方华灿教授:我眼中的海洋石油装备奋进之路

发布人:张泰发布时间:2021-10-12浏览次数:798

    

    我于1952年从北洋大学(天津大学前身)机械系毕业后,被分配到清华大学石油系作教师,1953年随全系进入新建立的北京石油学院,在石油机械系从事石油矿场机械的教学及科研工作。

    1966年,大港油田(时称“641”厂)在渤海大陆架发现石油,石油工业部号召“下海找油”,当时石油部副部长康世恩曾亲自到北京石油学院作动员报告。于是我响应号召,从陆上石油矿场机械转向专攻海洋石油装备,从此再未离开过这个专业。

    几十年来,我亲眼目睹、亲身经历了我国海洋石油装备的蓬勃发展历程,值此庆祝新中国成立七十周年之际,抚今追昔,我心潮澎湃,为我国海洋石油装备的“中国制造”辉煌成就感到自豪,因而欣然命笔,以见证者之一记述这个光辉的历程。

 

从无到有

   上世纪六十年代以前,我国没有进行过海上油气的勘探。1959年底,我国第一支海上地震队,开始在渤海进行地球物理勘探。1960年我国在海南莺歌海岸边水深15米处,用驳船安装的冲击钻,钻井两口,于井深26米处,首次在海上获得150公斤的重质油流。1966年,在渤海建成我国第一座海上固定平台,并于19676月成功地钻成了海上第一口井深2441米具有工业油流的油井,日产原油35.2吨、天然气1941立方米。这标志着我国在海洋找到了油气,国家海洋石油进入了工业发展的新阶段。

   伴随着海上油气的发现,我国的海洋石油装备也从无到有。海洋石油装备的核心是海洋石油平台,包括钻井平台、采油平台、油气水处理的FPSO等等,它们相当于陆上的作业场地。为了在渤海钻探第一口井,我国有了第一座固定式钻井平台,它是1966年我国自己建造成的钢质导管架桩基平台。但它工作水深受限,且移运性差,因而为了适应大规模勘探开发的需求,我国开始了自升式钻井平台的研制。

   自升式是指平台的几根桩腿可以自行升降,桩腿下降后扎入海底,船体即可固定,从事钻井作业;桩腿上升后船体浮于海面,即可航行移动。1972年,我国有了第一座自升式钻井平台,命名为“渤海一号”。虽然它与当时国外先进的桁架型桩腿相比,落后了一代,但是,从无到有,我国终于有了自己设计建造的自升式钻井平台。“渤海一号”是由当时的大连造船厂建造的,时任渤海石油局总工程师肖希书(北京石油学院1953级钻井专业毕业生)曾在研制过程中作出过重要贡献。我在“渤海一号”建成时,有幸全面地学习了解了自升式钻井平台的结构组成、技术性能、工作原理、操作工艺以及设计要领。回校后,我将这些内容加工整理,编入了我国高等学校第一部海洋石油装备的教科书《海洋石油钻采装备与结构》中,也可以算是对我国海洋石油装备从无到有的一个佐证吧!

 

我国第一艘坐底式钻井平台“胜利1号”(图片来自网络)



   为了实现胜利油田向浅海进军的夙愿,1978年我国第一座坐底式钻井平台“胜利一号”建造成功,填补了我国浅海钻井装备的空白,开创了国家浅海勘探的新局面。“胜利一号”是时任胜利油田钻井研究院总工程师的顾心怿(中国工程院院士)研制的,他不满足于就此止步,而是发奋为研制出极浅海滩涂区钻井急需的装备继续奋斗。1988年,顾心怿设计的极浅海步行式钻井平台在青岛北海船厂建成,取名“胜利二号”。它独具步行“爬滩”技术,是全球第一座会行走的钻井平台,满足了滩涂区钻井的需要,曾获1991年中国专利金奖、1992年全国十大科技成就奖和1995年国家发明二等奖。他曾说,在目睹了万名民工在北风凛冽的寒冬奋不顾身坚持围海筑堤建设钻井场地的情景后,他很受触动,决心要设计出一种装备,把工人们从这种艰苦的劳动中解放出来。多年来,我与顾心怿院士相知较深,他的爱国奉献、开拓创新、朴实严谨,一直是我学习的榜样。

从买到造

    上世纪七十年代,我国海洋石油开始向南海“进军”。但是,南海水深,在渤海应用的圆筒型自升式钻井平台,不能满足需要。当时,我国尚不能建造桁架型桩腿的自升式钻井平台,因而只能先买外国的。于是,地质矿产部1975年向新加坡罗布雷造船厂定制,1976年建成拖航回国,命名为“勘探二号”。与此同时,石油部也在新加坡定制了一座桁架型桩腿的自升式钻井平台,1976年建成拖航回国,命名为“南海一号”。

    1977年,石油部自挪威阿科公司买进一艘具有自航能力的半潜式钻井平台,19783月航至我国南海莺歌海锚地,命名为“南海二号”。“南海二号”当时首任船长王彦(北京石油学院钻井专业1953级毕业生,后曾任南海西部石油公司总经理、中国海洋石油总公司总经理)给学校发电报,邀我及钻井工程的刘希圣教授前往,协助全面验收“南海二号”及在莺歌海深水区钻第一口井。于是,我得以登上“南海二号”并驻留了一段时间,从而有机会了解了半潜式平台以及深水钻井的全过程,进一步丰富了我编写教科书的内容。

中国首座半潜式钻井平台“勘探三号”(图片来自网络)

1988年在“南海五号”钻井平台上调研(右二为方华灿教授)

    紧接着,由上海708研究所、上海船厂、海洋地质局联合设计的我国第一座半潜式钻井平台“勘探三号”于19847月交付使用。该平台性能优良,设备先进、安全可靠,达到了当时国际上同类型半潜式钻井平台的水平。“勘探三号”投产后,曾陆续发现了“平湖”等油气田,为我国东海油气田的勘探开发作出过重大贡献,至今仍在服役。我曾经配合进行过平台上钻柱升沉补偿装置的研究工作;后来,我的研究生樊晓东、余雄鹰毕业后,曾先后连续在这座平台上分别担负机电装备与钻井工程的技术工作,时间长达十多年,长期与大海为伴。师生两代同为我国自己建造的第一座半潜式钻井平台贡献力量,也算是一段佳话吧!

    提到我国自己建造,还必须要将“勘探一号”钻井船的研制写上一笔。19704月,国务院决定由地矿部改装、建造和进口钻井船各1艘,用以勘探海上油气。国内自己改装、建造在先,命名为“勘探一号”,进口国外的在后,命名为如上所述的“勘探二号”。1971年初,决定“勘探一号”采用两艘相同的3000吨级的上海海运局的旧货船,拼装改建成一艘双体钻井船,于1972年建成试航,1974年出海试钻,服役6年在南黄海共钻成7口油井。钻井船在海上随海浪上下升沉,船上的钻机所悬吊着的钻柱及钻头也跟随着上下升沉,升沉位移过大时则钻头将脱离井底,无法钻进。因此,船上必须要有钻柱升沉补偿装置。但是这种装备国内未见到过,既缺乏资料、又无图纸,是当时设计工作中的突出难点。我当时配合设计,进行了升沉补偿装置的研究工作。后来,上海安亭探矿机械厂造成成套水下器具召开产品鉴定会时,曾邀请我参加鉴定委员会,会上还决定将此样机无偿赠给我校。最终我选了其部件中较轻的5吨重的球接头,放置在东营校园内的海洋工程试验馆中作为直观教具,留下了“勘探一号”的珍贵纪念品。

从低到高

    上世纪八十年代后,我国海洋石油装备工业发展进入“快车道”,建造的厂家逐渐增多,建造出的产品数量大增,产品质量也不断提高,从低端产品向高端产品前进。对于海洋石油平台来说,工作水深加深、可钻井深加深、可变载荷加大、抗风浪能力提高,平台功能多样化、平台控制自动化、智能化是向高端发展的主攻方向。在这些方面,我国各类型海洋平台均大踏步前进。

    20137月,生产陆上石油装备的宝鸡石油机械公司,建造出了我国首套300英尺自升式钻井平台,平台最大作业水深达到了91.4米,可钻井深也增加到了9000米。与此同时,上海佳豪和江苏大津公司协作,建成了我国首座工作水深60米的多功能自升式平台,不仅可以钻井和采油两用,而且还可以铺设海底电缆,用作风力发电底座,进行填海造陆工程。这些年来,我国在役的自升式钻井平台已增加到约25座,其中,由我国一些船厂自主设计、建造的就不少。以烟台来福士公司为例,至今,已共建造了自升式钻井平台11座,其中,除为我国三大石油公司建造的之外,还有些是给美国、俄罗斯等国建造的。2014年我应烟台杰瑞石油装备公司之邀作海洋石油装备讲座,课余他们带我参观,在现场恰与美国的一个商团二三十人相遇,他们是来公司洽谈购买石油装备的。我得知后,今昔对比,感慨万千,心情十分激动。昔日是我们不能造,只能向外国买,今日我们不仅能造,而且物美价廉,外国人要找上门买我们造的!

半潜式钻井平台“海洋石油981” (图片来自网络)

    进入本世纪以后,半潜式平台建造迅猛发展,多个厂家开始参与,不仅给国内还给国外建造,高端产品层出不穷。首先是大连船厂为中海油开工建造的“海洋石油981”及“海洋石油982”两座半潜式钻井平台,它们是我国首次自主设计、建造的第六代半潜式钻井平台。它们迎头赶上了当时世界最先进的第六代水平,并于2015年顺利完成首口深水钻井作业,井深达到5030米,创造了中国深水半潜式钻井平台作业井深的新纪录。紧接着,烟台来福士公司又攀登到世界顶峰,于2017年为我国国土资源部建成“蓝鲸一号”及“蓝鲸二号”两座半潜式钻井平台,其净重超过43000吨,平台长117米,宽92.7米,高118米,最大作业水深3658米,最大钻井深度15240米,是世界上最大、作业水深最深、钻井深度最深的、最新的第七代超深水钻井平台,代表了当今世界海洋钻井平台设计建造的最高水平。其中,“蓝鲸一号”是我国20175月在南海北部首次海上试采“可燃冰”成功的核心装备,为海上油气勘探作出了突出贡献。

半潜式钻井平台“蓝鲸一号”(图片来自网络)

2018年10月方华灿教授在中国石油大学(华东)作关于可燃冰及其海上开采技术与装备的报告


    浮式生产储油卸油装置(FPSO)是海上油田进入采油开发阶段的核心装备,它是将自油井汇集来的流体进行油气水分离,再将合格的原油储存起来,定期卸油运走的大型移动式浮式平台。我国相当长时间没有自己建造的FPSO。直到19897月,中国第一艘FPSO-52000吨“渤海友谊”号由708所设计、上海沪东厂建成投产。紧接着,从低到高,快速前进,建造的吨位赿来赿大。如2017年上海外高桥造船公司建造的吨位最大的30万吨级FPSO“海洋石油117”,是迄今全球建造的最大的FPSO之一,生产能力可达日加工原油19万桶、储油量200万桶。目前,中国已经成为全球最大的FPSO制造与应用国,所拥有的FPSO数量与总吨位均居世界首位。

    新中国成立以来,我国海洋石油装备工业在蓬勃发展过程中,取得了辉煌的成就,而这正是这个行业广大职工辛勤劳动努力奋斗结出的硕果。值此庆祝新中国成立七十周年之际,我作为一名老石油装备工作者,要向我国海洋石油装备工业战线的广大职工表达崇高的敬意!

作者简介

   方华灿,安徽定远人,生于19303月,中国石油大学(北京)退休教授。1952年毕业于北洋大学机械系,是北京石油学院建校之初首批从清华大学石油系到北京石油学院任教的教师之一。曾担任中国石油大学(华东)副校长,中国海洋石油工程学科开拓者。

 


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