中海油研究總院多項技術創新破解“深水”開發難題

5月11日，我國首套國產化深水水下采油樹在海南鶯歌海海域完成海底安裝，該裝置是中國海油牽頭實施的水下油氣生產系統工程化示範專案的重要部分，標誌著我國深水油氣開發關鍵技術裝備研製邁出關鍵一步。

此次中國海油實施的500米級水下油氣生產系統工程化示範應用專案，專案開發設計方案由中海油研究總院自主研究完成，標誌著我國具備了成套裝備的設計建造和應用能力。

要想南海開發深水油氣，水下生產系統是深水油氣開發的首要模式。

時間倒退回2018年，中國海油主動作為，大膽提出需要採用自主研發500米級水下裝備開發深水油氣，加快推動深水關鍵核心技術突破。

在同一個專案中集中實現水下采油樹、水下控制系統、水下井口、水下管匯等自主研製的深水高階裝備示範應用，是我國從未挑戰過難度。

500米水深的水壓相當於約50倍的大氣壓力，面對海底低溫和複雜地貌等錯綜複雜的環境、20年免維護的苛刻條件，水下裝置的密封強度、材料的承壓能力、工藝質量等面臨嚴峻的技術挑戰，沒有試錯的機會，任何紕漏都可能造成無法挽回的巨大損失。

放眼國際，掌握水下裝置整合製造技術的廠家也僅有5家，水下生產系統的自主研發攻關道路充滿了風險與挑戰。

即便如此，研究總院院長米立軍認為，水下生產系統是中國走向深海程序中的重要一環，我們已經積累了十餘年的水下設計經驗，用自主技術開發南海深水油氣，是我們海油人義不容辭的責任!

堅持源頭把控 做自主可靠的設計

要實現水下裝備自主化，就必須先實現水下設計技術的自主能力。然而，自主開展水下生產系統設計何談容易，

一是國內水下技術團隊處於剛剛起步的階段

，具有深水工程經驗的人才屈指可數；

二是國內水下裝備技術成熟度普遍較低

，尚未形成完整的水下生產系統裝備產業鏈；

三是缺少系統性的技術體系

。

在大多數人還在望洋興嘆的時候，研究總院的科研人員不怕艱辛，鼓足幹勁，堅定地走上了一條基於自主設計水下生產系統的道路。

為了從源頭把控自主設計水下生產系統的可靠性，研究總院在設計階段開展了Hazop（危險與可操作性）分析和SIL（安全完整性等級）分析，在設計源頭全面摸排、充分識別了水下生產系統方案風險。

但是，國際上通用的分析方案是基於成熟零部件的水下生產系統，而本專案普遍採用自主研製的零部件——

如何把控首臺套產品應用風險，依靠原有常規技術手段非常有限。

為保障自主研發示範工程順利實施和執行，研究總院在充分消化吸收國際上水下產品標準和技術管理的基礎上，因地制宜，

開發了一套基於自主研發水下生產系統的技術成熟度評價體系

，從技術成熟度TRL和技術風險度TRC兩個維度，基於系統-裝置-關鍵零部件的三個層級，

對每個裝置的幾百件關鍵零部件進行“庖丁解牛”般的逐項分析，最終評估合格後才能進行應用，以確保產品的高可靠性，從源頭上把控首臺套產品的實施風險。

透過技術成熟度評價，研究總院團隊又發現水下控制及通訊系統的可靠性至關重要。國際上，水下電力載波通訊經常發生不可預見性的訊號干擾，成為長期困擾水下通訊質量的難題。為此，團隊升級設計，

首次在國際上採用“電力載波+光纖”雙冗餘的水下通訊技術。

原本光纖是作為水下環境監測產生大資料的通訊鏈路，科研人員們充分利用了光纖通訊技術作為電力載波通訊的備用鏈路通道。

透過最佳化設計，在不增加投資的前提下，可以實現水下通訊系統雙網雙待，可謂“一箭雙鵰”。

經過團隊工程師們的反覆設計和計算驗證，雙網通訊結構最終順利地通過了陸地測試，強化了原本脆弱的水下通訊鏈路，為水下生產系統全生命週期運維提供了充足保障。研究總院水下控制系統技術負責人孫欽說到，“訊號干擾的不可預測性帶來通訊鏈路的脆弱，我們做到了主動作為，變弱為強，挫折打不敗我們，困難將使我們更強大。”

深耕核心技術 攻克水下“四大金剛”

本次攻克的水下采油樹、水下控制系統、水下管匯、水下井口，被譽為水下

“四大金剛”

。水下采油樹是水下生產系統的

“心臟”

，水下控制系統是水下生產系統的

“大腦”

，水下井口是水下生產系統的

“咽喉”

，而水下管匯是水下生產系統的

“軀體”

。

要實現自主研發水下裝備的應用，除了按照國際上最嚴苛的產品標準進行研製和測試外，必須得到國際權威第三方機構的全程見證和准入認可。

因此，照搬國外水下裝備技術肯定是行不通的，

必須採用自主攻關來獲得國際准入認可。

在水下控制系統的研發過程中，研究總院完成了總體方案設計，實現了六大核心關鍵技術的突破，為產品研製奠定了基礎。

為了保障產品研製和測試順利進行，團隊多次派遣科研人員輪流進駐裝備製造企業進行現場技術指導。僅水下控制模組SCM出廠測試環節，權威第三方機構全程見證了衝擊試驗、振動試驗、溫度試驗、電磁相容性試驗、環境應力篩選試驗、內部靜水壓測試、液壓功能測試、通訊功能測試、500m水深級高壓艙測試、可安裝與可回收介面測試等大大小小各類測試200餘項，

研製的成功標誌著水下控制系統徹底打破技術壟斷，實現與國際產品同等適用的准入條件。

在水下井口歷時18個月的研發過程中，實現了三大高效能技術革新，開展81項工廠測試和28項陸地水環境擴充套件測試，充分驗證了可靠性和功能性，並也

順利取得了國內和國外船級社的雙證認可。

通過歷時三年多的技術攻關，中國海油已攻克實現了水下“四大金剛”的自主研發。以本專案研製的水下采油樹為例，包括各類閥組、控制模組等零部件數量多達2591件，自主研發率高達90%以上。

守衛水下系統的“生命線”

要實現水下生產系統裝備自主研發的應用落地，還需要解決水下控制技術難題，才能真正把裝置串接起來。

水下控制系統是水下設施的“生命線”，水上與水下之間傳遞的指令不容有一絲錯誤，否則會產生誤關斷或該關斷時不動作的嚴重後果。

本專案水下控制最大的挑戰是相容性問題，即國內首次採用兩套不同協議的自主研發水下控制模組SCM，分別負責控制和傳輸水下采油樹和水下管匯上的閥門控制、溫壓等資料，然後共用一根9公里的水下臍帶纜回接到依託平臺的主控站MCS——

不同廠家的系統就像是不同語言的兩對人在同時說話，說話的“噪音”相互影響。

為了解決兩套裝置的適應性，打通自主製造的最後一公里，研究總院設計團隊與廠家一起展開多次交流、研究，提出了一種考慮絞合結構臍帶纜的串擾計算方法，

並定量分析排列組合出各種可能出現的問題，最終得出結論將四線星絞結構等效為每1/4個絞距處的線芯突然換位結構，可將串擾影響降到最低。

然而，在實纜測試過程中卻發生了一個小插曲，臍帶纜廠家測試結論是訊號串擾大，無法正常通訊！

當時所有人的心都提到了嗓子眼，總院技術人員第一時間奔赴現場查詢原因，經過多輪測算，終於發現了測試時連線的4芯量的相位差異。

在一次次的設計、測試、最佳化後，專案組成功實現了兩套自主研發水下控制模組的協同作用，解決了深水通訊串擾的大難題。

科研道路沒有一帆風順，這只是研發過程對每個技術細節孜孜不倦地潛心攻關、對每個試驗的不懈驗證的一個縮影，唯有腳踏實地、攻堅克難，才能真正守衛首臺套水下裝備的成功自主研發。

目前，我國首個500米級全水下生產系統已經順利完成海試和整合測試，即將進入到海上安裝階段，預計2022年底前實現示範執行。

研究總院的每一個科研人員將紮實推進水下關鍵核心技術攻關，持續提升深海油氣資源開發技術能力，努力用我們自己的裝備開發油氣資源，堅決打好深水油氣攻堅戰，為保障國家能源安全、建設海洋強國，貢獻海油力量！

本文來源 | 中海油研究總院

【來源：陸家嘴金融網】

宣告：轉載此文是出於傳遞更多資訊之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯絡，我們將及時更正、刪除，謝謝。 郵箱地址：newmedia@xxcb。cn