外高桥造船：浩瀚南海铸丰碑
——“海洋石油981”号获奖背后的艰辛历程
记者 张弘弢 王孙 北京 上海报道
2007年10月18日，上海外高桥造船有限公司正式与中国海洋石油总公司签订3000米超深水半潜式钻井平台建造合同。在参加签约仪式的众多见证者中，时任上海市委书记习近平的出现，颇为引人关注。
不过，人们并不知道这一时刻会引起多少有关历史的叙述。因为，当时没人知道这座平台究竟会带来什么、改变什么，更没人知道，它会成为中国南海的“政治明星”，甚至在当时，“海洋石油981”这个名字也才刚刚起好。
7年之后，2015年1月9日，还是在国家主席习近平的见证下，“海洋石油981”号研发与应用项目获得国家科技进步奖特等奖，一举成为我国科技界“最闪耀的明星”。
从决定建造，到最终获奖，都在习近平同志的眼前，不管是不是巧合，至少说明，“海洋石油981”已经深深烙上了“高端”的属性。
高端研发 数载光阴心向南海
“2002年，我们和中国船舶工业集团公司第七〇八研究所、上海交通大学等单位启动国家发改委支持的‘新型多功能半潜式钻井平台研制’科研课题时，能用到的经验并不多。”外高桥造船公司副总经理陈刚向记者介绍说，深水半潜式钻井平台在上世纪60年代已经出现，此后经历了几代产品的发展，各代之间主要以平台的工作水深、可变载荷、钻井能力等作为划分原则。在2002年中国准备研发自己的半潜式钻井平台之时，国际上主要是以第五代产品为主。
据了解，2000～2005年，以Ocean Rover、Sedco Energy、Sedco Express为代表的第五代钻井平台作业水深一般在1800～3600米，钻井能力在7600～10000米，采用动力定位为主、锚泊定位为辅的方式。在这一领域拥有全球领先设计水平的主要是欧美企业，比如F&G公司、Sedco Forex公司等。
“我们在启动这个项目的时候，首先考虑的不仅是要自己建造，而且要自己使用，为国家利益服务。”中国海洋石油总公司规划发展部总经理金晓剑表示，当时，虽然国外对半潜式钻井装备的研究已比较成熟，但是我国的海工装备制造业才刚刚起步，既没有相关深水装备研发经验，也没有建造实绩。
“课题开始的时候，我们的主要任务就是跟踪，要尽快了解当时国际上最先进的设计水准是什么样，弄清楚研制深水半潜式平台需要攻克哪些关键技术。”陈刚说。对此，来自七〇八所的有关人员也道出了研发工作之初遭遇的困扰：“该项目的概念设计来自美国F&G公司，其详细设计难度一点都不亚于概念设计。”
金晓剑介绍，在项目研发工作启动之初，全球的半潜式钻井平台主要存在普通级和北海级两大类，不过这两类产品能否适应中国南海的自然条件，一直困扰着研发人员。“与北海、极地等区域相比，虽然南海并非常年处于恶劣海况之下，但是这一区域的海况更为复杂，气候变化更为频繁，极端气候条件更为严酷，这使得其最大的挑战在于环境的不确定性。”金晓剑认为。
“海洋石油981”号的设计使用寿命为30年，在如此长的时间里，要保证该平台能够经受南海的台风、潮汐、内波等气候、水文环境的考验，必须在研发设计阶段通盘考量其安全性和可靠性。“当时，墨西哥湾漏油事件对海工装备制造业带来了不小的影响，全世界都在思考如何保证海洋平台的安全性。对于我们来说，这更是头等重要的事情。”金晓剑表示。
即使在概念研究和适应性研究阶段，项目就遭遇了不小的挑战，但这并不妨碍该项目“声名鹊起”。据记者了解，其实早在“十五”末期，国家对海洋能源开发的投入力度就在不断加大，决策层已经坚定了发展海工装备制造业的决心。“十一五”期间，国防科工委、国家科技部组织实施的“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工程依托，对深水油气资源开发装备的关键技术进行更深入的研究，并就相关问题先后组织召开了
各类研讨会，论证“南海深水油气勘探开发关键技术及装备”重大项目的可行性。
也正是有了研发阶段的高度重视，才造就了“海洋石油981”号最终问鼎国家科技最高荣誉。正如业界专家所说，半潜式钻井平台系统庞大，设计、建造、营运的难度都非常高，“海洋石油981”号在一开始就被定位为全球最先进的平台。该平台目前已成为全球浮式钻井平台中最复杂的一种。
而承担了该平台设计验证、建造入级检验工作的中国船级社（CCS），还根据该平台建立起完整的平台设计与建造规范体系。CCS副总裁莫鉴辉表示，“海洋石油981”号有多项技术为国际首创，实践证明我国海工装备制造的设计、制造能力达到了国际先进水平。
高端建造 挑战无数四年功成
“那是2006年夏天，我还在30万吨级浮式生产储油船（FPSO）建造现场，突然来了一位中海油工程建设部的项目负责人。”回忆起为了建造“海洋石油981”号，中海油对外高桥造船进行考察时的情景，陈刚依然记忆犹新。虽然对半潜式平台已做过前期研究，但外高桥造船公司这样一家年轻的新厂能有机会竞争该项目建造，可以说既高兴，也意外。
“不是我们选择了外高桥造船公司，是竞争选择了外高桥造船公司。”金晓剑表示。在这个项目招标之初，有意参与的企业有好几家，相比之下，外高桥造船公司的优势并不明显。不过，在之前建造“海洋石油111”号、“海洋石油113”号以及“海洋石油117”号3艘FPSO的过程中，该公司与中海油建立了良好的互信关系，这也成为其最终中标的关键。
“这家企业给我们留下的最深印象是，机制灵活，管理具有柔韧度。从事海工装备建造，最重要的一点在于既要满足客户需求，又不能一味迎合，管理水平要高，但是管理方式又不能过于僵硬，必须根据客户需求调整自己的管理。”金晓剑道出了外高桥造船公司胜出的“秘诀”。
为确保该项目建造成功，外高桥造船公司确实展现了极尽所能的“柔韧性”。因为，对于当时还是以建造散货船为主的外高桥造船公司来说，虽然已经
具有了FPSO的建造经验，但是真正发展大型海工装备，还面临诸多挑战。
“散货船的结构、钢板占空船总重的80%，设备、管线、电缆等舾装重量占20%。而类似半潜式钻井平台的舾装重量占比为40%，设备数量超过1000台套，系统更多、更复杂，系统集成工作量是散货船的5倍以上。”陈刚举了一个简单的例子，一般散货船有五六百个传感器，而“海洋石油981”号上超过了一万个，这样的挑战是不言而喻的。
为了保证平台坚固安全，建造“海洋石油981”号需要大量的高强度钢，这给焊接工作带来了巨大挑战。由于上海冬天湿度较大，如果防范措施不到位，容易使已焊接的钢板产生气孔，并影响后续工程的正常进度。因此，在焊接工作中，先要用电热夹板一样的装置对材料进行预热，焊接完成后还要作保温处理。“许多零部件的超高强度钢都是从国外进口，一道焊缝返工两次，就意味着钢板报废。”陈刚说，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，“就会直接淘汰责任人”。
“在这个项目的建造过程中，我们研究出了海工装备高强度厚板焊接技术工艺，其中裂纹指端扩展位移试验（CTOD）后来还被引为海工平台建造技术标准。” 外高桥造船公司设计二所海工研发室副主任袁洪涛介绍。据了解，整个“海洋石油981”号需要焊接的长度达到240千米，其中包括30千米的平面焊接和210千米的直角焊接。而从最后的报验结果看，焊接质量检测合格率达到了100%。
对外高桥造船公司来说，建造“海洋石油981”号更大的挑战来自总装建造。由于海工装备一般采用模块化建造的方式，先分段建造，再进坞搭载，对分段建造的精度、吊装搭载的效率都提出了极高的要求。施工队伍首先要建造200多个100多吨的分段；完成后运输至外高桥造船公司一号船坞的组装平台，组合成几百吨重的总段；最后通过1000吨级的龙门起重机吊装搭载。“‘海洋石油981’号是国内首次采用船坞内总装建造方式建造的钻井平台，我们克服了船坞尺度不够、起吊能力有限等诸多困难。”袁洪涛表示。
除此之外，“海洋石油981”号主甲板建造的挑战也堪称世界级。为了适应南海的海况以及作业的需求，使其主甲板能够放置更多的钻井设备和工具，以利于开采任务的顺利进行以及保证平台自持能力的最大化，该平台的可变载荷达到了9000吨。而这就意味着，主甲板的建造难度大大提升。
陈刚介绍，“海洋石油981”号的主甲板长度和宽度都接近80米。如果在建造时处于完全水平状态，一旦安装到立柱上，月池区域受重力作用就会发生变形，成为一个中间下凹的弧面。为了解决这一问题，外高桥造船公司团队研究了两个月时间，通过有限元分析和现场精度控制相结合的方法，采取了适当的反变形措施，最终待吊装上井架、建设生活楼、搭载其他装备等工程完毕后，垂向精度控制在15毫米以内。而根据收集的资料，同期交付的韩国某船厂半潜平台月池区域垂向变形量为50毫米。
最终，外高桥造船公司通过以安全和质量为抓手，以总装建造技术、特殊结构的焊接技术、钻井系统、动力定位系统等关键系统的安装和调试技术为关键路线，严格界面协调的过程控制，圆满完成“海洋石油981”号的全部建造任务。
“在‘海洋石油981’号成功建造之前，中国人仅建造过120米工作水深的自升式海工平台，半潜式钻井平台看都没看到过。这一项目的成功完成，打破了国外对深水半潜式钻井平台的技术垄断和市场垄断，增强了外高桥造船公司进军高端海工装备市场的信心，也吹响了外高桥造船公司打造国际海工品牌的号角。”外高桥造船公司总经理王琦表示。
高端保障 三年运营完美检验
在过去3年里，“海洋石油981”号不仅经受住了南海自然环境带来的各种考验，而且成为我国维护海洋权益和南海主权的一把“利器”。
2014年5月，有国家干扰“海洋石油981”号在我国南海的正常作业，一度也引起人们对该平台安全性的担忧。不过在项目参与者看来，这些国家的小动作，影响不了平台的安全，因为早在设计、建造之时，他们就考虑了“海洋石油981”号可能与补给船发生摩擦和碰撞的可能性。他们认为，即便是三五千吨的船舶正面撞击“海洋石油981”号，也很难使后者发生倾覆等状况。
“‘海洋石油981’号采用的是锚泊定位和DP3动力定位的双定位系统设计，可根据海况条件自由调节和组合。”金晓剑介绍，该平台拥有12个15吨重的船锚，每个都可以产生800多吨的抓力，每根船锚链长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。在调试和使用过程中，即使多次遭遇风力超过15级及以上的台风袭击，“海洋石油981”号也能“岿然不动”。
而“海洋石油981”号的DP3动力定位系统由GPS卫星定位、调整系统和可360度旋转的推进器组成。即便遭遇17级台风，计算机可随时根据定位，调整推进器的方向和马力，使“海洋石油981”号稳定于海面的一个点。不过，当初在安装时，由于推进器高3米多，无法在外高桥造船公司的码头进行安装，必须拖航到舟山附近30米深的海域才能完成安装作业。“为此，我们研究出了平台推进器海上安装调试技术，这也为国内同行提供了可靠范例。”袁洪涛介绍，通过团队工作人员的努力，外高桥造船公司顺利完成了在海上安装8个大马力推进器的工作，为“海洋石油981”号在南海“扎根”奠定了基础。
与稳固的定位一样，隔水管等设备的选用也是为了保障平台作业的顺利与安全。对于“海洋石油981”号来说，钻具要通过海面达到海底数千米的位置，必须通过隔水管，它是连接平台与海底防喷器的关键设备。但是受海洋环境与钻井工况的耦合作用，隔水管容易发生磨损、断裂等事故。
“目前，国际上对此研究仅限于海洋环境载荷对生产立管的涡激振动及其疲劳损坏，隔水管的安全控制缺乏理论指导，现场仅凭经验进行操作。”金晓剑分析说，为了解决这一问题，相关单位在产品研发设计之初就根据隔水管的运动和受力规律在上海交通大学深水实验室进行了4个多月的试验，将模拟海况与钻井过程相结合，根据试验参数，对照相应的规则，通过技术比较，发现差距，提升了隔水管的安全控制能力。
此外，项目团队还汲取墨西哥湾漏油事件的深刻教训，首次设计并成功应用了本质安全型深水钻井防喷器控制系统。“也就是说，当平台发生火灾和爆炸等恶性事故而失去所有控制信号时，海底防喷器会自动关闭。”金晓剑介绍，其控制理念与传统控制理念完全相反，“没有信号即是最大信号”，这不仅增强了在紧急情况下防喷器剪断钻杆和套管的剪切能力，而且从本质上可完全避免类似墨西哥湾漏油事故的发生，能确保“海洋石油981”号的作业安全。“这一技术，堪称全球深水钻井安全控制技术的新突破。”莫鉴辉表示。
正是得益于在设计、建造过程中的各方努力，从2012年正式开钻至今，“海洋石油981”号没有出现任何安全问题。负责对该平台进行检验的有关人士表示，总的来看，目前该平台的主要运行指标都达到了国际先进水平。“对于这样一个从零做起的项目来说，我认为其目前的表现很好。”2014年8月，该平台在我国南海北部深水区陵水17-2气田测试获得高产油气流，测试日产天然气56.5百万立方英尺，相当于9400桶油当量，使得17-2气田成为我国海域自营深水勘探的第一个重大油气发现。
王琦认为，“海洋石油981”号投入运营以来取得的各项成果，充分证明外高桥造船公司的海工建造水平和能力得到了检验和认可，而此次项目获得国家科技进步最高奖，彰显了中船海工品牌的价值。“通过该项目的建造实践，不仅为外高桥造船公司培养了一大批中青年人才，更为进一步提升外高桥造船公司的项目管理水平，为海工产品实现批量化、系列化、品牌化建造打下了基础。”王琦介绍，这支海工业务团队已先后获得上海市“新长征突击队”、“五一劳动奖章”、“工人先锋号”、“巾帼奖”等荣誉称号，有8人获得过上海市企业管理创新奖、上海市经信委优秀党员、中船集团劳动模范等荣誉，其中一批佼佼者已经走上公司各级领导岗位，为企业发展注入了新活力。
经略海洋，拥抱深蓝；科技引领，再迈高端。未来，外高桥造船公司扬帆远航的信念将更加坚定，铿锵前行的脚步将无比坚实。在中船集团的领导下，外高桥造船公司将以“大力弘扬中船精神，做强中国第一船厂”的历史使命和责任，续写高端海工装备制造的新传奇，为中船集团全面深化改革和全面转型发展，为维护国家海洋权益、发展海洋经济、建设海洋强国作出更大的贡献。
