科普文章-“深海一號”

引言：推開門就是一望無際的大海，深藍(lán)的海水與湛藍(lán)的天空在天際交匯，陽光在純凈的底色里愈加耀眼，而你也彷佛腳底海中自由自在的魚兒，在天地之間自由貪婪地呼吸著空氣，享受著陽光。當(dāng)你以為這樣“面朝大海，春暖花開”的生活只在海濱城市時，你就錯了！這里是一座“漂浮”在無邊無際海洋上的鋼鐵堡壘——海洋平臺！

海洋平臺，顧名思義，就是在海洋上面的一座建筑平臺，不過它可不是為了讓度假人在海洋上觀景釣魚，而是一種有著鉆井、采油、集運(yùn)、觀測、導(dǎo)航等多種功能的海上大型建筑物。

第一座真正意義上的海洋平臺在墨西哥灣海域建成，墨西哥灣深水區(qū)的深水油氣儲量約占全球總儲量的1/4，因此這個海洋平臺是世界第一口海上商業(yè)油井，雖然作業(yè)區(qū)水深只有6m，但卻標(biāo)志著海上石油開采的起始！

隨著技術(shù)的發(fā)展，海洋平臺離海岸也越來越遠(yuǎn)，所在海區(qū)的深度也越來越深，比如驚馬油氣田（2008年投產(chǎn)），距離海岸240公里，海洋平臺作業(yè)區(qū)平均水深1800米。那么我們不禁就要問：這樣一座龐然建筑是如何在無邊無際又深不見底的海洋中落成的呢？又是如何在險(xiǎn)惡的海洋環(huán)境中維持穩(wěn)定的呢？

第一座墨西哥海域的海洋平臺是直接將支撐平臺的“剛性導(dǎo)管腿”插入海底，這樣就可以像陸地上“建房子打樁”一樣，很好地穩(wěn)定住上部結(jié)構(gòu)。但海洋顯然和陸地有著很大的區(qū)別，就比如：海面上海風(fēng)要比陸地狂暴得多，海水還會對海上的建筑產(chǎn)生浮力，所以深入海底的樁不僅僅要承擔(dān)上面平臺的重力荷載，還有海水浮力上拔和海風(fēng)水平向的力量。因此在不同的海域，海面和海底狀況不一樣，對于海洋平臺的建設(shè)就會有不一樣的要求，通常我們主要分為淺海區(qū)域（<500m）和深海區(qū)域（>500m）兩部分進(jìn)行海洋平臺的設(shè)計(jì)。

淺海區(qū)域常見的海洋平臺就是上文提到的墨西哥海域的樁基導(dǎo)管架平臺，還有一種重力式平臺，這種平臺具有較大尺寸，因?yàn)樗且揽孔陨碇亓縼淼挚乖诤Ｃ嫔嫌龅降母鞣N風(fēng)浪。比如挪威的Troll-A，接近500米高，干重60多萬噸，飛機(jī)在它面前就是個小家伙；下面的一簇小罐子是用來打壓載水的，大概能打入120萬噸海水，這樣它才能在海底坐穩(wěn)。

當(dāng)海洋平臺想要往深海區(qū)域去發(fā)展時，所會遇到的情況就會更加復(fù)雜，像上文這種深入海底的建筑，成本自不必說！最重要的是平臺還會被固定在原地，無法重復(fù)利用，當(dāng)遇到巨大的海上風(fēng)暴時，只能被動承受。因此聰明的工程師們將海洋平臺與最初的鉆井船進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也就演變?yōu)槟壳皯?yīng)用廣泛的移動式鉆井平臺。

移動式鉆井平臺中當(dāng)下比較流行就是半潛式平臺，平臺由下方的數(shù)根立柱支撐，在立柱下方還安裝著幾個巨型浮箱，它們可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)部的海水容量來控制整個平臺的深淺程度。而想要抵御風(fēng)浪、保持平衡，還少不了系泊定位系統(tǒng)的幫忙，即通過長長的錨鏈固定平臺。

在深水海域中開發(fā)石油時，坐底式的鉆井系統(tǒng)不能滿足要求；浮動式鉆井船雖然可適用于較大水深，然而受海況的影響，其開工率很低；而半潛式平臺既可在很深的海域工作，又較能適應(yīng)惡劣的海況，因此是是深海鉆井的主要裝置。

這里不得不提我們中國的海洋平臺的建設(shè)成就：中國981深水半潛式鉆井平臺，是我國在世界上首次按照南海惡劣海況設(shè)計(jì)的，能抵御200年一遇的17級臺風(fēng)；2017年2月我國建造了“藍(lán)鯨一號”深海鉆井平臺，隨后又制造了“藍(lán)鯨2號”深海鉆井平臺，它們配置了高效的液壓雙鉆塔和全球領(lǐng)先的閉環(huán)平臺，是世界上最大、最先進(jìn)的半潛式深海鉆井平臺；“深海一號”是一座四柱式半潛式生產(chǎn)平臺，我國自主研發(fā)建造的全球首座10萬噸級深水半潛式生產(chǎn)儲油平臺。這些半潛式海洋平臺都標(biāo)志這我國在海洋強(qiáng)國的道路上越走越寬！

當(dāng)然還有其他許多深海海洋平臺的類型，但這些只是海洋平臺在不同海域以及途徑上的應(yīng)用，那么他們是如何維持穩(wěn)定并成功應(yīng)用的呢？
我們知道海面天氣惡劣，海底下面的情況更為復(fù)雜，所以這些平臺如何穩(wěn)定就成了重要問題。就比如：2005年7月30日，Dennis颶風(fēng)過境墨西哥灣，造成油田作業(yè)平臺Thunder Horse（驚馬） PDQ嚴(yán)重傾斜，后經(jīng)維修得以正常使用。

除了風(fēng)浪，還有海底我們看不到的地質(zhì)問題，比如說：淺埋斷層的活動、地震、海底滑坡等等。這些問題都會影響海洋平臺錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此一方面我們前期要開展詳細(xì)的場地調(diào)查，另一方面，我們要通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來應(yīng)對可能出現(xiàn)的情況。

這里就不得不提一門重要的學(xué)科“海洋工程地質(zhì)”。海洋工程建設(shè)與安全運(yùn)維是海洋油氣或礦產(chǎn)資源等開發(fā)與利用的基石，是建設(shè)海洋強(qiáng)國的重要內(nèi)涵之一。海洋工程建設(shè)會引發(fā)新的海洋地質(zhì)問題，海洋地質(zhì)也有可能會破壞我們建設(shè)的海洋工程。就比如可燃冰開采時，可能引發(fā)海底滑坡（新的地質(zhì)問題），海底滑坡也可能造成海洋平臺的傾覆（破壞海洋工程） 。因此對海洋中的地質(zhì)問題開展相關(guān)研究就顯得格外有必要！

關(guān)于海洋工程地質(zhì)相關(guān)知識普及的書籍相對較少，本文重點(diǎn)參考書目《鹿靈探海記》，是一本海洋工程地質(zhì)科普類小說，也是本文的靈感的重要來源。

（供稿 楊慶、于達(dá)、孔綱強(qiáng)；文中部分圖片來自互聯(lián)網(wǎng)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。）

來源: 科普巖石力學(xué)與工程