如今，由上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的“深海平臺(tái)安全保障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”正在中國(guó)海油深水旗艦作業(yè)裝備“海洋石油981”深水鉆井平臺(tái)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集作業(yè)，日夜守護(hù)著“海洋石油981”的安全。這是記者今天（1月15日）從上海交通大學(xué)獲得的消息。

據(jù)了解，中國(guó)三分之一的油氣資源，蘊(yùn)藏在風(fēng)大浪急，地質(zhì)復(fù)雜的南海深處，亟待開(kāi)發(fā)利用。十二五期間，我國(guó)斥巨資打造的“深海艦隊(duì)”作業(yè)能力已初具規(guī)模。與此同時(shí)，上海交大自主研發(fā)的“平臺(tái)安全保障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”日夜為“海洋石油981”等海上油氣平臺(tái)保駕護(hù)航，它被稱為——深海油氣開(kāi)采中的“診斷專家”

深海掘金的背后

2014年8月18日，是收獲的季節(jié)，由中國(guó)海油深水旗艦作業(yè)裝備“海洋石油981”深水鉆井平臺(tái)進(jìn)行的陵水17-2-1井測(cè)試，獲優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)油氣流。這口井的測(cè)試成功，是中國(guó)深水自營(yíng)勘探獲得的第一個(gè)高產(chǎn)大氣田。

這個(gè)消息，無(wú)疑給因能源需求而日益焦躁的中國(guó)帶來(lái)巨大的驚喜。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)油氣能源的需求日益強(qiáng)烈。2000年到2013年間，中國(guó)石油消費(fèi)從2.2億噸增長(zhǎng)至4.98億噸，天然氣消費(fèi)從245億立方米增長(zhǎng)至1676億立方米。中國(guó)石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院發(fā)布的《2013年國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示：2013年，中國(guó)石油對(duì)外依存度達(dá)58.1%，天然氣對(duì)外依存度達(dá)31.6%，預(yù)計(jì)未來(lái)還將進(jìn)一步走高。　

中國(guó)南海，擁有約占中國(guó)油氣總資源量的三分之一的石油和天然氣，其中70%的資源都蘊(yùn)藏于150多萬(wàn)平方公里的深水區(qū)域。神秘的深海，為中國(guó)發(fā)展提供了巨大的誘惑和機(jī)遇。就當(dāng)人們的目光都聚焦在“海洋石油981”如何在深海掘金之時(shí)，卻沒(méi)有人注意到，這個(gè)龐然大物，如何在驚濤駭浪中安全運(yùn)行？如何在大洋深處平穩(wěn)開(kāi)采？又如何面對(duì)南海那些不期而至的臺(tái)風(fēng)呢？

海上油氣開(kāi)采，歷來(lái)是高投入、高科技、高風(fēng)險(xiǎn)的“三高”行業(yè)。類似于墨西哥灣“深水地平線”那樣的非自然性災(zāi)難事故大約10年就會(huì)發(fā)生一次，造成的原油污染和生態(tài)災(zāi)難是難以用金錢(qián)來(lái)估量的。而中國(guó)南海深水區(qū)更是無(wú)風(fēng)三尺浪，臺(tái)風(fēng)多，海底坡度大、地形崎嶇，并且存在內(nèi)波流——一種因海水密度、質(zhì)量差異形成的海洋流，最快速度可達(dá)到2m/s，能量巨大，幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可將一座大型的輪船移位幾十公里。因此，在南海開(kāi)采，面臨著更多的未知、更大的風(fēng)險(xiǎn)和更強(qiáng)的挑戰(zhàn)。

“治病于未然”的“老中醫(yī)”

當(dāng)全世界的石油公司將資金與技術(shù)打造成鉆頭，比賽誰(shuí)能鉆得更深、創(chuàng)造更多神話的時(shí)候，上海交大海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊建民團(tuán)隊(duì)卻選擇了“保障平臺(tái)安全”這個(gè)看似并不起眼的課題。

這道題目的選擇源自于一種不同尋常的思路：面對(duì)夢(mèng)魘般的原油污染和生態(tài)災(zāi)難，“亡羊補(bǔ)牢”遠(yuǎn)不如“防患于未然”。

世人皆知東漢末年的神醫(yī)華佗，擅長(zhǎng)以外科手術(shù)和治療各種絕癥而聞名于世。華佗卻對(duì)人說(shuō)：“我可比我兩個(gè)哥哥差遠(yuǎn)了！我大哥擅長(zhǎng)在日常生活中，把防病與日常生活習(xí)慣結(jié)合起來(lái)，把病消滅在發(fā)病以前。我二哥擅長(zhǎng)在小病初起時(shí)，就及時(shí)進(jìn)行糾正調(diào)理，沒(méi)等病影響機(jī)能就已經(jīng)好了。只有我是在病入膏肓、痛苦不堪、沒(méi)法調(diào)理和自我糾正了以后才開(kāi)刀放血、大動(dòng)干戈，被迫做些挽留性命的手術(shù)?！?/span>

在華佗看來(lái)，最高明的醫(yī)術(shù)就是防患于未然。

由我校海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的“深海平臺(tái)安全保障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，就是這樣一個(gè)“治未病”的“老中醫(yī)”。2010年開(kāi)始，上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展“海洋石油981”半潛式鉆井平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的研究。

海洋浮式平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，不同于一般的理論研究和水池模型試驗(yàn)研究，需要多方的全力配合才能獲得最有效的寶貴數(shù)據(jù)。因此，在監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展的過(guò)程中，上海交通大學(xué)課題組全力與981項(xiàng)目組、外高橋船廠以及中船重工第708研究所合作，獲取有價(jià)值的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為我國(guó)將來(lái)完全自主設(shè)計(jì)深水半潛式鉆井平臺(tái)，提供寶貴的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支持。

依托“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，就好像為“981”帶上了24小時(shí)的監(jiān)護(hù)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)它的“心率”、“血壓”、“呼吸”、“體溫”等重要參數(shù)，同時(shí)，還收集風(fēng)力、風(fēng)向、波浪、海潮、海流、鹽度等不同的海洋環(huán)境條件對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響，這些數(shù)據(jù)通過(guò)分析、對(duì)比等處理后，呈送給指揮中心和相關(guān)專家。如有異常，及時(shí)把問(wèn)題和隱患消除在事故沒(méi)有發(fā)生之前。

目前，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正在“海洋石油981”平臺(tái)上正常監(jiān)測(cè)采集作業(yè)，日夜守護(hù)著“981”的安全。

揭秘“三大法寶”

按照華佗的說(shuō)法，最高明的醫(yī)生是“治未病”的醫(yī)生，那么，“深海平臺(tái)安全保障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的過(guò)人之處是什么呢？

首先，是集成創(chuàng)新。系統(tǒng)融合了大數(shù)據(jù)、高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星通信、人工智能、三維仿真等多種技術(shù)，包括：平臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，海風(fēng)、波浪、海流等海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)載荷監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)，數(shù)據(jù)查看與現(xiàn)場(chǎng)重現(xiàn)系統(tǒng)，安全評(píng)估與診斷系統(tǒng)。

其次，獲取了大量寶貴的第一手資料。該系統(tǒng)真實(shí)可靠地記錄了數(shù)萬(wàn)噸的海洋平臺(tái)在驚濤駭浪中的真實(shí)表現(xiàn)，印證了平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與否、反映各種設(shè)備的可靠性，，在確保該型平臺(tái)的安全性的同時(shí)，為下一代平臺(tái)的設(shè)計(jì)積累了寶貴的資料和參考，為海洋工程的未來(lái)發(fā)展提供真實(shí)的、科學(xué)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)信息。

其三，可長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人監(jiān)控自動(dòng)采集。十年前，海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室率先開(kāi)發(fā)了第一代的浮式平臺(tái)深遠(yuǎn)海長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這是我國(guó)首次在油田作業(yè)中的海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（Floating Production Storage and Offloading，簡(jiǎn)稱FPSO）上進(jìn)行實(shí)測(cè)工作。2006年起，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的實(shí)測(cè)系統(tǒng)在“南海奮進(jìn)號(hào)”FPSO上開(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。2007年10月，臺(tái)風(fēng)“利奇馬”襲擊FPSO所在海域，這讓這些“追風(fēng)者”們既高興又有些忐忑。興奮的是強(qiáng)臺(tái)風(fēng)環(huán)境下的平臺(tái)實(shí)船數(shù)據(jù)如同捕捉流星一樣，因其稍縱即逝而無(wú)比寶貴。忐忑的是按照安全規(guī)定，抗臺(tái)風(fēng)期間平臺(tái)人員全部撤離，測(cè)量系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人監(jiān)控的情況下，很可能遭遇外部斷電、運(yùn)動(dòng)劇烈、環(huán)境惡劣等重大考驗(yàn)。這畢竟是我國(guó)首個(gè)浮式平臺(tái)實(shí)測(cè)系統(tǒng)首次遭受臺(tái)風(fēng)考驗(yàn)，無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可循。在度過(guò)焦急等待的幾天后，平臺(tái)上傳來(lái)振奮的消息：系統(tǒng)成功抵御了臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，并捕捉到了FPSO在臺(tái)風(fēng)中的真實(shí)數(shù)據(jù)。而此前我國(guó)從未獲得過(guò)FPSO在臺(tái)風(fēng)下的實(shí)際表現(xiàn)。這次寶貴的數(shù)據(jù)為此后我國(guó)海洋平臺(tái)的研發(fā)提供了難得的技術(shù)資料。

浮托安裝實(shí)船應(yīng)用

最前沿的工程應(yīng)用研究，從來(lái)不是實(shí)驗(yàn)室里的標(biāo)本和展臺(tái)上的花瓶。只有經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐真刀真槍檢驗(yàn)的理論與技術(shù)，才能成為業(yè)界“敢用”的技術(shù)。

經(jīng)過(guò)十多年的艱苦探索，目前，“深海平臺(tái)安全保障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”已經(jīng)形成了包括理論研究、試驗(yàn)研究和實(shí)船應(yīng)用在內(nèi)的完整的體系。

浮托安裝，是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的又一個(gè)成功應(yīng)用。所謂“浮托安裝”，就是巧妙地利用海水浮力這只巨手，將前期在陸地上已經(jīng)組裝好、重達(dá)數(shù)萬(wàn)噸的平臺(tái)上部組塊，平穩(wěn)地過(guò)渡到同樣重達(dá)數(shù)萬(wàn)噸的的導(dǎo)管架上。兩個(gè)龐然大物必須在無(wú)休止的潮汐、波浪、海流，甚至是突襲的臺(tái)風(fēng)的影響下完成，精度上必須保證接口的幾個(gè)點(diǎn)對(duì)接一次成功，難度堪比太空對(duì)接。

安裝在平臺(tái)組塊關(guān)鍵部位上的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可為整個(gè)安裝過(guò)程實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)，為指揮者做出正確判斷，下達(dá)正確指令提供技術(shù)依據(jù)。上海交大的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已先后在荔灣3-1氣田導(dǎo)管架下水、荔灣3-1氣田浮托安裝、番禺34-1油田導(dǎo)管架下水、陸豐7-2油田浮托安裝、渤中35-2油田浮托安裝、惠州25-8油田浮托安裝、陸豐7-2油田二次浮托安裝等項(xiàng)目中成功應(yīng)用，發(fā)揮了不可替代的重要作用。值得一提的是，上述每一個(gè)項(xiàng)目，都是我國(guó)深海油氣開(kāi)發(fā)中的重大項(xiàng)目，可圈可點(diǎn)：荔灣3-1上部組塊安裝是世界難度最大的浮托安裝項(xiàng)目；惠州25-8中心平臺(tái)組塊安裝，是中國(guó)首例海上動(dòng)力定位浮托安裝作業(yè)，也是世界首例于惡劣海況下動(dòng)力定位浮托安裝作業(yè)，其平臺(tái)尺寸和重量都刷新了亞洲動(dòng)力定位浮托記錄；陸豐7-2平臺(tái)，平臺(tái)重量、作業(yè)水深為低位浮托方式的世界之最。

荔灣3-1氣田，位于南海東部，天然氣可采儲(chǔ)量在1000億立方米至1500億立方米。氣田建成后每年天然氣處理規(guī)模可達(dá)120億立方米，相當(dāng)于西氣東輸一期的規(guī)模。然而，荔灣3-1中心平臺(tái)組塊的浮托安裝，卻是一段不平凡的故事。

回顧2013年5月22日，那情景幾乎所有參與者都還歷歷在目。荔灣3-1中心平臺(tái)組塊的浮托安裝，堪稱是世界上難度最大的浮托安裝作業(yè)。

荔灣3-1氣田中心平臺(tái)上部組塊，即露出海平面的平臺(tái)部分，重達(dá)重達(dá)3.2萬(wàn)噸，由三層甲板組成，頂層甲板長(zhǎng)110米，寬77米，比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的面積還要大一些。頂層為生活樓、直升機(jī)坪、主電站、壓縮機(jī)模塊和吊機(jī)等，下層和底層為油氣處理設(shè)備、中央控制室、配電室及其他輔助設(shè)施。

此次作業(yè)，不僅要克服平臺(tái)自身重量大、水深等難題，更要克服南海的惡劣海況。

在原定的海上浮托進(jìn)船的時(shí)間，國(guó)家氣象局預(yù)報(bào)作業(yè)海域?qū)⒊霈F(xiàn)短時(shí)暴雨伴有7-8級(jí)陣風(fēng)，并且惡劣天氣將一直持續(xù)到4天后，按照以往的經(jīng)驗(yàn)這種天氣是很難進(jìn)行海上作業(yè)的，這給施工人員出了很大一個(gè)難題：由兩艘重型起重船和12艘拖輪組成的這樣一支龐大的隊(duì)伍在海上消耗非常巨大，粗略估計(jì)每天成本為數(shù)百萬(wàn)人民幣。風(fēng)雨無(wú)常的南海，下一個(gè)可以安裝的作業(yè)期還不知在何時(shí)。如果拖延，將會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至影響到油田的整個(gè)開(kāi)發(fā)計(jì)劃。但是，如果在惡劣天氣中冒險(xiǎn)作業(yè)，一旦失敗，那損失更是上億元。

在這緊要關(guān)頭，由上海交大實(shí)測(cè)團(tuán)隊(duì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)浪和船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)做出精確的測(cè)量和深度的分析，并得出結(jié)論，由于波浪方向處于首迎浪方向，且風(fēng)浪周期偏小，即使是波高超出設(shè)計(jì)波高一半的情況，仍然能安全完成安裝作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)施工的指揮團(tuán)隊(duì)聽(tīng)取了實(shí)測(cè)報(bào)告之后，綜合分析各方面因素，做出了按照原計(jì)劃進(jìn)行施工的決定。

整個(gè)安裝過(guò)程長(zhǎng)達(dá)40多個(gè)小時(shí)，實(shí)測(cè)團(tuán)隊(duì)的全體成員不眠不休、連續(xù)奮戰(zhàn)，對(duì)諸多關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)人員獲取了及時(shí)、可靠的安裝過(guò)程檢測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)判斷安裝狀況，及時(shí)做出準(zhǔn)確的調(diào)整，確保了整個(gè)安裝過(guò)程順利進(jìn)行。伴著小雨，重達(dá)3萬(wàn)余噸的平臺(tái)上部組塊與導(dǎo)管架平臺(tái)的8個(gè)支點(diǎn)準(zhǔn)確對(duì)接，完美嚙合，穩(wěn)穩(wěn)安放在高達(dá)近200米的亞洲最大導(dǎo)管架的頂端。隨著中海油“229駁船”與平臺(tái)安全脫離，緩慢退出導(dǎo)管架，整個(gè)安裝完美收官。全體工作人員的臉上終于綻放出了笑容，這是使命完成的喜悅，更是責(zé)任背后的光榮。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)干什么？

一旦發(fā)生海難事故，對(duì)于海上救援來(lái)說(shuō)，就四個(gè)字：迅速、專業(yè)。

值得一提的是，南海海況氣候和地質(zhì)的復(fù)雜性已經(jīng)超過(guò)了墨西哥灣、西非、巴西這三大世界深水油氣開(kāi)發(fā)的主要海域。這意味著海洋平臺(tái)在南海運(yùn)營(yíng)雖然可以借鑒世界上其他深水區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)，但沒(méi)有可以照搬的模式，需要自己去摸索，去尋找規(guī)律。除此之外，南海海底復(fù)雜的地形、海上航線縱橫、火山活動(dòng)頻繁、天氣和海況本身也對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理產(chǎn)生影響。沒(méi)有可援引的案例，也沒(méi)有可借鑒的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)中國(guó)南海的特殊情況，更需要建立我國(guó)自主核心技術(shù)體系。這正是上海交大海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室使命所在。

隨著實(shí)測(cè)工作的深入開(kāi)展，人們對(duì)實(shí)測(cè)技術(shù)提出了新的要求，集中體現(xiàn)在時(shí)效性上。現(xiàn)有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)船上人員定期收集，然后經(jīng)由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)回陸地，再經(jīng)過(guò)陸上人員處理和分析，最終得出分析報(bào)告。整個(gè)過(guò)程至少要持續(xù)兩周。事實(shí)上，海洋平臺(tái)的安全分秒必爭(zhēng)，及時(shí)預(yù)判和實(shí)時(shí)掌握故障發(fā)生的情況非常重要。

此外，海洋平臺(tái)系統(tǒng)非常復(fù)雜，在海上所經(jīng)歷的力學(xué)環(huán)境也非常復(fù)雜。一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，一方面需要為決策者提供全面、有效、快速的數(shù)據(jù)分析；另一方面，需要眾多領(lǐng)域的專家學(xué)者同步協(xié)同作戰(zhàn)，才能做出準(zhǔn)確的判斷和決策。

為此，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“升級(jí)版”：“遠(yuǎn)程專家會(huì)診系統(tǒng)”被列入議事日程。

遠(yuǎn)程專家會(huì)診系統(tǒng)，可以將船上的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)源源不斷地發(fā)回陸地基站，并經(jīng)基站內(nèi)的自動(dòng)處理程序進(jìn)行預(yù)處理，并作初步分析。

然后，系統(tǒng)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行篩選和判斷，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的報(bào)警條件做出不同級(jí)別的報(bào)警，如閃燈、鳴笛等。同時(shí)，建立專家?guī)欤?duì)專家的擅長(zhǎng)領(lǐng)域和資歷級(jí)別進(jìn)行分類。正常情況下，進(jìn)入專家?guī)斓膶＜颐刻於紩?huì)收到一份平臺(tái)監(jiān)控分析報(bào)告。重點(diǎn)關(guān)注時(shí)期（如臺(tái)風(fēng)過(guò)境）和報(bào)警發(fā)生時(shí)，會(huì)增加監(jiān)控報(bào)告發(fā)給專家的頻次和發(fā)送專家的級(jí)別。專家收到分析報(bào)告后，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)平臺(tái)的健康狀況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，然后反饋給陸地基站。基站內(nèi)人員收到專家意見(jiàn)后，將意見(jiàn)進(jìn)行整理，完成專家綜合意見(jiàn)，并反饋給平臺(tái)運(yùn)營(yíng)方。這樣，平臺(tái)上人員每天都可以收到平臺(tái)在前一天的運(yùn)營(yíng)健康報(bào)，并可據(jù)此對(duì)平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

“整個(gè)深海油氣領(lǐng)域，國(guó)外已經(jīng)走了四五十年，而中國(guó)不到十年，對(duì)于深海油氣開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)和防范，理論研究和實(shí)踐都才剛剛開(kāi)始。我們開(kāi)發(fā)的這套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也剛起步，伴隨中國(guó)海洋工程的發(fā)展，未來(lái)還將有更為廣泛的應(yīng)用。作為中國(guó)船舶與海洋工程領(lǐng)域科研力量的‘國(guó)家隊(duì)’，我們責(zé)無(wú)旁貸，時(shí)刻準(zhǔn)備迎接新的挑戰(zhàn)?！睏罱窠淌诔錆M信心地說(shuō)。

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