海洋，面积辽阔，物产丰富，蕴藏着这颗星球上超过 34% 的石油和天然气。然而，这些油气资源却并非触手可及，其中更有 44% 深埋于水深超过 300 米的深海之下。
在中国也同样如此，尤其是在我国南海，在这片平均水深超过 1000 米的海域，55% 的油气资源都埋在深深的海底。
国际上划分深水区的标准有＞300米、＞400米、＞500米等不同方案，本文采用＞300米的分级标准，其中水深在300米以内的海域为浅水，300-1500米为深水，大于1500米为超深水。
但是海洋环境却极其复杂、极其恶劣，水深每增加一米，资源开采难度将呈几何级数增长，以至于在过去的漫长岁月中，面对近在家门口的宝藏，我们始终举步维艰。
直到近些年来，我们终于依靠自己的力量，相继实现了：第一次深海勘探，第一次深海钻井，更建成了第一座水深达1500米的大气田，正式开启了中国海上油气开采的超深水时代。
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2021年6月，中国首个自营的1500米水深的天然气田“深海一号”正式投产，画面中的庞然大物为中国最大生产储卸油平台，摄影师@韩庆
而放眼全国，我们的渤海、东海、南海之上，145 个油气田不分昼夜，将来自海洋深处的能源源源不断地送往全国，作业能力也从数十米飞跃至 3000 米之多。
为什么走向深海的道路会如此艰难？我们又是如何做到的呢？
01
炼一双“火眼金睛”
想要走向深海，我们首先必须知道海底的油气资源究竟在哪里。
可是，深海之中如同一团迷雾，地层之下更是深不可测，除非拥有一双能够穿透海水、穿透地层的“火眼金睛”。
涠洲岛镶嵌在一望无垠的大海中，摄影师@陈肖
在陆地上，人们可以向地下发射人造声波，通过接收和分析不同地层的反射波，便能反推出地层的分布规律，从而推断出油气资源的分布。
类似的探测方法，同样适用于海上。只不过海上毫无立足之地，若要安放所有设备、人员，人们必须要有一艘特殊的、能够进行物理勘探的大船，人称“物探船”。
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这种利用声波等物理手段来研究地层信息的手段，称为地球物理勘探，简称物探。人造声波也称为人造地震波，其勘探方式则被业内称为地震勘探。海上地震勘探原理示意，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
这种船最鲜明的特征，就是尾部拖行的超长电缆，它们用于接收海底反射的声波，相当于每一条电缆都扫描了地层的一个切面。
单条电缆勘探示意，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
但仅凭一个切面做出的判断显然不够准确，倘若能同时扫描更多地层切面并将它们拼合起来，一个三维地层模型便跃然眼前，隐藏其中的油气线索也将一一显现。
多条平行电缆勘探示意，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
这也意味着当一艘船拖带的电缆长度越长、数量越多，一次扫过的面积就越大，若再有更快的航速以及超长的续航，扫描效率自然就越高。
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地震船以及拖拽的长长的电缆，摄影师@赵仲兴
但要拥有这样一艘物探船却并非易事，以至于在我国海上油气开采的初期，人们只能用塑料袋装满炸药来激发声波，只能用胶布包裹电缆，甚至用气球悬浮电缆，才好不容易将一艘旧船改造成了简陋的物探船。
但自此以后，一场长达 50 多年的升级之路拉开帷幕。
从中外合建的装备 4 条 6000 米长电缆的“东方明珠号”物探船，再到自行改装的装备 8 条 6000 米长电缆的“海洋石油 719”物探船，最终装备 12 条 8000 米长电缆的“海洋石油 720”深水物探船终于诞生。当其尾部电缆展开后，覆盖的海域面积之大甚至相当于1200多个标准足球场。
左边小船正在为右边大船提供物资补给，其中大船为物探船海洋石油720，摄影师@陈志玮
不仅如此，其航行速度、续航里程、抗风浪以及破冰等能力均大幅提升，不但可以抵抗南海的狂风巨浪，还可以驰骋于北极等极寒海域。因此它也一举成为亚洲最先进、作业能力最强的物探船。
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作业中的海洋石油720，注意图中的电缆长度与船本身大小的对比，摄影师@陈志玮
至此，一艘艘物探船如同一双双“火眼金睛”，在中国各大海域往来穿行，由它们扫描收集的水下信息，经地质学家分析后从中发现了众多的油气分布区域。
但仅到这里，我们依然无法走向深海，因为这些被探明的区域究竟是否具有开采价值，只有真正将钻井钻入地层才能一探究竟。
然而，要从波涛滚滚的海面将钻井向下打入数千米深的海底，又谈何容易？
02
造一座“海上堡垒”
要在海上打井，前提是我们必须造一座“海上堡垒”。有了堡垒，装备和人员才有立足之地，而堡垒越坚固，钻井作业才能够应对海风、海浪、海流、海冰等各种恶劣的海洋环境。
汹涌的海浪冲击海岸，摄影师@胡颖
起初，人们利用钢管搭建从海上直插海底的导管架，其上再铺设甲板、放置设备，固定式钻井平台便诞生了。
固定式钻井平台示意，制图@罗梓涵&郑伯容
但这种“固定堡垒”一经安装便无法移动，对于需要重复使用的钻井平台而言，实在没有太多优势。所以除了一些特定环境外，如今已几乎销声匿迹，取而代之的是一种“移动堡垒”。
它由一个平台、数条桩腿以及特殊的升降装置组合而成。在升降装置的作用下，平台和桩腿可以垂直升降，从而实现固定时钻井，浮动时转移，这便是自升式钻井平台。
自升式钻井平台示意，制图@罗梓涵&郑伯容
它凭借灵活移动、重复使用等优势，很快便成为钻井平台家族的主角之一。
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在拖船的牵引下，自升式钻井平台正在转移位置，摄影师@王振宇
不过，这种堡垒也并非十全十美，其最大的弱点便是高高竖立的桩腿。因为要适应更大的水深，桩腿的长度、尺寸、重量必将不断增大，平台结构也因此变得越发复杂，使其难以应对恶劣的海洋环境。
所以，在目前中国建造的此类平台中，122 米已经达到其工作水深的极限。
“海洋石油944”自升式钻井平台，其桩腿底部装有特制的大“靴子”，能够在松软的海底区域“脚踏实地”，摄影师@王振宇
于是，一种更加灵活的“海上堡垒”应运而生。它由上部平台、下部浮体以及中间连接的立柱三个部分组成。拖航时像一艘大船浮于海面，工作时由下部浮体充水下潜，故而得名“半潜式钻井平台”。
稳立于海浪中的半潜式钻井平台，摄影师@郑建富
这样的半潜状态，既可以让平台的重心下移，保持平台垂直方向的稳定，平台四个角上安装的锚链，又能保持前后左右的稳定。
半潜式钻井平台示意，制图@罗梓涵&郑伯容
1978 年，中国从挪威引进的第一座半潜式钻井平台“南海 2 号”，最大作业水深就达到 200 米。
南海2号，摄影师@宫瑞卿
而自2010年起，随着技术的不断突破，一众中国自行建造的深水钻井平台纷纷登上历史舞台，甚至一次又一次打破工作水深的世界纪录。
从“创新号”半潜式钻井平台的 750 米，到“兴旺号”半潜式钻井平台的 1500 米——
“兴旺号”半潜式钻井平台，摄影师@李佑坤
再到“海洋石油 981”半潜式钻井平台的 3000 米，以及“蓝鲸 1 号”半潜式钻井平台的 3658 米——
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请横屏观看，多艘半潜式钻井平台同框，摄影师@唐克/视觉中国
为了更好地适应深水环境，有的半潜式钻井平台不仅拥有巨大的锚链，还在平台下部加装了可以 360° 旋转的大马力推进器，再辅以卫星定位、气象监测等。即使没有锚链，依然可以在惊涛骇浪中稳如泰山。
待安装的推进器，图片来源@中国海油
例如作业水深达 3000 米的“海洋石油 981”就可以在水深小于 1500 米时使用锚链来稳定平台，水深大于 1500 米时则启用推进器。
拖航中的“海洋石油981”半潜式钻井平台，摄影师@茅亚林
就这样，茫茫海面之上，中国人终于建成了一座座稳定而坚实的“海上堡垒”。巨型堡垒之上，井架竖立，钻机轰鸣——
工人们正在下钻作业，摄影师@王振宇
堡垒之下，半米粗的隔水钢管直插海底，硕大的钻头则沿着钢管钻入地下，最大深度超过 15000 米——
海洋石油981正在进行钻井作业，白色管道为隔水管，钻杆从隔水管中间直插海底，摄影师@赵亮
于是，在被探明的油气区域内，经过一次次钻井的验证，包括中国最大的海上油田“蓬莱 19-3”、中国最大的海上气田“崖城 13-1”在内的数百个油气田终于显露真容。
但是，这些“海上堡垒”并无法实现持续不断的油气生产。完成钻井后，它们便将前往新的油气田，继续自己的使命。
因此，若要真正实现深海采油，我们还需要建造一座昼夜不休的“海上工厂”。
03
建一座“海上工厂”
这座“海上工厂”是一个兼备油气生产和加工，而且使用寿命长达数十年的超级组合体。为此，无法重复使用但却能长期提供稳定支撑的导管架重新进入人们的视线。
和固定式钻井平台类似，人们以导管架为基座，在上方安装生产设备便得到了一个固定式生产平台。
海上生产示意，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
而结构复杂、功能多样、所需空间更大的加工环节，则被部署在陆地上。
海南南山陆地原油处理终端，摄影师@宫瑞卿
于是，海上生产、陆地加工，一座“半海半陆的工厂”便诞生了。但这种“海上工厂”对油气田的要求相对较高，既要距离海岸不远，又要面积大、产量高，海底还要适合铺设管线。
所以，要想走向深海，建造一种海上生产、海上加工的全海式“海上工厂”势在必行。其中最关键的便是实现海上加工。
于是，人们将纷繁复杂的加工设备紧凑地布局在一艘大船上，再加上自动化控制系统以及船舱的储存功能，一座化工厂便被巧妙地塞进了一艘船里，这便是“生产储油船”（英文简称FPSO）。
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此设备全称为浮式生产储卸油装置，国内称之为生产储油船，下图为工作中的生产储油船，请横屏观看，图片来源@李雪松
有了它，海上油气生产、汇集之后，便能直接在海上完成加工，而后再经由油轮送往陆地。
海上生产+海上加工模式，其中系泊塔结构在不同水深固定方式不同，浅水区多用导管架固定，而在深水区则用锚链固定，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
相比于半海半陆的工厂，这种海上生产、海上加工的全海式工厂建造周期短、前期投资少，再加上它还可以重复使用，一经问世便风靡全球，也自 1989 年起便逐渐成为我国海洋油气开采中应用最广泛的模式之一。
图中上方为生产储油船，下方为油轮，油轮正在从生产储油船中进行提油作业，摄影师@李雪松
其中渤海上的“渤中 28-1 油田”是我国最早采用这种模式的油田。而它配备的“渤海友谊号”也是我国第一个自行建造的生产储油船。
生产储油船上密集的管道系统，摄影师@秦宇
可即便应用广泛，这种模式仍然无法实现深海开采。因为想要适应更大水深、支撑海上生产的导管架，必然也要增加高度、延长建造周期同时安装难度也会随之增加。
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海洋油气生产设备组成海面上的一道靓丽风景线，摄影师@宫瑞卿
这意味着我们的生产方式也必须再次升级。
2020 年，南海的“流花 16-2 油田”投产，其平均水深达到 410 米。但在茫茫海面之上只见一艘巨大的生产储油船，而固定的导管架不见了踪影。这是如何做到的呢？
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“流花 16-2 油田”的生产储油船，摄影师@林川
当我们穿过水面，就能找到问题的答案。此时你将看到的是一张由纵横交织的海底管网组成的水下生产系统，再配合生产储油船，一种“水下生产、海上加工”的开采模式“破水而出”。
水下生产+海上加工模式，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
而这样的水下生产系统，不仅受天气影响较小、可靠性强，若配合远程控制系统还可以降低成本、精简人手。再加上可重复使用的生产储油船，整体投资也大大减少。因此，自然而然地成为了水深超过 300 米时的“新宠”。
可即便如此，生产储油船毕竟是一艘船，船体有限的稳定性并不能从容应对恶劣的深海环境。若要拥有更强大的稳定性，同时还可以重复使用，就必须建造这样一个庞然大物。
没错，这就是和半潜式钻井平台一脉相承的“半潜式生产储卸油平台”。其生产时部分潜于水下，有利于增强稳定性。
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巨大无比的半潜式生产储卸油平台，图片来源@王继强
其最典型的代表便是，中国首个自主建造、运营的全球首座10万吨级深水半潜式生产储卸油平台“深海一号”。
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伫立于海面上的“深海一号”，图片来源@李彦昭
它的规模巨大，总高度达 120 米，相当于 40 层楼高；若从空中俯瞰，其面积相当于两个标准足球场；最大排水量达 11 万吨，相当于近 2 艘“山东舰”航母，而作业深度则达到 1500 米。
鸟瞰“深海一号”，摄影师@韩庆
它“待机时间”超长，即便面对高温、高湿高盐雾、超强台风的大南海，仍然可以连续工作 30 年而不回坞检修。
最值得一提的是，它的立柱除了支撑平台外，还被开发成一个巨大油舱，其容量相当于 10 个标准游泳池，它也因此成为了世界首个使用立柱储油的半潜式平台。
正在安装就位的深海一号，图片来源@王继强
2021 年 6 月，这只钢铁巨兽在南海预定海域精准就位，再加上水下生产系统以及往来穿梭的油轮和直通陆地的海底管线，一套极为高效的开采模式横空出世。
其生产的天然气，从海底到千家万户只需耗时 1 天，每年可以向粤港澳大湾区供气 30 亿立方米，相当于大湾区 1/4 的民生用气需求。
深海一号开采模式，其中锚链长度一般是水深的3-5倍，故锚链在水下会更分散，图中仅做示意，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
至此，用“火眼金睛”探路、用“海上堡垒”钻井、用“海上工厂”生产三大设施一一就位，终于让中国人靠着自己的力量，一步步走向了深海。
04
深海舰队的诞生
当然，这还不是全部。
除了物探船、钻井平台、生产平台这样的核心力量，一支具备战斗力的“深海舰队”还必须包括铺设海底管道的铺管船——
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并行的两艘海底铺管船，图片来源@中国海油
搭建海上设备的起重船——
世界最大单臂起重船“蓝鲸号”正在吊装作业，图片来源@中国海油
拖引和补给物资的工作船等拥有不同本领的各种成员——
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三艘工作船正在拖引“深海一号”前进，如同一支海洋舰队，图片来源@王继强
以及在这背后数以万计默默奉献的深海探索者。
远在数千公里之外的我们，远在陆地之上的我们，也许永远无法想象他们是如何用微小的身躯驾驭一个个钢铁巨兽——
导管架扶正作业现场，摄影师@张鹏
是如何在惊涛骇浪中钻出数千米深的油井——
钻井工人正在海上安装钻井用的管线，摄影师@林俊西
又如何在一望无际的大海上日复一日地坚守——
茫茫南海上屹立的生产平台，摄影师@姚术成
但这就是这支深海舰队的日常。
正因如此，在我国对进口石油和天然气的依赖依然高达 73% 和 43% 的今天，海洋油气的增产量占比已经连续三年达到全国增量的近 80%，成为我国能源增长的新引擎。
当然，未来的道路依然漫长。因为中国当前的海洋油气产量，仅占全国油气总产量的 18%，距离 30% 的世界平均水平仍有不小的差距。
但也正因如此，我们才必须继续走向深海，走向更广阔的深海。
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中国海洋石油舰队，图中仅展示部分装备，制图@罗梓涵&郑伯容/星球研究所
参考文献
[1] 邱中建等. 中国油气勘探（第四卷 近海油气区）[M]. 地质出版社, 1999.
[2] 傅成玉. 当代中国海洋石油工业[M]. 当代中国出版社, 2008.
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[5] 《中国海洋石油总公司志》编纂委员会. 中国海洋石油总公司志[M]. 改革出版社, 1999.
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[7] 夏侯命胜, 李志雨, 王东,等. 物探船关键技术及发展趋势[J]. 船舶工程, 2019.
[8] 2019大型装备性能手册-移动平台、船舶及FPSO.
策划制作
来源丨星球研究所（id：xingqiuyanjiusuo）
作者丨艾蓝星
审核丨 蒋文明 中国石油大学（华东）油气储运工程，康琦 副教授中国石油大学（北京）流动保障研究组博士
设计丨罗梓涵&郑伯容
图片丨感恩的心
地图丨郑艺
封面摄影师丨中国海油&王振宇
责编丨林林
特别鸣谢丨 冯加果 中国海油海洋工程高级工程师 ， 阮福明 中海油服物探事业部装备研发制造中心总工程师，王伟 中国海油海洋石油 981 平台经理
特别说明丨本文是基于中国海洋石油工业发展史，从海洋工程装备的视角来回答“中国如何走向深海？”这个问题。而成立于1982年的中国海洋石油集团有限公司，作为中国海洋石油工业的主力军，用40年时间走完了西方国家海洋石油工业100年的历程，未来也将继续参与世界海洋石油工业的角逐。
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原标题：《中国如何走向深海？》
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