上的石油天然存儲量經(jīng)過多年的攫取已近枯竭，而占據(jù)全球71%面積的海洋中，石油儲量巨大，被開發(fā)的數(shù)量九牛一毛。這其中一個重要的原因是，在風急浪高的海洋里面開采石油難度很大。雖然過去70多年里，在淺海區(qū)域開采石油的技術已經(jīng)非常成熟，但是在超過3 000米深的95%的廣闊海域，還是一塊待開墾的處女地，誰能掌握深海水域的石油開采主動權，誰就能獲取更多的資源，進而獲得更好的發(fā)展機會。超深水半潛式海上鉆井平臺，就是如今只有極少數(shù)國家掌握的深海采油的高精尖技術。我國在該技術領域后來居上，研發(fā)成功了大國重器“藍鯨1號”和“藍鯨2號”等系列產品，一鳴驚人，讓世界艷羨。

座座鉆井平臺屹立世界海域

在海上開采石油，必須有一套合適的海上工程設備，用于裝載鉆井以及抽提油氣所需的人工和機械裝置。這些設備一般包括鉆井平臺和生產平臺兩部分。其中，生產平臺屬于石油提升處理的技術設備，不在本文討論。而海上鉆井平臺按照技術發(fā)展的順序，先是研發(fā)使用了固定式鉆井平臺，后來又推出移動式鉆井平臺。其中，固定式鉆井平臺又分為混凝土重力式平臺、深水順應塔式平臺等，這類平臺的優(yōu)點是穩(wěn)定性較好，但是也存在工作水深淺、靈活性差、性價比不高的缺點；移動式鉆井平臺如今方興未艾，其中自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平臺和鉆井船已經(jīng)成為主流的鉆井裝備。

追根溯源，世界上首次在海上開采石油的嘗試，起源于1895年的美國加利福尼亞州的薩默蘭海岸——石油公司利用木質棧橋在海上打出了第一口油井。從1909年到1930年代，石油公司又在北美路易斯安那州以及南美委內瑞拉的湖泊中搭建木質棧橋，鉆井采油。在這個時期，水上鉆井平臺是通過木質棧橋與陸地相連的，而到了1937年，在墨西哥灣建造了世界上第一臺離岸性質的木質海上鉆井平臺。到了1946年，美國科麥奇石油公司在墨西哥灣20米深的水域建造了世界上第一臺離岸鋼制鉆井平臺，被認為是海上石油工業(yè)的開端。

以上鉆井平臺都有一個特點，那就是全部采用固定式，不能自由遷移，限制了其功能的發(fā)揮，所以世界各國很快便投入到了移動式鉆井平臺的研發(fā)之中。最早的產品是1932年在美國路易斯安那州投入使用的“駁船式鉆井平臺”，可通過駁船的沉浮完成打井和位置的遷移。后來在此基礎上，1949年又出現(xiàn)了升級版的“坐底式鉆井平臺”，將駁船改成了沉墊，鉆井作業(yè)時通過對沉墊注水增加壓載，將平臺沉到海底，移位時減輕壓載，將平臺浮到海面上，從而實現(xiàn)拖航和移位作業(yè)。坐底式鉆井平臺對海底的地基要求高，適應水深能力差，但是它具備在淺海和灘涂等地作業(yè)能力，所以至今還在小范圍內使用。

移動式鉆井平臺第三代產品就是自升式鉆井平臺。它克服了坐底式鉆井平臺不能適應水深變化的缺點，將原坐底式平臺固定的支撐立柱，改為自由伸縮的“樁腿”，可以根據(jù)作業(yè)水深的不同，調整其長度，以適應作業(yè)環(huán)境。1956年美國拉圖諾技術公司設計的自升式鉆井平臺“天蝎號”，被認為是第一座現(xiàn)代化的自升式鉆井平臺。這類平臺雖然能夠根據(jù)海水深度變化自由調整和遷移，但是還有一個很明顯的缺點，那就是因為樁腿長度受限，大部分平臺的作業(yè)水深限制在120米以內，只能適用于淺海區(qū)。如果采用加長樁腿的辦法增加其作業(yè)深度，鉆井平臺的穩(wěn)定性將受到影響，甚至會有傾覆的危險。

為了解決自升式鉆井平臺不能在深水區(qū)作業(yè)的缺點，深水半潛式鉆井平臺這種更加高端的采油技術便橫空出世了。我國近期研發(fā)成功有37層樓高的“藍鯨2號”，就屬于該技術的系列產品之一，稱之為“超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺”。

半潛式“定海神針”的不凡定力

1962年，世界上第一臺半潛式鉆井平臺在美國加州問世，由美國殼牌石油公司負責研制，在此后的50多年里，半潛式鉆井平臺不斷更新?lián)Q代，從100米的淺水作業(yè)區(qū)逐步向3 000米的深水區(qū)邁進。如今的最大作業(yè)水深已經(jīng)超過了3 000米，比如我國研制的“藍鯨2號”，其最大作業(yè)水深為3 658米。深水半潛式鉆井平臺以其性能優(yōu)良、抗風浪能力強、甲板面積和裝載量大、適應水深范圍大等優(yōu)點成為國內外研究的熱點之一，也將是今后數(shù)十年海上石油勘探鉆井最具有發(fā)展前途的設備。

深水半潛式鉆井平臺采用了幾大先進的“黑科技”，包括總體設計技術、系統(tǒng)集成技術、平臺定位技術、總體性能分析技術、結構強度與疲勞壽命分析技術、平臺建造技術和深水模擬試驗技術等。總體設計主要是解決平臺的各項性能指標、主要功能和總費用問題，而總體設計中的平臺設計，是核心關鍵之一，需要確定平臺的船型與主尺度、結構形式和總布置。

在這幾大“黑科技”中，鉆井平臺的定位技術無疑是重中之重，為什么呢？因為在波濤洶涌的深海水域，要想保持平臺位置精確穩(wěn)定，是很困難的一件事。只有保持平臺位置精確，鉆機才能準確到達儲油層；只有保持位置穩(wěn)定，才會讓平臺在臺風肆虐的大海之上巍然屹立。

如今，深水半潛式鉆井平臺采用的是“動力定位技術”，即在鉆井平臺上安裝動力定位系統(tǒng)，不需要通過拋錨方式來穩(wěn)定平臺，而是用計算機自動控制推進器，來保持浮動平臺位置的穩(wěn)定。具體而言就是，使用精密、先進的儀器來測定平臺因風、浪、水流作用時發(fā)生的位移和方向變化，再通過計算機對信息進行實時處理、計算，并對若干個不同方向推進器的推力大小和力矩進行自動控制，使平臺保持在原有位置。而平臺總體性能分析技術可對深水半潛式鉆井平臺的水動力性能與運動性能進行預報，結構強度與疲勞壽命分析又可保證鉆井平臺的安全作業(yè)，并延長其使用壽命。

“藍鯨2號”在2017年8月22日完成了試航，這是全球最先進的超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺，采用Frigstad D90基礎設計，利用世界上提升力最大的起重機“泰山吊”輔助建造，配備高效的液壓雙鉆塔和全球領先的DP3動力定位系統(tǒng)。“藍鯨2號”鉆井平臺長117米，寬92.7米，高118米，最大作業(yè)水深3 658米，最大鉆井深度15 250米，是目前全球作業(yè)水深、鉆井深度最深的半潛式鉆井平臺，可以在全球95%的深海中暢通無阻，并開展采油作業(yè)。endprint