尤學(xué)剛，周守為，張秀林，劉孔忠，徐化奎，劉新宇，曾冬

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司海南分公司，海口 570311；2.中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司，北京 100028）

一、前言

海洋油氣具有極大的勘探開(kāi)發(fā)潛力，深海已成為全球油氣儲(chǔ)量接替的重點(diǎn)區(qū)域，也是勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)和前沿[1]。從探明程度來(lái)看，海洋石油、天然氣的資源總體探明率分別為23.7%、30.6%，尚處于勘探早期階段；其中，淺水、深水、超深水的石油資源探明率分別為28.1%、13.8%、7.7%，天然氣分別為38.6%、27.9%和7.6%[2]。當(dāng)前，深海油氣逐漸成為我國(guó)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域與方向[3]。加大對(duì)深海油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)，是未來(lái)增儲(chǔ)上產(chǎn)的關(guān)鍵，對(duì)保障我國(guó)能源安全意義重大。

20 世紀(jì)末至21 世紀(jì)初，我國(guó)曾與國(guó)外兩次合作勘探南海鶯瓊盆地深水區(qū)[4]，但均未成功。為此，深刻認(rèn)識(shí)到粗放式的深?？碧讲环衔覈?guó)實(shí)際，并堅(jiān)持自主創(chuàng)新、精細(xì)勘探與深化研究，經(jīng)過(guò)近10 年的反復(fù)探究和摸索，最終落實(shí)了南海陵水17-2 區(qū)塊（“深海一號(hào)”大氣田）的含油氣構(gòu)造。2014 年，通過(guò)鉆探探井，進(jìn)一步明確了油氣成藏、含油氣性、儲(chǔ)層、構(gòu)造及油氣田產(chǎn)能等數(shù)據(jù)，摸清了鶯瓊盆地深水區(qū)天然氣成藏機(jī)理，中海石油（中國(guó)）有限公司最終對(duì)外公布發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量超千億立方米、最大水深超1500 m的南海超深水大氣田。

面對(duì)如此水深的氣田開(kāi)發(fā)，前期研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持創(chuàng)新導(dǎo)向，一方面全面對(duì)標(biāo)國(guó)際上典型深水氣田的開(kāi)發(fā)模式、技術(shù)方案、建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，另一方面充分調(diào)研、了解國(guó)內(nèi)建造資源并進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，以期大幅降低工程投入，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，最終創(chuàng)造性提出了在深水區(qū)部署一座帶立柱儲(chǔ)油功能的半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)進(jìn)行氣田開(kāi)發(fā)的模式。本文在簡(jiǎn)要介紹大氣田和“深海一號(hào)”能源站概況的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹在工程設(shè)計(jì)中創(chuàng)立的半潛式深水多立柱生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)理論研究方法和設(shè)計(jì)技術(shù)、陸地建造中首創(chuàng)的世界最大噸級(jí)開(kāi)口結(jié)構(gòu)物預(yù)斜回正荷載橫向轉(zhuǎn)移技術(shù)以及5 萬(wàn)噸級(jí)超大結(jié)構(gòu)物大變形半漂浮精準(zhǔn)合攏技術(shù)。這些技術(shù)的創(chuàng)立和成功應(yīng)用，豐富了我國(guó)現(xiàn)有深水油氣田開(kāi)發(fā)工程裝備的核心技術(shù)體系，可為我國(guó)今后深水油氣田開(kāi)發(fā)提供有力的借鑒和參考。

二、深水氣田開(kāi)發(fā)模式的優(yōu)選與突破

“深海一號(hào)”氣田的氣藏分布分散，具體表現(xiàn)為：有7個(gè)井區(qū)、11口開(kāi)發(fā)井；穩(wěn)產(chǎn)年限為10年；累產(chǎn)氣為5.615×1010m3，累產(chǎn)凝析油為3.491×106m3，最大日產(chǎn)水量為668 m3/d；井位距離跨度達(dá)58 km（縱向?yàn)?0.4 km，橫向?yàn)?9.4 km）?！吧詈Ｒ惶?hào)”氣田井位分布情況如圖1 所示。在氣田開(kāi)采方案設(shè)計(jì)時(shí)，如果采用干樹(shù)平臺(tái)最多只能鉆兩口井，水下生產(chǎn)系統(tǒng)回接將成為必然；而“深海一號(hào)”氣田若采用回接至深水浮式平臺(tái)開(kāi)發(fā)方案，凝析油的去向?qū)⒊蔀殡y點(diǎn)。因?yàn)槿暨x擇通過(guò)崖城（YC）13-1 氣田輸送至海南南山終端處理合格后再外輸銷(xiāo)售，凝析油管道將長(zhǎng)達(dá)180 km，這種跨越深水區(qū)和淺水區(qū)的輸油管道成本極其高昂，經(jīng)濟(jì)效益不佳。為此，考慮到凝析油外輸海底管道的建設(shè)成本，技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了將凝析油儲(chǔ)存在浮式平臺(tái)上，再通過(guò)穿梭油輪進(jìn)行外輸?shù)姆桨浮?/p>

（一）浮式平臺(tái)的方案比選

國(guó)際上通常采用5種深水浮式平臺(tái)，主要包括：張力腿式平臺(tái)（TLP）、半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（SEMI）、單立柱深吃水平臺(tái)（SPAR）、常規(guī)船型浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪（FPSO）和圓筒形FPSO。根據(jù)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與初步技術(shù)評(píng)估，TLP適合干樹(shù)[5]，目前TLP 的極限水深為1500 m，該水深的張力腿系統(tǒng)費(fèi)用非常高，且平臺(tái)不適合儲(chǔ)油，平臺(tái)投資遠(yuǎn)高于其他方案。我國(guó)具備豐富的常規(guī)船型FPSO 建造運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，但由于常規(guī)船型FPSO 無(wú)法適應(yīng)本項(xiàng)目的鋼制立管，需要新建單點(diǎn)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)，立管方案需改為柔性立管，增加的單點(diǎn)和立管投資較高，總體上缺乏技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。

前期研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)剩余3 種不同的浮體類(lèi)型（見(jiàn)圖2）進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究，如表1所示。①在技術(shù)方面，SEMI、SPAR、圓筒形FPSO 在技術(shù)上都可以滿(mǎn)足大尺寸鋼制懸鏈線立管（SCR）的要求，其中，SPAR的立管方案技術(shù)最優(yōu)，SEMI和圓筒形FPSO 都須為大尺寸SCR 量身定做。②在建造方面，SPAR 平臺(tái)國(guó)內(nèi)無(wú)建造安裝經(jīng)驗(yàn)，圓筒形FPSO 受制于結(jié)構(gòu)形式無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體吊裝合攏，建造周期較長(zhǎng)。SEMI 由于可以將下部浮體和上部模塊分開(kāi)建造并在場(chǎng)地合攏，因此建造最為簡(jiǎn)單、工期最短，且國(guó)內(nèi)船廠的SEMI 建造經(jīng)驗(yàn)最為豐富。③在投資方面，SEMI工程量最小，資金投入最小，具備更好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)；且SEMI 相比于SPAR 和圓筒形FPSO，具有更好的議價(jià)能力。

圖1 “深海一號(hào)”氣田井位分布示意圖

圖2 適用于“深海一號(hào)”氣田的浮式生產(chǎn)平臺(tái)型式

表1 3種深水浮式平臺(tái)的情況對(duì)比

（二）創(chuàng)新解決凝析油的儲(chǔ)運(yùn)難題

凝析油儲(chǔ)運(yùn)是“深海一號(hào)”氣田項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中需重點(diǎn)考慮解決的問(wèn)題，相比專(zhuān)門(mén)建設(shè)180 km長(zhǎng)的海底管道外輸，在平臺(tái)上存儲(chǔ)是最優(yōu)選擇。目前，在世界上已投產(chǎn)的SEMI 中，墨西哥灣的Na Kika 平臺(tái)在浮箱設(shè)計(jì)了儲(chǔ)油功能，適合存儲(chǔ)數(shù)量變化較慢較少的死油，最多能夠儲(chǔ)存6400 t 死油。根據(jù)工藝要求，“深海一號(hào)”能源站凝析油艙為2×104m3。但凝析油的儲(chǔ)存量是頻繁變化的，如果儲(chǔ)存在浮箱內(nèi)，扣除規(guī)范要求的隔離艙尺寸1.5 m后，艙室高度僅為6 m，最大設(shè)計(jì)艙容剛好是2×104m3，其面臨的主要問(wèn)題有：①進(jìn)艙和外輸管線布置、惰氣和透氣管線布置、量艙系統(tǒng)距離立柱頂較遠(yuǎn)，凝析油輸送管線需完整穿過(guò)平臺(tái)立柱，輪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨安全風(fēng)險(xiǎn)；②凝析油外輸更加困難，對(duì)外輸泵的性能要求更高，能耗更大；③凝析油艙外隔離艙的檢查和檢修異常困難，給海上作業(yè)帶來(lái)不便；④壓載水艙需設(shè)置在立柱，由于破艙要求，壓載艙需上下布置，不利于排載系統(tǒng)設(shè)計(jì)和排載作業(yè)；⑤在壓載工況時(shí)，立柱將裝載5×104m3的壓載水，這將導(dǎo)致平臺(tái)操作重心大幅度提高，平臺(tái)穩(wěn)定性不足又將導(dǎo)致主尺度顯著增加，進(jìn)而帶來(lái)工程投資的大幅度上漲；⑥頻繁的浮箱裝卸作業(yè)將使浮箱與立柱間的載荷分布更加不均，為在位關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的可靠性帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

為此，“深海一號(hào)”氣田項(xiàng)目的技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了采用半潛平臺(tái)立柱儲(chǔ)油的方案，很好地解決了上述難題。綜合考慮設(shè)計(jì)、建造、安裝、工期等因素，“深海一號(hào)”氣田在世界上首次提出并成功實(shí)施了深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)（“深海一號(hào)”能源站）和遠(yuǎn)程水下生產(chǎn)集輸系統(tǒng)的全新深水氣田開(kāi)發(fā)模式，相比回接淺水，大大節(jié)約了資金投入，并能實(shí)現(xiàn)多生產(chǎn)約3×109m3天然氣。

三、“深海一號(hào)”大氣田工程建設(shè)概況

（一）“深海一號(hào)”大氣田概況

“深海一號(hào)”大氣田位于瓊東南盆地北部海域，距離海南三亞約150 km，距現(xiàn)役YC13-1 氣田約160 km，氣田所處海區(qū)屬低緯度熱帶海洋氣候，海況受臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)影響，最大潮差為2.24 m，氣田最大水深超1500 m?！吧詈Ｒ惶?hào)”大氣田的開(kāi)發(fā)方案采用的是浮式平臺(tái)方案。該方案的工程設(shè)施是由一套水下生產(chǎn)系統(tǒng)、一座浮式半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)（“深海一號(hào)”能源站）和海底管道構(gòu)成（見(jiàn)圖3）。其中，“深海一號(hào)”能源站是整個(gè)氣田的大腦和中樞，是項(xiàng)目成功建產(chǎn)最核心、最關(guān)鍵的設(shè)施。氣田投產(chǎn)后，每年可為粵港瓊輸送約3.25×109m3的優(yōu)質(zhì)清潔天然氣。項(xiàng)目的建成也標(biāo)志著環(huán)海南島并輻射香港、廣東、廣西的海上天然氣大管網(wǎng)最終成型。

圖3 “深海一號(hào)”氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目樞紐示意圖

（二）“深海一號(hào)”能源站簡(jiǎn)介

“深海一號(hào)”能源站是“深海一號(hào)”大氣田開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目的核心和樞紐，來(lái)自東、西區(qū)水下井口的油氣水等物流分別通過(guò)2條10英寸（1英寸=25.4 mm）、2條12英寸的海底管道和SCR，源源不斷地輸送上平臺(tái)，進(jìn)入平臺(tái)主工藝系統(tǒng)進(jìn)行高效的油氣水分離。經(jīng)過(guò)處理、干燥和增壓的天然氣通過(guò)約90 km 的18 英寸干氣管道輸送到Y(jié)C13-1 平臺(tái)至香港的海底天然氣管道中；經(jīng)處理合格的凝析油存儲(chǔ)在能源站的4個(gè)立柱儲(chǔ)油艙內(nèi)，定期通過(guò)動(dòng)力定位（DP）油輪外輸。

“深海一號(hào)”能源站是全球首座采用立柱儲(chǔ)油艙存儲(chǔ)凝析油且兼具油氣處理、油氣外輸功能的深水半潛式生產(chǎn)作業(yè)平臺(tái)。這一平臺(tái)由上部模塊和下部浮體兩部分組成，總重量為5.3×104t，總高度為120 m，按30 年不回塢檢修的高標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)、建造，部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的疲勞壽命高達(dá)300 年，可抵御百年一遇的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。其中，上部模塊是世界上最大的整裝桁架式半潛平臺(tái)組塊，由23個(gè)甲板片組成，裝配了近200套關(guān)鍵油氣處理設(shè)備，并包含一個(gè)可以容納120人的生活樓。上部模塊的設(shè)計(jì)重量近2×104t，敷設(shè)電纜總長(zhǎng)達(dá)4.3×105m；下部浮體自重約為3.3×104t，長(zhǎng)為91.5 m，寬為91.5 m，高為59 m；由“回”字形底浮箱和4個(gè)立柱組成，最大排水量為1.05×105t，4個(gè)凝析油艙分別位于下部浮體4個(gè)立柱內(nèi)（見(jiàn)圖4），可儲(chǔ)存凝析油約為2×104m3。

（三）工程建設(shè)難點(diǎn)分析

“深海一號(hào)”大氣田是我國(guó)首次自主開(kāi)發(fā)建設(shè)的深水氣田，國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，經(jīng)驗(yàn)匱乏，在部分關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備被國(guó)外市場(chǎng)高度壟斷的情況下，在如此短的工期內(nèi)首次自主完成全球首座10萬(wàn)噸級(jí)深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建造和安裝，被業(yè)界普遍認(rèn)為是“不可能完成”的投產(chǎn)目標(biāo)。該工程在項(xiàng)目進(jìn)度、技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)、安全、質(zhì)量、費(fèi)用等方面面臨的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)如下。

圖4 “深海一號(hào)”能源站首創(chuàng)的半潛平臺(tái)立柱儲(chǔ)油技術(shù)示意圖

1.工程技術(shù)難題多

“深海一號(hào)”能源站的建設(shè)面臨諸多工程技術(shù)難題，需攻克10萬(wàn)噸級(jí)半潛式深水多立柱生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)、5 萬(wàn)噸級(jí)超大結(jié)構(gòu)物大變形半漂浮精準(zhǔn)合攏技術(shù)、3 萬(wàn)噸級(jí)結(jié)構(gòu)物預(yù)斜回正荷載橫向轉(zhuǎn)移技術(shù)等前所未有的難題；需要攻克半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)船型開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)技術(shù)、50米級(jí)跨距整體桁架式組塊設(shè)計(jì)及建造技術(shù)、30年不進(jìn)塢維修的浮體結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù)等多項(xiàng)國(guó)內(nèi)、行業(yè)頂級(jí)技術(shù)難題。

2.建造質(zhì)量和精度要求高

由于氣田所在海域水深最深達(dá)1500 m，平臺(tái)與系泊纜、SCR的連接多且技術(shù)難度高，出于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)性考慮，“深海一號(hào)”能源站制定了30 年不回塢檢修的設(shè)計(jì)要求，特別是部分關(guān)鍵區(qū)域按300 年疲勞壽命的高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，上部模塊和下部浮體建造的結(jié)構(gòu)、涂裝、管線等都遵循極嚴(yán)苛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和精度要求。下部浮體更是疊加了數(shù)項(xiàng)世界級(jí)建造難度要求：底部“回”字形浮箱長(zhǎng)、寬各為91.5 m，4 個(gè)立柱高為59.5 m，因而對(duì)浮體立柱總裝搭載所在的場(chǎng)地及其承載力有著超高要求；4 個(gè)立柱自由開(kāi)口式浮體形式對(duì)變形控制及上下合攏帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，因而59.5 m 高的立柱對(duì)角建造最大允許偏差僅為±13 mm，比國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)（IACS）標(biāo)準(zhǔn)[6]要求的±L/1000 mm還高出4倍。

3.安全管控難度大

項(xiàng)目工期緊張、建造現(xiàn)場(chǎng)施工人員最多時(shí)超3000人，組塊甲板總裝、浮體分段裝卸駁船、浮體滑道總裝搭載等大型作業(yè)頻繁，更有上部模塊和下部浮體整體吊裝合攏這種世界級(jí)難度的大型作業(yè)；高空作業(yè)、有限空間作業(yè)、大型浮吊與履帶吊的交叉作業(yè)、潛水作業(yè)等高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)多，施工作業(yè)船舶多，加上突如其來(lái)的新型冠狀病毒肺炎疫情，無(wú)論是施工機(jī)具還是人員管控，在健康安全環(huán)保（HSE）管理上都面臨巨大挑戰(zhàn)。

4.內(nèi)外影響因素多

項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程面臨諸多內(nèi)部、外部影響因素。例如，氣田在開(kāi)發(fā)建造過(guò)程中，受中美貿(mào)易摩擦影響，一些關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵核心技術(shù)等的引進(jìn)受到制約，極大影響了項(xiàng)目的實(shí)施；新型冠狀病毒肺炎疫情的大流行使外籍人員入境、出境，設(shè)備的建造、交貨、進(jìn)出口清關(guān)等環(huán)節(jié)都有不同程度的延誤，這對(duì)本就緊張的建造工期以及刻不容緩的建造進(jìn)度都帶來(lái)了極大的影響；水下生產(chǎn)系統(tǒng)管匯、電液分配終端安裝，海管、臍帶纜鋪設(shè)、錨樁安裝，系泊纜和鋼懸鏈線立管鋪設(shè)等海上安裝工程量巨大，施工船舶機(jī)具資源少且緊張等。

四、“深海一號(hào)”能源站的設(shè)計(jì)與建造技術(shù)創(chuàng)新

“深海一號(hào)”能源站是我國(guó)在世界上首創(chuàng)的深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)開(kāi)發(fā)模式的核心裝備，大幅提升了氣田開(kāi)發(fā)的效益和可行性，然而要建成“深海一號(hào)”能源站，面臨多項(xiàng)設(shè)計(jì)和建造難題：①?zèng)]有“水下生產(chǎn)系統(tǒng)回接半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)”開(kāi)發(fā)模式可供參考；②“深海一號(hào)”集成功能多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)；③缺乏深水半潛儲(chǔ)油平臺(tái)自主建造經(jīng)驗(yàn)；④起吊重量大，能進(jìn)行整體吊裝合攏的資源稀缺；⑤全球范圍內(nèi)尚沒(méi)有3 萬(wàn)噸級(jí)開(kāi)口大變形結(jié)構(gòu)物的橫向裝船經(jīng)驗(yàn)。為此，陵水17-2氣田開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目的技術(shù)團(tuán)隊(duì)勇攀技術(shù)高峰，相繼攻克了多項(xiàng)世界級(jí)難題，創(chuàng)造了3項(xiàng)世界級(jí)創(chuàng)新、13項(xiàng)國(guó)內(nèi)重大技術(shù)突破以及10多項(xiàng)行業(yè)技術(shù)難題，本文選取其中最有代表性的技術(shù)突破予以闡述。

（一）世界首創(chuàng)10 萬(wàn)噸級(jí)半潛式深水多立柱生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)

1.首次提出了半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)母型船設(shè)計(jì)分析方法

半潛式儲(chǔ)卸油平臺(tái)的特點(diǎn)與難點(diǎn)是艙容要求高、載荷變化大而帶來(lái)的不穩(wěn)定性，合理的船型設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的第一步。突破阻尼對(duì)馬修不穩(wěn)定性[7]的抑制機(jī)理，在“深海一號(hào)”能源站上，創(chuàng)新性開(kāi)展了扁平浮箱設(shè)計(jì)，深入研究深水小水線面浮式結(jié)構(gòu)穩(wěn)性與低頻運(yùn)動(dòng)耦合技術(shù)，建立了南中國(guó)海的波流耦合、高波陡特性下低頻運(yùn)動(dòng)的預(yù)報(bào)方法。

在“深海一號(hào)”能源站作業(yè)期間，凝析油艙時(shí)刻與浮箱中的壓載艙進(jìn)行裝載置換，艙室的位置差異導(dǎo)致平臺(tái)的整體重心總是處于變化狀態(tài)，對(duì)平臺(tái)的橫搖周期產(chǎn)生顯著影響。橫搖固有周期如果落在2倍垂蕩固有周期上，會(huì)產(chǎn)生潛在的馬修不穩(wěn)定性，這是“深海一號(hào)”半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)在設(shè)計(jì)中面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)，必須要通過(guò)低頻響應(yīng)預(yù)報(bào)技術(shù)予以解決[8]。

針對(duì)半潛式平臺(tái)不同的裝載工況，首次建立了半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)設(shè)計(jì)分析方法，以37 m吃水的滿(mǎn)載工況為重點(diǎn)研究工況，計(jì)算平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能。通過(guò)控制平臺(tái)主尺度來(lái)改善水動(dòng)力性能，垂蕩固有周期（見(jiàn)圖5）為22.5 s，最大橫搖固有周期為42.4 s（滿(mǎn)載），將橫搖固有周期控制在2倍垂蕩固有周期以下，有效避開(kāi)了馬修不穩(wěn)定區(qū)域。同時(shí)，通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)“深海一號(hào)”的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了驗(yàn)證，確保了運(yùn)動(dòng)性能預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。此項(xiàng)技術(shù)克服了半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)重心急劇變化帶來(lái)的技術(shù)難題。

2.創(chuàng)立了帶大型儲(chǔ)油艙的多立柱半潛式平臺(tái)下部浮體設(shè)計(jì)技術(shù)

圖5 “深海一號(hào)”能源站垂蕩運(yùn)動(dòng)特性研究

“深海一號(hào)”能源站作為世界首個(gè)具有儲(chǔ)油和外輸功能的SEMI，在下部浮體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在布置儲(chǔ)油艙的同時(shí)，還需布置壓載艙、設(shè)備艙、污油艙等多種艙室，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，需要應(yīng)對(duì)儲(chǔ)油安全需求、外輸作業(yè)安全需求和儲(chǔ)卸油引起的平臺(tái)吃水改變。為確保儲(chǔ)油安全，在凝析油艙周?chē)O(shè)置了一圈隔離艙；為確保外輸作業(yè)安全，對(duì)水面附近的下部浮體結(jié)構(gòu)采用了防碰撞設(shè)計(jì)；為確保滿(mǎn)足平臺(tái)吃水的改變，在平臺(tái)飛濺區(qū)范圍和外板結(jié)構(gòu)均采取了特殊設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)也在不同吃水條件下分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。

在立柱設(shè)計(jì)中，為保證有足夠的儲(chǔ)存容積，立柱尺寸設(shè)計(jì)為21 m×21 m，如此大的尺度需要充分考慮內(nèi)部的結(jié)構(gòu)支撐。從確保疲勞壽命考慮，支撐結(jié)構(gòu)的連續(xù)性越大越好，但由于內(nèi)部?jī)?chǔ)存的凝析油需要實(shí)現(xiàn)比較好的流通性，這就要求支撐結(jié)構(gòu)不能太封閉。經(jīng)過(guò)多輪優(yōu)中選優(yōu)的設(shè)計(jì)迭代，最終確定了大開(kāi)孔形式的艙壁結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖6），通過(guò)多立柱大型儲(chǔ)油艙大跨距結(jié)構(gòu)支撐技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了艙室中部區(qū)域較好的流通性和艙壁連接區(qū)域較好的連續(xù)性。

為保證凝析油艙室在外輸作業(yè)期間的結(jié)構(gòu)安全，在立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了全新的雙層殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖7），利用一道水平板替代內(nèi)外殼體上的強(qiáng)梁支撐，新型防撞技術(shù)在節(jié)省鋼材用量的同時(shí)，提升了結(jié)構(gòu)連續(xù)性。在設(shè)計(jì)中通過(guò)運(yùn)用數(shù)值分析手段，模擬了船舶碰撞下部浮體的結(jié)構(gòu)受力和變形情況，驗(yàn)證了立柱結(jié)構(gòu)的防碰撞能力。此外，在平臺(tái)外殼上，還專(zhuān)門(mén)設(shè)置了防碰撞的保護(hù)框架和橡膠護(hù)舷，能夠?yàn)槠脚_(tái)提供很好的緩沖保護(hù)。

圖6 多立柱大型儲(chǔ)油艙大跨距結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)

圖7 雙殼體加水平板結(jié)構(gòu)的防撞設(shè)計(jì)

3.國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用半潛平臺(tái)下部浮體滑道總裝搭載技術(shù)

常見(jiàn)的SEMI下部浮體建造都是在船塢內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)龍門(mén)吊進(jìn)行總段搭載合攏，塢內(nèi)漂浮下水。陵水17-2氣田項(xiàng)目在沒(méi)有適用船塢的情況下，海洋石油工程（青島）有限公司建造場(chǎng)地通過(guò)改造5 號(hào)滑道，提高場(chǎng)地承載力，合理調(diào)配場(chǎng)地資源，發(fā)揮自有資源特長(zhǎng)，創(chuàng)新地在滑道上鋪設(shè)滑道塊，通過(guò)重載運(yùn)輸車(chē)/自行式模塊化運(yùn)輸車(chē)（SPMT）進(jìn)行L形總段運(yùn)輸就位、采用履帶吊和浮吊聯(lián)合吊裝搭載浮體立柱總段的方式，高效完成了“深海一號(hào)”能源站下部浮體的建造。該施工技術(shù)創(chuàng)造了半潛平臺(tái)下部浮體的碼頭滑道建造方式，解決了沒(méi)有船塢、塢底承載力不夠等場(chǎng)地受限難題，并在以下方面取得了改進(jìn)和創(chuàng)新。

（1）墊墩重復(fù)使用，節(jié)省材料費(fèi)用?；趫?chǎng)地能力、施工流程、設(shè)備使用要求、下部浮體結(jié)構(gòu)形式、裝船方式等因素，設(shè)計(jì)了可重復(fù)使用的裝船墊墩和運(yùn)輸墊墩。在碼頭建造時(shí)，裝船墊墩提前擺放在總裝滑道，用于建造支撐；在裝船階段，則用于液壓滑靴頂升支撐；在海上運(yùn)輸階段，則用于海固運(yùn)輸支撐。數(shù)量眾多的墊墩在總段預(yù)制、運(yùn)輸、精度調(diào)整、總裝搭載階段均重復(fù)利用，節(jié)省了大量的材料費(fèi)用。

（2）大型總段運(yùn)輸就位，提高建造工效。下部浮體底部節(jié)點(diǎn)和浮箱劃分了2個(gè)3000噸級(jí)大型L形總段（見(jiàn)圖8）。在2個(gè)總段分別建成后，可以直接運(yùn)輸就位，增加了在車(chē)間安全穩(wěn)定環(huán)境下的作業(yè)量，減少了在總裝場(chǎng)地的露天高空作業(yè)，大幅提高了作業(yè)品質(zhì)和生產(chǎn)效率。

（3）履帶吊和浮吊吊裝搭載下部浮體立柱總段，縮短項(xiàng)目工期。在滑道進(jìn)行總裝，場(chǎng)地限制較少，可以使用多臺(tái)大型吊機(jī)協(xié)同或與浮吊并行開(kāi)展總段搭載合攏（見(jiàn)圖9），突破了船塢吊機(jī)額定起重量和吊機(jī)數(shù)量的限制。一方面，可以增大總段重量，減少總段數(shù)量，從而減少高空焊接和腳手架搭設(shè)的工作量，節(jié)省人力成本，也使得施工更具安全性；另一方面，可以開(kāi)展并行吊裝作業(yè)，提高工作效率，大幅縮減了項(xiàng)目工期。

基于以上優(yōu)化和改進(jìn)措施，“深海一號(hào)”能源站下部浮體的建造總裝工期由原來(lái)的12個(gè)月減少到6個(gè)月，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)外相近規(guī)模的SEMI建造總裝周期的最快紀(jì)錄。

（二）世界首創(chuàng)5萬(wàn)噸級(jí)超大結(jié)構(gòu)物大變形半漂浮精準(zhǔn)合攏技術(shù)

“深海一號(hào)”能源站的半潛式平臺(tái)由整裝桁架式的上部模塊和多立柱式帶儲(chǔ)油艙的下部浮體組成，為約5 萬(wàn)噸級(jí)的超大結(jié)構(gòu)物選擇合理的合攏方案是關(guān)系到項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。海洋工程界SEMI 的合攏方式通常有分塊吊裝合攏、整體吊裝合攏、頂升合攏、浮托合攏等[9]，不同的方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間論證，綜合考慮技術(shù)成熟度、施工工期、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等方面，最終選擇了整體吊裝合攏方式。

圖8 大型L形總段及滑道搭載

圖9 海陸同時(shí)吊裝搭載作業(yè)

“深海一號(hào)”能源站選擇使用國(guó)內(nèi)2萬(wàn)噸級(jí)泰山吊進(jìn)行吊裝合攏作業(yè)，雙吊梁的間距為（42.5±7.0）m，合攏時(shí)的吊裝跨距不超過(guò)49.5 m，這也成為平臺(tái)總體設(shè)計(jì)的最大跨距。同時(shí)，受船塢水深限制，選擇了坐底合攏的方式，在實(shí)際作業(yè)時(shí)需要著重解決好精確坐底安全和對(duì)接主動(dòng)控制兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。

1.下部浮體塢內(nèi)精確定位及坐墩技術(shù)

為保證順利合攏，實(shí)現(xiàn)下部浮體與上部模塊的精確定位是關(guān)鍵一環(huán)。整套精度定位作業(yè)涉及建造精度、安裝精度、就位精度等多個(gè)環(huán)節(jié)，要保證每個(gè)環(huán)節(jié)都在精度允許的范圍內(nèi)并實(shí)現(xiàn)最終的精度匹配，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。以往合攏項(xiàng)目通常采用絞車(chē)牽引下部浮體定位，精度為100 mm，無(wú)法滿(mǎn)足±13 mm 的精度控制要求，為此，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，提出增加定位輔助裝置。定位輔助裝置的作用是增加下部浮體定位精度、限制合攏過(guò)程中的下部浮體傾斜等。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮該裝置本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又要保證在接觸位置不能對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)造成損傷，最終在北側(cè)和西側(cè)各布置了2 套大塢限位裝置（見(jiàn)圖10），配以液壓千斤頂用于合攏時(shí)下部浮體精度調(diào)整。為避免限位裝置與下部浮體外部結(jié)構(gòu)干涉，限位裝置設(shè)計(jì)為外探式，在干塢布墩階段安裝完成，定位時(shí)以大塢樣線為基準(zhǔn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位；同時(shí)增加膠皮以防止與下部浮體結(jié)構(gòu)的碰撞損壞。

2.大開(kāi)口式下部浮體變形分析及控制技術(shù)

通常情況下，半潛平臺(tái)合攏作業(yè)中的下部浮體需要設(shè)置專(zhuān)用支撐框架用于控制運(yùn)輸和合攏階段的下部浮體變形[10]，但因?yàn)榭缇噍^大和波浪拍擊的影響，支撐框架需要大量的結(jié)構(gòu)用鋼，同時(shí)管節(jié)點(diǎn)的連接位置會(huì)造成局部的應(yīng)力集中，在服役過(guò)程中存在失效風(fēng)險(xiǎn)?！吧詈Ｒ惶?hào)”能源站在立柱內(nèi)儲(chǔ)存凝析油，客觀上造成下部浮體重量集中在4 個(gè)立柱上，下部浮體在運(yùn)輸和合攏過(guò)程中將變形更甚（見(jiàn)圖11），如遵循先例設(shè)置水平支撐，不但會(huì)造成結(jié)構(gòu)浪費(fèi)，還會(huì)增加服役期間的失效風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)縝密分析和確認(rèn)，取消了水平支撐設(shè)計(jì)，運(yùn)輸階段下部浮體強(qiáng)度可以滿(mǎn)足要求，且在合攏作業(yè)時(shí)下部浮體的變形可以通過(guò)調(diào)整壓載水的方案來(lái)滿(mǎn)足合攏精度要求。在合攏實(shí)施前一周，持續(xù)監(jiān)測(cè)對(duì)接點(diǎn)的變形隨壓載、氣溫的動(dòng)態(tài)變化情況，確保合攏作業(yè)可順利實(shí)施。

圖10 精準(zhǔn)坐墩限位裝置及布置

圖11 大開(kāi)口式船體變形分析及控制技術(shù)

3.大合攏對(duì)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析技術(shù)

大合攏對(duì)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用pin-post 的插針形式[11]，共設(shè)置4組。合攏臨時(shí)導(dǎo)向系統(tǒng)采用錐形十字結(jié)構(gòu)，在下水前完成導(dǎo)向系統(tǒng)的安裝和打磨以確保精度合格，易于對(duì)位時(shí)滑動(dòng)；導(dǎo)向楔塊（見(jiàn)圖11）的強(qiáng)度和硬度根據(jù)實(shí)際操作工況進(jìn)行分析，并有一定的裕量，以確保在誤差控制范圍內(nèi)能夠承受對(duì)接載荷。正式作業(yè)前，通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬搭載分析（見(jiàn)圖12），該合攏對(duì)接結(jié)構(gòu)捕捉范圍可達(dá)250 mm，配合精確操船控制方案，使得在大變形的情況下通過(guò)上部模塊的自重將變形調(diào)整回位，巧妙實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)合攏。除此之外，合攏對(duì)接結(jié)構(gòu)作為下部浮體和上部模塊的連接結(jié)構(gòu)，可以承擔(dān)上部模塊重量靜載和海上動(dòng)力載荷。合攏對(duì)接結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了建造階段的便利性和合攏后雙面熔透焊接可行性，也兼顧了在位服役期間的檢測(cè)和維護(hù)。

通過(guò)技術(shù)攻關(guān)和精心組織，“深海一號(hào)”能源站大合攏作業(yè)于2020 年10 月28—29 日順利實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了合攏總體實(shí)施方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、下部浮體變形控制、精度控制、干涉管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、作業(yè)仿真等一系列技術(shù)和管理創(chuàng)新，成功實(shí)施了漂浮對(duì)接，坐墩焊接的整體吊裝合攏，首創(chuàng)了5萬(wàn)噸級(jí)超大結(jié)構(gòu)物大變形半漂浮精準(zhǔn)合攏技術(shù)。

（三）世界最大噸級(jí)大開(kāi)口結(jié)構(gòu)物預(yù)斜回正荷載橫向轉(zhuǎn)移技術(shù)

“深海一號(hào)”能源站的下部浮體在滑道上建造，重約3.3×104t，長(zhǎng)、寬各為91.5 m，高為59 m；采用扁平浮箱設(shè)計(jì)，立柱之間沒(méi)有連接，為大型開(kāi)口板殼結(jié)構(gòu)物，其局部強(qiáng)度較弱、立柱變形量大。若采用傳統(tǒng)的縱向裝船，“新光華號(hào)”半潛駁船的甲板強(qiáng)度面臨極限挑戰(zhàn)，且裝船軌道偏長(zhǎng)，效率較低；若采用橫向裝船，沒(méi)有甲板強(qiáng)度的問(wèn)題且裝船軌道短，作業(yè)效率會(huì)顯著提升，但半潛駁船的壓排載的操作難度相對(duì)較大。橫向裝船方式的最大難點(diǎn)為在碼頭潮汐不斷變化的情況下，要不斷調(diào)整駁船的吃水以保持碼頭滑道與駁船滑道的相對(duì)齊平，同時(shí)還要控制好駁船的姿態(tài)以平衡載荷轉(zhuǎn)移上船所帶來(lái)的傾斜力矩，載荷轉(zhuǎn)移的重量越大、速度越快，則難度越高。為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了板殼式結(jié)構(gòu)物載荷轉(zhuǎn)移與變形控制工裝，以替代傳統(tǒng)的滑移牽引裝備（如拉力千斤頂、液壓滾筒絞車(chē)等）。解決了大尺寸板殼式結(jié)構(gòu)物在滑移裝載過(guò)程中的變形與應(yīng)力控制難題；首創(chuàng)了世界最大噸級(jí)大開(kāi)口結(jié)構(gòu)物預(yù)斜回正荷載橫向轉(zhuǎn)移技術(shù)，順利實(shí)現(xiàn)下部浮體橫向裝載上半潛駁船、并在開(kāi)闊海域浮卸下水的大型作業(yè)；開(kāi)發(fā)了創(chuàng)新性的半潛駁船預(yù)斜回正姿態(tài)控制技術(shù)，規(guī)避了半潛駁船失穩(wěn)傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)研究選定了最優(yōu)、最經(jīng)濟(jì)可行的裝船下水方案。

1.研發(fā)板殼式結(jié)構(gòu)物載荷轉(zhuǎn)移與變形控制工裝

圖12 大合攏對(duì)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)模擬搭載

該工裝由多用途的輕量化支撐結(jié)構(gòu)、液壓滑靴系統(tǒng)和低摩擦分體式靠船件組成。多用途的輕量化支撐結(jié)構(gòu)用于平衡板殼式結(jié)構(gòu)由于自身重量所產(chǎn)生的變形，在其建造、裝船及運(yùn)輸過(guò)程中起支撐作用；液壓滑靴系統(tǒng)可以在裝船過(guò)程中補(bǔ)償駁船與陸地的高差，以控制板殼式結(jié)構(gòu)的變形；低摩擦分體式靠船件大大降低了駁船與碼頭之間的摩擦力，可實(shí)現(xiàn)載荷從陸地到駁船的平滑轉(zhuǎn)移。

（1）創(chuàng)新性地研發(fā)了一種多用途一體化支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)是一種由鋼板拼接而成的箱形結(jié)構(gòu)，在頂部安裝具有高抗壓強(qiáng)度的木材，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大型浮體在陸地建造、滑移裝船和駁船運(yùn)輸階段的支撐作用，還可以在大型浮體的浮卸過(guò)程中起到碰撞緩沖的作用。而以往項(xiàng)目多是在不同施工階段使用不同形式的支撐結(jié)構(gòu)，造成了資源浪費(fèi)，同時(shí)也增加了大型板殼式結(jié)構(gòu)在不同類(lèi)型的支撐結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換過(guò)程中易發(fā)生的局部損傷風(fēng)險(xiǎn)。

（2）優(yōu)選了液壓滑靴系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種可以調(diào)整（液壓控制）垂直方向上的支撐高度，同時(shí)又具備水平推進(jìn)能力的滑移裝船設(shè)備。該系統(tǒng)包括液壓滑靴、爬行器、專(zhuān)用滑軌、跨接梁、鉸支座、動(dòng)力站和控制系統(tǒng)等。其中液壓滑靴系統(tǒng)和爬行器需要根據(jù)結(jié)構(gòu)物的重量、尺寸以及預(yù)安裝的支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)量和布置位置進(jìn)行選型與配置設(shè)計(jì)。

（3）研發(fā)了低摩擦分體式靠船件。該工裝可以降低駁船舷側(cè)與碼頭之間的摩擦，實(shí)現(xiàn)駁船姿態(tài)的順滑調(diào)整，保證荷載的順利轉(zhuǎn)移。低摩擦分體式靠船件，包括碼頭靠船件和駁船靠船件兩個(gè)部分，由鋼制靠船件主體和特氟龍板組合而成，分別安裝在碼頭和駁船靠泊時(shí)互相接觸的部位。根據(jù)駁船和碼頭的形式，設(shè)計(jì)制作靠船件，并在駁船靠泊前分別安裝到駁船舷側(cè)和碼頭。一是駁船側(cè)靠船件（見(jiàn)圖13），由型鋼拼接而成，型鋼在船上的位置需與駁船的強(qiáng)框架和強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置對(duì)應(yīng)，通過(guò)筋板焊接固定在駁船上；靠船件的外側(cè)豎直面安裝一塊鋼板，鋼板表面安裝特氟龍板。二是碼頭側(cè)靠船件（見(jiàn)圖14），比駁船側(cè)靠船件寬度略大，也是由型鋼拼接而成，用筋板固定在碼頭預(yù)埋件上；靠船件外側(cè)豎直部分貼緊碼頭，豎直表面安裝一塊鋼板，鋼板表面需打磨光滑。

2.裝載半潛駁船的姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

圖13 低摩擦分體式靠船件——駁船部分

圖14 低摩擦分體式靠船件——碼頭部分

常規(guī)的滑移裝船作業(yè)均為人工使用全站型電子測(cè)距儀進(jìn)行駁船的橫縱傾測(cè)量。該測(cè)量方式在測(cè)量準(zhǔn)確性、速度與數(shù)據(jù)傳遞的可靠性方面，受測(cè)量人員技能水平、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)光線與噪音等因素影響較大，尤其是在大噸位的載荷橫向轉(zhuǎn)移作業(yè)中，微小的測(cè)量差錯(cuò)、數(shù)據(jù)測(cè)量緩慢和數(shù)據(jù)傳遞延時(shí)將大大影響駁船的調(diào)載操作，甚至導(dǎo)致整個(gè)裝船作業(yè)的失敗。

為安全、高效地實(shí)施超大噸位的載荷橫向轉(zhuǎn)移作業(yè)，基于全站型電子測(cè)距儀，創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了一套駁船的姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（見(jiàn)圖15），可實(shí)現(xiàn)對(duì)駁船的橫傾、縱傾、四角吃水的24 h監(jiān)控，測(cè)量數(shù)據(jù)刷新速度約為20 s/次（理想狀態(tài)下，人工使用全站型電子測(cè)距儀進(jìn)行駁船姿態(tài)測(cè)量的單次速度約為2 min）。該套系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：①配備自動(dòng)激光視線和定位系統(tǒng)；②運(yùn)用筆記本電腦可以實(shí)現(xiàn)全站型電子測(cè)距儀的遠(yuǎn)程操作；③測(cè)量有效距離高達(dá)1000 m；④測(cè)量精度高達(dá)0.5 mm；⑤可以實(shí)時(shí)顯示駁船的橫傾、縱傾；⑥可以實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)物滑移距離。

3.半潛駁船的預(yù)斜回正壓排載技術(shù)

“深海一號(hào)”能源站下部浮體橫向滑移裝船的示意圖如圖16 所示。整個(gè)滑移距離為91.56 m，而發(fā)生載荷轉(zhuǎn)移的滑移距離僅為31.2 m，液壓滑靴系統(tǒng)的爬行速度約為0.25 m/min，要完成33 450 t荷載的轉(zhuǎn)移，相當(dāng)于每分鐘有268 t的載荷傳遞到駁船上。

對(duì)于超大噸位結(jié)構(gòu)物橫向滑移裝船作業(yè)，因短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移至駁船的載荷過(guò)大，會(huì)給駁船施加一個(gè)極大的橫斜力矩：①當(dāng)結(jié)構(gòu)物的載荷在駁船近岸端轉(zhuǎn)移時(shí)（載荷未傳遞至駁船的船舯），會(huì)使駁船產(chǎn)生較大的近岸傾角（靠岸這一舷低、另一舷高），進(jìn)而造成駁船與碼頭的高差加大，最終使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生大變形、損傷結(jié)構(gòu)物；②當(dāng)結(jié)構(gòu)物的載荷開(kāi)始在駁船的遠(yuǎn)岸端轉(zhuǎn)移時(shí)（載荷傳遞通過(guò)駁船的船舯），會(huì)使駁船產(chǎn)生較大的遠(yuǎn)岸傾角（靠岸這一舷高、另一舷低），同樣會(huì)造成駁船與碼頭的高差加大，最終使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大變形、損傷結(jié)構(gòu)物。另外，最為嚴(yán)重的是極易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)物加速向駁船的遠(yuǎn)岸側(cè)滑動(dòng)，最終造成駁船傾覆、結(jié)構(gòu)物墜落到海里的情況。在較小噸位的載荷橫向轉(zhuǎn)移作業(yè)中，可通過(guò)精確控制的駁船調(diào)載來(lái)規(guī)避以上風(fēng)險(xiǎn)。但對(duì)于超大噸位的載荷橫向轉(zhuǎn)移作業(yè)，僅憑精確控制的駁船的調(diào)載是無(wú)法完全避免上述風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的。

圖15 全自動(dòng)半潛船姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)顯示界面

圖16 “深海一號(hào)”能源站下部浮體橫向滑移裝船示意圖

針對(duì)這種情況，基于“新光華號(hào)”半潛駁船的空壓機(jī)調(diào)載系統(tǒng)，打破常規(guī)調(diào)載思路，首次提出了預(yù)斜回正的壓排載技術(shù)[12]。該方法可以成功解決載荷轉(zhuǎn)移過(guò)大及過(guò)快造成的結(jié)構(gòu)物變形較大與損壞、駁船大傾角甚至傾覆的難題，具體原理如下：①當(dāng)結(jié)構(gòu)物的載荷在駁船近岸端轉(zhuǎn)移時(shí)（載荷未傳遞至駁船的船舯），提前將駁船調(diào)整成向離岸端傾斜，傾斜角度為此次載荷轉(zhuǎn)移會(huì)給駁船造成的傾角（見(jiàn)圖17）；②當(dāng)結(jié)構(gòu)物的荷載轉(zhuǎn)移至駁船遠(yuǎn)岸端時(shí)（載荷傳遞通過(guò)駁船的船舯），提前將駁船調(diào)整成向近岸端傾斜，傾斜角度為此次載荷轉(zhuǎn)移會(huì)給駁船造成的傾角。

超大重量、超大尺寸的“深海一號(hào)”能源站的下部浮體在滑移裝船過(guò)程中，創(chuàng)造了結(jié)構(gòu)物橫向滑移裝船的最大噸級(jí)世界紀(jì)錄，研制集成了多用途一體化支撐結(jié)構(gòu)、低摩擦分體式靠船件以防止結(jié)構(gòu)物應(yīng)力損傷，并優(yōu)選了液壓滑靴系統(tǒng)等技術(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。

五、結(jié)語(yǔ)

“深海一號(hào)”大氣田開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目是我國(guó)首次自主勘探發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)、建造和安裝的大型超深水項(xiàng)目，開(kāi)創(chuàng)了世界首例深水10萬(wàn)噸級(jí)半潛平臺(tái)儲(chǔ)油和遠(yuǎn)程水下生產(chǎn)集輸系統(tǒng)的全新深水氣田開(kāi)發(fā)模式。“深海一號(hào)”能源站的設(shè)計(jì)與建造是在沒(méi)有任何可參考的先例下開(kāi)展的，工程團(tuán)隊(duì)在面臨中美貿(mào)易摩擦、新型冠狀病毒肺炎疫情突發(fā)、工期緊張等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)下，成功解決了技術(shù)、管理、施工等諸多難題，安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了“深海一號(hào)”能源站的建設(shè)?！吧詈Ｒ惶?hào)”能源站建設(shè)過(guò)程中取得的有益實(shí)踐具體如下。

（1）敢于突破常規(guī)的管理模式。在項(xiàng)目實(shí)施階段，采用設(shè)計(jì)與建造一體化，大膽創(chuàng)新五大控制管理模式，運(yùn)用多項(xiàng)激勵(lì)政策，為工程建設(shè)注入超強(qiáng)精神動(dòng)力。

（2）前期研究團(tuán)隊(duì)勇攀技術(shù)高峰，突破阻尼對(duì)馬修不穩(wěn)定性的抑制機(jī)理，創(chuàng)新扁平浮箱設(shè)計(jì)，研發(fā)了首個(gè)深水多立柱生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)母型船，實(shí)現(xiàn)了立柱的安全儲(chǔ)油。

（3）工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)因地制宜，攻克了3 萬(wàn)噸級(jí)開(kāi)口多立柱式下部浮體的裝船難題，創(chuàng)建了大型浮體液壓滑靴橫向滑移裝船分析與設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界首個(gè)3萬(wàn)噸級(jí)結(jié)構(gòu)物預(yù)斜回正荷載橫向轉(zhuǎn)移。

（4）工程建造團(tuán)隊(duì)各方通力合作，取長(zhǎng)補(bǔ)短，首創(chuàng)了船塢內(nèi)濕式半坐墩大合攏技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界首個(gè)重量5萬(wàn)噸級(jí)超大結(jié)構(gòu)物半漂浮精準(zhǔn)大合攏。

（5）工程項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)度與實(shí)施的過(guò)程中，注意組織過(guò)程中資產(chǎn)的收集與整理，在項(xiàng)目建成的同時(shí)沉淀出先進(jìn)的理論研究方法、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系和寶貴的的施工經(jīng)驗(yàn)。

圖17 預(yù)斜回正壓排載技術(shù)的駁船姿態(tài)控制示意圖

“深海一號(hào)”大氣田于2021 年6 月正式建成并投產(chǎn)，使中國(guó)海油在南海的天然氣生產(chǎn)供應(yīng)能力提升到每年1.3×1010m3以上，相當(dāng)于海南省全年用氣量的2.6倍，為保障國(guó)家能源安全、改善能源結(jié)構(gòu)、推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型、助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，具有重要的促進(jìn)作用?！吧詈Ｒ惶?hào)”能源站的建成與成功投用，標(biāo)志著我國(guó)由此掌握了一套適應(yīng)深水復(fù)雜海域、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)總體技術(shù)，形成了一整套我國(guó)海上深水氣田高效開(kāi)發(fā)技術(shù)體系，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)技術(shù)空白；同時(shí)，也是我國(guó)深海工程發(fā)展史上的里程碑，標(biāo)志著我國(guó)海洋石油工業(yè)進(jìn)入超深水時(shí)代，同時(shí)也向全世界鄭重宣告我國(guó)掌握了全海域油氣開(kāi)發(fā)主動(dòng)權(quán)，具備進(jìn)軍南海中南部超深水海域的技術(shù)實(shí)力，改變了深水油氣開(kāi)發(fā)依賴(lài)歐美國(guó)家的現(xiàn)狀，為在南海建設(shè)“和平之海、合作之?！钡於嘶A(chǔ)；此外，對(duì)提升我國(guó)海洋深水工程裝備建設(shè)能力、支撐“一帶一路”建設(shè)及“中國(guó)制造2025”、保障國(guó)家能源安全、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)具有重要意義。