欢迎您登录科学中国人官方网站!!
新浪微博|网站地图|联系我们
杨进:骑鲸蹈海定神针 强国富民深海魂
——记“海洋深水浅层钻井关键技术”项目团队

作者:吴 彪    发布时间:2020-03-01

导读:  20余年骑鲸蹈海、蓝海造梦,他和团队攻克的海洋深水浅层钻井关键技术在这片广阔的海域里接连突破了深水浅层作业事故率高、周期长、成本高,无装备、无技术、无人员等在很多人看来“难比登天”的难题,将大国重器之“定海神针”稳稳地插入瀚海深处,喷薄而出的黑色血液供养着国之发展与未来。   

  初春的南海,波飞浪卷,洒满金色阳光。
  这片广袤壮美的蓝色国土,时刻牵动着国人的心。
  21世纪的海洋,承载着人类生存和发展的希望,丰富的资源和巨大的能量使其成为支撑世界各族命运的“蓝色脊梁”。而南海作为中国海洋国土的重要组成部分,被国人给予了极大的厚望。
  “南海油气资源量高达350亿吨,深水占2/3以上,是我国能源的重要接替区,但由于技术难度大、我国深水钻井起步晚,开发长期停滞!由于地缘经济与政治地位特殊,加快南海深水油气资源勘探开发是保障我国能源供应和捍卫海洋权益的重大战略举措。”中国石油大学(北京)教授、安全与海洋工程学院副院长、海洋能源工程技术联合研究院副院长杨进如是阐述他的团队“明知海有鲸,偏向深蓝行”的原因。
  20余年骑鲸蹈海、蓝海造梦,他和团队攻克的海洋深水浅层钻井关键技术在这片广阔的海域里接连突破了深水浅层作业事故率高、周期长、成本高,无装备、无技术、无人员等在很多人看来“难比登天”的难题,将大国重器之“定海神针”稳稳地插入瀚海深处,喷薄而出的黑色血液供养着国之发展与未来。
  
深水浅层擎利器 自主可控谱赞歌
  众所周知,海洋孕育了地球这个蓝色星球最初的生命起源,也令人类的未来充满无尽可能。这片蓝色的区域蕴藏了全球超过70%的油气资源。“谁拥有海洋,谁就拥有未来”已成为世界各国的共识。但您可知道?近5年来,全球重大油气发现有70%来自水深大于500米的深水区。伴随着陆上及浅水油气的日趋稀少,深海成为世界油气的重要接替区。挺进深蓝,已经成为大势所趋。
  虽然意义重大,但对我们国家来说,要挺进深海,谈何容易。
  在记载有中华民族五千年历史的青铜甬道上,从不缺少我们祖先勇敢探索海洋的历史画卷。遗憾的是到了近现代,中国的海洋探索日趋没落。一部中国海洋的近现代史就是一部饱含血泪的屈辱史。
  新中国诞生之后,作为中国海洋崛起的一个重要组成部分,中国海洋石油在艰难环境中蹒跚起步,从最初迫于无奈逼着一群“旱鸭子”到水里找油,到艰难地在海里打下第一口石油探井。因为技术受限,只能生硬地将陆地里的石油技术“照搬”到海上,发现根本行不通之后又被迫寻求国际合作。在杨进的脑海里,不管是听前辈讲起还是自己亲身体会,这样的切肤之痛还有很多。
  “海洋的钻探与陆地完全不同,它是一个全新的技术体系。越往深海探索,各方因素就会更复杂,比如海上会经常有台风等各种极端天气,海底存在浅层气、浅水流、滑坡等各种地质灾害,这些很容易造成费劲心力、劳力、财力打的井一瞬间就垮掉了……”高难度、高风险但高回报成为大众对深海油气开发的共识。从难易程度上来讲,深水钻井技术水平代表着一个国家海洋钻井技术的水平。
  深水钻井的特点使其核心技术和装备成为世界油气强国竞相角逐的前沿制高点,长期被欧美垄断。落后就要挨打,因为有感于技术落后及垄断带来的隐患。新世纪以来,深水钻井行业里的很多有识之士都在有意识地鼓励大家尝试通过自主创新将深海钻井相关技术掌握在我们中国人自己的手中。杨进和他的团队倾力其中,突破深水浅层钻井技术就是近年来他们为实现中国深蓝造梦擎出的一把“利剑”。
  工程实践表明:水深大于500米的钻井事故60%缘于海底以下几百米的浅部松软地层。由于水深、海况恶劣、土质松软、浅层地质灾害等因素,导致深水浅层钻井难度大、风险高,承载数百吨的井口很容易发生失稳下沉等事故,造成巨大的经济损失。深水浅层钻井,成为世界级技术难题。“就像我们建楼一样,万丈高楼平地起,首先要把地基先打好,地基打得越牢,高楼越稳,基础是非常重要的。”瞄准国家深海钻井相关难题,杨进和他的团队展开了艰苦卓绝的攻坚。
  在国家自然科学基金重点项目、国家科技重大专项、原国家“863”计划等项目的支持下,他们历经10余年“产学研用”协同攻关,取得了一系列卓越的创新突破:他们发明了深水浅层钻井设计技术,实现了技术超越,并在相关领域形成了首部ISO国际标准DIS稿;他们发明了深水浅层安全高效钻井作业控制技术,将浅层钻井成功率提高到了100%,将浅层钻井平均作业时间降低30%以上;他们打破了国外的技术垄断,发明自主可控的高承载高效率深水浅层钻井作业关键装备并实现产业化。成本仅为国外的一半,供货周期大幅缩短。
  10余年奋勇拼搏终换来巍巍国之重器在海平面傲然屹立的那一刻。应用相关技术发明成果,海上石油人不仅在南海钻探发现了5个大中型深水油气田,高效推进了我国首个自主作业的深水气田陵水17-2的浅层钻井作业。项目成果还推广应用到巴西、墨西哥湾等全球典型深水区块的95口井,充分验证了技术成果的可复制、可推广性,为巴西Libra(全球最大的超深水油田)等深水油气田勘探开发贡献了中国方案,得到了国内外同行的广泛赞誉。
  经行业协会组织权威专家鉴定评价:该项成果实现了深水浅层钻井关键技术的重大突破,推广应用前景广阔,成果主要技术指标达国际领先水平,使我国跻身于世界深水钻井先进行列。成果获省部级特等奖和一等奖各1项,经济、社会效益显著。
  不积跬步无以至千里,不积小流无以成江海。从原先被逼于无奈到海里“瞎子”找油,到引进、消化、吸收但仍受制于人,再到冲破藩篱自主创新可控,且应用“花开遍地”,杨进及其团队在瀚海深处奏响了一曲来自中国海上石油人的深海赞歌。
  
攻坚克难创纪录 奋勇拼搏为国民
  莺歌海,东经108.73度,北纬18.51度,海南岛西南端的一个突起的犄角。
  1960年,石油工人驾驶着一条驳船来到这里,他们把冲击钻安装在驳船的侧面钻了两眼20多米深的油井,这就是英冲一井、英冲二井,当人们准备打第三口井的时候,大风把那套原始的井架吹倒了。但是,从英冲一井中捞出的150公斤原油被公认为是中国石油向蓝色海洋进发的第一步。这150公斤原油曾让海上石油人激动不已。
  但在那之后,这里的油气勘探转入沉寂。和渤海东海不同,南海地势、环境复杂,油气资源的70%都在深水区域,但由于没有深海钻井设备,几十年里,南海深水成了一片无法开发的处女地。直到2006年,中海油与加拿大石油公司哈斯基在南海合作,成功发现了中国第一个深水气田“荔湾3-1气田”。油气测试时熊熊的火焰重振了南海石油人的信心,而深水钻井关键技术必须自主创新的警钟也在他们的脑海里盘旋。
  在杨进的印象里,自己所在的中国石油大学海洋深水研究团队所走过的历程,其实和中国深海探索是交织相连、同悲同喜的。
  1999年,立足我国海上石油开发急需,中国石油大学海洋钻完井研发团队成立,直到2002年瞄准深水研究方向,与中海油当时深水方向的定位算是不谋而合。之后,不管是与加拿大开展国际合作开发“荔湾3-1气田”,还是引进、消化、吸收、跟踪学习,再到排除万难自主创新并且付诸实践,杨进及其团队都作为重要一分子参与其中,做出了不可磨灭的贡献。
  为什么我国南海深海开发的推进如此之艰难?通过10余年的探索,杨进和他的团队有着深刻的感悟:“深水浅层钻井技术是制约我国南海深水油气勘探开发第一道关口、第一道瓶颈,这是我们必须要解决的关键问题。”尽快突破瓶颈,走出南海自主深水油气开发的实质性一步的紧迫感成为他们排除万难致力攻关的动力源泉。
  “无装备、无技术、无人员”是悬在他们头上的三把利剑,而突破南海深水浅层钻井技术面临的一个又一个难题犹如拦路虎,摆在了他们的面前。
  “海洋环境问题是一个重要方面。以水深为例,其实深水的概念是根据钻井工程难易程度不断改变的。它从20世纪80年代的300米变成了现在的500米。就是水深超过500米后,钻井的投入、技术难度明显要高很多。一根十几公分粗的钻杆要精准地打到海底井口底下,绵延几公里深,就跟面条一样,它很难控制。从开发的设备来讲,海上开发的设备不同于陆地,要面临更多的环境考验,哪怕是浅海,它还得要抗台风等极端天气。深水浅层地质松软、灾害多发,这一片区域还充斥着很多的浅层气、天然气水合物。我们知道,深海石油开采是一个高科技集成的系统工程,核心装备包括半潜式钻井平台、深水工作船等,建造深海钻井平台的复杂和所需的技术难度等同于建造航空母舰。而深海钻井平台安全性和可靠性要求很高,因为在深水区作业,一旦出现灾难性事故救助也很困难……”寥寥数语,就可以体会到深水钻井技术的不易。高风险、高投入、高科技是海洋油气开发的特点,而深水油气开发则将这一特点推向极致。
  有梦想就有动力,面对一个又一个世界级难题,杨进和他的伙伴并没有退缩。而是一步一个脚印地扎实推进。
  “2002年瞄准深水方向后,我们最初的工作还是通过南海的国际合作边看边学,收集一些国内外的资料”,彼时因为油价低落,中海油的项目停滞,所以相关领域很难做到全心去投入,但杨进依然坚持研究储备,在没有科研经费、没有设备的窘迫环境下做一些力所能及的理论分析推导、模型建立等。机会总是留给有所准备的人,正因坚持,在2006年油价回升,国家政策鼓励,中海油相关项目纷纷上马的时候,他们也做好了准备。
  从2006年开始,依托中海油科研项目和国家自然基金项目,杨进及其团队在国内没有现成理论、实验设备的情况下,迈开了理论研究和室内模拟实验的步伐。
  纸上得来终觉浅,须知此事要躬行。秉承中国石油大学(北京)一贯提倡的与现场紧密结合的作风,杨进和他的团队成员可以说是从不放弃任何到现场去感受体验的机会。为了解深水钻井工艺和钻井流程,他们申请到国外深水钻井平台上去学习。生怕漏掉现场一点一滴,他们配合现场作业也把研究人员分成两班倒,不舍昼夜地跟踪钻井平台作业全过程。通过自己观察、记录、学习,他们掌握了深水钻井作业的全部流程。回到学校后,顾不上休息,他们又紧锣密鼓地投入到另一场“战斗”中——开展模拟实验装置设计,开展模拟实验研究,寻找规律,建立理论模型。对杨进和他的团队成员来说,身体的劳累只是一方面,使命感带来的压力、研究成果需要直面质疑等问题扑面而来也让他们如履薄冰。
  “深水环境的模拟实验费用非常高,我们的条件有限,一开始只能进行一些室内小型的模拟实验、理论分析,但真正需要用的时候,我们的研究成果面临很多质疑,譬如小尺寸的模型是否能够全面地反映现场所有实际问题,是否能够完全对得上海上的真实工况和环境等。为了打消作业方的顾虑,我们决定做一个全尺寸、足尺寸的模型。这是史无前例的,难度非常大,幸运的是我们得到了中海油研究总院的大力支持。”为了确保模型能够顺利推进,杨进决定先带领团队到渤海海域进行真实的实验。时值炎炎夏日,杨进带着一批年轻师生挺进渤海海边,在那连续奋战了3个多月。夏日的渤海湾白天骄阳似火能把人晒脱3层皮,夜晚闷热蚊虫叮咬,“记得有一次导管喷射到位后,拔不上来,又不能停工,我们从早上一直工作到凌晨3点才回到基地吃饭,这种长期作业的景象我一辈子也忘不了。”虽然不易,但杨进和他的团队收获了宝贵、详实的数据,为全尺寸模型建立奠定了坚实的基础。
  艰苦卓绝的攻坚换来了喜人硕果:截至2019年12月,项目发明的深水浅层钻井设计与作业控制技术、关键装备已全面应用于我国南海深水海域油气田勘探开发作业,在我国全部自主的深水钻井中起到关键作用(共93口,100%全覆盖),创造了西太平洋最深水2619米作业纪录(荔湾22-1-1井)、南海超深水表层导管安装时间最短纪录和表层套管下入深度1392米最深纪录……
  “千仓万箱,非一耕所得;干天之木,非旬日所长。”多少个日夜兼程终换来了扬眉吐气。回首走过的十几年拼搏历程,杨进并没有因为其中经历的艰险感到懊悔,反倒是非常享受其中,对他和团队成员来说,深海石油钻井技术研究既是一项于国于民都至关重要的事业,那么再苦再难唯有勇敢面对,不经寒霜苦,安能香袭人?
  
我为祖国找石油 凝众聚力塑人文
  “嘉陵江边迎朝阳,昆仑山下送晚霞,天不怕,地不怕,风雪雷电任随它,我为祖国献石油,哪里有石油,哪里就是我的家……”一首《我为祖国献石油》唱出了中国石油大学(北京)人的赤子之情和石油之情。
  身为一名中国石油大学(北京)人,杨进自进入这一行业起,就将为祖国献石油的使命和重任铭刻于心,并为此付诸实践。在倾力其中的日子里,他越来越深刻地感受到自己的周围有一群和他一样将使命和任务抗在肩上的“志同道合的人”。值得一提的是,这群人并不局限在中国石油大学(北京)内部,而是团聚了产学研用多个领域的人。在杨进眼中,他们是始终捆绑在一起的整体,是为攻克事业难关“自然而然地走到了一起”。点滴汇成江海,中国石油开发事业得以翻开新的历史篇章。
  “我们团队由三大块组成,包括理论创新团队、技术研发团队和应用实践团队。理论创新团队由我们中国石油大学(北京)海洋工程研究院的成员组成,主要从事基础理论、模拟实验等相关方面的研究工作;技术研发团队由刘书杰总工程师带队的中海油研究总院成员组成,他们可以说是从理论到实践的‘中间转化桥梁’;应用实践团队主要包括以李中总工程师为首的中海油湛江分公司成员和以刘正礼主任工程师为首的中海油深圳分公司成员,他们负责检验我们的成果并应用推广。”产学研分工明确,紧密结合成为这支团队披荆斩浪、所向披靡的“秘笈”。
  作为其中重要一分子的理论创新团队,可以说是在不断协同、融合的过程中完成了自身的成长蜕变。团队主要由学校人员组成,平均年龄30岁左右,学科覆盖面很广,包括石油工程、海洋油气工程、船舶与海洋工程、地质工程、力学等;有研究力学的、计算机的,还有装备研发的等。“我们的特点是‘接地气’,产学研无缝连接帮助我们实现了良性循环成长。比如,我们在湛江和深圳分别有两个研究生科研工作站,我们会派学生常年驻扎在那里,让我们的研究离海上作业现场更近。工作站不仅给现场提供技术支持,我们的成果怎么用到现场、反馈如何,有哪些地方需要改进?这些我们都可以拿到真实、可靠、详尽的第一手资料。”现场的情况能够及时地反馈到工作站,工作站和学校联合修正后的成果又回馈到现场作业平台。就像是一个螺旋向上的圆环,深海石油钻井技术得以在这个良性的环中得到跨越发展。
  “厚积薄发,开物成务”,遵循中国石油大学(北京)这所巍巍学府的校训,杨进带领的团队在实践中收获了成长和提高。他们多年致力现场试验的相关研究成果不仅提高了我国海洋钻完井工程理论与关键技术水平,还促进了海洋油气工程学科建设与发展。2019年,中国石油大学(北京)海洋油气工程学科专业入选教育部一流本科专业建设的“双万计划”,成为石油行业里唯一一个入选的高校。
  最让杨进感到高兴的是,多年真金锤炼,除了研究成果屡获突破之外,他所在团队的氛围和文化也融入在中国石油大学(北京)沉淀的精神文化中得到了传承、发扬和创新。“与我们的前辈不同,团队里的年轻人几乎没受过什么风浪,但事实上,正是他们将老一辈流传下来的精神很好地传承和诠释。在茵茵校园,图书馆、实验室,‘勤奋、严谨、求实、创新’的学风得到了很好的展现;在荒漠戈壁、在深海基地,‘实事求是、艰苦奋斗’的校风也在风浪考验中得到了很好的阐释……我们的年轻教师依然坚持秉承‘为学为师,立德立言’的教风,大家在工作中也坚持‘求真务实,开拓创新,追求卓越’的工作作风,在工作总结、团队磨合的过程中,我们渐渐形成了诚信、和谐、感恩、奉献、高效的团队风格……”就是这样一个团队,继承了石大文化的精髓,也诠释了新一代人的风采风貌。
  
深海灿星展风貌 照亮梦想引前行
  作为团队的领头羊,杨进多年的拼搏经历反映了一名石油人求索向上的进取精神。
  一部钻机整天轰鸣作业,十几名头戴盔的工人战天斗地……这是孩童时期的杨进对石油钻井仅有的印象。老家地处河南农村的他一开始对石油的了解并不多。只因1985年高考的时候以高分“误打误撞”最终被华东石油学院录取,从此开启了他与石油一生的情缘。
  接触越多,杨进对石油这份事业的感情越是深厚。1989年凭借优异的成绩,他进入中国石油大学北京研究生部开启石油科学探索的旅程。恰好那年4月正值塔里木石油会战指挥部成立,他作为年轻老师前往那片沙漠荒原成为录井队的队长,这一干,就是4年。“君不见走马川行雪海边,平沙莽莽黄入天。轮台九月风夜吼,一川碎石大如斗,随风满地石乱走。”这是边疆大漠的生动写照。鏖战“死亡之海”4年,杨进积累了丰富的经验,也对艰苦条件下石油人的乐观精神有了真切的感悟。作为其中一分子,从今以后无论身处荒漠孤地还是茫茫大海为祖国找石油,他坚信没有中国石油人战胜不了的难关。这4年在一线的积累对杨进来说是值得保留一生的财富和难忘的记忆。
  1993年回校后,杨进进入了一段漫长的学习与实践相磨合的过程。先是在高德利院士的指导下攻读硕士研究生。2001年作为教育部访问学者前往俄罗斯国立石油天然气大学进行学术访问。同年进入中国矿业大学(北京)跟随彭苏萍院士学习矿产普查与勘探。2006年,杨进有幸前往清华大学在聂建国院士的指导下从事博士后研究工作。对杨进来说,这一大段人生经历非常神奇而富有价值。“很幸运跟随的导师或先或后都被评上了院士,但他们带给我的绝不是头上的光环,而是实实在在的精神财富,不管是专业技术还是人生态度。高院士教会了我做钻井工作一定要有踏踏实实、求真务实的态度;彭院士为我扩宽了一个新的创新领域,从此深享技术互补和眼界扩宽带来的各种裨益;聂院士让我对如何创新追求卓越有了很多领悟……”
  教育的意义在传承与创新。对杨进来说,自己曾经沐浴在恩师、前辈的言传身教下茁壮成长,如今,他也希望能给与学生同样的馈赠。让他感到欣慰的是,团队里的年轻人比他想象的要勇敢顽强。记得一次海上自升式钻井平台就位插桩发生穿刺,现场的数据和模拟的结果总是对不上。“按规定平台就位作业时除了船东工作人员,其他人员一律不得留在船上,我们想办法申请到海上平台上去跟踪采集第一手数据,研究生傅超挺身而出承担起这项工作,当时又发生了平台插桩穿刺,傅超冒着极大风险,跟踪记录了这次事故的全过程。这次数据对自升式钻井平台就位安全的技术攻关至关重要。”在杨进看来,追求真理的过程可能会付出一些代价,可能会存在风险,但只要这一过程存在价值,在确保安全的前提下,他们有必要勇敢地走出这一步。而这也是他们实事求是、脚踏实地的真实一面。
  杨进之外,这支团队里还有很多特点鲜明的海上石油人,他们是深海上空璀璨的星,默默指引中国在深海潜行。
  教授级高工李中是团队里应用实践的“领头羊”,作为海洋石油钻完井工程资深专家,他长期工作在海洋油气钻完井技术攻关一线,是出了名的“攻关专家”。通过长期技术攻关和工程实践,他带领团队相继攻克了高温高压钻完井、深水钻完井和复杂断块钻完井关键技术,为海洋钻完井技术进步、南海油气勘探和南海西部油田连续十年稳产1000万方油当量做出了重大贡献。先后荣获国家科技进步奖特等奖1项(团体奖)、一等奖1项(排名第一),省部级科技进步奖多项(其中特等奖3项、一等奖7项),授权发明专利16件,出版专著7部,发表论文25篇。
  教授级高工刘书杰是技术研发领域的“领头羊”。作为行业享有盛名的“大咖”,他行事低调,身后却是一长串沉甸甸的成果和荣誉,他是中海油研究总院钻完井总工程师,享受国务院政府特殊津贴,入选国家百千万人才工程。他还是中国海油钻完井领域杰出的技术专家;获得国家科技进步奖一等奖1项、国家技术发明奖二等奖1项、省部级科技进步奖多项、授权专利60余件;发表论文80余篇,出版专著4部。
  除此之外,团队还有周建良、刘正礼等领军人,谢仁军、吴怡、张伟国、黄熠、汪顺文、张俊斌、金灏、李炎军、陈浩东、刘和兴、杜威、张万栋、仝刚、徐国贤、傅超、宋宇、殷启帅、李磊、李舒展、陈绪跃、王莹莹、孙挺、严德、田瑞瑞、王欢欢、汪文星、张东昱甫、徐东升、赵新、胡南丁、刘询等核心成员,他们来自五湖四海,他们精通的专业有所不同,但他们有共同的追求,他们有一个共同的名字——海上石油钻井人。正如杨进所说:“没有他们,就没有我们的深海浅层钻井技术的攻克。”事实上,风雨同舟十余年,他们攻克的技术,背后发生的感人故事还有很多、很多。
  众人拾材火焰高,正因为这么多年深刻体会到深海石油钻探是一项需要聚众力、集众智的工作,未来,杨进和他的同伴们计划建立一个深水油气工程研发中心。“到时我们团队就不只是院校、企业了,它将是一个类似联盟的群体。伴随着越来越多的人加入到我们这个群体来,我们有机会去做更多的事情。”关于挺进深海,杨进和他的团队成员还有很多梦想,他们想往深水深层走,从而把整个深水钻井体系串联起来;他们想形成一套具有我国自主知识产权的技术和装备产品体系,提高我国深水钻井装备的国有率的同时,加强我国在相关领域的话语权……蓝图已绘就,扬帆待起航。
  
分享到:
资讯