外高橋造船：浩瀚南海鑄豐碑
——“海洋石油981”號獲獎背后的艱辛歷程
記者 張弘弢 王孫 北京 上海報道
2007年10月18日，上海外高橋造船有限公司正式與中國海洋石油總公司簽訂3000米超深水半潛式鉆井平臺建造合同。在參加簽約儀式的眾多見證者中，時任上海市委書記習(xí)近平的出現(xiàn)，頗為引人關(guān)注。
不過，人們并不知道這一時刻會引起多少有關(guān)歷史的敘述。因為，當(dāng)時沒人知道這座平臺究竟會帶來什么、改變什么，更沒人知道，它會成為中國南海的“政治明星”，甚至在當(dāng)時，“海洋石油981”這個名字也才剛剛起好。
7年之后，2015年1月9日，還是在國家主席習(xí)近平的見證下，“海洋石油981”號研發(fā)與應(yīng)用項目獲得國家科技進(jìn)步獎特等獎，一舉成為我國科技界“最閃耀的明星”。
從決定建造，到最終獲獎，都在習(xí)近平同志的眼前，不管是不是巧合，至少說明，“海洋石油981”已經(jīng)深深烙上了“高端”的屬性。
高端研發(fā) 數(shù)載光陰心向南海
“2002年，我們和中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七〇八研究所、上海交通大學(xué)等單位啟動國家發(fā)改委支持的‘新型多功能半潛式鉆井平臺研制’科研課題時，能用到的經(jīng)驗并不多。”外高橋造船公司副總經(jīng)理陳剛向記者介紹說，深水半潛式鉆井平臺在上世紀(jì)60年代已經(jīng)出現(xiàn)，此后經(jīng)歷了幾代產(chǎn)品的發(fā)展，各代之間主要以平臺的工作水深、可變載荷、鉆井能力等作為劃分原則。在2002年中國準(zhǔn)備研發(fā)自己的半潛式鉆井平臺之時，國際上主要是以第五代產(chǎn)品為主。
據(jù)了解，2000～2005年，以O(shè)cean Rover、Sedco Energy、Sedco Express為代表的第五代鉆井平臺作業(yè)水深一般在1800～3600米，鉆井能力在7600～10000米，采用動力定位為主、錨泊定位為輔的方式。在這一領(lǐng)域擁有全球領(lǐng)先設(shè)計水平的主要是歐美企業(yè)，比如F&G公司、Sedco Forex公司等。
“我們在啟動這個項目的時候，首先考慮的不僅是要自己建造，而且要自己使用，為國家利益服務(wù)。”中國海洋石油總公司規(guī)劃發(fā)展部總經(jīng)理金曉劍表示，當(dāng)時，雖然國外對半潛式鉆井裝備的研究已比較成熟，但是我國的海工裝備制造業(yè)才剛剛起步，既沒有相關(guān)深水裝備研發(fā)經(jīng)驗，也沒有建造實績。
“課題開始的時候，我們的主要任務(wù)就是跟蹤，要盡快了解當(dāng)時國際上最先進(jìn)的設(shè)計水準(zhǔn)是什么樣，弄清楚研制深水半潛式平臺需要攻克哪些關(guān)鍵技術(shù)。”陳剛說。對此，來自七〇八所的有關(guān)人員也道出了研發(fā)工作之初遭遇的困擾：“該項目的概念設(shè)計來自美國F&G公司，其詳細(xì)設(shè)計難度一點都不亞于概念設(shè)計。”
金曉劍介紹，在項目研發(fā)工作啟動之初，全球的半潛式鉆井平臺主要存在普通級和北海級兩大類，不過這兩類產(chǎn)品能否適應(yīng)中國南海的自然條件，一直困擾著研發(fā)人員。“與北海、極地等區(qū)域相比，雖然南海并非常年處于惡劣海況之下，但是這一區(qū)域的海況更為復(fù)雜，氣候變化更為頻繁，極端氣候條件更為嚴(yán)酷，這使得其最大的挑戰(zhàn)在于環(huán)境的不確定性。”金曉劍認(rèn)為。
“海洋石油981”號的設(shè)計使用壽命為30年，在如此長的時間里，要保證該平臺能夠經(jīng)受南海的臺風(fēng)、潮汐、內(nèi)波等氣候、水文環(huán)境的考驗，必須在研發(fā)設(shè)計階段通盤考量其安全性和可靠性。“當(dāng)時，墨西哥灣漏油事件對海工裝備制造業(yè)帶來了不小的影響，全世界都在思考如何保證海洋平臺的安全性。對于我們來說，這更是頭等重要的事情。”金曉劍表示。
即使在概念研究和適應(yīng)性研究階段，項目就遭遇了不小的挑戰(zhàn)，但這并不妨礙該項目“聲名鵲起”。據(jù)記者了解，其實早在“十五”末期，國家對海洋能源開發(fā)的投入力度就在不斷加大，決策層已經(jīng)堅定了發(fā)展海工裝備制造業(yè)的決心。“十一五”期間，國防科工委、國家科技部組織實施的“863計劃”再次投入經(jīng)費(fèi)，以我國南海油田的實質(zhì)性開發(fā)項目為工程依托，對深水油氣資源開發(fā)裝備的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，并就相關(guān)問題先后組織召開了
各類研討會，論證“南海深水油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及裝備”重大項目的可行性。
也正是有了研發(fā)階段的高度重視，才造就了“海洋石油981”號最終問鼎國家科技最高榮譽(yù)。正如業(yè)界專家所說，半潛式鉆井平臺系統(tǒng)龐大，設(shè)計、建造、營運(yùn)的難度都非常高，“海洋石油981”號在一開始就被定位為全球最先進(jìn)的平臺。該平臺目前已成為全球浮式鉆井平臺中最復(fù)雜的一種。
而承擔(dān)了該平臺設(shè)計驗證、建造入級檢驗工作的中國船級社（CCS），還根據(jù)該平臺建立起完整的平臺設(shè)計與建造規(guī)范體系。CCS副總裁莫鑒輝表示，“海洋石油981”號有多項技術(shù)為國際首創(chuàng)，實踐證明我國海工裝備制造的設(shè)計、制造能力達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
高端建造 挑戰(zhàn)無數(shù)四年功成
“那是2006年夏天，我還在30萬噸級浮式生產(chǎn)儲油船（FPSO）建造現(xiàn)場，突然來了一位中海油工程建設(shè)部的項目負(fù)責(zé)人。”回憶起為了建造“海洋石油981”號，中海油對外高橋造船進(jìn)行考察時的情景，陳剛依然記憶猶新。雖然對半潛式平臺已做過前期研究，但外高橋造船公司這樣一家年輕的新廠能有機(jī)會競爭該項目建造，可以說既高興，也意外。
“不是我們選擇了外高橋造船公司，是競爭選擇了外高橋造船公司。”金曉劍表示。在這個項目招標(biāo)之初，有意參與的企業(yè)有好幾家，相比之下，外高橋造船公司的優(yōu)勢并不明顯。不過，在之前建造“海洋石油111”號、“海洋石油113”號以及“海洋石油117”號3艘FPSO的過程中，該公司與中海油建立了良好的互信關(guān)系，這也成為其最終中標(biāo)的關(guān)鍵。
“這家企業(yè)給我們留下的最深印象是，機(jī)制靈活，管理具有柔韌度。從事海工裝備建造，最重要的一點在于既要滿足客戶需求，又不能一味迎合，管理水平要高，但是管理方式又不能過于僵硬，必須根據(jù)客戶需求調(diào)整自己的管理。”金曉劍道出了外高橋造船公司勝出的“秘訣”。
為確保該項目建造成功，外高橋造船公司確實展現(xiàn)了極盡所能的“柔韌性”。因為，對于當(dāng)時還是以建造散貨船為主的外高橋造船公司來說，雖然已經(jīng)
具有了FPSO的建造經(jīng)驗，但是真正發(fā)展大型海工裝備，還面臨諸多挑戰(zhàn)。
“散貨船的結(jié)構(gòu)、鋼板占空船總重的80%，設(shè)備、管線、電纜等舾裝重量占20%。而類似半潛式鉆井平臺的舾裝重量占比為40%，設(shè)備數(shù)量超過1000臺套，系統(tǒng)更多、更復(fù)雜，系統(tǒng)集成工作量是散貨船的5倍以上。”陳剛舉了一個簡單的例子，一般散貨船有五六百個傳感器，而“海洋石油981”號上超過了一萬個，這樣的挑戰(zhàn)是不言而喻的。
為了保證平臺堅固安全，建造“海洋石油981”號需要大量的高強(qiáng)度鋼，這給焊接工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。由于上海冬天濕度較大，如果防范措施不到位，容易使已焊接的鋼板產(chǎn)生氣孔，并影響后續(xù)工程的正常進(jìn)度。因此，在焊接工作中，先要用電熱夾板一樣的裝置對材料進(jìn)行預(yù)熱，焊接完成后還要作保溫處理。“許多零部件的超高強(qiáng)度鋼都是從國外進(jìn)口，一道焊縫返工兩次，就意味著鋼板報廢。”陳剛說，所有位置的焊接都采用可以追溯的實名制，在探傷檢查時如果發(fā)現(xiàn)問題，“就會直接淘汰責(zé)任人”。
“在這個項目的建造過程中，我們研究出了海工裝備高強(qiáng)度厚板焊接技術(shù)工藝，其中裂紋指端擴(kuò)展位移試驗（CTOD）后來還被引為海工平臺建造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。” 外高橋造船公司設(shè)計二所海工研發(fā)室副主任袁洪濤介紹。據(jù)了解，整個“海洋石油981”號需要焊接的長度達(dá)到240千米，其中包括30千米的平面焊接和210千米的直角焊接。而從最后的報驗結(jié)果看，焊接質(zhì)量檢測合格率達(dá)到了100%。
對外高橋造船公司來說，建造“海洋石油981”號更大的挑戰(zhàn)來自總裝建造。由于海工裝備一般采用模塊化建造的方式，先分段建造，再進(jìn)塢搭載，對分段建造的精度、吊裝搭載的效率都提出了極高的要求。施工隊伍首先要建造200多個100多噸的分段；完成后運(yùn)輸至外高橋造船公司一號船塢的組裝平臺，組合成幾百噸重的總段；最后通過1000噸級的龍門起重機(jī)吊裝搭載。“‘海洋石油981’號是國內(nèi)首次采用船塢內(nèi)總裝建造方式建造的鉆井平臺，我們克服了船塢尺度不夠、起吊能力有限等諸多困難。”袁洪濤表示。
除此之外，“海洋石油981”號主甲板建造的挑戰(zhàn)也堪稱世界級。為了適應(yīng)南海的海況以及作業(yè)的需求，使其主甲板能夠放置更多的鉆井設(shè)備和工具，以利于開采任務(wù)的順利進(jìn)行以及保證平臺自持能力的最大化，該平臺的可變載荷達(dá)到了9000噸。而這就意味著，主甲板的建造難度大大提升。
陳剛介紹，“海洋石油981”號的主甲板長度和寬度都接近80米。如果在建造時處于完全水平狀態(tài)，一旦安裝到立柱上，月池區(qū)域受重力作用就會發(fā)生變形，成為一個中間下凹的弧面。為了解決這一問題，外高橋造船公司團(tuán)隊研究了兩個月時間，通過有限元分析和現(xiàn)場精度控制相結(jié)合的方法，采取了適當(dāng)?shù)姆醋冃未胧罱K待吊裝上井架、建設(shè)生活樓、搭載其他裝備等工程完畢后，垂向精度控制在15毫米以內(nèi)。而根據(jù)收集的資料，同期交付的韓國某船廠半潛平臺月池區(qū)域垂向變形量為50毫米。
最終，外高橋造船公司通過以安全和質(zhì)量為抓手，以總裝建造技術(shù)、特殊結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)、鉆井系統(tǒng)、動力定位系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)的安裝和調(diào)試技術(shù)為關(guān)鍵路線，嚴(yán)格界面協(xié)調(diào)的過程控制，圓滿完成“海洋石油981”號的全部建造任務(wù)。
“在‘海洋石油981’號成功建造之前，中國人僅建造過120米工作水深的自升式海工平臺，半潛式鉆井平臺看都沒看到過。這一項目的成功完成，打破了國外對深水半潛式鉆井平臺的技術(shù)壟斷和市場壟斷，增強(qiáng)了外高橋造船公司進(jìn)軍高端海工裝備市場的信心，也吹響了外高橋造船公司打造國際海工品牌的號角。”外高橋造船公司總經(jīng)理王琦表示。
高端保障 三年運(yùn)營完美檢驗
在過去3年里，“海洋石油981”號不僅經(jīng)受住了南海自然環(huán)境帶來的各種考驗，而且成為我國維護(hù)海洋權(quán)益和南海主權(quán)的一把“利器”。
2014年5月，有國家干擾“海洋石油981”號在我國南海的正常作業(yè)，一度也引起人們對該平臺安全性的擔(dān)憂。不過在項目參與者看來，這些國家的小動作，影響不了平臺的安全，因為早在設(shè)計、建造之時，他們就考慮了“海洋石油981”號可能與補(bǔ)給船發(fā)生摩擦和碰撞的可能性。他們認(rèn)為，即便是三五千噸的船舶正面撞擊“海洋石油981”號，也很難使后者發(fā)生傾覆等狀況。
“‘海洋石油981’號采用的是錨泊定位和DP3動力定位的雙定位系統(tǒng)設(shè)計，可根據(jù)海況條件自由調(diào)節(jié)和組合。”金曉劍介紹，該平臺擁有12個15噸重的船錨，每個都可以產(chǎn)生800多噸的抓力，每根船錨鏈長1750米、重約280多噸，其中還加入了以高強(qiáng)度尼龍繩為主的合成纖維索，從而吸收平臺移動產(chǎn)生的能量。在調(diào)試和使用過程中，即使多次遭遇風(fēng)力超過15級及以上的臺風(fēng)襲擊，“海洋石油981”號也能“巋然不動”。
而“海洋石油981”號的DP3動力定位系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星定位、調(diào)整系統(tǒng)和可360度旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)器組成。即便遭遇17級臺風(fēng)，計算機(jī)可隨時根據(jù)定位，調(diào)整推進(jìn)器的方向和馬力，使“海洋石油981”號穩(wěn)定于海面的一個點。不過，當(dāng)初在安裝時，由于推進(jìn)器高3米多，無法在外高橋造船公司的碼頭進(jìn)行安裝，必須拖航到舟山附近30米深的海域才能完成安裝作業(yè)。“為此，我們研究出了平臺推進(jìn)器海上安裝調(diào)試技術(shù)，這也為國內(nèi)同行提供了可靠范例。”袁洪濤介紹，通過團(tuán)隊工作人員的努力，外高橋造船公司順利完成了在海上安裝8個大馬力推進(jìn)器的工作，為“海洋石油981”號在南海“扎根”奠定了基礎(chǔ)。
與穩(wěn)固的定位一樣，隔水管等設(shè)備的選用也是為了保障平臺作業(yè)的順利與安全。對于“海洋石油981”號來說，鉆具要通過海面達(dá)到海底數(shù)千米的位置，必須通過隔水管，它是連接平臺與海底防噴器的關(guān)鍵設(shè)備。但是受海洋環(huán)境與鉆井工況的耦合作用，隔水管容易發(fā)生磨損、斷裂等事故。
“目前，國際上對此研究僅限于海洋環(huán)境載荷對生產(chǎn)立管的渦激振動及其疲勞損壞，隔水管的安全控制缺乏理論指導(dǎo)，現(xiàn)場僅憑經(jīng)驗進(jìn)行操作。”金曉劍分析說，為了解決這一問題，相關(guān)單位在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計之初就根據(jù)隔水管的運(yùn)動和受力規(guī)律在上海交通大學(xué)深水實驗室進(jìn)行了4個多月的試驗，將模擬海況與鉆井過程相結(jié)合，根據(jù)試驗參數(shù)，對照相應(yīng)的規(guī)則，通過技術(shù)比較，發(fā)現(xiàn)差距，提升了隔水管的安全控制能力。
此外，項目團(tuán)隊還汲取墨西哥灣漏油事件的深刻教訓(xùn)，首次設(shè)計并成功應(yīng)用了本質(zhì)安全型深水鉆井防噴器控制系統(tǒng)。“也就是說，當(dāng)平臺發(fā)生火災(zāi)和爆炸等惡性事故而失去所有控制信號時，海底防噴器會自動關(guān)閉。”金曉劍介紹，其控制理念與傳統(tǒng)控制理念完全相反，“沒有信號即是最大信號”，這不僅增強(qiáng)了在緊急情況下防噴器剪斷鉆桿和套管的剪切能力，而且從本質(zhì)上可完全避免類似墨西哥灣漏油事故的發(fā)生，能確保“海洋石油981”號的作業(yè)安全。“這一技術(shù)，堪稱全球深水鉆井安全控制技術(shù)的新突破。”莫鑒輝表示。
正是得益于在設(shè)計、建造過程中的各方努力，從2012年正式開鉆至今，“海洋石油981”號沒有出現(xiàn)任何安全問題。負(fù)責(zé)對該平臺進(jìn)行檢驗的有關(guān)人士表示，總的來看，目前該平臺的主要運(yùn)行指標(biāo)都達(dá)到了國際先進(jìn)水平。“對于這樣一個從零做起的項目來說，我認(rèn)為其目前的表現(xiàn)很好。”2014年8月，該平臺在我國南海北部深水區(qū)陵水17-2氣田測試獲得高產(chǎn)油氣流，測試日產(chǎn)天然氣56.5百萬立方英尺，相當(dāng)于9400桶油當(dāng)量，使得17-2氣田成為我國海域自營深水勘探的第一個重大油氣發(fā)現(xiàn)。
王琦認(rèn)為，“海洋石油981”號投入運(yùn)營以來取得的各項成果，充分證明外高橋造船公司的海工建造水平和能力得到了檢驗和認(rèn)可，而此次項目獲得國家科技進(jìn)步最高獎，彰顯了中船海工品牌的價值。“通過該項目的建造實踐，不僅為外高橋造船公司培養(yǎng)了一大批中青年人才，更為進(jìn)一步提升外高橋造船公司的項目管理水平，為海工產(chǎn)品實現(xiàn)批量化、系列化、品牌化建造打下了基礎(chǔ)。”王琦介紹，這支海工業(yè)務(wù)團(tuán)隊已先后獲得上海市“新長征突擊隊”、“五一勞動獎?wù)隆薄ⅰ肮と讼蠕h號”、“巾幗獎”等榮譽(yù)稱號，有8人獲得過上海市企業(yè)管理創(chuàng)新獎、上海市經(jīng)信委優(yōu)秀黨員、中船集團(tuán)勞動模范等榮譽(yù)，其中一批佼佼者已經(jīng)走上公司各級領(lǐng)導(dǎo)崗位，為企業(yè)發(fā)展注入了新活力。
經(jīng)略海洋，擁抱深藍(lán)；科技引領(lǐng)，再邁高端。未來，外高橋造船公司揚(yáng)帆遠(yuǎn)航的信念將更加堅定，鏗鏘前行的腳步將無比堅實。在中船集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)下，外高橋造船公司將以“大力弘揚(yáng)中船精神，做強(qiáng)中國第一船廠”的歷史使命和責(zé)任，續(xù)寫高端海工裝備制造的新傳奇，為中船集團(tuán)全面深化改革和全面轉(zhuǎn)型發(fā)展，為維護(hù)國家海洋權(quán)益、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、建設(shè)海洋強(qiáng)國作出更大的貢獻(xiàn)。
