海洋鉆井隔水管是深海油氣勘探開發(fā)的重要裝備，也是決定深水鉆井成敗的關(guān)鍵因素之一。作為連接海底井口和海面鉆井平臺(tái)之間的“紐帶”和“咽喉”，隔水管對(duì)整個(gè)海洋鉆井裝備起著承上啟下的重要作用。

6月26日，由寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司牽頭承擔(dān)的“十二五”863計(jì)劃課題“海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)工程化研制”，在北京順利通過(guò)國(guó)家科技部組織的專家驗(yàn)收。這標(biāo)志著該公司已成功突破并掌握了這種高端裝備的關(guān)鍵核心技術(shù)，成為全球少數(shù)具備設(shè)計(jì)制造海洋深水鉆井隔水管能力的企業(yè)。

從“無(wú)”到“有” 挑戰(zhàn)極限

深水油氣資源的勘探開發(fā)難度不亞于載人航天，因此，必須要有航天工程那樣的高精尖技術(shù)。

“隔水管結(jié)構(gòu)貌似簡(jiǎn)單，卻被國(guó)際公認(rèn)為是海洋鉆井裝備研發(fā)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。”寶石機(jī)械公司研究院院長(zhǎng)王定亞介紹說(shuō)，海洋鉆井隔水管其實(shí)是由伸縮節(jié)、隔水管主管、撓性接頭和底部隔水管總成等一系列具有不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用功能的設(shè)備組成的復(fù)雜系統(tǒng)，除了用于隔離外界海水、提供鉆井液循環(huán)往返通道、支撐輔助控制管線、引導(dǎo)鉆桿鉆具外，還是下放與回收防噴器組等水下設(shè)備的載體。近年來(lái)，隨著海洋勘探技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)際上這種產(chǎn)品適應(yīng)海水深度的能力已超過(guò)3600米。

海上無(wú)風(fēng)三尺浪，深海區(qū)更是臺(tái)風(fēng)頻繁，海底坡度大、地形崎嶇。由多根組件安裝連接而成的鉆井隔水管，工作時(shí)就像一根插入深海水域的“銀針”，既要受海流、海浪、浮力、海水外壓、平臺(tái)移動(dòng)、自身重量等載荷的作用，又要受內(nèi)部鉆井液壓力、鉆桿摩擦、張緊拉力等多種因素的影響，受力之復(fù)雜，是任何陸上鉆井裝備望塵莫及的。

由于深海地質(zhì)條件復(fù)雜，油氣勘探開發(fā)技術(shù)難度和投入呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。因此，盡管對(duì)海洋鉆井隔水管的研究早在20世紀(jì)60年代中期就已開始，但核心技術(shù)一直被歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷。

為改變我國(guó)海洋石油勘探裝備和技術(shù)相對(duì)落后的局面，2008年以來(lái)，具有引領(lǐng)我國(guó)油氣鉆井裝備行業(yè)研發(fā)制造方向?qū)嵙Φ膶毷瘷C(jī)械公司，先后兩次牽頭承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃“深水鉆井隔水管系統(tǒng)技術(shù)研究”和“海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)工程化研制”課題，并在工信部相關(guān)項(xiàng)目和中國(guó)石油集團(tuán)的支持下，攻堅(jiān)克難，從無(wú)到有，逐步將國(guó)產(chǎn)隔水管適應(yīng)海水深度的能力推進(jìn)至3000米。

由“淺”入“深” 突破瓶頸

2007年之前，我國(guó)深海鉆井隔水管系統(tǒng)的研發(fā)基本處于空白，產(chǎn)品全部依賴進(jìn)口。在此情況下，國(guó)產(chǎn)隔水管要實(shí)現(xiàn)由淺水到深水、超深水的跨越，談何容易？

面對(duì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)幾乎為零的巨大壓力，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)選擇從研究國(guó)外現(xiàn)有的海洋隔水管結(jié)構(gòu)形式及系統(tǒng)配套入手，深入分析使用工況和受力條件，并結(jié)合海洋鉆井平臺(tái)的工作要求、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和定位方式，通過(guò)自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新及產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)路線，由淺入深，由小到大，逐步加快研發(fā)速度，取得了一系列創(chuàng)新性成果。

鉆井隔水管對(duì)原材料性能、焊接質(zhì)量、加工精度、防腐、密封、疲勞強(qiáng)度等要求非常嚴(yán)苛。其中，焊接精度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于西氣東輸管道焊接標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度和韌性指標(biāo)也高于API標(biāo)準(zhǔn)。

“焊縫是隔水管最薄弱的環(huán)節(jié)，焊接技術(shù)是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的瓶頸。”寶石機(jī)械海洋裝備分公司裝配工區(qū)主任張輝說(shuō)，由于使用環(huán)境和工況條件惡劣，焊接工序責(zé)任重大。以適應(yīng)海水深度能力達(dá)1500米的隔水管為例，其承載拉力為千噸級(jí)，哪怕焊接中出現(xiàn)一個(gè)極細(xì)小的裂縫，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)損毀，并危及海洋鉆井平臺(tái)的安全。

另一個(gè)讓攻關(guān)團(tuán)隊(duì)既頭疼又欣慰的難點(diǎn)是產(chǎn)品疲勞試驗(yàn)。頭疼的是，之前國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)設(shè)施，隔水管只能運(yùn)往美國(guó)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，價(jià)格昂貴。欣慰的是，2015年，寶石機(jī)械建成投運(yùn)了我國(guó)最大的海洋立管疲勞試驗(yàn)平臺(tái)，極大地提高了研發(fā)效率和水平。目前，公司自主研發(fā)的海洋隔水管的疲勞壽命是挪威船級(jí)社（DNV）標(biāo)準(zhǔn)的1.34倍。

隔水管單根是隔水管的主體，需具有良好的力學(xué)性能和極高的幾何尺寸精度。對(duì)此，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近4年，成功研制出深水鉆井隔水管用X80鋼級(jí)直縫埋弧焊鋼管。

從“弱”至“強(qiáng)” 任重道遠(yuǎn)

十年磨一劍。2012年，“深水鉆井隔水管系統(tǒng)技術(shù)研究”項(xiàng)目收官時(shí)，寶石機(jī)械研制出了我國(guó)首個(gè)單根隔水管裝置；2018年，“海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)工程化研制”項(xiàng)目收官時(shí)，寶石機(jī)械不僅擁有了安裝試壓裝置、卡盤、萬(wàn)向節(jié)、張緊環(huán)、隔水管灌注閥、下部撓性接頭、終端接頭等7種關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，而且還制定了8項(xiàng)隔水管國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，自主研制的隔水管伸縮裝置單根已實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

海洋石油勘探開發(fā)具有“三高”（高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)、高投入）特點(diǎn)，隔水管系統(tǒng)核心技術(shù)的突破與掌握，打破了國(guó)外的長(zhǎng)期壟斷，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果，對(duì)降低我國(guó)海洋深水鉆井成本、提高石油鉆采裝備整體實(shí)力具有非常重要的意義。

然而，也要看到，國(guó)外深水鉆井隔水管技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已具備了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，而我國(guó)仍處于起步狀態(tài)，與國(guó)際先進(jìn)水平和我國(guó)海洋能源開發(fā)實(shí)際需求相比還有一定差距。

“目前，國(guó)內(nèi)僅寶石機(jī)械一家公司具備深水鉆井隔水管系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造能力。要把這個(gè)涉及多學(xué)科的高技術(shù)裝備做強(qiáng)、做精，必須付出更多艱辛的努力。”寶石機(jī)械副總經(jīng)理兼總工程師張斌坦言，下一步將著力推進(jìn)國(guó)產(chǎn)海洋鉆井隔水管的商業(yè)化應(yīng)用，不斷改進(jìn)完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能和質(zhì)量，并加快配套技術(shù)及系統(tǒng)的研發(fā)。

有付出就有收獲。寶石機(jī)械公司已相繼承攬了中國(guó)石化、中國(guó)海油的隔水管單根、浮力塊及伸縮節(jié)等的維修改造業(yè)務(wù)，不久前，還成功中標(biāo)中國(guó)海油14套隔水管單根和2套伸縮節(jié)的升級(jí)改造合同，標(biāo)志著公司海洋鉆井隔水管產(chǎn)品已得到用戶認(rèn)可，開始真正走向市場(chǎng)。

科技創(chuàng)新是挺進(jìn)深海的關(guān)鍵

工業(yè)和信息化部高技術(shù)船舶系統(tǒng)與設(shè)備專家組專家 王進(jìn)全

海洋鉆井隔水管系統(tǒng)是深水鉆井的核心裝備，在業(yè)內(nèi)常被簡(jiǎn)稱為隔水管。但它不是“管”，而是一個(gè)高技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)采用半潛式鉆井平臺(tái)或鉆井船鉆井時(shí)，隔水管下端連接海底的防噴器，上端連接半潛式平臺(tái)或鉆井船，從而形成鉆井液循環(huán)通道。

工作中，隔水管承受鉆井液的內(nèi)壓，海水的外壓，平臺(tái)或船的交變軸向載荷，鉆柱的碰撞及風(fēng)、浪、流引起的橫向不規(guī)則載荷，工況很惡劣，受力很復(fù)雜。因此，對(duì)隔水管的要求極高，設(shè)計(jì)制造很困難，僅涉及的美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)主要標(biāo)準(zhǔn)就達(dá)5項(xiàng)。

隔水管技術(shù)長(zhǎng)期被歐美國(guó)家壟斷，我國(guó)所用隔水管全部進(jìn)口，是我國(guó)海洋油氣勘探開發(fā)的“卡脖子”裝備。寶石機(jī)械公司在國(guó)家863計(jì)劃和工信部的支持下，通過(guò)10年的深入研究與創(chuàng)新攻關(guān)，關(guān)鍵技術(shù)取得全面突破，產(chǎn)品通過(guò)了中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證，取得了API證書，并且用戶開始小批量訂貨。這對(duì)打破國(guó)外壟斷，為我國(guó)深水鉆井提供關(guān)鍵裝備保障具有十分重要的意義。

然而，必須充分認(rèn)識(shí)到，我們與國(guó)外的差距還是很大的，要滿足批量化生產(chǎn)和規(guī)模化工程應(yīng)用，需要做大量的工作。在技術(shù)方面，要根據(jù)隔水管批量化生產(chǎn)特點(diǎn)改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)與工藝，在生產(chǎn)能力方面，要加快生產(chǎn)線建設(shè)和試驗(yàn)檢測(cè)裝備的完善。同時(shí)，要加快躲避臺(tái)風(fēng)懸掛裝置、隔水管下部總成（LMRP）及隔水管在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等配套設(shè)備的研制。這樣，才能滿足規(guī)模化工程應(yīng)用要求，為我國(guó)海洋油氣勘探開發(fā)提供關(guān)鍵裝備支撐。

（信息來(lái)源：寶石機(jī)械）