科普文章-“深海一號(hào)”

引言：推開(kāi)門(mén)就是一望無(wú)際的大海，深藍(lán)的海水與湛藍(lán)的天空在天際交匯，陽(yáng)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(yú)兒，在天地之間自由貪婪地呼吸著空氣，享受著陽(yáng)光。當(dāng)你以為這樣“面朝大海，春暖花開(kāi)”的生活只在海濱城市時(shí)，你就錯(cuò)了！這里是一座“漂浮”在無(wú)邊無(wú)際海洋上的鋼鐵堡壘——海洋平臺(tái)！

海洋平臺(tái)，顧名思義，就是在海洋上面的一座建筑平臺(tái)，不過(guò)它可不是為了讓度假人在海洋上觀(guān)景釣魚(yú)，而是一種有著鉆井、采油、集運(yùn)、觀(guān)測(cè)、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(tái)在墨西哥灣海域建成，墨西哥灣深水區(qū)的深水油氣儲(chǔ)量約占全球總儲(chǔ)量的1/4，因此這個(gè)海洋平臺(tái)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(kāi)采的起始！

隨著技術(shù)的發(fā)展，海洋平臺(tái)離海岸也越來(lái)越遠(yuǎn)，所在海區(qū)的深度也越來(lái)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(tái)作業(yè)區(qū)平均水深1800米。那么我們不禁就要問(wèn)：這樣一座龐然建筑是如何在無(wú)邊無(wú)際又深不見(jiàn)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(tái)是直接將支撐平臺(tái)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(huì)對(duì)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(tái)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(duì)于海洋平臺(tái)的建設(shè)就會(huì)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(tái)的設(shè)計(jì)。

淺海區(qū)域常見(jiàn)的海洋平臺(tái)就是上文提到的墨西哥海域的樁基導(dǎo)管架平臺(tái)，還有一種重力式平臺(tái)，這種平臺(tái)具有較大尺寸，因?yàn)樗且揽孔陨碇亓縼?lái)抵抗在海面上遇到的各種風(fēng)浪。比如挪威的Troll-A，接近500米高，干重60多萬(wàn)噸，飛機(jī)在它面前就是個(gè)小家伙；下面的一簇小罐子是用來(lái)打壓載水的，大概能打入120萬(wàn)噸海水，這樣它才能在海底坐穩(wěn)。

當(dāng)海洋平臺(tái)想要往深海區(qū)域去發(fā)展時(shí)，所會(huì)遇到的情況就會(huì)更加復(fù)雜，像上文這種深入海底的建筑，成本自不必說(shuō)！最重要的是平臺(tái)還會(huì)被固定在原地，無(wú)法重復(fù)利用，當(dāng)遇到巨大的海上風(fēng)暴時(shí)，只能被動(dòng)承受。因此聰明的工程師們將海洋平臺(tái)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(dòng)式鉆井平臺(tái)。

移動(dòng)式鉆井平臺(tái)中當(dāng)下比較流行就是半潛式平臺(tái)，平臺(tái)由下方的數(shù)根立柱支撐，在立柱下方還安裝著幾個(gè)巨型浮箱，它們可以通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部的海水容量來(lái)控制整個(gè)平臺(tái)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(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的錨鏈固定平臺(tái)。

在深水海域中開(kāi)發(fā)石油時(shí)，坐底式的鉆井系統(tǒng)不能滿(mǎn)足要求；浮動(dòng)式鉆井船雖然可適用于較大水深，然而受海況的影響，其開(kāi)工率很低；而半潛式平臺(tái)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(guó)的海洋平臺(tái)的建設(shè)成就：中國(guó)981深水半潛式鉆井平臺(tái)，是我國(guó)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(jí)臺(tái)風(fēng)；2017年2月我國(guó)建造了“藍(lán)鯨一號(hào)”深海鉆井平臺(tái)，隨后又制造了“藍(lán)鯨2號(hào)”深海鉆井平臺(tái)，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(tái)，是世界上最大、最先進(jìn)的半潛式深海鉆井平臺(tái)；“深海一號(hào)”是一座四柱式半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，我國(guó)自主研發(fā)建造的全球首座10萬(wàn)噸級(jí)深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)。這些半潛式海洋平臺(tái)都標(biāo)志這我國(guó)在海洋強(qiáng)國(guó)的道路上越走越寬！

當(dāng)然還有其他許多深海海洋平臺(tái)的類(lèi)型，但這些只是海洋平臺(tái)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(tái)如何穩(wěn)定就成了重要問(wèn)題。就比如：2005年7月30日，Dennis颶風(fēng)過(guò)境墨西哥灣，造成油田作業(yè)平臺(tái)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(wèn)題，比如說(shuō)：淺埋斷層的活動(dòng)、地震、海底滑坡等等。這些問(wèn)題都會(huì)影響海洋平臺(tái)錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此一方面我們前期要開(kāi)展詳細(xì)的場(chǎng)地調(diào)查，另一方面，我們要通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的情況。

這里就不得不提一門(mén)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(kāi)發(fā)與利用的基石，是建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的重要內(nèi)涵之一。海洋工程建設(shè)會(huì)引發(fā)新的海洋地質(zhì)問(wèn)題，海洋地質(zhì)也有可能會(huì)破壞我們建設(shè)的海洋工程。就比如可燃冰開(kāi)采時(shí)，可能引發(fā)海底滑坡（新的地質(zhì)問(wèn)題），海底滑坡也可能造成海洋平臺(tái)的傾覆（破壞海洋工程） 。因此對(duì)海洋中的地質(zhì)問(wèn)題開(kāi)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(shí)普及的書(shū)籍相對(duì)較少，本文重點(diǎn)參考書(shū)目《鹿靈探海記》，是一本海洋工程地質(zhì)科普類(lèi)小說(shuō)，也是本文的靈感的重要來(lái)源。

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

來(lái)源: 科普巖石力學(xué)與工程