首次尝试300米级深水导管架平台开发模式
海基一号：为深海堡垒打牢“地基”
本报记者 王珍
“海基一号”是我国自主设计的300米级深水导管架，实现了我国深水导管架设计、建造、安装等技术质的飞跃，对推动海上油气增储上产、保障国家能源安全具有重要战略意义。
滑移下水、扶正坐底、精准安装……4月11日，我国自主设计建造的亚洲第一深水导管架“海基一号”在南海东部珠江口盆地海域精准就位，将服役于我国陆丰15-1油田开发。
这是国内首次尝试300米级深水导管架平台开发模式，标志着我国深水超大型导管架成套关键技术和安装能力达到世界一流水平。“海基一号”的成功应用为经济有效开发我国200至400米水深海域的油气资源开拓了一条新路。
“海基一号”是一个“大家伙”：高达302米，堪比埃菲尔铁塔，重达3万吨，所用钢材可制造1艘中型航空母舰，是亚洲首例300米级深水导管架。为什么要建这么高的导管架，建这么一个“大家伙”到底有多难呢？
记者了解到，固定式导管架平台是海上油气开发最基础的形式，主要由导管架、桩腿和上部模块三部分组成。导管架就相当于“地基”，用于支撑海上油气平台的庞大身躯与巨大吨位，是世界范围内应用最广泛的海洋油气开发装备，能稳稳扎根海底，托举平台矗立大洋之上。
据中海油研究总院工程研究设计院副院长付殿福介绍，固定式导管架平台通常用于浅水海域油气资源开发，我国在200米水深及以上海域通常采用的是“浮式生产平台+水下生产系统”开发模式。目前，在世界范围内数千座导管架生产平台中，仅有9座导管架高度超过300米。
与“浮式生产平台+水下生产系统”开发模式相比，深水导管架平台开发模式最大的优势，是将生产系统从水下搬到了导管架平台上，也就是说集钻井、采油、处理等功能于一身，可大幅降低钻完井、工程以及后续的生产操作成本。
然而，随着水深的增加，导管架所受环境荷载迅速增加，设计、建造难度也随之加大。
一般来说，为了对抗更大的环境荷载，需要使用更多的钢材来增加结构的强度。这就意味着，导管架的尺寸要变大，大尺寸对应的就是大跨度和大吨位吊装。受国内施工资源和经济成本的限制，决定了必须将导管架的重量控制在合理范围内。
如何解决这一难题？“我们为‘海基一号’量身制定‘瘦身’方案，通过浮动式下水桁架、超大尺寸X撑结构等创新设计，优化结构，精简导管架水平层数量，最大化发挥钢材性能，使平台重量优化至3万吨。”付殿福告诉记者，“海基一号”比此前国内最高的导管架高了近50%，但重量却更轻了。
不仅如此，为解决海底巨型沙坡沙脊会发生移动、无法平稳固定等难题，项目团队开展了数值模拟，并对沙坡沙脊进行了为期2年的运移监测，掌握了其运移规律，并专门为“海基一号”设计了阶梯型防沉板，完美贴合陆丰15-1油田阶梯状海床地貌。
海上安装阶段对海洋环境有着较为苛刻的要求，适合安装导管架的时机非常难得。为了在有限的时间内完成“海基一号”的海上安装，项目团队首创“三主作业船”联合施工模式，通过三条作业船间的紧密配合，大大提升了安装效率。同时首次应用下水姿态监测系统，使“海基一号”成为全球首个在深水巨型沙坡场址完成高精度安装就位的导管架。
为确保“海基一号”能够在20年服役期内安全运行，在运营维护方面，“海基一号”导管架首次设置了应力级在线监测系统，并以此为基础开发相应的数字孪生系统。“也就是说，技术人员不用下水，就可以知道导管架水面以下的工作状态。”付殿福告诉记者。
创新应用封舱隔板设计、大尺度大吨位结构多台吊机联合吊装……“海基一号”10余项技术创新，让我国深水导管架设计建造技术从基础理论、结构型式、设计理念、施工工艺到运行维护等，实现了全方位的提升。
近期，项目团队正在进行“海基一号”平台上部组块安装的准备工作，平台整体建成后将刷新我国海上原油生产平台的重量纪录。