外高橋造船:浩瀚南海鑄豐碑
——“海洋石油981”號(hào)獲獎(jiǎng)背后的艱辛歷程
記者 張弘弢 王孫 北京 上海報(bào)道
2007年10月18日,上海外高橋造船有限公司正式與中國(guó)海洋石油總公司簽訂3000米超深水半潛式鉆井平臺(tái)建造合同。在參加簽約儀式的眾多見(jiàn)證者中,時(shí)任上海市委書(shū)記習(xí)近平的出現(xiàn),頗為引人關(guān)注。
不過(guò),人們并不知道這一時(shí)刻會(huì)引起多少有關(guān)歷史的敘述。因?yàn)?,?dāng)時(shí)沒(méi)人知道這座平臺(tái)究竟會(huì)帶來(lái)什么、改變什么,更沒(méi)人知道,它會(huì)成為中國(guó)南海的“政治明星”,甚至在當(dāng)時(shí),“海洋石油981”這個(gè)名字也才剛剛起好。
7年之后,2015年1月9日,還是在國(guó)家主席習(xí)近平的見(jiàn)證下,“海洋石油981”號(hào)研發(fā)與應(yīng)用項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng),一舉成為我國(guó)科技界“最閃耀的明星”。
從決定建造,到最終獲獎(jiǎng),都在習(xí)近平同志的眼前,不管是不是巧合,至少說(shuō)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(guó)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(dòng)國(guó)家發(fā)改委支持的‘新型多功能半潛式鉆井平臺(tái)研制’科研課題時(shí),能用到的經(jīng)驗(yàn)并不多。”外高橋造船公司副總經(jīng)理陳剛向記者介紹說(shuō),深水半潛式鉆井平臺(tái)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(tái)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(guó)準(zhǔn)備研發(fā)自己的半潛式鉆井平臺(tái)之時(shí),國(guó)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(tái)作業(yè)水深一般在1800~3600米,鉆井能力在7600~10000米,采用動(dòng)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(jì)水平的主要是歐美企業(yè),比如F&G公司、Sedco Forex公司等。
“我們?cè)趩?dòng)這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候,首先考慮的不僅是要自己建造,而且要自己使用,為國(guó)家利益服務(wù)?!敝袊?guó)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(shí),雖然國(guó)外對(duì)半潛式鉆井裝備的研究已比較成熟,但是我國(guó)的海工裝備制造業(yè)才剛剛起步,既沒(méi)有相關(guān)深水裝備研發(fā)經(jīng)驗(yàn),也沒(méi)有建造實(shí)績(jī)。
“課題開(kāi)始的時(shí)候,我們的主要任務(wù)就是跟蹤,要盡快了解當(dāng)時(shí)國(guó)際上最先進(jìn)的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)是什么樣,弄清楚研制深水半潛式平臺(tái)需要攻克哪些關(guān)鍵技術(shù)?!标悇傉f(shuō)。對(duì)此,來(lái)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(xiàng)目的概念設(shè)計(jì)來(lái)自美國(guó)F&G公司,其詳細(xì)設(shè)計(jì)難度一點(diǎn)都不亞于概念設(shè)計(jì)?!?
金曉劍介紹,在項(xiàng)目研發(fā)工作啟動(dòng)之初,全球的半潛式鉆井平臺(tái)主要存在普通級(jí)和北海級(jí)兩大類,不過(guò)這兩類產(chǎn)品能否適應(yīng)中國(guó)南海的自然條件,一直困擾著研發(fā)人員?!芭c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?!苯饡詣φJ(rèn)為。
“海洋石油981”號(hào)的設(shè)計(jì)使用壽命為30年,在如此長(zhǎng)的時(shí)間里,要保證該平臺(tái)能夠經(jīng)受南海的臺(tái)風(fēng)、潮汐、內(nèi)波等氣候、水文環(huán)境的考驗(yàn),必須在研發(fā)設(shè)計(jì)階段通盤考量其安全性和可靠性。“當(dāng)時(shí),墨西哥灣漏油事件對(duì)海工裝備制造業(yè)帶來(lái)了不小的影響,全世界都在思考如何保證海洋平臺(tái)的安全性。對(duì)于我們來(lái)說(shuō),這更是頭等重要的事情?!苯饡詣Ρ硎?。
即使在概念研究和適應(yīng)性研究階段,項(xiàng)目就遭遇了不小的挑戰(zhàn),但這并不妨礙該項(xiàng)目“聲名鵲起”。據(jù)記者了解,其實(shí)早在“十五”末期,國(guó)家對(duì)海洋能源開(kāi)發(fā)的投入力度就在不斷加大,決策層已經(jīng)堅(jiān)定了發(fā)展海工裝備制造業(yè)的決心?!笆晃濉逼陂g,國(guó)防科工委、國(guó)家科技部組織實(shí)施的“863計(jì)劃”再次投入經(jīng)費(fèi),以我國(guó)南海油田的實(shí)質(zhì)性開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為工程依托,對(duì)深水油氣資源開(kāi)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(wèn)題先后組織召開(kāi)了
各類研討會(huì),論證“南海深水油氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及裝備”重大項(xiàng)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(hào)最終問(wèn)鼎國(guó)家科技最高榮譽(yù)。正如業(yè)界專家所說(shuō),半潛式鉆井平臺(tái)系統(tǒng)龐大,設(shè)計(jì)、建造、營(yíng)運(yùn)的難度都非常高,“海洋石油981”號(hào)在一開(kāi)始就被定位為全球最先進(jìn)的平臺(tái)。該平臺(tái)目前已成為全球浮式鉆井平臺(tái)中最復(fù)雜的一種。
而承擔(dān)了該平臺(tái)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、建造入級(jí)檢驗(yàn)工作的中國(guó)船級(jí)社(CCS),還根據(jù)該平臺(tái)建立起完整的平臺(tái)設(shè)計(jì)與建造規(guī)范體系。CCS副總裁莫鑒輝表示,“海洋石油981”號(hào)有多項(xiàng)技術(shù)為國(guó)際首創(chuàng),實(shí)踐證明我國(guó)海工裝備制造的設(shè)計(jì)、制造能力達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
高端建造 挑戰(zhàn)無(wú)數(shù)四年功成
“那是2006年夏天,我還在30萬(wàn)噸級(jí)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(FPSO)建造現(xiàn)場(chǎng),突然來(lái)了一位中海油工程建設(shè)部的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人?!被貞浧馂榱私ㄔ臁昂Q笫?81”號(hào),中海油對(duì)外高橋造船進(jìn)行考察時(shí)的情景,陳剛依然記憶猶新。雖然對(duì)半潛式平臺(tái)已做過(guò)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(huì)競(jìng)爭(zhēng)該項(xiàng)目建造,可以說(shuō)既高興,也意外。
“不是我們選擇了外高橋造船公司,是競(jìng)爭(zhēng)選擇了外高橋造船公司。”金曉劍表示。在這個(gè)項(xiàng)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(shì)并不明顯。不過(guò),在之前建造“海洋石油111”號(hào)、“海洋石油113”號(hào)以及“海洋石油117”號(hào)3艘FPSO的過(guò)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(diǎn)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(guò)于僵硬,必須根據(jù)客戶需求調(diào)整自己的管理?!苯饡詣Φ莱隽送飧邩蛟齑緞俪龅摹懊卦E”。
為確保該項(xiàng)目建造成功,外高橋造船公司確實(shí)展現(xiàn)了極盡所能的“柔韌性”。因?yàn)?,?duì)于當(dāng)時(shí)還是以建造散貨船為主的外高橋造船公司來(lái)說(shuō),雖然已經(jīng)
具有了FPSO的建造經(jīng)驗(yàn),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(tái)的舾裝重量占比為40%,設(shè)備數(shù)量超過(guò)1000臺(tái)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?!标悇偱e了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,一般散貨船有五六百個(gè)傳感器,而“海洋石油981”號(hào)上超過(guò)了一萬(wàn)個(gè),這樣的挑戰(zhàn)是不言而喻的。
為了保證平臺(tái)堅(jiān)固安全,建造“海洋石油981”號(hào)需要大量的高強(qiáng)度鋼,這給焊接工作帶來(lái)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(duì)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(guó)外進(jìn)口,一道焊縫返工兩次,就意味著鋼板報(bào)廢。”陳剛說(shuō),所有位置的焊接都采用可以追溯的實(shí)名制,在探傷檢查時(shí)如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,“就會(huì)直接淘汰責(zé)任人”。
“在這個(gè)項(xiàng)目的建造過(guò)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(yàn)(CTOD)后來(lái)還被引為海工平臺(tái)建造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?!?外高橋造船公司設(shè)計(jì)二所海工研發(fā)室副主任袁洪濤介紹。據(jù)了解,整個(gè)“海洋石油981”號(hào)需要焊接的長(zhǎng)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(bào)驗(yàn)結(jié)果看,焊接質(zhì)量檢測(cè)合格率達(dá)到了100%。
對(duì)外高橋造船公司來(lái)說(shuō),建造“海洋石油981”號(hào)更大的挑戰(zhàn)來(lái)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(duì)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(duì)伍首先要建造200多個(gè)100多噸的分段;完成后運(yùn)輸至外高橋造船公司一號(hào)船塢的組裝平臺(tái),組合成幾百噸重的總段;最后通過(guò)1000噸級(jí)的龍門起重機(jī)吊裝搭載。“‘海洋石油981’號(hào)是國(guó)內(nèi)首次采用船塢內(nèi)總裝建造方式建造的鉆井平臺(tái),我們克服了船塢尺度不夠、起吊能力有限等諸多困難?!痹闈硎?。
除此之外,“海洋石油981”號(hào)主甲板建造的挑戰(zhàn)也堪稱世界級(jí)。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(kāi)采任務(wù)的順利進(jìn)行以及保證平臺(tái)自持能力的最大化,該平臺(tái)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(hào)的主甲板長(zhǎng)度和寬度都接近80米。如果在建造時(shí)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(huì)發(fā)生變形,成為一個(gè)中間下凹的弧面。為了解決這一問(wèn)題,外高橋造船公司團(tuán)隊(duì)研究了兩個(gè)月時(shí)間,通過(guò)有限元分析和現(xiàn)場(chǎng)精度控制相結(jié)合的方法,采取了適當(dāng)?shù)姆醋冃未胧?,最終待吊裝上井架、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(guó)某船廠半潛平臺(tái)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(guò)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(dòng)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(guò)程控制,圓滿完成“海洋石油981”號(hào)的全部建造任務(wù)。
“在‘海洋石油981’號(hào)成功建造之前,中國(guó)人僅建造過(guò)120米工作水深的自升式海工平臺(tái),半潛式鉆井平臺(tái)看都沒(méi)看到過(guò)。這一項(xiàng)目的成功完成,打破了國(guó)外對(duì)深水半潛式鉆井平臺(tái)的技術(shù)壟斷和市場(chǎng)壟斷,增強(qiáng)了外高橋造船公司進(jìn)軍高端海工裝備市場(chǎng)的信心,也吹響了外高橋造船公司打造國(guó)際海工品牌的號(hào)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(yíng)完美檢驗(yàn)
在過(guò)去3年里,“海洋石油981”號(hào)不僅經(jīng)受住了南海自然環(huán)境帶來(lái)的各種考驗(yàn),而且成為我國(guó)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(guó)家干擾“海洋石油981”號(hào)在我國(guó)南海的正常作業(yè),一度也引起人們對(duì)該平臺(tái)安全性的擔(dān)憂。不過(guò)在項(xiàng)目參與者看來(lái),這些國(guó)家的小動(dòng)作,影響不了平臺(tái)的安全,因?yàn)樵缭谠O(shè)計(jì)、建造之時(shí),他們就考慮了“海洋石油981”號(hào)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(hào),也很難使后者發(fā)生傾覆等狀況。
“‘海洋石油981’號(hào)采用的是錨泊定位和DP3動(dòng)力定位的雙定位系統(tǒng)設(shè)計(jì),可根據(jù)海況條件自由調(diào)節(jié)和組合?!苯饡詣榻B,該平臺(tái)擁有12個(gè)15噸重的船錨,每個(gè)都可以產(chǎn)生800多噸的抓力,每根船錨鏈長(zhǎng)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(tái)移動(dòng)產(chǎn)生的能量。在調(diào)試和使用過(guò)程中,即使多次遭遇風(fēng)力超過(guò)15級(jí)及以上的臺(tái)風(fēng)襲擊,“海洋石油981”號(hào)也能“巋然不動(dòng)”。
而“海洋石油981”號(hào)的DP3動(dòng)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(jí)臺(tái)風(fēng),計(jì)算機(jī)可隨時(shí)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(hào)穩(wěn)定于海面的一個(gè)點(diǎn)。不過(guò),當(dāng)初在安裝時(shí),由于推進(jìn)器高3米多,無(wú)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)?!盀榇耍覀冄芯砍隽似脚_(tái)推進(jìn)器海上安裝調(diào)試技術(shù),這也為國(guó)內(nèi)同行提供了可靠范例。”袁洪濤介紹,通過(guò)團(tuán)隊(duì)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(gè)大馬力推進(jìn)器的工作,為“海洋石油981”號(hào)在南?!霸钡於嘶A(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(tái)作業(yè)的順利與安全。對(duì)于“海洋石油981”號(hào)來(lái)說(shuō),鉆具要通過(guò)海面達(dá)到海底數(shù)千米的位置,必須通過(guò)隔水管,它是連接平臺(tái)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(guó)際上對(duì)此研究?jī)H限于海洋環(huán)境載荷對(duì)生產(chǎn)立管的渦激振動(dòng)及其疲勞損壞,隔水管的安全控制缺乏理論指導(dǎo),現(xiàn)場(chǎng)僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作?!苯饡詣Ψ治稣f(shuō),為了解決這一問(wèn)題,相關(guān)單位在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)之初就根據(jù)隔水管的運(yùn)動(dòng)和受力規(guī)律在上海交通大學(xué)深水實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了4個(gè)多月的試驗(yàn),將模擬海況與鉆井過(guò)程相結(jié)合,根據(jù)試驗(yàn)參數(shù),對(duì)照相應(yīng)的規(guī)則,通過(guò)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還汲取墨西哥灣漏油事件的深刻教訓(xùn),首次設(shè)計(jì)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)?!耙簿褪钦f(shuō),當(dāng)平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)和爆炸等惡性事故而失去所有控制信號(hào)時(shí),海底防噴器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉?!苯饡詣榻B,其控制理念與傳統(tǒng)控制理念完全相反,“沒(méi)有信號(hào)即是最大信號(hào)”,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(hào)的作業(yè)安全?!斑@一技術(shù),堪稱全球深水鉆井安全控制技術(shù)的新突破?!蹦b輝表示。
正是得益于在設(shè)計(jì)、建造過(guò)程中的各方努力,從2012年正式開(kāi)鉆至今,“海洋石油981”號(hào)沒(méi)有出現(xiàn)任何安全問(wèn)題。負(fù)責(zé)對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行檢驗(yàn)的有關(guān)人士表示,總的來(lái)看,目前該平臺(tái)的主要運(yùn)行指標(biāo)都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?!皩?duì)于這樣一個(gè)從零做起的項(xiàng)目來(lái)說(shuō),我認(rèn)為其目前的表現(xiàn)很好?!?014年8月,該平臺(tái)在我國(guó)南海北部深水區(qū)陵水17-2氣田測(cè)試獲得高產(chǎn)油氣流,測(cè)試日產(chǎn)天然氣56.5百萬(wàn)立方英尺,相當(dāng)于9400桶油當(dāng)量,使得17-2氣田成為我國(guó)海域自營(yíng)深水勘探的第一個(gè)重大油氣發(fā)現(xiàn)。
王琦認(rèn)為,“海洋石油981”號(hào)投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)取得的各項(xiàng)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(yàn)和認(rèn)可,而此次項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步最高獎(jiǎng),彰顯了中船海工品牌的價(jià)值。“通過(guò)該項(xiàng)目的建造實(shí)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(xiàng)目管理水平,為海工產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)批量化、系列化、品牌化建造打下了基礎(chǔ)?!蓖蹒榻B,這支海工業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)已先后獲得上海市“新長(zhǎng)征突擊隊(duì)”、“五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆薄ⅰ肮と讼蠕h號(hào)”、“巾幗獎(jiǎng)”等榮譽(yù)稱號(hào),有8人獲得過(guò)上海市企業(yè)管理創(chuàng)新獎(jiǎng)、上海市經(jīng)信委優(yōu)秀黨員、中船集團(tuán)勞動(dòng)模范等榮譽(yù),其中一批佼佼者已經(jīng)走上公司各級(jí)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(lái),外高橋造船公司揚(yáng)帆遠(yuǎn)航的信念將更加堅(jiān)定,鏗鏘前行的腳步將無(wú)比堅(jiān)實(shí)。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(guó)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(guó)家海洋權(quán)益、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)作出更大的貢獻(xiàn)。