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骑鲸蹈海定神针 强国富民深海魂

骑鲸蹈海定神针 强国富民深海魂

吴彪

初春的南海,波飞浪卷,洒满金色阳光。

这片广袤壮美的蓝色国土,时刻牵动着国人的心。

21世纪的海洋,承载着人类生存和发展的希望,丰富的资源和巨大的能量使其成为支撑世界各族命运的“蓝色脊梁”。而南海作为中国海洋国土的重要组成部分,被国人给予了极大的厚望。

“南海油气资源量高达350亿吨,深水占2/3以上,是我国能源的重要接替区,但由于技术难度大、我国深水钻井起步晚,开发长期停滞!由于地缘经济与政治地位特殊,加快南海深水油气资源勘探开发是保障我国能源供应和捍卫海洋权益的重大战略举措。”中国石油大学(北京)教授、安全与海洋工程学院副院长、海洋能源工程技术联合研究院副院长杨进如是阐述他的团队“明知海有鲸,偏向深蓝行”的原因。

20余年骑鲸蹈海、蓝海造梦,他和团队攻克的海洋深水浅层钻井关键技术在这片广阔的海域里接连突破了深水浅层作业事故率高、周期长、成本高,无装备、无技术、无人员等在很多人看来“难比登天”的难题,将大国重器之“定海神针”稳稳地插入瀚海深处,喷薄而出的黑色血液供养着国之发展与未来。

深水浅层擎利器自主可控谱赞歌

众所周知,海洋孕育了地球这个蓝色星球最初的生命起源,也令人类的未来充满无尽可能。这片蓝色的区域蕴藏了全球超过70%的油气资源。“谁拥有海洋,谁就拥有未来”已成为世界各国的共识。但您可知道?近5年来,全球重大油气发现有70%来自水深大于500米的深水区。伴随着陆上及浅水油气的日趋稀少,深海成为世界油气的重要接替区。挺进深蓝,已经成为大势所趋。

虽然意义重大,但对我们国家来说,要挺进深海,谈何容易。

在记载有中华民族五千年历史的青铜甬道上,从不缺少我们祖先勇敢探索海洋的历史画卷。遗憾的是到了近现代,中国的海洋探索日趋没落。一部中国海洋的近現代史就是一部饱含血泪的屈辱史。

新中国诞生之后,作为中国海洋崛起的一个重要组成部分,中国海洋石油在艰难环境中蹒跚起步,从最初迫于无奈逼着一群“旱鸭子”到水里找油,到艰难地在海里打下第一口石油探井。因为技术受限,只能生硬地将陆地里的石油技术“照搬”到海上,发现根本行不通之后又被迫寻求国际合作。在杨进的脑海里,不管是听前辈讲起还是自己亲身体会,这样的切肤之痛还有很多。

“海洋的钻探与陆地完全不同,它是一个全新的技术体系。越往深海探索,各方因素就会更复杂,比如海上会经常有台风等各种极端天气,海底存在浅层气、浅水流、滑坡等各种地质灾害,这些很容易造成费劲心力、劳力、财力打的井一瞬间就垮掉了……”高难度、高风险但高回报成为大众对深海油气开发的共识。从难易程度上来讲,深水钻井技术水平代表着一个国家海洋钻井技术的水平。

深水钻井的特点使其核心技术和装备成为世界油气强国竞相角逐的前沿制高点,长期被欧美垄断。落后就要挨打,因为有感于技术落后及垄断带来的隐患。新世纪以来,深水钻井行业里的很多有识之士都在有意识地鼓励大家尝试通过自主创新将深海钻井相关技术掌握在我们中国人自己的手中。杨进和他的团队倾力其中,突破深水浅层钻井技术就是近年来他们为实现中国深蓝造梦擎出的一把“利剑”。

工程实践表明:水深大于500米的钻井事故60%缘于海底以下几百米的浅部松软地层。由于水深、海况恶劣、土质松软、浅层地质灾害等因素,导致深水浅层钻井难度大、风险高,承载数百吨的井口很容易发生失稳下沉等事故,造成巨大的经济损失。深水浅层钻井,成为世界级技术难题。“就像我们建楼一样,万丈高楼平地起,首先要把地基先打好,地基打得越牢,高楼越稳,基础是非常重要的。”瞄准国家深海钻井相关难题,杨进和他的团队展开了艰苦卓绝的攻坚。

在国家自然科学基金重点项目、国家科技重大专项、原国家“863”计划等项目的支持下,他们历经10余年“产学研用”协同攻关,取得了一系列卓越的创新突破:他们发明了深水浅层钻井设计技术,实现了技术超越,并在相关领域形成了首部ISO国际标准DIS稿;他们发明了深水浅层安全高效钻井作业控制技术,将浅层钻井成功率提高到了100%,将浅层钻井平均作业时间降低30%以上;他们打破了国外的技术垄断,发明自主可控的高承载高效率深水浅层钻井作业关键装备并实现产业化。成本仅为国外的一半,供货周期大幅缩短。

10余年奋勇拼搏终换来巍巍国之重器在海平面傲然屹立的那一刻。应用相关技术发明成果,海上石油人不仅在南海钻探发现了5个大中型深水油气田,高效推进了我国首个自主作业的深水气田陵水17-2的浅层钻井作业。项目成果还推广应用到巴西、墨西哥湾等全球典型深水区块的95口井,充分验证了技术成果的可复制、可推广性,为巴西Libra(全球最大的超深水油田)等深水油气田勘探开发贡献了中国方案,得到了国内外同行的广泛赞誉。

经行业协会组织权威专家鉴定评价:该项成果实现了深水浅层钻井关键技术的重大突破,推广应用前景广阔,成果主要技术指标达国际领先水平,使我国跻身于世界深水钻井先进行列。成果获省部级特等奖和一等奖各1项,经济、社会效益显著。

不积跬步无以至千里,不积小流无以成江海。从原先被逼于无奈到海里“瞎子”找油,到引进、消化、吸收但仍受制于人,再到冲破藩篱自主创新可控,且应用“花开遍地”,杨进及其团队在瀚海深处奏响了一曲来自中国海上石油人的深海赞歌。

攻坚克难创纪录奋勇拼搏为国民

莺歌海,东经108.73度,北纬18.51度,海南岛西南端的一个突起的犄角。

1960年,石油工人驾驶着一条驳船来到这里,他们把冲击钻安装在驳船的侧面钻了两眼20多米深的油井,这就是英冲一井、英冲二井,当人们准备打第三口井的时候,大风把那套原始的井架吹倒了。但是,从英冲一井中捞出的150公斤原油被公认为是中国石油向蓝色海洋进发的第一步。这150公斤原油曾让海上石油人激动不已。

但在那之后,这里的油气勘探转入沉寂。和渤海东海不同,南海地势、环境复杂,油气资源的70%都在深水区域,但由于没有深海钻井设备,几十年里,南海深水成了一片无法开发的处女地。直到2006年,中海油与加拿大石油公司哈斯基在南海合作,成功发现了中国第一个深水气田“荔湾3-1气田”。油气测试时熊熊的火焰重振了南海石油人的信心,而深水钻井关键技术必须自主创新的警钟也在他们的脑海里盘旋。

在杨进的印象里,自己所在的中国石油大学海洋深水研究团队所走过的历程,其实和中国深海探索是交织相连、同悲同喜的。

1999年,立足我国海上石油开发急需,中国石油大学海洋钻完井研发团队成立,直到2002年瞄准深水研究方向,与中海油当时深水方向的定位算是不谋而合。之后,不管是与加拿大开展国际合作开发“荔湾3-1气田”,还是引进、消化、吸收、跟踪学习,再到排除万难自主创新并且付诸实践,杨进及其团队都作为重要一分子参与其中,做出了不可磨灭的贡献。

为什么我国南海深海开发的推进如此之艰难?通过10余年的探索,杨进和他的团队有着深刻的感悟:“深水浅层钻井技术是制约我国南海深水油气勘探开发第一道关口、第一道瓶颈,这是我们必须要解决的关键问题。”尽快突破瓶颈,走出南海自主深水油气开发的实质性一步的紧迫感成为他们排除万难致力攻关的动力源泉。

“无装备、无技术、无人员”是悬在他们头上的三把利剑,而突破南海深水浅层钻井技术面临的一个又一个难题犹如拦路虎,摆在了他们的面前。

“海洋环境问题是一个重要方面。以水深为例,其实深水的概念是根据钻井工程难易程度不断改变的。它从20世纪80年代的300米变成了现在的500米。就是水深超过500米后,钻井的投入、技术难度明显要高很多。一根十几公分粗的钻杆要精准地打到海底井口底下,绵延几公里深,就跟面条一样,它很难控制。从开发的设备来讲,海上开发的设备不同于陆地,要面临更多的环境考验,哪怕是浅海,它还得要抗台风等极端天气。深水浅层地质松软、灾害多发,这一片区域还充斥着很多的浅层气、天然气水合物。我们知道,深海石油开采是一个高科技集成的系统工程,核心装备包括半潜式钻井平台、深水工作船等,建造深海钻井平台的复杂和所需的技术难度等同于建造航空母舰。而深海钻井平台安全性和可靠性要求很高,因为在深水区作业,一旦出现灾难性事故救助也很困难……”寥寥数语,就可以体会到深水钻井技术的不易。高风险、高投入、高科技是海洋油气开发的特点,而深水油气开发则将这一特点推向极致。

有梦想就有动力,面对一个又一个世界级难题,杨进和他的伙伴并没有退缩。而是一步一个脚印地扎实推进。

“2002年瞄准深水方向后,我们最初的工作还是通过南海的国际合作边看边学,收集一些国内外的资料”,彼时因为油价低落,中海油的项目停滞,所以相关领域很难做到全心去投入,但杨进依然坚持研究储備,在没有科研经费、没有设备的窘迫环境下做一些力所能及的理论分析推导、模型建立等。机会总是留给有所准备的人,正因坚持,在2006年油价回升,国家政策鼓励,中海油相关项目纷纷上马的时候,他们也做好了准备。

从2006年开始,依托中海油科研项目和国家自然基金项目,杨进及其团队在国内没有现成理论、实验设备的情况下,迈开了理论研究和室内模拟实验的步伐。

纸上得来终觉浅,须知此事要躬行。秉承中国石油大学(北京)一贯提倡的与现场紧密结合的作风,杨进和他的团队成员可以说是从不放弃任何到现场去感受体验的机会。为了解深水钻井工艺和钻井流程,他们申请到国外深水钻井平台上去学习。生怕漏掉现场一点一滴,他们配合现场作业也把研究人员分成两班倒,不舍昼夜地跟踪钻井平台作业全过程。通过自己观察、记录、学习,他们掌握了深水钻井作业的全部流程。回到学校后,顾不上休息,他们又紧锣密鼓地投入到另一场“战斗”中——开展模拟实验装置设计,开展模拟实验研究,寻找规律,建立理论模型。对杨进和他的团队成员来说,身体的劳累只是一方面,使命感带来的压力、研究成果需要直面质疑等问题扑面而来也让他们如履薄冰。

“深水环境的模拟实验费用非常高,我们的条件有限,一开始只能进行一些室内小型的模拟实验、理论分析,但真正需要用的时候,我们的研究成果面临很多质疑,譬如小尺寸的模型是否能够全面地反映现场所有实际问题,是否能够完全对得上海上的真实工况和环境等。为了打消作业方的顾虑,我们决定做一个全尺寸、足尺寸的模型。这是史无前例的,难度非常大,幸运的是我们得到了中海油研究总院的大力支持。”为了确保模型能够顺利推进,杨进决定先带领团队到渤海海域进行真实的实验。时值炎炎夏日,杨进带着一批年轻师生挺进渤海海边,在那连续奋战了3个多月。夏日的渤海湾白天骄阳似火能把人晒脱3层皮,夜晚闷热蚊虫叮咬,“记得有一次导管喷射到位后,拔不上来,又不能停工,我们从早上一直工作到凌晨3点才回到基地吃饭,这种长期作业的景象我一辈子也忘不了。”虽然不易,但杨进和他的团队收获了宝贵、详实的数据,为全尺寸模型建立奠定了坚实的基础。

艰苦卓绝的攻坚换来了喜人硕果:截至2019年12月,项目发明的深水浅层钻井设计与作业控制技术、关键装备已全面应用于我国南海深水海域油气田勘探开发作业,在我国全部自主的深水钻井中起到关键作用(共93口,100%全覆盖),创造了西太平洋最深水2619米作业纪录(荔湾22-1-1井)、南海超深水表层导管安装时间最短纪录和表层套管下入深度1392米最深纪录……

“千仓万箱,非一耕所得;干天之木,非旬日所长。”多少个日夜兼程终换来了扬眉吐气。回首走过的十几年拼搏历程,杨进并没有因为其中经历的艰险感到懊悔,反倒是非常享受其中,对他和团队成员来说,深海石油钻井技术研究既是一项于国于民都至关重要的事业,那么再苦再难唯有勇敢面对,不经寒霜苦,安能香袭人?

杨进之外,这支团队里还有很多特点鲜明的海上石油人,他们是深海上空璀璨的星,默默指引中国在深海潜行。

教授级高工李中是团队里应用实践的“领头羊”,作为海洋石油钻完井工程资深专家,他长期工作在海洋油气钻完井技术攻关一线,是出了名的“攻关专家”。通过长期技术攻关和工程实践,他带领团队相继攻克了高温高压钻完井、深水钻完井和复杂断块钻完井关键技术,为海洋钻完井技术进步、南海油气勘探和南海西部油田连续十年稳产1000万方油当量做出了重大贡献。先后荣获国家科技进步奖特等奖1项(团体奖)、一等奖1项(排名第一),省部级科技进步奖多项(其中特等奖3项、一等奖7项),授权发明专利16件,出版专著7部,发表论文25篇。

教授级高工刘书杰是技术研发领域的“领头羊”。作为行业享有盛名的“大咖”,他行事低调,身后却是一长串沉甸甸的成果和荣誉,他是中海油研究总院钻完井总工程师,享受国务院政府特殊津贴,入选国家百千万人才工程。他还是中国海油钻完井领域杰出的技术专家;获得国家科技进步奖一等奖1项、国家技术发明奖二等奖1项、省部级科技进步奖多项、授权专利60余件;发表论文80余篇,出版专著4部。

除此之外,团队还有周建良、刘正礼等领军人,谢仁军、吴怡、张伟国、黄熠、汪顺文、张俊斌、金灏、李炎军、陈浩东、刘和兴、杜威、张万栋、仝刚、徐国贤、傅超、宋宇、殷启帅、李磊、李舒展、陈绪跃、王莹莹、孙挺、严德、田瑞瑞、王欢欢、汪文星、张东昱甫、徐东升、赵新、胡南丁、刘询等核心成员,他们来自五湖四海,他们精通的专业有所不同,但他们有共同的追求,他们有一个共同的名字——海上石油钻井人。正如杨进所说:“没有他们,就没有我们的深海浅层钻井技术的攻克。”事实上,风雨同舟十余年,他们攻克的技术,背后发生的感人故事还有很多、很多。

众人拾材火焰高,正因为这么多年深刻体会到深海石油钻探是一项需要聚众力、集众智的工作,未来,杨进和他的同伴们计划建立一个深水油气工程研发中心。“到时我们团队就不只是院校、企业了,它将是一个类似联盟的群体。伴随着越来越多的人加入到我们这个群体来,我们有机会去做更多的事情。”关于挺进深海,杨进和他的团队成员还有很多梦想,他们想往深水深层走,从而把整个深水钻井体系串联起来;他们想形成一套具有我国自主知识產权的技术和装备产品体系,提高我国深水钻井装备的国有率的同时,加强我国在相关领域的话语权……蓝图已绘就,扬帆待起航。

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