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科技日報記者 操秀英
“3、2、1，啟動油井！”
隨著指令發(fā)出，水下機器人緩緩開啟南海深處的采油樹。原油經(jīng)“?；?rdquo;預處理后，來到2.5公里外的“海葵一號”，高擎的火炬將天然氣徐徐點燃。
9月19日，“?？惶?rdquo;正式投產(chǎn)。它是我國自主研發(fā)的第一座，也是亞洲首座投入應用的圓筒型FPSO，每天能處理約5600噸原油，可供90萬輛小汽車同時使用。
“我們一定要打破壟斷，把能源的飯碗牢牢端在自己手里！”6年前，中國海洋石油集團有限公司（以下簡稱“中國海油”）研究總院工程研究設計院開始自主研發(fā)圓筒型FPSO時，首席工程師李達的話擲地有聲。
而今，這只“超級能源碗”已在珠江口盆地海域浮起。
巧鑲“花邊”
FPSO全稱為“浮式生產(chǎn)儲卸油裝置”，是集原油生產(chǎn)、儲存、外輸?shù)裙δ苡谝惑w的海上原油加工廠。2018年，中國海油規(guī)劃采用“深水導管架平臺+FPSO”模式，對位于南海東部海域的流花11-1/4-1油田進行二次開發(fā)。
選用什么樣的FPSO呢？
這個家伙既要“胃口大”，又要經(jīng)濟劃算，還要足夠“堅強”，能在臺風多發(fā)的南海深水海域“扎根”。經(jīng)綜合考慮，圓筒型FPSO成為首選方案。
但是，當時圓筒型FPSO設計完全由一家國外公司壟斷，而設計能抵御惡劣臺風侵襲的圓筒型FPSO，更是沒有先例。
“難度再大，也要走通這條路！”那一年，李達帶領研發(fā)團隊下定決心，要為中國海油量身定制自己的“超級碗”。
確定“碗”的大小，是第一道難題。
大家規(guī)劃了多個尺度方案，進行周期性運動仿真評估。他們試圖避開波浪主頻，獲得更好的船體運動，但屢試屢敗——南海臺風下陡峭的波浪會與“碗”發(fā)生奇怪的相互作用，劇烈的搖擺如影隨形。
“不能讓操作人員在過山車環(huán)境下工作！”李達對“碗”的運動方式始終不滿意。
經(jīng)歷無數(shù)個不眠夜與思路碰撞后，李達突發(fā)靈感——為什么不在阻尼板上做文章？
“如果儲油量決定了它是一個又笨又重的‘碗’，那我們就給它增加阻尼，構建阻尼對波浪激勵的壓倒性優(yōu)勢，做一個穩(wěn)固的‘碗底’，不就可以站穩(wěn)了？”李達一說，大家恍然大悟。
就這樣，團隊成員“變身”為工藝師，設計出2.4米高的阻尼板，像鑲“花邊”一樣將其安置在“碗底”。他們又在阻尼板上加了鋸齒狀的凸起，進一步釋放波浪能量，提升阻尼板抑制升沉運動的能力。
最終，研發(fā)團隊成功設計出一座直徑72米、高度約90米，最大儲油量達6萬噸的圓筒型FPSO，它被命名為“?？惶?rdquo;。
系牢“裙帶”
確定主尺度和樣式后，如何系牢“海葵一號”，成為另一道難題。
這是我國首次在南海部署如此規(guī)模的FPSO。“?？惶?rdquo;承受的載荷是南海常規(guī)船型FPSO的兩倍多，其10萬噸級的排水量與一艘大型航空母艦相當。要想讓它按照設計工況要求，在百年一遇的超強臺風面前“寸步不移”，絕非易事。
解決定位的通常做法是給FPSO系上“裙帶”。按此方法，常規(guī)船型FPSO只需要9根系泊纜，而這只“超級碗”則需要21根，將導致工程造價大幅上漲。
“能否換種材質(zhì)做‘裙帶’，用更輕更有彈性的聚酯纜代替鋼纜？”系泊資深工程師易叢帶領團隊多方調(diào)研。
之前，“深海一號”項目曾試用過單根國產(chǎn)聚酯纜。這一次，團隊開展了更大力度的國產(chǎn)化論證，建立測試標準，對產(chǎn)品設計、制造、測試等多個環(huán)節(jié)進行嚴格把關，確認了用聚酯纜代替鋼纜的可行性。
與此同時，大家根據(jù)錨地的實際情況，模擬各種海況，不斷優(yōu)化“?？惶?rdquo;的系泊點方案。“在確保穩(wěn)定和安全條件下，我們成功地將系泊纜數(shù)量降至12根。”易叢說。
團隊并沒有止步于此。他們又結合海底環(huán)境特點，調(diào)整不同位置的聚酯纜參數(shù)，將西北側的系泊纜全部換為國產(chǎn)的聚酯纜，為“?？惶?rdquo;系上中國“裙帶”。
“裙帶”問題解決后，設計團隊順勢打開全新的思路，開展錨鏈、監(jiān)測控制設備、工藝處理設備、泵、電纜等10余件（套）國產(chǎn)化設備的定向攻關，將流花11-1/4-1二次開發(fā)項目的裝備自主化率從80%提高到90%。
如今，12根超過2500米長的高強度系泊纜，將“?？惶?rdquo;牢牢系住，讓其穩(wěn)穩(wěn)矗立在臺風肆虐的南海之上，可連續(xù)運行15年不回塢。
一步合龍
2022年3月，“?？惶?rdquo;在青島開工建造。它由近60萬個零部件構成，結構極其緊湊。從設計角度看，它已經(jīng)足夠精致、高效、智能。
但設計團隊還有個執(zhí)念——一定要拿出適合中國海域和中國船廠的制造方案，解決工期長的難題。
全球范圍內(nèi)在役的6座圓筒型FPSO，最長建造周期是5.5年。此前，我國受外方公司委托建造圓筒型FPSO“企鵝”，耗時4年多。“‘?？惶?rsquo;的建造周期至少要再縮短一半！”李達暗暗下定決心。
面對制約建造效率的關鍵因素——對接合龍工作量大、周期長，結構工程師蘇云龍牽頭對建造合龍開展專題研究。
他們打破以往自下而上、分塊零散兩步走的合龍慣例，創(chuàng)新性提出“分開建造—快速合龍”的解決方案，即上部組塊、工藝甲板和支撐立柱作為一個整體，下部船體與主甲板作為另一個整體，這兩者建造完成后再整體對接，實現(xiàn)一步合龍，從而大幅提升建造效率。
還能不能更高效？“我們一個一個步驟想、一點一點細節(jié)摳。”蘇云龍笑稱，“發(fā)際線又上移了。”
功夫不負有心人。團隊又推敲出船體建成后快速出塢方案，極大地節(jié)省了時間和資源。最后，“?？惶?rdquo;制造過程用時僅25個月。
“?？惶?rdquo;與深水導管架平臺“?；?rdquo;協(xié)作，成就了我國首個深水油田二次開發(fā)項目，將流花油田生產(chǎn)壽命延長近30年；同時，也標志著我國全面掌握了超300米深海油氣工程一體化開發(fā)技術，開創(chuàng)出深水油田經(jīng)濟高效開發(fā)的全新模式。
在今年6月召開的全國科技大會、國家科學技術獎勵大會、兩院院士大會上，習近平總書記強調(diào)，扎實推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，助力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。
“‘?？惶?rsquo;的全自主獨立設計建造，不僅盤活了已經(jīng)生產(chǎn)幾十年的老油田，還帶動了我國海洋油氣開發(fā)工程裝備產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展。”李達說，“未來，我們將勠力打造更多‘國之重器’，為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、保障國家能源安全作出更大貢獻！”
