一群国家地理控,专注于探索极致世界

中国如何走向深海?

原创

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)

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)

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.

星球研究所

以地理的视角,探索极致世界

···THE END···

评论
无限探索者
少师级
人类对海洋的探索永无止境,中国争做走在前列的“急先锋”。我国不断绘制深海“藏宝图”,迈向中国“深蓝梦”。
2022-04-10
周东虎
进士级
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%!!!
2022-04-08
柏敏
庶吉士级
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%!!!
2022-04-08