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用微信扫码二维码 分享至好友和朋友圈 太震撼了!中国海域地形图! 中国如何走向深海? 本文由 中国海油 特约制作 海洋 面积辽阔,物产丰富 蕴藏着这颗星球上超过 34% 的石油和天然气 然而 这些油气资源却并非触手可及 其中更有 44% 深埋于水深超过300米的 深海之下 在中国也同样如此 尤其是在我国南海 在这片平均水深超过1000米的海域 55% 的油气资源 都埋在深深的海底 (国际上划分深水区的标准有>300米、>400米、>500米等不同方案,本文采用>300米的分级标准,其中水深在300米以内的海域为浅水,300-1500米为深水,大于1500米为超深水。下图为中国海域地形图,制图@郑艺/星球研究所) ▼ 但是海洋环境 却极其复杂、极其恶劣 水深每增加一米 资源开采难度将呈几何级数增长 以致于在过去的漫长岁月中 面对近在家门口的宝藏 我们始终举步维艰 直到近些年来 我们终于依靠自己的力量 相继实现了 第一次深海勘探 第一次深海钻井 更建成了第一座 水深达1500米的大气田 正式开启了中国海上油气开采的 超深水时代 (请横屏观看,2021年6月,中国首个自营的1500米水深的天然气田“深海一号”正式投产,画面中的庞然大物为中国最大生产储卸油平台,摄影师@韩庆) ▼ 而放眼全国 我们的渤海、东海、南海之上 145个油气田不分昼夜 将来自海洋深处的能源 源源不断地送往全国 作业能力也从数十米 飞跃至3000米之多 为什么 走向深海的道路会如此艰难? 我们又是如何做到的呢? 01 炼一双“火眼金睛” 想要走向深海 我们首先必须知道 海底的油气资源 究竟在哪里 可是 深海之中如同一团迷雾 地层之下更是深不可测 除非拥有一双 能够穿透海水、穿透地层的 “火眼金睛” (涠洲岛镶嵌在一望无垠的大海中,摄影师@陈肖) ▼ 在陆地上 人们可以向地下发射人造声波 通过接收和分析 不同地层的反射波 便能反推出地层的分布规律 从而推断出油气资源的分布 类似的探测方法 同样适用于海上 只不过海上毫无立足之地 若要安放所有设备、人员 人们必须要有一艘特殊的 能够进行物理勘探的大船 人称物探船 (这种利用声波等物理手段来研究地层信息的手段,称为地球物理勘探,简称物探。人造声波也称为人造地震波,其勘探方式则被业内称为地震勘探。海上地震勘探原理示意,请横屏观看,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 这种船最鲜明的特征 就是尾部拖行的超长电缆 它们用于接收海底反射的声波 相当于每一条电缆 都扫描了地层的一个切面 (单条电缆勘探示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 但仅凭一个切面 做出的判断显然不够准确 倘若能同时扫描更多地层切面 并将它们拼合起来 一个三维地层模型 便跃然眼前 隐藏其中的油气线索 也将一一显现 (多条平行电缆勘探示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 这也意味着 当一艘船拖带的电缆 长度越长、数量越多 一次扫过的面积就越大 若再有更快的航速以及超长的续航 扫描效率自然就越高 (请横屏观看,地震船以及拖拽的长长的电缆,摄影师@赵仲兴) ▼ 但要拥有这样一艘物探船 却并非易事 以致于在我国海上油气开采的初期 人们只能用塑料袋装满炸药 来激发声波 只能用胶布包裹电缆 甚至用气球悬浮电缆 才好不容易将一艘旧船 改造成了简陋的物探船 但自此以后 一场长达50多年的升级之路 拉开帷幕 从中外合建的 装备4条6000米长电缆的 “东方明珠号”物探船 再到自行改装的 装备8条6000米长电缆的 “海洋石油719”物探船 最终 装备12条8000米长电缆的 “海洋石油720”深水物探船 终于诞生 当其尾部电缆展开后 覆盖的海域面积之大 甚至相当于1200多个标准足球场 (左边小船正在为右边大船提供物资补给,其中大船为物探船海洋石油720,摄影师@陈志玮) ▼ 不仅如此 其航行速度、续航里程 抗风浪以及破冰等能力 均大幅提升 不但可以抵抗南海的狂风巨浪 还可以驰骋于北极等极寒海域 因此它也一举成为 亚洲最先进、作业能力最强的物探船 (请横屏观看,作业中的海洋石油720,注意图中的电缆长度与船本身大小的对比,摄影师@陈志玮) ▼ 至此 一艘艘物探船 如同一双双“火眼金睛” 在中国各大海域往来穿行 由它们扫描收集的水下信息 经地质学家分析后 从中发现了众多的油气分布区域 但仅到这里 我们依然无法走向深海 因为这些被探明的区域 究竟是否具有开采价值 只有真正将钻井钻入地层 才能一探究竟 然而 要从波涛滚滚的海面 将钻井向下打入数千米深的海底 又谈何容易? 02 造一座“海上堡垒” 要在海上打井 前提是我们必须造一座 “海上堡垒” 有了堡垒 装备和人员才有立足之地 而堡垒越坚固 钻井作业才能够应对 海风、海浪、海流、海冰等 各种恶劣的海洋环境 (汹涌的海浪冲击海岸,摄影师@胡颖) ▼ 起初 人们利用钢管 搭建从海上直插海底的导管架 其上再铺设甲板、放置设备 固定式钻井平台 便诞生了 (固定式钻井平台示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 但这种“固定堡垒” 一经安装便无法移动 对于需要重复使用的钻井平台而言 实在没有太多优势 所以除了一些特定环境外 如今已几乎销声匿迹 取而代之的是 一种“移动堡垒” 它由 一个平台、数条桩腿 以及特殊的升降装置 组合而成 在升降装置的作用下 平台和桩腿可以垂直升降 从而实现 固定时钻井,浮动时转移 这便是 自升式钻井平台 (自升式钻井平台示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 它凭借 灵活移动、重复使用等优势 很快便成为钻井平台家族的 主角之一 (请横屏观看,在拖船的牵引下,自升式钻井平台正在转移位置,摄影师@王振宇) ▼ 不过 这种堡垒也并非十全十美 其最大的弱点 便是高高竖立的桩腿 因为要适应更大的水深 桩腿的长度、尺寸、重量 必将不断增大 平台结构也因此变得越发复杂 使其难以应对恶劣的海洋环境 所以 在目前中国建造的此类平台中 122米 已经达到其工作水深的极限 (“海洋石油944”自升式钻井平台,其桩腿底部装有特制的大“靴子”,能够在松软的海底区域“脚踏实地”,摄影师@王振宇) ▼ 于是 一种更加灵活的“海上堡垒” 应运而生 它由上部平台、下部浮体 以及中间连接的立柱 三个部分组成 拖航时像一艘大船浮于海面 工作时由下部浮体充水下潜 故而得名 半潜式钻井平台 (稳立于海浪中的半潜式钻井平台,摄影师@郑建富) ▼ 这样的半潜状态 既可以让平台的重心下移 保持平台垂直方向的稳定 平台四个角上安装的锚链 又能保持前后左右的稳定 (半潜式钻井平台示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 1978年 中国从挪威引进的 第一座半潜式钻井平台 “南海2号” 最大作业水深就达到 200米 (南海2号,摄影师@宫瑞卿) ▼ 而自2010年起 随着技术的不断突破 一众中国自行建造的深水钻井平台 纷纷登上历史舞台 甚至一次又一次打破 工作水深的世界纪录 从“创新号”半潜式钻井平台的 750米 到“兴旺号”半潜式钻井平台的 1500米 (“兴旺号”半潜式钻井平台,摄影师@李佑坤) ▼ 再到“海洋石油981”半潜式钻井平台的 3000米 以及“蓝鲸1号”半潜式钻井平台的 3658米 (请横屏观看,多艘半潜式钻井平台同框,摄影师@唐克/视觉中国) ▼ 为了更好地适应深水环境 有的半潜式钻井平台 不仅拥有巨大的锚链 还在平台下部加装了 可以360°旋转的大马力推进器 再辅以卫星定位、气象监测等 即使没有锚链 依然可以在惊涛骇浪中稳如泰山 (待安装的推进器,图片来源@中国海油) ▼ 例如作业水深达3000米的 “海洋石油981” 就可以在水深小于1500米时 使用锚链来稳定平台 水深大于1500米时 则启用推进器 (拖航中的“海洋石油981”半潜式钻井平台,摄影师@茅亚林) ▼ 就这样 茫茫海面之上 中国人终于建成了 一座座稳定而坚实的“海上堡垒” 巨型堡垒之上 井架竖立,钻机轰鸣 (工人们正在下钻作业,摄影师@王振宇) ▼ 堡垒之下 半米粗的隔水钢管直插海底 硕大的钻头 则沿着钢管钻入地下 最大深度超过15000米 (海洋石油981正在进行钻井作业,白色管道为隔水管,钻杆从隔水管中间直插海底,摄影师@赵亮) ▼ 于是 在被探明的油气区域内 经过一次次钻井的验证 包括中国最大的海上油田 蓬莱19-3 中国最大的海上气田 崖城13-1 在内的数百个油气田终于显露真容 (中国海域主要油气田分布示意,制图@郑艺/星球研究所) ▼ 但是 这些“海上堡垒” 并无法实现持续不断的油气生产 完成钻井后 它们便将前往新的油气田 继续自己的使命 因此 若要真正实现深海采油 我们还需要建造一座昼夜不休的 “海上工厂” 03 建一座“海上工厂” 这座“海上工厂” 是一个兼备油气生产和加工 而且使用寿命长达数十年的 超级组合体 为此 无法重复使用 但却能长期提供稳定支撑的导管架 重新进入人们的视线 和固定式钻井平台类似 人们以导管架为基座 在上方安装生产设备 便得到了一个固定式生产平台 (海上生产示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 而结构复杂、功能多样 所需空间更大的加工环节 则被部署在陆地上 (海南南山陆地原油处理终端,摄影师@宫瑞卿) ▼ 于是 海上生产、陆地加工 一座半海半陆的工厂 便诞生了 但这种“海上工厂” 对油气田的要求相对较高 既要距离海岸不远 又要面积大、产量高 海底还要适合铺设管线 所以 要想走向深海 建造一种海上生产、海上加工的 全海式“海上工厂” 势在必行 其中最关键的便是 实现海上加工 于是 人们将纷繁复杂的加工设备 紧凑地布局在一艘大船上 再加上自动化控制系统 以及船舱的储存功能 一座化工厂便被巧妙地塞进了一艘船里 这便是生产储油船 (英文简称FPSO) (此设备全称为浮式生产储卸油装置,国内称之为生产储油船,下图为工作中的生产储油船,请横屏观看,图片来源@中国海油 摄影师@李雪松) ▼ 有了它 海上油气生产、汇集之后 便能直接在海上完成加工 而后再经由油轮送往陆地 (海上生产+海上加工模式,其中系泊塔结构在不同水深固定方式不同,浅水区多用导管架固定,而在深水区则用锚链固定,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 相比于半海半陆的工厂 这种海上生产、海上加工的全海式工厂 建造周期短、前期投资少 再加上它还可以重复使用 一经问世便风靡全球 也自1989年起 便逐渐成为我国海洋油气开采中 应用最广泛的模式之一 (图中上方为生产储油船,下方为油轮,油轮正在从生产储油船中进行提油作业,摄影师@李雪松) ▼ 其中渤海上的 渤中28-1油田 是我国最早采用这种模式的油田 而它配备的“渤海友谊号” 也是我国第一个自行建造的 生产储油船 (生产储油船上密集的管道系统,摄影师@秦宇) ▼ 可即便应用广泛 这种模式仍然无法实现深海开采 因为想要适应更大水深 支撑海上生产的导管架 必然也要增加高度、延长建造周期 同时安装难度也会随之增加 (请横屏观看,海洋油气生产设备组成海面上的一道靓丽风景线,摄影师@宫瑞卿) ▼ 这意味着 我们的生产方式 也必须再次升级 2020年 南海的流花16-2油田投产 其平均水深达到410米 但在茫茫海面之上 只见一艘巨大的生产储油船 而固定的导管架不见了踪影 这是如何做到的呢? (请横屏观看,流花16-2油田的生产储油船,摄影师@林川) ▼ 当我们穿过水面 就能找到问题的答案 此时你将看到的 是一张由纵横交织的海底管网 组成的水下生产系统 再配合生产储油船 一种 水下生产、海上加工的开采模式 “破水而出” (水下生产+海上加工模式,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 而这样的水下生产系统 不仅受天气影响较小、可靠性强 若配合远程控制系统 还可以降低成本、精简人手 再加上可重复使用的生产储油船 整体投资也大大减少 因此自然而然地 成为了水深超过300米时的“新宠” 可即便如此 生产储油船毕竟是一艘船 船体有限的稳定性 并不能从容应对恶劣的深海环境 若要拥有更强大的稳定性 同时还可以重复使用 就必须建造 这样一个庞然大物 (请横屏观看,巨大无比的半潜式生产储卸油平台,图片来源@中国海油) ▼ 没错 这就是和半潜式钻井平台一脉相承的 半潜式生产储卸油平台 其生产时部分潜于水下 有利于增强稳定性 其最典型的代表便是 中国首个自主建造、运营的 全球首座10万吨级深水半潜式生产储卸油平台 深海一号 (请横屏观看,伫立于海面上的“深海一号”,图片来源@中国海油 摄影师@李彦昭) ▼ 它的规模巨大 总高度达120米 相当于40层楼高 若从空中俯瞰 其面积相当于两个标准足球场 最大排水量达11万吨 相当于近2艘“山东舰”航母 而作业深度则达到1500米 (鸟瞰“深海一号”,摄影师@韩庆) ▼ 它“待机时间”超长 即便面对高温、高湿 高盐雾、超强台风的大南海 仍然可以连续工作30年 而不回坞检修 最值得一提的是 它的立柱除了支撑平台外 还被开发成一个巨大油舱 其容量相当于10个标准游泳池 它也因此成为了 世界首个使用立柱储油的半潜式平台 (正在安装就位的深海一号,图片来源@中国海油) ▼ 2021年6月 这只钢铁巨兽 在南海预定海域精准就位 再加上水下生产系统 以及往来穿梭的油轮 和直通陆地的海底管线 一套极为高效的开采模式 横空出世 其生产的天然气 从海底到千家万户只需耗时1天 每年可以向粤港澳大湾区 供气30亿立方米 相当于大湾区1/4的民生用气需求 (深海一号开采模式,其中锚链长度一般是水深的3-5倍,故锚链在水下会更分散,图中仅做示意,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 至此 用“火眼金睛”探路 用“海上堡垒”钻井 用“海上工厂”生产 三大设施一一就位 终于让中国人靠着自己的力量 一步步走向了深海 04 深海舰队的诞生 当然 这还不是全部 除了物探船、钻井平台、生产平台 这样的核心力量 一支具备战斗力的“深海舰队” 还必须包括铺设海底管道的 铺管船 (请横屏观看,并行的两艘海底铺管船,图片来源@中国海油) ▼ 搭建海上设备的 起重船 (世界最大单臂起重船“蓝鲸号”正在吊装作业,图片来源@中国海油) ▼ 拖引和补给物资的 工作船等 拥有不同本领的各种成员 (请横屏观看,三艘工作船正在拖引“深海一号”前进,如同一支海洋舰队,图片来源@中国海油) ▼ 以及在这背后 数以万计默默奉献的 深海探索者 远在数千公里之外的我们 远在陆地之上的我们 也许永远无法想象 他们是如何用微小的身躯 驾驭一个个钢铁巨兽 (导管架扶正作业现场,摄影师@张鹏) ▼ 是如何在惊涛骇浪中 钻出数千米深的油井 (钻井工人正在海上安装钻井用的管线,摄影师@林俊西) ▼ 又如何在一望无际的大海上 日复一日地坚守 (茫茫南海上屹立的生产平台,摄影师@姚术成) ▼ 但这就是 这支深海舰队的日常 正因如此 在我国对进口石油和天然气的依赖 依然高达73%和43%的今天 海洋油气的增产量占比 已经连续三年 达到全国增量的近80% 成为我国能源增长的新引擎 当然 未来的道路依然漫长 因为中国当前的海洋油气产量 仅占全国油气总产量的18% 距离30%的世界平均水平 仍有不小的差距 但也正因如此 我们才必须继续走向深海 走向更广阔的深海 (请横屏观看,中国海洋石油舰队,图中仅展示部分装备,制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所) ▼ 本文创作团队 撰文:艾蓝星 设计:罗梓涵&郑伯容 图片:感恩的心 地图:郑艺 审校:李雪梨 张威 封面摄影师:中国海油&王振宇 特别鸣谢 中国海油海洋工程高级工程师 冯加果 中海油服物探事业部装备研发制造中心总工程师 阮福明 中国海油海洋石油981平台经理 王伟 专家审核 中国石油大学(华东)油气储运工程 蒋文明 副教授 中国石油大学(北京)流动保障研究组 康琦 博士 【说明】本文是基于中国海洋石油工业发展史,从海洋工程装备的视角来回答“中国如何走向深海?”这个问题。而成立于1982年的中国海洋石油集团有限公司,作为中国海洋石油工业的主力军,用40年时间走完了西方国家海洋石油工业100年的历程,未来也将继续参与世界海洋石油工业的角逐。 【参考文献】 [1] 邱中建等. 中国油气勘探(第四卷 近海油气区)[M]. 地质出版社, 1999. [2] 傅成玉. 当代中国海洋石油工业[M]. 当代中国出版社, 2008. [3] 秦文彩等. 中国海:世纪之旅[M]. 新华出版社, 2003. [4] 《奋进40年》创作组. 奋进40年[M]. 石油工业出版社, 2018. [5] 《中国海洋石油总公司志》编纂委员会. 中国海洋石油总公司志[M]. 改革出版社, 1999. [6] 《中国海洋石油物探》编写组. 中国海洋石油物探[M]. 地质出版社, 2001. [7] 夏侯命胜, 李志雨, 王东,等. 物探船关键技术及发展趋势[J]. 船舶工程, 2019. [8] 2019大型装备性能手册-移动平台、船舶及FPSO.
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