“蓝鲸1号”半潜式深水钻井平台

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  细数 2017年我国的重大科技成果,“在南海神狐海域首次成功试开采可燃冰”必占有一席之地。自2017年5月10日正式出气,至7月9日封井,我国科技和工程人员创造了人类可燃冰开发领域的诸多第一。而在这些丰硕成果的背后,一座体量庞大的钻井平台分外抢眼,这就是保障此次可燃冰试开采工程圆满成功的“蓝鲸1号”半潜式深水钻井平台。
  “蓝鲸1号”半潜式深水钻井平台由烟台中集来福士海洋工程有限公司建造,長117米,宽92.7米,高118米,最大作业水深3658米,最大钻井深度15250米,是目前全球作业水深、钻井深度最深的半潜式钻井平台,适用于全球深海作业。与传统单钻塔平台相比,“蓝鲸1号”配置了高效的液压双钻塔和全球领先的西门子闭环动力系统,可提升30%的作业效率,节省11%的燃料消耗。

迫切需求下应运而生的大国利器


  人类使用石油、天然气等化石能源由来已久。然而随着全球经济的发展,原油和天然气的消耗量剧增,陆地上的油气田资源陆续枯竭。于是,人们将目光投向了海洋。20世纪20年代,美国人率先在美国西海岸发现了油田,拉开了人们从海上挖掘油气的序幕。如今,在大西洋的北海、墨西哥湾,印度洋的波斯湾以及太平洋的中国海域,都发现并投产了许多海上油田。
  这些近海的油田大多位于水深很浅的地方,所以早期的钻井平台大多是固定式的,将支架埋入海底,支撑起水面上的甲板和甲板上的设备,结构比较简单,造价和建设难度都较低。但随着不断的勘探开发,浅海地区的油气田资源也越来越少,人们又把勘探的重点转向了深海,在最近几年,全球 70%的重大油气田都发现于水深超过1000米的深海海底。除此之外,一种同样蕴藏在深海的高效且清洁的新能源引起了全世界的关注。那便是一种天然气水合物,即可燃冰,其99%的成分都是可以燃烧的甲烷,能量比相同体积的石油高出10倍。我国境内已探明的可燃冰储量,能满足100年的能源使用需求。因此,对可燃冰的开采利用意义长远。
  那么,要开采深海的石油甚至可燃冰,传统的钻井平台就派不上用场了。在水深超过千米的区域,无法将钻井平台用支架固定在海底。为了解决这个难题,一些可以自由航行的钻井设备被研发出来,其中最为重要的就是半潜式深海钻井平台,而“蓝鲸1号”正是这种钻井平台中的先进代表。

乘风破浪的海上堡垒


  广阔的海面上,钻井平台就像一叶孤舟,随时会遭遇台风、海流的强力冲击。因此,建造团队以能够抵御16级台风为目标,给“蓝鲸1号”打造了一副坚不可摧的铠甲。“蓝鲸1号”重达43000吨,立柱和平台使用的钢板厚达100毫米,是我国最负盛名的钢铁厂——鞍山钢铁厂历时3个月,通过一次次试验,不断调整加工方法,最终生产出的超高强度钢板。而立柱与平台间的焊接技术,则是建造团队通过1年多的试验,历经几千次技术调整所研发的,大大提升了“蓝鲸1号”平台的安全性。

稳如泰山的定海神针——“蓝鲸1号”的定位系统


  “蓝鲸1号”行驶在海面上的时候,就是一艘平稳的大船,但它的使命是深海钻探。进行深海钻探时,“蓝鲸1号”漂浮在海面上,它联结的是深深钻进海底的纤细钻杆,这就要求即使遭遇强烈的台风、海流,“蓝鲸1号”也必须牢牢停留在原地,否则就会发生钻杆折断的惨剧。“蓝鲸 1号”之所以能够被称为全球最先进的深海钻井平台,就在于它配备了全球最先进的DP3动力定位系统。而DP3动力定位系统的作用就是:通过收集“蓝鲸1号”底部8个推进器的转速、方向,以及风、浪、海流等环境参数,进行精密计算和分析,并实时控制8个推进器的转速和方向,确保“蓝鲸1号”在台风、海流的袭击下岿然不动。在南海试采可燃冰时,第2号台风“苗柏”正面袭击了正在钻探的“蓝鲸1号”,台风中心最大风力11级、浪高6.5米,但是它却稳如泰山,钻探和产气工作丝毫未受到影响。

两套金刚钻,做好精细活


  “蓝鲸 1号”采用了全球领先的双钻塔结构,一个钻塔负责钻井,另外一个钻塔负责处理并联结钻杆。由于“蓝鲸1号”钻井高达67米,并且拥有48米的提升高度以及双井心的配置,因此,当一个井心钻探时,另外一个井心就可以不断地把3根15米长的钻杆联结成一根45米长的钻杆,源源不断地提供给钻井的井心使用。这样一个双钻塔的钻井系统,可将“蓝鲸1号”的工作效率提升30%。

电力和液压双保障,提供强大动力


  驱动这套钻井系统的是强大的电力和液压供应。“蓝鲸1号”上的电力系统所能提供的电力足够一个人口达 50万的小城市使用,而在电脑的控制下,该电力系统还可以根据工作强度智能地调节工作效率,在闲置的时候自动关闭其中一些发电机,这样可降低钻井平台11%的油耗,主机的维护费用更是节省了一半。而这些充沛的电力又驱动着全球最大、装载了16万升液压油的液压动力站,这套复杂的系统拥有5000多米高度清洁的管道,液压压力达到了300千克。正是这样天衣无缝的配合,赋予了“蓝鲸1号”在3600米水深环境下精确钻井15250米的逆天能力,成为全世界钻井能力最强的一座钻井平台。
  船员们出海作业,在海上一待就是几个月。因此,“蓝鲸1号”上建有完善的生活区,每个宿舍里都有两间独立的房间,生活上互不影响,而在公共区域,卫生间、客厅、电视、沙发一应俱全。除此之外,“蓝鲸1号”上还有健身房,供船员们锻炼身体。
  防喷器是钻井平台上非常重要的装置,它的作用是在试油、修井、完井作业过程中用来关闭井口,防止井喷事故发生,以及在紧急情况下切断钻杆。2010年,一家英国石油公司的钻井平台在墨西哥湾开采石油时,由于防喷器故障,导致剧烈井喷并最终爆炸,造成7人重伤,11人失踪,大量原油泄漏,污染了 2万平方千米的海域,由此可见防喷器对钻井平台的重要性。目前,单个防喷器的价格高达800到1000万美元,因为价格昂贵,很多钻井平台只配置1台,但“蓝鲸1号”却是2台的豪华配置。
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