六年磨一剑 搭建国产“水下生命线”

　　——研究总院科技降本系列报道之四
　　[中国海洋石油报2015-10-19]
　　从2009年至今，研究总院技术研发中心电气首席工程师郭宏的科研轨迹都与水下生产系统脐带缆相关。一期研发工作已经完成，二期应用研究即将在明年结题。六年磨一剑，该成果即将进入工程应用及产业化阶段。不过，最初大家只是想进行一下研究，对产品研发没有太多设想。科技部专家在验收时直言：“我们的初衷是希望你们探索脐带缆技术的难点和关键点，没想到你们在突破关键技术的基础上还做出了样缆并完成相应测试，这是超出我们预期的。”
　　打破技术垄断
　　科技部专家的惊讶不无道理。不同于陆上油气开发，在海洋油气开发中，有些生产设施是安装在几百米甚至几千米的海底。脐带缆用于连接水上依托设施和水下生产设施，好像母亲和孩子之间的脐带一样，为水下生产设施提供电力、信号、液压油和化学药剂等支持，因此又被称为“水下生命线”。
　　脐带缆产品在海洋油气开发中已有60多年的应用历史，目前世界上有数千套水下生产系统在使用脐带缆，总长度达数万公里。但是脐带缆技术一直被国外极少数公司垄断，脐带缆不仅价格昂贵，而且供货周期长。
　　国内对于脐带缆的研究较晚，很多油气田如陆丰22-1、荔湾3-1等都采用了国外产品。直至目前，我国水下生产系统脐带缆依然全都依赖进口，采购成本高、供货周期长、售后服务不及时，制约着我国南海油气开发。
　　为打破这种不利局面，研究总院脐带缆研发团队着眼产、学、研、用相结合，联合了国内知名科研单位和厂家进行技术攻关，决心打破国外技术垄断。
　　艰难的研发过程
　　水下生产系统脐带缆包含钢管/软管、电缆、光纤、填充、护套、铠装等多种组成单元，具有多单元、多层次、非黏性螺旋缠绕的结构特点。在海洋油气田开发中，脐带缆受到海洋环境及浮体运动荷载作用，极易造成功能单元失效以及自重引起的拉伸失效、顶部及底部弯曲失效等。面对一系列问题和难点，课题组通过深入研究和大量、细致的试验，最终取得了重大突破。
　　课题组通过力学强度校核、疲劳分析、海底稳定性分析、干涉分析、水动力等局部和整体力学分析，经过多次设计、分析、校核，最终确定了满足油气田开发要求的最优脐带缆设计方案。通过这些研究，课题组掌握了脐带缆设计流程和方法，具备了自主设计能力。
　　课题组通过深入研究、分析、试验，攻克了多单元多层次成缆、成缆和铠装工艺参数等多项技术难点。针对测试内容，课题组形成测试方法及流程，自主研制测试装置，建立专用测试平台，对脐带缆各单元及整缆进行了一系列功能与力学性能测试，证明其满足设计和使用要求。
　　成果的深远影响
　　着眼于边研发边应用，脐带缆研发团队所取得的部分水下生产系统脐带缆研究成果在多项实际工程中得到了应用。例如，30MPa水密测试系统已经收到多家国内海底电缆厂家的测试委托，双层铠装技术应用于崖城13-4测试脐带缆项目，为流花4-1油田水下生产系统提供电飞线等产品。
　　然而，研究成果的商业化并不是检验科研价值的唯一标准，课题成果对相关学科发展、人才培养和产业发展的影响至关重要。由于缺乏核心技术，国内海缆生产厂家在国际上的竞争一直处于劣势。但是在2012年，课题协作单位携课题研发的脐带缆样缆参加了OTC(世界海洋技术大会)，中国制造的脐带缆技术和产品，赢得了多方关注。课题组引领了国内海缆行业及相关产业的技术升级，同时为我国培养了一批水下生产系统脐带缆理论研究、设计、制造、测试等不同方面的专业人才。
　　“脐带缆研发和应用是一项系统工程，我们目前只解决了研发过程中的难题，应用过程中难题也会不少，这是接下来一段时间努力的方向。”郭宏说。