王麟

石油作为重要的化学能源，在过去近160年里，为人类社会发展和技术进步作出了重大贡献，而石油开采技术是伴随着英国工业革命的步伐萌芽和发展的，前赴后继，直到今天。石油开采技术的日新月异，在保证了能源供应的同时，也是一个国家战略地位的体现。

陆上的石油天然存储量经过多年的攫取已近枯竭，而占据全球71%面积的海洋中，石油储量巨大，被开发的数量九牛一毛。这其中一个重要的原因是，在风急浪高的海洋里面开采石油难度很大。虽然过去70多年里，在浅海区域开采石油的技术已经非常成熟，但是在超过3 000米深的95%的广阔海域，还是一块待开垦的处女地，谁能掌握深海水域的石油开采主动权，谁就能获取更多的资源，进而获得更好的发展机会。超深水半潜式海上钻井平台，就是如今只有极少数国家掌握的深海采油的高精尖技术。我国在该技术领域后来居上，研发成功了大国重器“蓝鲸1号”和“蓝鲸2号”等系列产品，一鸣惊人，让世界艳羡。

座座钻井平台屹立世界海域

在海上开采石油，必须有一套合适的海上工程设备，用于装载钻井以及抽提油气所需的人工和机械装置。这些设备一般包括钻井平台和生产平台两部分。其中，生产平台属于石油提升处理的技术设备，不在本文讨论。而海上钻井平台按照技术发展的顺序，先是研发使用了固定式钻井平台，后来又推出移动式钻井平台。其中，固定式钻井平台又分为混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等，这类平台的优点是稳定性较好，但是也存在工作水深浅、灵活性差、性价比不高的缺点；移动式钻井平台如今方兴未艾，其中自升式钻井平台、半潜式钻井平台和钻井船已经成为主流的钻井装备。

追根溯源，世界上首次在海上开采石油的尝试，起源于1895年的美国加利福尼亚州的萨默兰海岸——石油公司利用木质栈桥在海上打出了第一口油井。从1909年到1930年代，石油公司又在北美路易斯安那州以及南美委内瑞拉的湖泊中搭建木质栈桥，钻井采油。在这个时期，水上钻井平台是通过木质栈桥与陆地相连的，而到了1937年，在墨西哥湾建造了世界上第一台离岸性质的木质海上钻井平台。到了1946年，美国科麦奇石油公司在墨西哥湾20米深的水域建造了世界上第一台离岸钢制钻井平台，被认为是海上石油工业的开端。

以上钻井平台都有一个特点，那就是全部采用固定式，不能自由迁移，限制了其功能的发挥，所以世界各国很快便投入到了移动式钻井平台的研发之中。最早的产品是1932年在美国路易斯安那州投入使用的“驳船式钻井平台”，可通过驳船的沉浮完成打井和位置的迁移。后来在此基础上，1949年又出现了升级版的“坐底式钻井平台”，将驳船改成了沉垫，钻井作业时通过对沉垫注水增加压载，将平台沉到海底，移位时减轻压载，将平台浮到海面上，从而实现拖航和移位作业。坐底式钻井平台对海底的地基要求高，适应水深能力差，但是它具备在浅海和滩涂等地作业能力，所以至今还在小范围内使用。

移动式钻井平台第三代产品就是自升式钻井平台。它克服了坐底式钻井平台不能适应水深变化的缺点，将原坐底式平台固定的支撑立柱，改为自由伸缩的“桩腿”，可以根据作业水深的不同，调整其长度，以适应作业环境。1956年美国拉图诺技术公司设计的自升式钻井平台“天蝎号”，被认为是第一座现代化的自升式钻井平台。这类平台虽然能够根据海水深度变化自由调整和迁移，但是还有一个很明显的缺点，那就是因为桩腿长度受限，大部分平台的作业水深限制在120米以内，只能适用于浅海区。如果采用加长桩腿的办法增加其作业深度，钻井平台的稳定性将受到影响，甚至会有倾覆的危险。

为了解决自升式钻井平台不能在深水区作业的缺点，深水半潜式钻井平台这种更加高端的采油技术便横空出世了。我国近期研发成功有37层楼高的“蓝鲸2号”，就属于该技术的系列产品之一，称之为“超深水双钻塔半潜式钻井平台”。

半潜式“定海神针”的不凡定力

1962年，世界上第一台半潜式钻井平台在美国加州问世，由美国壳牌石油公司负责研制，在此后的50多年里，半潜式钻井平台不断更新换代，从100米的浅水作业区逐步向3 000米的深水区迈进。如今的最大作业水深已经超过了3 000米，比如我国研制的“蓝鲸2号”，其最大作業水深为3 658米。深水半潜式钻井平台以其性能优良、抗风浪能力强、甲板面积和装载量大、适应水深范围大等优点成为国内外研究的热点之一，也将是今后数十年海上石油勘探钻井最具有发展前途的设备。

深水半潜式钻井平台采用了几大先进的“黑科技”，包括总体设计技术、系统集成技术、平台定位技术、总体性能分析技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、平台建造技术和深水模拟试验技术等。总体设计主要是解决平台的各项性能指标、主要功能和总费用问题，而总体设计中的平台设计，是核心关键之一，需要确定平台的船型与主尺度、结构形式和总布置。

在这几大“黑科技”中，钻井平台的定位技术无疑是重中之重，为什么呢？因为在波涛汹涌的深海水域，要想保持平台位置精确稳定，是很困难的一件事。只有保持平台位置精确，钻机才能准确到达储油层；只有保持位置稳定，才会让平台在台风肆虐的大海之上巍然屹立。

如今，深水半潜式钻井平台采用的是“动力定位技术”，即在钻井平台上安装动力定位系统，不需要通过抛锚方式来稳定平台，而是用计算机自动控制推进器，来保持浮动平台位置的稳定。具体而言就是，使用精密、先进的仪器来测定平台因风、浪、水流作用时发生的位移和方向变化，再通过计算机对信息进行实时处理、计算，并对若干个不同方向推进器的推力大小和力矩进行自动控制，使平台保持在原有位置。而平台总体性能分析技术可对深水半潜式钻井平台的水动力性能与运动性能进行预报，结构强度与疲劳寿命分析又可保证钻井平台的安全作业，并延长其使用寿命。

“蓝鲸2号”在2017年8月22日完成了试航，这是全球最先进的超深水双钻塔半潜式钻井平台，采用Frigstad D90基础设计，利用世界上提升力最大的起重机“泰山吊”辅助建造，配备高效的液压双钻塔和全球领先的DP3动力定位系统。“蓝鲸2号”钻井平台长117米，宽92.7米，高118米，最大作业水深3 658米，最大钻井深度15 250米，是目前全球作业水深、钻井深度最深的半潜式钻井平台，可以在全球95%的深海中畅通无阻，并开展采油作业。endprint