记者 赵芸 通讯员 段雪琼

　　11月17日，我国首艘大洋钻探船“梦想”号正式入列。该船是国际上最先进的大洋钻探船，也是我国首艘完全自主研发设计和建造的超深水钻探装备，总长179.8米，型宽32.8米，总吨33000，最大钻深达11000米，可抵御16级超强台风，主要承担大洋科学钻探、深海油气勘探和天然气水合物勘查试采等国家重大任务。

　　近日，本报记者专访了中国船舶集团有限公司第七〇八研究所副总工程师、“梦想”号大洋钻探船总设计师张海彬。他表示，“梦想”号从立项论证到2024年建成入列，项目研发设计团队十年砥砺征程，突破了众多核心关键技术，研发了具有完全自主知识产权的大洋钻探船，实现了综合性能的大幅提升和运营成本的有效控制。该船建成入列标志着我国深海探测关键技术装备取得重大突破，将大幅提升我国“深海进入、深海探测、深海开发”能力，有力推动我国海洋强国和科技强国建设。

　　记者：“梦想”号的建造和运营成本比国际同类钻探船大幅降低，是怎么做到的？

　　张海彬：为了研发一艘全球科学家用得起的大洋钻探船，建造和运维成本控制是首要设计目标。船舶建造和运维成本的高低与“吨位”密切相关。“吨位”是国际上通用的反映船舶大小的名词，是船舶体积的概念，同类船舶“吨位”越大，建造和运维成本一般就越高。

　　“梦想”号大洋钻探船的设计总吨比日本“地球”号大洋钻探船降低40%以上，使得建造和运维成本大幅降低。

　　同时，“梦想”号还采取了多种节能措施，譬如，全球首次采用基于蓄能技术的闭环电网设计方案，不但可以最大程度地减少在网发电机的运行数量，蓄能蓄电池系统还可以自动存储多余的电量，在需要的时候释放出来，以达到节能减排的目的；采用最新一代液压举升钻机，装机功率仅为同等能力电驱钻机的50%；另外，大量使用了变频技术、LED照明、舱室绝缘、余热回收等节能措施。

　　通过创新节能设计，“梦想”号大洋钻探船作业能耗降低15%，其运营成本较“地球”号降低40%以上。

　　记者：“梦想”号以“小吨位”实现“多功能”，这种“鱼与熊掌”兼得的效果，是如何同时实现的？

　　张海彬：在研发过程中，我们团队遇到的最大困难之一就是如何以“小吨位”实现“多功能”。

　　在“梦想”号设计初始阶段，项目方就明确提出了“33000总吨”的控制目标，比当时国际上最先进的大洋钻探船降低了40%以上，这对我们来说极具挑战性！

　　“梦想”号“小吨位”的控制要求主要是考虑：控制船舶规模，以降低船舶建造和运营成本；控制船舶吃水，以提升航道通行和码头停靠的适应性；控制船舶高度，以满足深中通道深中大桥的安全通行要求。

　　同时，“多功能”又是“梦想”号大洋钻探船的核心建设目标，除满足大洋科学钻探需求之外，需考虑深海油气勘探、天然气水合物勘查试采等功能，并考虑应用海洋钻探领域的最新技术成果，还要具备功能的可拓展性，支撑未来持续保持领先。

　　考虑到“小吨位”“多功能”这种“鱼与熊掌”兼得的需求，我们提出了在“梦想”号上实现传统隔水管、传统无隔水管、轻型隔水管、无隔水管泥浆闭式循环等4种钻探模式的研发设计目标。研发设计团队详细研究了不同作业模式的作业功能、技术指标、系统构成、界面接口等要求，分析总结了其共性和个性需求，提出了“共性系统固定搭载、个性系统机动搭载”的技术路径。应用“模块化”设计理念，采用“钻机主体固定、钻材堆场切换、移运设施共享”的原则，通过船型尺度、水动力性能和总体布置迭代优化，国际上首次在同一艘船上实现了四种钻探模式和三种取心方式，以“小吨位”实现了“多功能”，完美兼顾了大洋科学钻探、深海油气勘探和天然气水合物勘查试采等多种作业功能。

　　记者：在“梦想”号集智攻关中，研发设计团队克服了哪些困难？突破了哪些核心关键技术？

　　张海彬：“梦想”号建设项目在启动时就明确了走国内独立自主的研制路线，在此之前，我们国家设计建造的最先进的深水钻探装备，如“海洋石油981”号、“蓝鲸号”钻井平台，都是引进消化吸收国外设计公司的基本设计，我们在基本设计基础上做下一步的详细设计和施工建造工作，还没有从零开始独立地进行研发设计的经历。而且与油气钻井平台不同，“梦想”号除了具备深海油气勘探功能之外，还具备天然气水合物勘查试采、大洋科学钻探取心和船载实验功能，作业系统更加复杂，技术难度也更大。

　　在“梦想”号大洋钻探船研发过程中，研发设计团队遇到的最大困难除了如何以“小吨位”实现“多功能”之外，就是如何更好地控制重量重心。重量重心关乎“梦想”号总体性能和作业可变载荷指标能否实现，对于没有任何母型船可以借鉴的首制船、特别是配置了复杂作业系统的船舶来说，难度非常之大。国内外有不少钻探装备重量重心控制失败的案例，为了保证稳性安全和维持作业可变载荷，而不得不在船体上增设浮箱。

　　可以说，重量重心控制关乎本项目的成败，项目团队将重量重心控制贯穿于初步设计、详细设计、生产设计和施工建造全过程，并制定了重量重心管理和预警机制，进行重量重心月度报告。

　　在初步设计阶段，开展了多方案的优化论证，尽可能地降低重量重心，比如采用重量重心更低的液压举升钻机，配置铝质直升机平台，开展生活楼层数优化、钻台高度优化等，并考虑适当的设计裕量和减重预案。在详细设计阶段，针对设备重量，将重量作为设备采办的关键考核指标，优先选择重量轻、性能指标好的设备，并从设备认可资料、加工制造、出厂、到货进行全程重量跟踪；针对结构重量，开展基于有限元分析技术的结构优化，在满足结构安全的前提下尽可能降低结构重量；针对舾装件，尽量采用轻质材料。在生产设计阶段，采用三维设计手段，优化管系和电缆走向，尽可能选用简短的放样路径。在施工建造阶段，要求严格按图施工，控制材料代用，临时工装用后及时拆除。建造过程中安排了三次倾斜试验，对建造过程中的实船空船重量重心进行密切跟踪监控，并及时采取减重措施。“梦想”号实船空船重量比设计值降低了1%，重心高度降低了2%，重心纵向和横向位置偏差控制在千分之二以内，圆满实现了总体性能并达到可变载荷指标。

　　“梦想”号大洋钻探船的高度控制也是困扰我们的一个难题。“梦想”号母港在广州海洋地质调查局科考码头出海执行任务时需要通过深中大桥。为满足深中大桥的安全通行要求，船舶在水面以上的高度要在76.5米以内。钻探船上高耸的井架是船舶高度控制的关键，通过对传统电驱钻机和液压举升钻机两种主要深水钻机进行论证分析，确定了在井架高度和钻探效率均具有优势的液压举升钻机方案，同时创新性提出了井架顶部气液分离器透气管及避雷针的可折叠式设计方案，使得“梦想”号整体高度比“地球”号降低了近40%，即使在轻载吃水时也可以安全通过深中大桥，通航适应性显著提升。

　　记者：“梦想”号要具备11000米的钻探能力，在设计上有什么难点？

　　张海彬：11000米指的是海水深度+海底以下深度，也可以理解为总的钻杆长度。

　　截至目前，海上莫霍钻探最深钻孔位于东太平洋哥斯达黎加断裂带侧翼（称为504B孔），目前孔深为2111米，该钻探作业是经过8个航次钻探、累计耗时142天才完成的，但距离莫霍面尚有约4000米的距离。因此，即使在海上实施莫霍钻探，受当前钻探装备和技术的限制，仍然存在巨大困难。

　　这意味着，为了钻达莫霍面，在船舶设计上，需要船舶自持力强、可变载荷大（需要携带更多的钻杆、泥浆、燃油、淡水等各类物资）、海况适应性强、定位能力优、钻探效率高，要尽可能延长作业窗口期。

　　简单来说，面对大风大浪，船要“稳”，在海况差的情况下，不能“提钻就跑”，相反，要像“定海神针”般坚守。

　　深海大洋环境条件恶劣，大洋钻探船在钻探过程中需要保持幅度较小的水平偏移和垂向运动，才能避免钻杆过度弯曲或因剪切力过大而折断，并保持稳定的钻压执行钻探作业。我们理解为，“升沉运动更好，横向偏移要小”。

　　船舶的水平偏移一般采用动力定位系统控制，通过自动调整船舶底部多台推力器的转向和推力大小，来抵抗海上风、浪、流作用在船上的载荷，使船舶在海上保持一定的水平位置。船舶的垂向运动一般通过船型和装载的优化设计来控制，尽量使船舶垂向运动的固有周期远离波浪周期，在海上尽可能保持幅度较小的垂向运动。

　　当海况过于恶劣，船舶水平偏移和垂向运动超出一定范围时，为保证安全需停止钻探作业。因此，船舶适应恶劣海况的能力越强，有效作业窗口期就越长，作业能力就越强。只有延长钻探船的作业窗口期，才能尽快实现钻达莫霍面的目标。

　　“梦想”号通过船型优化和配置最先进的DP-3级动力定位系统，具备在6级海况下的钻探作业能力，作业窗口期比国外大洋钻探船显著提升。

　　此外，随着深度的增加，地球内部的温度和压力也会随之增加，将对钻探及取心工具、钻探泥浆提出更高的要求。在2111米的井底温度已经达到200摄氏度，莫霍面温度可能要超过450摄氏度。目前，国际大洋钻探的钻井经验主要限于温度低于200摄氏度的情况，高于250摄氏度可能会限制钻具和泥浆的选择，还需要在耐高温钻探工具研发上取得突破。

　　记者：在深海探索领域，七〇八所未来还将做哪些努力和尝试？

　　张海彬：目前，七〇八所正在开展极地海洋油气钻井装备设计关键技术研究和船型研发工作，将完成PC4级极地钻井船基本设计并送船级社审查认可，支撑我国极地开发战略的实施。

　　七〇八所还正在进行深海矿产资源开发装备关键技术研究工作，开展采矿平台、采矿车、船载矿物处理及转运系统等装备研发，为未来深海矿产资源商业化开发奠定技术基础。

　　未来，随着我国海洋天然气水合物勘查试采工作的逐步推进，海洋天然气水合物开发技术将得到逐步验证，七〇八所将进一步开展天然气水合物开发装备研发，助力国家能源安全和海洋经济发展。