“深海一号”能源站研发侧记
来源：《中国电力报》 时间：2021-06-21 11:50
以创新叩开深水宝藏之门
——“深海一号”能源站研发侧记
中国电力新闻网记者 曲艺
波谲云诡的南海，暗流涌动。
惊涛骇浪之中，一座“钢铁岛”傲然屹立。这是由我国自主研发设计的全球首座十万吨级深水半潜式生产储油平台——“深海一号”能源站。
6月6日，中国海洋石油集团有限公司宣布，“深海一号”已进入正式投产前的最后测试阶段。
届时，“深海一号”将用于开发“深海一号”大气田（陵水17-2），每年为粤港琼等地稳定供气30亿立方米，满足粤港澳大湾区四分之一的民生用气需求，为当地绿色发展注入底“气”，助力实现碳达峰、碳中和。
“深水项目就得跳出条条框框，用创新思维来推动！”
最大投影面积与两个标准足球场相当；总高度120米，相当于40层楼；最大排水量11万吨，相当于3艘中型航母；工程焊缝总长度超过北京到张家口的距离……这组关于“深海一号”的数据，具象到可让未曾见其“真容”的读者，在脑海中勾勒出剪影。
然而，要真正着手打造这座海上巨无霸，并非易事。
“建造安装过程中采用3项世界级创新、13项国内首创技术，刷新全球同类型平台建造速度之最……”陵水17-2气田开发项目总经理尤学刚列举的另一组数据，让记者真切感受到究竟是怎样的“内核”撑起了这海洋工程装备领域的集大成之作。
3项世界级创新，位列第一的便是“世界首创立柱储油”。
“凝析油存储和运输是陵水17-2项目推进的难点，新建原油管线外输是技术上可行的方案，但需增加8亿元的投入，严重影响项目效益。”陵水17-2气田开发项目经理朱海山坦言。
如何破题？朱海山找到了陵水17-2气田开发项目浮体负责人李达。
在研究了世界上所有半潜式平台的案例终无果后，李达决定探索新的解决方案：将凝析油储存在立柱里。
拿着草图，李达忐忑地问朱海山：“国际上没有类似的半潜式平台的先例，咱们能不能干？”
是墨守成规——沿用原油管线外输？还是另辟蹊径——改用凝析油存储？朱海山没有犹豫：“这的确是目前最合适的方案，大胆去做吧，深水项目就得跳出条条框框，用创新思维来推动！”
得了“授权”，李达撸起袖子加油干。他带领团队仔细研究，严谨论证，提出在立柱中设置“保温瓶内胆”新概念，并在此基础上开发了凝析油U型隔离与安全储存技术，保障“内胆”储油舱安全和可检修。凝析油舱内设置连续舱壁以替代水平立柱，使得凝析油舱内结构疲劳寿命提高30倍以上。
“保温瓶”解决了平台储油的问题，但油存满了还是需要运输。“我们为‘深海一号’专门设计了好搭档——动力定位油轮。它不仅能把油运走，还能随时调整位置，即使遇到八级风也不会撞上。”朱海山解释说。
此外，为解决浮式平台进坞维修再回接费用高昂的问题，李达和团队将浮式平台的设计寿命设为30年；半潜式平台对重量敏感，他们开发新型的“脊梁柱”结构，使得立柱部分钢材用量节省12%……
挑战不断，科研人员们却总能以昂扬的斗志“打怪升级”，乐此不疲。
“‘同船渡’的缘分不是修出来的，是创新出来的！”
“深海一号”的上部组块有2万吨重，是世界最大跨度的半潜式整体桁架式组块，紧密排布了近200套关键油气处理设备。
水下生产系统从井口采出的天然气如何输送到“深海一号”能源站？这就需要钢悬链立管。
钢悬链线立管是依靠自身重量悬垂到海底的钢管，壁厚超过3厘米，它是海底油气与水面浮式设施的唯一通道，也是最为薄弱的瓶颈结构。我国南海环境条件恶劣，百年一遇最大浪高达到23米，每次波起波落都会对立管造成累积疲劳。
钢悬链立管在“深海一号”服役的30年内，会随着平台“起舞”超过一亿次。在陵水17-2气田开发研究项目副经理贾旭看来，这是一个危险的信号——立管发生疲劳破坏的风险非常高，一旦发生问题将直接威胁整个能源站的安全。
强度、疲劳均是钢悬链立管在南海深水大气田应用必须逾越的鸿沟。为满足钢悬链立管苛刻的强度和疲劳要求，浮式平台必须具备良好的运动性能。
然而，从运动性能方面来衡量，传统半潜式平台并不“友好”。国际上，钢悬链立管更多与运动性能良好的单柱式平台SPAR和张力腿平台TLP组成“CP”。
“立管和浮式平台一定要绑在一起做设计！”贾旭认为要跳出惯性思维，通过不断创新，二者定可实现“完美匹配”。
2017年7月，陵水17-2大气田进入前端设计阶段，“深海一号”半潜式生产平台和钢悬链立管这对“CP”出现隔阂：为适应船坞和港池的空船吃水限制，“深海一号”必须将在位吃水降低至37米，运动性能再次变差，无法满足18英寸外输立管在项目中的应用。
面对僵局，贾旭提出：“钢悬链立管采用方向极值环境条件进行校核，将外输立管方位由平台西侧调整至环境条件稍好的北侧。”
但是在以往的项目中，中国海油通常采用主极值和条件极值环境参数，方向极值的应用尚无先例。同时，勘察船正在现场做立管触地点地质取样前的最后准备，立管方位调整的决定需慎之又慎。
“我们在南海开展了十多年的观测，精细化环境条件在陵水项目中应用是具备基础的，波浪的方向性是确定和可信的，方向极值的应用也是有规范和科学依据的，为什么要故步自封？为什么不尝试采用‘宽容’一些的环境参数。”关键时刻，贾旭果断定夺。
在质疑声中，贾旭一边带领立管设计团队开展钢悬链立管在方向极值和条件极值下以及不同立管方位情况下的运动响应对比，一边协调环境条件科研人员再次对方向极值参数进行复核校验。
经过两昼夜的紧张评估，外输钢悬链立管各项校核指标符合要求，贾旭如释重负。
2008~2017年，带领团队攻坚克难的10年间，贾旭碰到的类似情况还有很多。“有缘修得同船渡，‘深海一号’半潜式生产平台和钢悬链立管在南海结合的缘分不是‘修’来的，是创新出来的！”他感慨道。
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