“海洋石油981”建造记
通过设计和建造上的严格要求，即便是三五千吨的船只正面撞击“海洋石油981”，也很难使其发生倾覆等状况
三年多前“海洋石油981”交付时，对于大多数中国人来说，它还只是国家重大装备制造领域中不太引人注目的一个。
包括这座庞大设备有点拗口的正式名称：第六代深水半潜式钻井平台，听起来也让普通人一知半解——总之，它很大，能在很深的海洋中钻井，也许仅此而已。
如今，“海洋石油981”已像南海礁盘上那些岿然不动的主权碑一样，成为中国在这片海洋存在的象征。
让我们把目光暂时从西沙移开，投向位于上海浦东的上海外高桥造船有限公司——“海洋石油981”的诞生之地。
自2008年4月28日切割第一块钢板，到2011年11月30日进行海上移交，大约1000天的“海洋石油981”建造、调试过程，凝聚了中国人对于海洋的梦想、理解，还有与海洋有关的智慧与技术。
当然，不只是这1000天的努力。向前，人们至少可以追溯到2002年开始孕育的跟踪项目，乃至上世纪70年代末中国对于此类平台的第一次重大尝试。
由此向后展望，那些具有更远大抱负的建造者，正急于弥补“海洋石油981”的一些缺憾，实现未尽的期望。
为海洋权益奠基
时间回到2002年春天，也就是“海洋石油981”正式动工6年之前、平台交付10年之前。
刚刚到外高桥造船有限公司报到几个月的上海交大结构力学博士毕业生陈刚，被选中参与一个重大项目：“新型多功能半潜式钻井平台研制”。
它是原国防科工委提出的“十五”高技术船舶科研计划48个重点项目中的一个。
如今看来，“新型多功能半潜式钻井平台研制”揭开了中国进军深水开发的序幕。值得注意的是，就在2002年，中国新增石油产量的85%来自海洋。
只是当时，大多数人还未关注到它打开的全新世界。
由于国际油价低迷和其他复杂因素，此前20年中国的先进深水海洋钻井平台一直处于空白状态，这也是当时整个中国海洋工程低迷状况的一个缩影。
虽然拥有广袤的海疆和丰富的海洋能源，但中国上一次对深水半潜式钻井平台的尝试还要追溯到1983年，当时由上海船厂建造了最大工作水深200米、最大钻井深度6000米的“勘探三号”。
1974年，日本开始在东海中国海域擅自进行能源勘探。国务院和原地质矿产部启动“勘探三号”项目，以捍卫中国海洋主权和海洋资源权益。
作为2.5代深水半潜式钻井平台的“勘探三号”建造历时十年，期间经历各种曲折。“但它还是达到了当时的国际先进水平。”这个项目的主持者之一、后任国土资源部海洋办公室副主任的萧汉强对《瞭望东方周刊》说，“勘探三号”后来还租借给美国、俄罗斯，在全球各地工作。
至今仍在服役的“勘探三号”很好地完成了国家赋予它的使命：它在东海的工作，奠定了今日中国东海系列海上油气田的基础。
其中，“勘探三号”完成的最深井就是位于东海的“天外天一井”，它以5000.3米的深度，长久地保持着中国海底油气井的最深纪录。产量最高的则是东海“平湖四井”。 此后约20年间，中国在这个领域的技术水平，由“勘探三号”时的世界前列，一直掉落到国际第三集团。
“欧美是第一集团，掌控了主流海工装备的基本设计,韩国、新加坡是第二集团,是海工装备制造的主力军。”如今已经担任外高桥造船厂副总工程师的陈刚说，“其实这段时间，国际海工装备制造也在逐步进行产业转移，从西方国家转移到亚洲，韩国的海工装备建造也正是从80年代中后期逐步得到发展,并在新世纪开始发力快速成长起来的。”
到2002年，陈刚他们和中国船舶及海洋工程设计研究院、上海交通大学等单位启动“新型多功能半潜式钻井平台研制”时，手上几乎是一片空白。
“开始这个课题主要任务是跟踪，就是了解当时国际上最先进的设计水准是什么样，搞深水半潜平台需要攻克哪些关键技术,当时还是以第五代平台为主。”陈刚说，作为一种以深水为主的先进钻井平台类型，深水半潜式钻井平台自1962年出现，代际之间主要以平台的工作水深、可变载荷、钻井能力等为划分原则。
2002年为研制“新型多功能半潜式钻井平台”，陈刚随外高桥造船有限公司的高层领导到新加坡调研。该国是全球最强大的深水钻井平台制造地。
“我们在船坞里看到了一座平台，是第五代。当时看到它的那种心情，就是完全没有想到我们也会在不久的将来能建造一个，因为当时感觉差距太大了。”陈刚说。
就在2001年，被称为中国海洋地质之父的中科院院士刘光鼎上书中央，提出“油气二次创业”的建议。
除了采取新的能源勘查理论，这份报告揭示了中国之前油气勘探与产出之间的巨大差异，也警示中国将面临更严重的能源挑战。
此后，一系列能源勘探、开发的课题、项目立项。
“从‘十五’末期开始，国家对海洋能源开发投入加大。接下来的‘十一五’期间，国防科工委、国家科技部‘863’计划再次投入经费，以我国南海油田的实质性开发项目为依托工程，对深远海油、气开发装备的关键技术进行更深入的研究。”工信部高技术船舶科研计划海洋工程装备专用系统和设备专家组成员肖文生对《瞭望东方周刊》说。 用一万张片子“体检”
2006年夏天，距“海洋石油981”正式动工两年前。
外高桥造船厂30万吨海上浮式生产储油船建造现场，当时担任外高桥造船厂海洋工程部副部长的陈刚遇到了一位低调的访客。
对方来自中国海洋石油总公司工程建设部，后来担任“海洋石油981”的项目总经理。而陈刚本人，则成为外高桥造船有限公司“海洋石油981”项目的负责人。
“我们聊了一会儿，就谈到了中海油决定要建造这样一个装备。”他回忆说，这是他第一次知道中国决定建造第六代深水半潜式钻井平台，对方就是到外高桥造船厂来勘查船坞的。
对于这个消息，陈刚难掩兴奋，他连忙向船厂领导作了汇报。虽然此前几年都在进行相关积累，但这个计划对于他们来说，还是有些意外。
其实在2006年7月，国家科技部社发司曾在北京组织召开了“十一五”863计划“南海深水油气勘探开发关键技术及装备”重大项目的实施方案论证会。
当时，由刘光鼎等9位院士，会同国土资源部、中国海洋石油总公司、中船重工集团等单位，对这一重大项目的实施方案进行了咨询论证。
作为其间一系列重大科研项目的代表，“南海深水油气勘探开发关键技术及装备”的实施，被认为对于满足中国深水海洋油气资源勘探开发的重大需求、使中国深海油气勘探开发技术实现跨越式发展，意义重大。
院士们的意见是“尽快启动”。这个重大项目的2.43亿元投入中，一部分就流向了“海洋石油981”的关键设备和技术。
而此前，原国防科工委、发改委、科技部等已有若干投入。
“我们60%多的油气依靠进口，如果再不重视海洋，一旦有突发情况，路上的汽车都得停。”刘光鼎院士对《瞭望东方周刊》说。
一直参与“中国第一船厂”竞争的外高桥造船有限公司，自上世纪90年代末建立伊始，就确定了船舶与海洋工程并举的发展之路。2003年外高桥造船有限公司交付的成立以来的第一个项目，就是海洋工程项目——海上浮式生产储油船，即通常所说的fpso。
2002年至2004年，在陈刚于外高桥造船厂工作的前3年间，外高桥造船厂就交付了两个代表性的海洋工程装备：15万吨、16.2万吨的“海洋石油111”和“海洋石油113”两艘fpso。 而在“海洋石油981”之前，陈刚遇到的最大挑战就是2007年交付的30万吨fpso“海洋石油117”。
除了吨位更大，对于陈刚和他的团队来说，最大不同其实是整个设计建造流程中的精细和严谨。
这艘fpso由美国康菲公司订造，用于这家公司和中国海洋石油总公司联合开发的海上油气田项目。
“前两个项目做完，我们团队觉得至少在fpso这方面没什么太大的技术难度了。”陈刚回忆说，但美国石油公司对于海洋工程装备设计建造的严苛要求，对他们来说具有“颠覆性”。
“很多文件从来没见过，规范和标准无比详细，比如美国公司要求对全船每一个设备的维护和维修都需要作吊运分析，对所有的关键系统都在基本设计和详细设计上作风险评估。”陈刚说，另一方面，“咱们的人员大多是设计船舶出身，很多设计逻辑和思维都是从船舶设计移植过来的，不适应国际化海洋工程项目对设计方案的安全性、操作便利性等方面的高要求。”
其实，对于以建造散货船著名的上海外高桥造船有限公司来说，发展海洋工程装备不仅是两条生产线这样简单，而是造船文化和海工文化的冲突与磨合。
前者侧重于结果导向，按规范设计、采购，按图施工，检验出结果；后者则出于对高投入、高风险等因素的考虑，更侧重于过程导向，按程序做事，按程序出结果，所有的过程、环节和结果都必须可追溯。
至于建造过程与工艺，海洋工程带来的是完全不属于同一级别的挑战。
“散货船的结构、钢板占空船总重的60%，设备、管线、电缆等占40%。海洋工程装备相反，也就是说设备、系统更多、更复杂，它的系统集成工作量是散货船的5倍以上，包括设备和系统的安装、机械电气完工、预调试和调试等等。”陈刚举的一个例子是，一般轿车上有二三十个传感器，散货船有五六百个，“海洋石油981”上超过一万个。
在焊接完成后，一艘十几吨的散货船要进行无损探伤——也就是用类似对人体拍ct的方式查看焊接缝表层和内部是否存在缺陷——需要拍三五百张片子，而一般的海洋工程装备是照5000张左右。
“海洋石油981”拍的片子超过一万张。
2006年8月，中国海洋石油总公司就第六代深水半潜式钻井平台发出投标意向征询函，正式确认了这个项目的存在。
2007年6月，外高桥造船厂提交标书。
2007年10月，中国海洋石油总公司正式与外高桥造船厂签约，时任上海市委书记习近平出席签约仪式。
以上，就是“海洋石油981”启动建造之前的故事。 焊接长度240公里
2008年4月28日，位于浦东北端的外高桥造船厂，数控等离子切割机切割了第一片材料，标志着“海洋石油981”正式开工。
建造“海洋石油981”的材料中有大量高强度钢，因为坚固和安全是对这个巨大装置的第一要求。
“海洋石油981”总设计师、中国船舶及海洋工程设计研究院海洋工程部副主任沈志平告诉《瞭望东方周刊》，“海洋石油981”的基本要求，就是适应南海的海况。
比如，以百年一遇的风浪作为设计基础，然后又用200年一遇的风浪进行了模拟检验，这相当于遭遇17级台风。
最终，在上海交大的海洋工程重点实验室对几十种海况进行了模拟实验，此外计算机还对1000多种海况作了模拟运算。
另一个要点是：“海洋石油981”有复杂的锚泊系统，也就是用船锚进行停泊。它有12个15吨重的船锚，每个都可以产生800多吨的抓力。
船锚链每根长1750米、重约280多吨，其中还加入了以高强度尼龙绳为主的合成纤维索，从而吸收平台移动产生的能量。
在需要时候，这个系统可以每分钟156米的速度将船锚快速抛射出去，它自己也带有传感器，随时探知自己承受的压力。
在后来的调试过程中，“海洋石油981”两次遭遇风力超过15级的台风袭击，都没有发生移动。
此外，由于南海海域较大，返回陆地补给困难，“海洋石油981”要求有世界最大的9000吨可变载荷。而这后来又给它的建造带来了极大的难题。
“‘海洋石油981’未来将工作于环境条件恶劣的南海，对建造质量的要求几近苛刻，针对焊接要求高的特点，我们组织了超过2000人的焊工考试。”陈刚说，最好的焊工才被拣选，参与建造“海洋石油981”。
当时负责现场建造的外高桥造船有限公司海洋工程部副部长张伟告诉《瞭望东方周刊》，由于大量使用了高强度钢，给焊接带来了巨大挑战：对除锈、湿度、温度都有很高的要求，“湿了容易产生气孔。因为要比较高的焊前温度，就用电热夹板一样的装置进行预热，焊接完还要作保温处理。”
许多零部件的高强度钢都是从国外进口，“一块板子返工两次，就废掉了。”他说，所有位置的焊接都采用可以追溯的实名制，在探伤检查时如果发现问题，“直接淘汰责任人。”
整个“海洋石油981”的焊接长度是240公里，其中包括30公里平面焊接、210公里直角焊接。
这个距离，大约是从北京到天津再返回。“由于焊接时要往复焊，焊枪走过的实际距离要远远超过这个长度。”外高桥造船有限公司海洋工程部副部长曹志兵说。
对坚固度的苛刻要求，使建造面临的挑战几乎无处不在。比如，通常安装室内防火门要在钢板上开方形孔，然而，由于大量采用强度超高、柔性不足的20毫米以上高强度钢，如果打方孔，四个角会因受力过大而开裂。
经过计算，只有在四个角上开一定弧度的圆角，才能够保证钢板的坚固，但这样又和防火门形状冲突。
最终，“海洋石油981”上的防火门都是在圆角的门框上又上下左右各补了钢板，从而达到安装要求。
由于需要其他船只靠近补给等原因，“海洋石油981”也对可能发生的碰撞和摩擦有所考虑。 沈志平和陈刚都告诉本刊记者，通过设计和建造上的严格要求，即便是三五千吨的船只正面撞击“海洋石油981”，也很难使其发生倾覆等状况。 最精确的“拼积木”
2009年4月20日，第358天，在外高桥造船厂一号船坞举行铺底仪式，“海洋石油981”开始吊装。
对于“海洋石油981”来说，总体建造过程就像拼积木：首先将其分解成为200多个100多吨的分段进行建造；完成后运输至外高桥一号船坞的组装平台，再组合成为几百吨重的总段；最后通过1000吨级的龙门起重机吊装在一起。
这个过程的名称像个音乐术语——“节拍式总段连续搭载法”，也就是不同部分按照不同的规律进行拼装。
比如浮箱一共吊装了20次，间隔大约10天；浮箱上的立柱吊装12次，间隔20天；到最后甲板作业平台，则是每3天左右吊装一个部件。
“吊装完成一部分后，立刻把大型设备也吊进去安装，然后再吊装上边的总段。比如四个立柱里都分为几层，装有不同的设备。”张伟说，所以“节拍”要拿捏精准。
吊装84米高、1000吨重的井架，是整个过程中最具挑战性的环节之一：浮吊装船要把分成几节的井架一段一段对应吊装好，“上下两个部分就有六个安装点，要分毫不差地吊在一起。两个部分都是在海上浮动的，处于动态之中。”陈刚回忆说。
最终这个环节用时500分钟，效率每小时96吨；吊装效率最高的是浮箱，每小时138吨。 如果从建造工艺上说，最大的挑战也许是主甲板。
这是一个比标准足球场还大的平台，它面临的问题是：如果在制造时处于完全水平状态，一旦安装到立柱上，中间部分受重力等原因就会下坠，成为一个中间下凹的弧面。
研究了两个月，最终的解决办法是：先用计算机精确模拟吊装到立柱上后、每增加一个建筑所受的力。
根据这些数据，在建造时使甲板有一个上凸的弧面。等吊装完毕，叠加上井架、生活楼等大约2000吨的建筑、装备，乃至以后搭载的装备，凸起正好受力压平。
如此巨大的甲板，是为了满足创纪录的可变载荷：9000吨。
陈刚说，可变载荷大，不仅可以使 “海洋石油981”携带更多的柴油和生活补给,增加平台的自持能力，而且可以在主甲板面堆放更多的钻井工具和设备，更高效地完成勘探任务。
“海洋石油981”可以在水深3000米的地方作业，最深可达一万米。
与复杂的工艺相比，陈刚觉得，在“海洋石油981”的建造过程中，更多遭遇人的挑战。 整个建造过程，使用了600万个工时，也就是600万人同时工作一小时的工作量。在2009年建造高峰期，平均每天有1200人在现场施工，最高时达到1500人。
“说实话，应该是与近20年的教育有关，培养技能工人的体系基本没有了。现在找到熟练的机电技能工人很难，这在很大程度上制约了我们的发展。”陈刚说。
外高桥造船厂在2005年就达到了年产800万吨的数量级，负责这些船舶调试的是一个140多人的团队。
而在“海洋石油981”最后的调试过程中，这一个项目就要上100人。
张伟说，在“海洋石油981”项目中进行高强度钢焊接的工人，月收入略超1万元，“成熟的技术工人，过去几年国内还是很缺乏的。这些年随着海工装备的发展，我们自己培养，由老师傅带着，给他们烧焊，让他们学习。”
他说，从技校毕业的新手到可以上台面对高强度钢，需要练习过成百上千块钢板。
“海洋装备的影响太大了。”曾在1958年组建中国第一个海洋物探队的刘光鼎说，在向西方学习先进技术的同时，重视本国基础工业的发展，更要注重培养基础工业人才，“很多高端设备都是手工制造的，我们需要有高端的技术工人。” 17级台风中稳定如一
2010年2月26日，第670天，“海洋石油981”出坞。
离开船坞是一个极其精细的作业过程：由于体形过于庞大，它与船坞的距离，几乎是外高桥一号船坞生产过的产品中最小的。
在垂直方向上，由于重量过大，它在最高潮位时距船坞底,只有0.7米。
除了以每分钟10米以下的速度小心翼翼地移动，在“海洋石油981”出坞时，还要在船坞两岸派专人观察它与船坞壁之间的距离，一旦出现问题就立刻把隔断物塞进去，防止直接摩擦。
为这次出坞，上海外高桥造船有限公司先后专门召开了多次内部论证会，中国海洋石油总公司也召集了国内专家对出坞作业进行了专题审查，包括保险公司、海上拖航、海上安装等多领域的专家，对出坞作业提出了多项风险防控措施。
2011年夏天，已经离开船坞一年多的“海洋石油981”，进入最后一个关键建造环节：在海面安装8个大马力推进器。这也是它在南海风浪中保持稳定的最主要依靠。
除了锚泊，“海洋石油981”拥有被称为“dp3”的动力定位系统——由gps卫星定位、调整系统和可以360度旋转的推进器组成。
即使遭遇17级台风，计算机随时根据定位，调整推进器的方向和马力，最终使“海洋石油981”稳定于海面一个点。
推进器高3米多，无法在外高桥造船有限公司的码头安装，必须拖航到舟山附近30米深的海域才能完成安装作业。
这也是中国第一次在海上进行深水半潜式钻井平台的推进器水下安装作业。
先由浮吊船将推进器吊入水下21.5米处，然后潜水员将推进器上的牵引钢丝绳拉到浮箱下的提升缆绳上。这样再用浮箱上的机器通过提升缆绳将推进器拉近，最终对位进去浮箱下的开口。
陈刚说，在东海的风浪中，这项工作一度因为推进器和开口尺寸问题停滞了两天。
他承认，在历时3年多的建造过程中，“海洋石油981”遭遇了诸多意料之外的挑战和困难，“但是我们年轻的海工团队成功借鉴了从‘海洋石油117’中学习来的先进国际海洋工程项目的管理经验和设计经验，平稳有序地推进了‘海洋石油981’平台的设计、建造、调试和海上安装、联合调试。”
尽管这一团队有60%的人员是2006年至2009年才离开学校的新人，每个岗位的平均年龄较世界领先的韩国现代、三星船厂都有10岁左右的差距，但他们是真正和“海洋石油981”一起成长的人。
2012年9月，“南海深水油气勘探开发关键技术及装备”验收，它的成果集中在深水油气资源勘探、钻完井、海洋工程和安全保障三个方面，“海洋石油981”名列首位。
至此，中国人获得了在3000米深水进行油气勘探开发的技术能力，以及4000米深水海洋工程试验的能力。
在此基础上，“十二五”期间“863计划”在海洋技术领域已启动“深水油气勘探开发关键技术及装备”重大项目。
“以期为维护我国海洋权益，推动我国油气工业走向深水和海外提供强有力的技术和装备支撑。”刘光鼎院士在这次验收会上提出。
“深水油气勘探开发与航空航天工业，并称为21世纪两大尖端高科技行业。深水钻井平台和装备是流动的国土，是国家综合实力的象征，可以以开发行为介入资源保护,作为中国造船的主力军,我们责无旁贷,时刻准备迎接新的挑战。”陈刚说，所有的努力就是为了一个结果：提升中国在海洋开发中的话语权。
“海洋石油981”技术帖
空调通风
为满足卫生要求，“海洋石油981”内每人每小时的新鲜空气量不小于30立方米。送风换气次数最多的是洗衣间、烘干间，每小时33次；最少的是配电板间，只有1次。
牺牲阳极防腐 ??
为了防止风浪以及海洋生物、细菌对钻井平台的腐蚀，使用牺牲阳极的阴极保护办法——以船体作为阴极，表面附加其他金属作为阳极，通电后使阳极吸收导致腐蚀的电子等快速氧化。
防火区域 ??
国际海事组织等对钻井平台的不同区域划定了不同级别的防火要求。整个平台有超过800个火灾探头以及200多个气体探头。火灾探测系统使用了“表决逻辑”系统，在一块安装有两个或两个以上探头的区域内，当两个或两个以上探头报警时，系统才确认并激活消防动作。
集装箱加热
“海洋石油981”的很多部分使用了特殊的玻璃鳞片涂装。这种涂料物质要求环境温度必须高于10摄氏度。“海洋石油981”离开船坞准备进行这一环节工作时，正是2011年2月，温度无法保证。于是在现场放置集装箱并加热，使涂料物质在其中保持足够温度，即刻涂装。
铺设管缆
“海洋石油981”中安装了7万米多芯管，为了防止受到焊接损坏，安放多芯管是在焊接基本技术之后。最关键的是，整个过程都由人力完成，这使得它必须成为一项极其有序的工作：每天拉放多少、位置、顺序以及安排的人员，都需要详细计划，否则就会出现交叉和冲突。
每根管子两端都要标识好接驳的阀门号，并用塑料胶带包好；安放过程中严格禁止转弯和碰撞硬物，防止多芯管破裂变形。
安装结束后，要用氮气自一端吹入，达到清洁多芯管内部的作用。这个过程要连续而有技巧，使杂物能够一步步被吹送至另一端口，然后立刻封死。
包括多芯管、电缆等在内，整个“海洋石油981”上有3.5万根各式管线，甚至要160人同时安放一根电缆。
天车补偿
“海洋石油981”在海上工作时，由于海浪等因素影响而上下运动，从而使钻井杆也随之升降，影响钻进。严重时，钻头可能脱离井底，无法工作。“海洋石油981”采用了天车补偿装置，当船体随海浪下沉时，计算机操纵气缸膨胀推动天车向上运动，从而保持钻杆在垂直方向处于稳定状态。当船体随海浪上升时，同样通过计算机操纵天车向下运动。
本文转载自《瞭望东方周刊》
