海洋重大技术装备项目管理成效与启示——以“海洋石油981”平台研制为例

周守为 曾恒一 林瑶生 谢 彬 粟 京 李清平 谢文会

（1.中国海洋石油集团有限公司；2.中海油研究总院有限责任公司）

近年，全球重大油气发现主要来自深水。我国南海蕴藏着丰富的油气资源，资源量高达（230～ 300）×108t，70%位于深水区，是我国油气供给重要的战略接替区[1-2]。长期以来，由于没有深水钻井平台，我国在南海深水区未钻一口井，而南海周边国家每年从我国南海掠夺开采油气5000×104t。目前，我国油气供需矛盾突出，原油对外依存度已超过70%。自主研制超深水钻井平台不仅是保障国家能源安全的战略选择，更担负着捍卫国家领海主权的重要使命。

党的十八大提出“提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”的重要战略构想[3]。走向深海，实现南海油气资源的有效开发是实现“海洋强国”战略目标的重要组成部分。为尽快开发深水油气资源，中国海洋石油集团有限公司（简称中国海油）在充分借鉴国外先进经验的基础上，针对中国南海海洋环境，通过集成创新和原始创新，加大自主创新力度，研制出性能先进的深水半潜式钻井平台，使我国海洋石油工业实现从浅水走向深水的历史性跨越[4]。

1 构建我国深水半潜式钻井平台技术体系

2006年，国家高技术发展计划（863计划）启动了“3000米水深半潜式钻井平台关键技术研究”课题；2008年，国家科技重大专项启动了“海洋深水工程重大装备及配套工程技术”项目。项目由中国海油牵头，先后组织国内百余家单位，组建了约5000人的研究、设计、建造、调试和运营一体化研发团队，包括中海石油（中国）有限公司、中海油研究总院有限责任公司（简称中海油研究总院）、上海外高桥造船有限公司、中国船舶集团有限公司第七〇八研究所（简称七〇八研究所）、中海油田服务股份有限公司等。

由于我国在深水工程关键技术方面基础较为薄弱，而国外技术相对成熟，项目组采取引进消化吸收再创新的总体技术路线，采用“产学研用”一体化模式，对深水半潜式钻井平台设计、建造及配套装备的关键技术进行攻关。中海油研究总院负责总体方案设计和系统集成技术等工作，中国海油深水钻井船工程项目组负责整个工程项目的实施，七〇八研究所负责平台方案的基本设计，上海外高桥造船有限公司负责深水半潜式钻井平台的建造技术攻关及平台建造，其他参研单位负责相关配套工程关键技术攻关。通过协同攻关，构建了我国深水半潜式钻井平台研发、设计、建造体系，为我国进军深海能源开发奠定了装备基础。

2 从“议题讨论”入手，理清技术关键点

中国海油采用与国际接轨的工程项目管理、科技管理、采办管理、安全质量管理和财务管理等相关制度和管理体系，为高效顺利实施“海洋石油981”项目提供了制度上的保证（图1）。两级管理、两级授权、矩阵管理与扁平型项目管理、专家审查把关等模式确保项目高效运行。针对“海洋石油981”项目技术新、风险大、界面多等特点，项目组首先从“议题讨论”入手，理清技术关键点。

图1 世界第六代超深水半潜式钻井平台“海洋石油981”

2.1 第六代新船型设计

南海环境恶劣，台风、季风发生概率高，是我国台风最频繁的海域，还存在更为复杂的灾害性内波。中国海油深水工程重点实验室深入开展方案研究，提出最佳船型的实施方案，做到船型的结构强度、运动性能最佳。从第二代半潜式钻井平台到第六代半潜式钻井平台，国外大约经历了45年,而中国海油仅用6年，其中3年用于开发船型，3年设计建造钻井平台。

2.2 保障海上作业安全

“海洋石油981”采用高标准设计，要求强度可抵御“200年一遇”的恶劣海况。为保障钻井平台上的人员及设备安全，强度和稳性按南海17级台风来校核设计，比国际同类平台的设计标准提高了10%。深水钻井平台的水下防喷器（BOP）采用国内首创的电液失效自动关闭的本质安全型设计，技术世界领先。

2.3 高等级平台组合定位方式

深海半潜式钻井平台的定位系统直接关系到作业安全。“海洋石油981”采用最高等级的DP3动力定位及高强度锚泊定位的组合定位方案，攻克了DP3动力定位与锚泊定位的双定位系统优化设计与智能控制技术。平台在水深1500m以浅，可使用锚泊定位、动力定位或二者组合定位；水深在1500m以深，使用动力定位。与全动力定位平台相比，双定位系统可节约燃油20t/d，CO2减排量达63t/d，节能减排和保护生态环境作用显著。

2.4 优化控制平台可变载荷

可变载荷包括泥浆材料、油、水和甲板荷载等，是衡量钻井平台操作能力和效率的主要技术指标。在研发、设计、建造全过程中，优化控制可变载荷，确保平台满足指标要求。“海洋石油981”可变荷载达9000t，为世界半潜式钻井平台最高，大幅提高了平台作业效率。

3 精准管理，解决建造关键难点

“海洋石油981”项目建造全过程严格质量管理，健全安全管理制度，保证建造精度，针对关键设备进行国产化攻关，打造集世界先进技术于一身的深水半潜式钻井平台。

3.1 严格质量管理，预防质量缺陷

首先，基于产品质量预警机制，严格进行逐一排查，绝不让一个疑点产生任何质量隐患。为此，编制了全面质量管理手册，创新项目质量分级管理机制，推行建造过程全面质量管理。主要措施包括：创新设立质量管理分级预警机制；制定质量分级原则和处理措施；编制项目质量管理工具；及时统计，持续进行质量动态管理及预防性管理等。

其次，严格控制高强度钢的焊接质量。平台结构采用高强度钢，局部区域还要采用超高强调质钢，可焊性差，且在焊接过程中对冷裂纹非常敏感，易产生延时裂纹，焊后焊接热影响区域的材料性能会产生韧性降低的可能。在严格执行常规过程控制的基础上，对焊材选取、高强度钢焊接控制、特殊构件的焊接管理等方面进行重点控制。具体措施包括：焊接人员100%进行资质复验和质量管理培训；按双船级社双规范制定超高标准焊接工艺；超高强度钢焊接进行全程监控管理，对特殊构件实施特殊化管理；实施质量预警，深究“疑似裂纹”，排除产品重大质量隐患。

3.2 健全安全管理制度

首先，项目前期就引进专职安全监督，在资格预审、招投标、设计阶段充分考虑安全因素。建造过程中，把中国海油安全管理理念与船厂的安全管理制度相结合，补充管理高风险作业的安全程序和应急程序等，确保建造阶段各项安全管理工作的有序实施与持续改进。

其次，借鉴“冰山理论”进行案例分析，在项目管理中创造性地提出了“分级安全预警机制”，制定了“分级安全管理制度”“承包商评分制度”“黄、橙、红三级预警”等一整套安全管理办法。通过解剖麻雀，以点带面，推进项目安全管理，确保各项建设工作顺利运行。

3.3 控制公差，保证建造精度

制定“海洋石油981”建造精度要求，最终要达到或超过国际先进水平。

首先，大型部件拼板精度控制。以相关设计临界补偿为基础来确定允许装配公差；最大装配公差在引用标准或规范不一致时，采用高标准原则；特殊和主要区域被视为强力构件，次要区域为其他构件；在十字接头和端部焊缝上非连续位置偏差，满足最大偏差要求；构件平直度基于挠度计算，按ABS和CCS规范公差范围实施。

其次，施工过程中的精度控制。包括胎架精度控制、采用专门模板胎架、分段大组定位控制、总组精度控制、浮箱搭载精度与立柱搭载精度控制、双层底精度搭载控制、井架搭载精度控制。

再次，严格重量控制。由于半潜式钻井平台的水线面小，对重量非常敏感，从设计阶段开始就把重量控制作为工程质量管控的主要指标之一，进行严格的全过程管理。从基本设计、详细设计到加工设计、施工建造各阶段，严格控制空船重量。根据不同阶段、不同专项，分别采取有效可行措施，最大限度减轻平台空船重量。此外，通过大量采用玻璃钢、铝合钢等轻型材料，成功实现了平台重量控制。

3.4 R5高强度锚链研发，关键设备国产化

“海洋石油981”既是工程项目，更是重大科研项目。重点关键技术与装备研发带动了国内相关产业发展。高强度锚链研发被列入国家科技重大专项的支持项目，整合锚链技术生产研发单位，只用了一年时间便成功开发出国际领先水平的R5锚链。中国海油牵头组织国际知名的认证机构进行试验过程的监督与验收，产品满足要求后，大批量生产应用于“海洋石油981”平台。在此过程中，形成了国内领先、国际一流的海洋工程R5高强度锚链配套制造能力，制定了相关R5级系泊链钢的行业规范。国际认证机构对检验过程进行汇总，引领了R5锚链制造的国际标准规范制定。

4 “产学研用”协同攻关，相关产业共同发展

“海洋石油981”是“产学研用”协同攻关的成功实践，通过自主研发关键核心技术和船型，自主完成扩展基本设计与详细设计，以及平台建造、设备集成与调试，大幅提升了我国造船整体水平。

4.1 打造平台设计“国家队”

“海洋石油981”设计工作采取“产学研用”联合攻关协作模式。深水钻井船工程项目组、中海石油研究总院、七〇八研究所等单位组成的联合基本设计小组曾赴美，以前期研究船型总体方案为基础，开展基本设计。项目研发团队广泛吸纳国内海洋工程界学术权威、专家、教授和大批富有海洋石油工程经验的专业技术人员参加，充分发挥我国船舶、海洋石油行业和相关科研院所的科研优势。组建我国第六代深水半潜式钻井平台设计的“国家队”，由专家、教授和研究员牵头，青年研究设计人员和工程师承担具体工作，新老结合、层次分明，攻关过程中培养了一批博士、硕士研究生。

4.2 平台总体技术性能世界先进

“海洋石油981”项目首次建立了考虑南海内波流等特殊灾害环境条件的超深水半潜式钻井平台理论研究方法和设计技术体系，全面突破了深水半潜式钻井平台总体性能、锚泊及动力定位性能和结构强度数值分析技术，研发出适应中国南海环境条件的钻井平台新船型。平台工作水深为3000m，钻井深度为10000m，可变载荷为9000t，稳性和结构强度满足南海200年一遇环境条件要求。与世界同类平台相比，“海洋石油981”运动性能、作业性能优良，平均钻井作业时效较国际同类平台提高10%，平台配备锚泊定位和动力定位组合双定位系统、环境监测及内波监测反馈系统，装备水平世界先进，综合技术指标世界领先。

4.3 确保平台作业与装备本质安全

首次建立了基于海洋环境与钻井工况耦合作用下的隔水管理论分析方法与实验技术。通过实验，首次发现隔水管的“三分之一效应”与“上下边界效应”，从理论上提升了深水钻井隔水管的安全控制能力。吸取2010年美国墨西哥湾BP井喷事故教训，设计并成功应用了海底本质安全型防喷器控制系统，可有效防范类似井喷事故发生，确保深水钻井平台安全作业。

4.4 自主创新平台建造与装备技术体系

首次突破了基于有限元数值分析的建造精度控制等核心关键技术，建立了超深水半潜式钻井平台总装建造和配套技术体系；开展防腐分析，防腐系统设计寿命由5年提高到10年。创立高强度钢裂纹尖端开口位移（CTOD）技术，首创对EQ56/EQ70高强度钢进行CTOD试验研究，提出高强度钢焊接接头CTOD允许值。成功研制高强度R5级别海洋工程系泊链，各项性能指标均达到或超过国际标准规范的要求。首次自主研发隔水管张力器高压液压软管、A60级液压耐高压水密门，填补了国内空白。平台用高强度钢国产化率达99%，带动了国内海洋工程、船舶、机电制造业的技术进步和转型升级。

5 高效支撑我国南海深水油气开发

依托“海洋石油981”项目，中国海油牵头组织整合国内外资源，“产学研用”一体化攻关，自主研发设计、建成了适合我国南海深水作业的钻井平台。我国成为继美国、挪威之后第三个拥有超深水半潜式钻井平台设计、建造、调试、使用一体化综合能力的国家，大型装备制造业跨进世界最先进行列。

目前，“海洋石油981”平台已成功完成深水钻完井作业60井次，作业效率及安全性国际一流。发现并建设了荔湾3-1、陵水17-2等多个深水油气田，建成及正在建设深水天然气产能超90×108m3/a，为大规模开发南海深水油气田奠定了坚实基础。

石油行业特别是海洋石油行业，具有跨领域、多学科、多行业、高集成特点。我国深海开发需要构筑产业链，把更多的上下游产业连接在一起，以此带动和促进民族工业的发展。“海洋石油981”研发、设计、建造与应用，彻底改变了我国缺乏深水油气勘探领域装备及技术的被动局面，具备了3000m深水油气田自主勘探能力，开启了中国深海战略新时代。项目攻关带动了我国一批海洋工程制造基地的建成，推动了海洋工程高端设备及材料进入国际市场，促进了我国机械、电子、材料等相关产业升级和国际竞争力提升，对维护国家海洋权益、保障国家能源安全产生了全局性、战略性影响。