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之間的“紐帶”和“咽喉”，隔水管對整個海洋鉆井裝備起著承上啟下的重要作用。

6月26日，由寶雞石油機械有限責(zé)任公司牽頭承擔(dān)的“十二五”863計劃課題“海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)工程化研制”，在北京順利通過國家科技部組織的專家驗收。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)計制造海洋深水鉆井隔水管能力的企業(yè)。

從“無”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)貌似簡單，卻被國際公認(rèn)為是海洋鉆井裝備研發(fā)的難點與重點。”寶石機械公司研究院院長王定亞介紹說，海洋鉆井隔水管其實是由伸縮節(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，隨著海洋勘探技術(shù)的不斷進步，國際上這種產(chǎn)品適應(yīng)海水深度的能力已超過3600米。

海上無風(fēng)三尺浪，深海區(qū)更是臺風(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、平臺移動、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。因此，盡管對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)國家壟斷。

為改變我國海洋石油勘探裝備和技術(shù)相對落后的局面，2008年以來，具有引領(lǐng)我國油氣鉆井裝備行業(yè)研發(fā)制造方向?qū)嵙Φ膶毷瘷C械公司，先后兩次牽頭承擔(dān)國家863計劃“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)項目和中國石油集團的支持下，攻堅克難，從無到有，逐步將國產(chǎn)隔水管適應(yīng)海水深度的能力推進至3000米。

由“淺”入“深” 突破瓶頸

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

面對研發(fā)經(jīng)驗幾乎為零的巨大壓力，攻關(guān)團隊選擇從研究國外現(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)合海洋鉆井平臺的工作要求、運動規(guī)律和定位方式，通過自主創(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。

鉆井隔水管對原材料性能、焊接質(zhì)量、加工精度、防腐、密封、疲勞強度等要求非常嚴(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)是整個生產(chǎn)過程中的瓶頸。”寶石機械海洋裝備分公司裝配工區(qū)主任張輝說，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，哪怕焊接中出現(xiàn)一個極細(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的安全。

另一個讓攻關(guān)團隊既頭疼又欣慰的難點是產(chǎn)品疲勞試驗。頭疼的是，之前國內(nèi)沒有相應(yīng)設(shè)施，隔水管只能運往美國進行工業(yè)性試驗，費時費力，價格昂貴。欣慰的是，2015年，寶石機械建成投運了我國最大的海洋立管疲勞試驗平臺，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。對此，攻關(guān)團隊歷時近4年，成功研制出深水鉆井隔水管用X80鋼級直縫埋弧焊鋼管。

從“弱”至“強” 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”項目收官時，寶石機械研制出了我國首個單根隔水管裝置；2018年，“海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)工程化研制”項目收官時，寶石機械不僅擁有了安裝試壓裝置、卡盤、萬向節(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)計生產(chǎn)能力，而且還制定了8項隔水管國家及行業(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、高技術(shù)、高投入）特點，隔水管系統(tǒng)核心技術(shù)的突破與掌握，打破了國外的長期壟斷，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成果，對降低我國海洋深水鉆井成本、提高石油鉆采裝備整體實力具有非常重要的意義。

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

“目前，國內(nèi)僅寶石機械一家公司具備深水鉆井隔水管系統(tǒng)設(shè)計制造能力。要把這個涉及多學(xué)科的高技術(shù)裝備做強、做精，必須付出更多艱辛的努力。”寶石機械副總經(jīng)理兼總工程師張斌坦言，下一步將著力推進國產(chǎn)海洋鉆井隔水管的商業(yè)化應(yīng)用，不斷改進完善產(chǎn)品設(shè)計、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。寶石機械公司已相繼承攬了中國石化、中國海油的隔水管單根、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)中國海油14套隔水管單根和2套伸縮節(jié)的升級改造合同，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。

科技創(chuàng)新是挺進深海的關(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)常被簡稱為隔水管。但它不是“管”，而是一個高技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)采用半潛式鉆井平臺或鉆井船鉆井時，隔水管下端連接海底的防噴器，上端連接半潛式平臺或鉆井船，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，對隔水管的要求極高，設(shè)計制造很困難，僅涉及的美國石油學(xué)會(API)主要標(biāo)準(zhǔn)就達(dá)5項。

隔水管技術(shù)長期被歐美國家壟斷，我國所用隔水管全部進口，是我國海洋油氣勘探開發(fā)的“卡脖子”裝備。寶石機械公司在國家863計劃和工信部的支持下，通過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)品通過了中國船級社認(rèn)證，取得了API證書，并且用戶開始小批量訂貨。這對打破國外壟斷，為我國深水鉆井提供關(guān)鍵裝備保障具有十分重要的意義。

然而，必須充分認(rèn)識到，我們與國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)特點改進和完善設(shè)計與工藝，在生產(chǎn)能力方面，要加快生產(chǎn)線建設(shè)和試驗檢測裝備的完善。同時，要加快躲避臺風(fēng)懸掛裝置、隔水管下部總成（LMRP）及隔水管在線監(jiān)測系統(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，為我國海洋油氣勘探開發(fā)提供關(guān)鍵裝備支撐。

（信息來源：寶石機械）