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专业志 >> 上海船舶工业志 >> 专记 >> 中国第一座半潜式钻井平台“勘探3”号


中国第一座半潜式钻井平台“勘探3”号

19846月由上海708研究所、上海船厂、海洋地质调查局联合设计,上海船厂建造的中国第一座半潜式钻井平台“勘探3”号胜利建成。

10年来,这座新颖钻井平台转战南北、劈风击浪,共打出了15口海底油、气井,总进尺58986.98米,其中最深的“天外天一井”(5000.3米),至今仍保持着中国海底油、气井的最深记录;产量最高的“平湖四井”,可日产原油1892.85立方米和天然气148.6万立方米。它还为发现中国东海平湖油气田残雪构造,作出了重要贡献。

这座非自航半潜式海上石油钻井平台,适用于水深、海况较恶劣的海区。

“勘探3”号由一座箱式甲板(亦称平台甲板)6根大型立柱、一座高大井架和两只潜艇式的沉垫组成。从沉垫底部到平台的上甲板有35.2米高,相当于一座12层的高楼,如果算到井架顶部总高有100米,总长91米,总宽71米,工作排水量219910吨,工作吃水20米,平台上装有900项,8600多台件机电设备。平台甲板被6根直径9米的主柱高高地托在高空,远远看去像是一座岛屿。它除了包括钻井、泥浆、固井、防喷系统在内的全套钻探设备外,还配置了4组(8台)150吨的电动锚机,5660千瓦的柴油发电机组。同时,船上还配有潜水钟和甲板减压舱组成的200米饱和潜水系统,防火、防爆和可燃性气体自动报警系统等现代化设备。

“勘探3”号平台上设有地质楼、报务室、应急发电机室、水文气象室、中心控制室和居住室等现代化的生活设施,水电通讯一应齐全,甲板顶还有可供直升飞机起降的停机坪。

半潜式钻井平台具有优良的抗风浪性能和较大的可变载荷,并可在较深海域进行钻探作业。当时世界上只有少数几个国家能建造,而且造价昂贵。为了能设计出适应中国大陆架实际情况的半潜式钻井平台,3个单位的设计人员收集了大量的水文气象资料,并通过深入实际的调查研究,对5种方案进行了严格筛选,最后正式确定采用矩形半潜式钻井平台的方案。其主要性能参数为;工作水深35200米,最大钻井深度6000米。

在整体结构设计中,平台甲板、主柱和沉垫三者之间26个节点的机械连接支撑是整体设计的中心环节。特别是水平桁撑的汇合点,更是影响整座平台刚性的关键,也是钻井平台作业时受力最集中的地方。设计人员经过精确的计算,将“勘探3”号的水平桁撑节点(即汇合点)设计为空心的球状结构。这种结构当平台处在上浮状态时,节点是悬空,可减少水平桁撑承受的重力和行进中的阻力;而勘探平台处于半潜状态作业时,又能有效地分解涌浪的扭曲力。这别具一格的设计获得国内外行家的一致好评。

为了使设计更趋科学,设计人员特地制作3种平台模型进行模拟试验。内容包括静水拖航阻力试验;半潜时纵向、横向及斜向的海流阻力试验;测定空气阻力的风洞试验和半潜状态时的运动性能试验等等。这些试验不仅模拟平台的尺度、重量及惯量,还模拟锚索负荷测量的数据,包括纵摆、横摇、升沉、漂移和锚索张力等。

“勘探3”号水平桁撑汇合点的空心球体在勘探作业时不仅受有不同作业区温度差的热应力,而且在风浪的不断袭击下受有交变负荷的疲劳应力,所以对制造时的质量要求很高。为了满足这一要求,工艺人员在装配间隙上动脑筋,并采用专门搪孔工具加以保证,焊接中又根据材料的性质采用红外线预热和焊后缓冷等有效施工方法,同时选用超低氢碱性焊条,对焊缝金属表面采取特殊的工艺措施,有效地减少了应力集中,提高了抗疲劳破坏的能力,经全长度超声波和磁粉探伤检验,合格率达100%,获得外国专家和美国ABS验船师的一致好评。

建造“勘探3”号的最大困难是如何把面积4200平方米、重达2000余吨的大型平台,在相当于12层楼房高的空中与6根直径为9米的巨型立柱准确定位合龙。这个难题一直困扰着该工程组组长祝源钧。这位1948年大学毕业的老工程师尽管身患冠心病、高血压等多种疾病,但他始终深入现场,奋战在生产第一线。一个接一个设想在他的脑海中浮现,连在北戴河休养时,还一心惦记着勘探平台的建造工艺。

一天,他踱出房间到海边柔软的沙滩上漫无边际地走着。突然,一阵喧闹声打断了他的沉思,只见海面上一个人游不动了,周围的人不断地呼叫,并向他投去救生圈。他看着一沉一浮的救生圈,心里豁然开朗起来。对呀!我设计船舶,与浮力打了几十年交道,怎么就没有想到利用水的浮力来顶升呢?!他连奔带跑赶到住所,拿起笔“沙沙”地写开来………

祝源钧已经有了一个完整的浮力顶升水上合龙方案。这个方案别具一格、大胆新颖,国际上从来没有先例,能实现吗?“能!”祝源钧在方案可行性论证会上作了斩钉截铁的回答。

他将这种独创工艺的各个细节向与会专家作了详细介绍。概括地说,这种建造工艺就是在常规船台上分别将2只沉垫建成下水,然后在方驳上建造平台分段,于江面上进行平台合龙。再利用沉垫和方驳的浮力交替沉浮,依靠逐步安装的立柱和顶升支撑,分8次顶升平台,将平台、立柱和沉垫等主体部分合龙成为一个整体。

采用浮力顶升、水上合龙独创工艺建造的“勘探3”号,其尺度公差均达到小于1/1000设计要求,在顶升过程中,平台的水平度一般控制在0.03度以内,最大不超过0.05度,达到设计应予控制倾斜的1/5,理论计算允许倾斜的1/30。这一新工艺在实施中还经受了11级强台风的考验,并通过应力测试和挠度测量证明:实测数据与计算结果非常接近,充分说明浮力顶升、水上合龙新工艺是科学的、合理的、成功的。它引起了国内外行家的极大兴趣和普遍重视。瑞典驻华大使看后,称赞这一新工艺是神仙的方法;英国BP工程公司总经理认为这是一个创举;中国著名的力学专家钱伟长参观后指出“要采取措施保护我国科技人员的这一创举”。这项新工艺由于具有独特的创造性,因而获得1983年国家创造发明二等奖。

“勘探3”号平台本体部分造好后,更大量的工作就是各种设备的安装和调试。这座具有国际先进水平的钻井平台,技术含量很高,船上有各类装备860台,共8600多台件,全部安装工程相当于3艘万吨船的机电工程量。电动锚机、发电机组、钻探机械、钻井深潜水设备、升降装置、井口钻盘及各种五花八门的泥泵、水泵等都是以前从来没有接触过的,不少管路的耐压要求达到5001070公斤/厘米2,是国内以前从未碰到过的超高压管,而且大部分设备还是首次从国外进口,其结构、性能和技术要求都不熟悉。

所有这些设备的安装调试重担都压在工程总指挥、副厂长陈为铨身上,他清楚地知道,这么大的工程靠少数人是远远不够的,他团结广大科技人员和职工群众,大胆起用学有所长的各类人才。针对存在的技术问题,他列出几个大课题和科技人员一道开展科技攻关和劳动竞赛,做到职责清楚,奖罚分明,极大地调动了科技人员、工人的积极性和创造力。

高耸入云的塔形井架安装是道难关,井架本身的高度就有56米,重量105吨,要将它竖起来安装在近40米高的钻井平台上,也就是说井架顶端位于90多米的高空,可是上海最大的500吨浮吊“向阳4”号起吊最大高度只有64米。

井架组装的前哨战首先打响,由安装车间和起运车间精兵良将组成的突击队日夜战斗,从平地搭起,烧电焊的烧电焊,紧螺栓的紧螺栓,一直搭到10米、20米、40米、50米、56米的高空,汽车吊不断地将人送上去送下来……一个塔形的井架逐渐成形了。

经过一系列周密的计划和准备后,一个全新而完整的整体吊装方案形成了。1984327日清晨,随着现场指挥号声的响起,“向阳4”号浮吊渐渐挨近井架,吊钩系在井架腰间徐徐升起,提升到60多米高时,忽然只见井架身子一斜,浮吊顶端的把杆头不偏不斜地插入井架第六节的框架内,然后浮吊娴熟地转了个方向,将井架从码头举到“勘探3”号平台上就位安装。这一连串的动作,错落有致,一气呵成,真像变魔术一般。怪不得人们称这次整体井架吊装为“奇妙的吊装”。

“勘探3”号建成后,人们迫切希望了解它的性能是否达到设计要求,公海实地试验便是最好的回答。

1984625日上午,“勘探3”号在我国最大的拖轮“德大”号的拖引下,离开上海港到东海温州湾外的海域进行各种性能试验。

试验表明,“勘探3”号辐射状锚泊系统布置合理,十分适应该平台的精确定位和作业;平台潜浮时间、纵横倾要求在规范要求之内;各种仪器仪表和监控报警装置显示,所有设备工作正常。海上试验期间,海洋地质调查局还顺利地进行了井口盘下放海底和回收试验;水下电视下放、回放和监视试验,从荧光屏上清晰地观察到海底海流变化和海况,以及井口盘安放海底的状况。上海海难救助打捞局还出色地完成了200米深海饱和潜水试验……就在试验胜利结束之时,大自然出了一道难度很大的加试题:1984年第3号台风经台北,直向“勘探3”号袭来。台风,发出野兽般的声音,在空中吼叫;乌云,像妖魔一般在低空奔跑,使人毛骨悚然,望而生畏。在铅灰色的天幕下,浪头一个接一个地从浑浊的海面翻滚出来,咆哮着一直扑到“勘探3”号脚下。潮越涨越高,浪越来越大,九级狂风掀起5米高的排浪,向着平台撞击,前浪刚退,后浪又重新聚集力量,以加倍的疯狂再次向它猛撞,好像要把它撞毁才肯罢休!

为了迎战3号台风,海上试验总指挥立即指令各泵全速向压水舱打水,以最快的速度让平台处于抗风浪的最佳半潜状态。8只山字形大铁锚呈放射状抛开,以每只100多吨的拉力牢牢地“抓”住海底。全体试验人员各就各位,全神贯注地监视着风情浪况的变化,许多人都把自己置之度外,冒着随时都有被风浪卷走的危险,匍匐前进到最危险的锚机处,观察锚的受力情况。

风越刮越大,浪越掀越高,而处在半潜状态的“勘探3”号仍坚如磐石,巍然屹立。中心控制室里,人们密切注视着各种仪器和仪表。实测结果风力九级,浪高5米,平台倾斜只有2度左右,完全符合钻探作业要求。“勘探3”号在狂风恶浪中稳如泰山,人们揪紧的心逐渐松弛下来。

“勘探3”号就在这样的狂风巨浪中接受了中国船舶检验局和美国ABS船级社的入级签证,真不愧为“火线入级”。美国船级社的日籍验船师木下博敏把“勘探3”号称作为中国现代海上工程的标志。国外一般海洋钻探公司获悉中国有这样高质量的钻井平台后,纷纷前来探询租用或合资经营“勘探3”号钻探承包作业的可能性。

由于这座钻井平台技术性能先进,各项质量指标达到国际先进水平,因而被评为国家级科技进步成果一等奖;获得中国船舶工业总公司科技进步成果特等奖和交通部重大科技成果一等奖。


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