黃維平：為海洋工程把脈

黃健

我國從2005年開始了大規(guī)模的深水油氣開發(fā)技術(shù)與裝備研究，經(jīng)過“十一五”和“十二五”的發(fā)展，現(xiàn)已取得了明顯的進(jìn)步，很多技術(shù)與裝備可謂是從無到有。海洋石油開發(fā)包括結(jié)構(gòu)裝備支撐，機(jī)械裝備開采和加工石油及天然氣產(chǎn)品。海洋工程主要研究結(jié)構(gòu)裝備的設(shè)計(jì)、建造與安裝。

黃維平在海洋工程領(lǐng)域摸索了十余載，可以說對這個行業(yè)有比較深入的了解，以至于他可以很冷靜地審視我國在海洋工程領(lǐng)域的發(fā)展：成果很多，進(jìn)步很大，但問題同樣也存在。

自主研發(fā)是出路

目前，深水開發(fā)的模式有三種，剛性開發(fā)模式，柔性開發(fā)模式和混合開發(fā)模式。剛性開發(fā)模式也稱為干樹模式，由于可以在水面生產(chǎn)設(shè)施上直接進(jìn)行井下作業(yè)，因此，適合于任何形式的油藏和任何品質(zhì)的油氣田開發(fā)。其方便的修井特點(diǎn)用于稠油藏的開發(fā)是最經(jīng)濟(jì)的解決方案，而用于輕質(zhì)原油的開采或天然氣田的開發(fā)，則經(jīng)濟(jì)性不及柔性開發(fā)模式。剛性開發(fā)模式為單鉆井中心，其井位分布范圍可達(dá)5公里。

柔性開發(fā)模式也稱為濕樹模式，它需要租用專業(yè)的井下作業(yè)船來完成修井及增產(chǎn)作業(yè)，因此，適合于不需要頻繁修井的輕質(zhì)原油開采或天然氣田開發(fā)。而用于稠油藏的開發(fā)，其經(jīng)濟(jì)性不及剛性開發(fā)模式。柔性開發(fā)模式為多鉆井中心，其井位分布范圍可達(dá)15公里。

混合開發(fā)模式有多種剛-柔組合形式，如海底生產(chǎn)系統(tǒng)回接至剛性開發(fā)系統(tǒng)或井口平臺與柔性開發(fā)系統(tǒng)的水面生產(chǎn)設(shè)施組合。適合于剛性開發(fā)系統(tǒng)井位范圍之外的補(bǔ)井或大區(qū)塊與周邊小區(qū)塊的開發(fā)等。

由于新能源的開發(fā)利用尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，石油作為主要能源仍然是一個國家的經(jīng)濟(jì)命脈。全球大多數(shù)沿海產(chǎn)油國的陸地探明油氣資源已開采殆盡，尚無有工業(yè)開采價值的新發(fā)現(xiàn)，而海洋油氣特別是深水油氣發(fā)現(xiàn)卻屢屢見諸報端。據(jù)資料顯示，世界海洋石油資源量占全球石油資源總量的34%，約1000多億噸，其中已探明的儲量約為380億噸。目前，全球已有100多個國家在進(jìn)行海上石油勘探，其中，有50多個國家已開展了深水油氣勘探。我國也位居其中，南海的深水油氣儲量令世人矚目，也令一些國家垂涎三尺。已經(jīng)有我國的三大國有石油公司和受邀的國外石油公司在南海開展深水油氣勘探。

由于我國目前尚不能完全獨(dú)立自主地開發(fā)深水油氣田，為了保障能源安全和國家資源不被蠶食，我們只能采取與國外合作開發(fā)的方式來加速南海的深水油氣開發(fā)。殊不知，合作開發(fā)的代價是出讓部分油氣資源。這意味著我們用油氣資源換取了部分先進(jìn)技術(shù)，在新能源沒有完全取代傳統(tǒng)能源的條件下，油氣資源的不可再生性使得這個代價略顯昂貴。“所以，我國應(yīng)加快自主開發(fā)深水油氣田的步伐，盡早建立試驗(yàn)工程”，黃維平為我國的海洋工程獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。

黃維平從事的研究工作是深水油氣開發(fā)裝備中的結(jié)構(gòu)裝備，一次試驗(yàn)中的偶然發(fā)現(xiàn)，他將學(xué)術(shù)研究聚焦到了海洋工程渦激振動與渦激運(yùn)動。渦激振動是個傳統(tǒng)的學(xué)術(shù)問題，雖然已有比較成熟的理論和大量的研究成果，但深水油氣開發(fā)裝備的出現(xiàn)仍然使它應(yīng)對不暇。大長細(xì)比的彈性結(jié)構(gòu)和剛性或彈性柱群的渦激振（蕩）動都是傳統(tǒng)渦激振動研究不曾涉及的范圍，其最大的區(qū)別在于流固耦合的強(qiáng)弱。經(jīng)過十余年的研究，特別是在美國Texas A&M大學(xué)一年的訪問研究，他已經(jīng)在該領(lǐng)域積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和可喜的研究成果，對海洋工程渦激振動和渦激運(yùn)動有了自己獨(dú)特的認(rèn)識和理解，提出了一些改進(jìn)的數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)的計(jì)算方法，研發(fā)了一些試驗(yàn)裝置及相應(yīng)的試驗(yàn)方法。

創(chuàng)新研發(fā)是關(guān)鍵

油價的低迷放慢了深水油氣開發(fā)的步伐，海洋油氣開發(fā)特別是深水油氣的勘探開發(fā)進(jìn)入了寒冷的冬季，海洋工程也面臨嚴(yán)冬的考驗(yàn)。但從另一個角度來看低油價的影響，也許這給了我國海洋工程行業(yè)難得的發(fā)展機(jī)遇。工程項(xiàng)目的減少給了我們更多的研發(fā)時間，我們應(yīng)該借此契機(jī)加快深水油氣開發(fā)裝備的自主研發(fā)進(jìn)程。

黃維平通過不斷的研究積累，提出了創(chuàng)新研發(fā)深水浮式平臺與立管系統(tǒng)的思路——當(dāng)設(shè)計(jì)全新結(jié)構(gòu)或提高結(jié)構(gòu)性能較為困難時（現(xiàn)有的幾大類浮式平臺都已經(jīng)歷了兩個高油價時期的大密度、高強(qiáng)度的研發(fā)），可以從降低結(jié)構(gòu)或/和建造以及海上安裝成本出發(fā)來開發(fā)新結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到自主設(shè)計(jì)建造的目標(biāo)。降低結(jié)構(gòu)成本是通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低結(jié)構(gòu)自身重量，從而提高結(jié)構(gòu)的承載比；降低建造成本則是通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來簡化結(jié)構(gòu)的建造工藝，從而縮短建造周期；降低海上安裝成本主要是將上部組塊和下部殼體的集成規(guī)劃在碼頭完成，從而避免海上安裝時使用大型起重安裝船并縮短海上作業(yè)時間。正是基于這些理念，他提出了S-Spar、Tri-Truss Spar和S-Cell Spar三種新型Spar平臺以及新型延展式張力腿平臺（ETLP）的概念。

談起關(guān)于深水立管系統(tǒng)的研究，黃維平感觸頗深，這是他這些年來最難以割舍、也最引以為豪的情懷。2005年在美國第一次接觸深水立管時，對他來說還是一個全新的領(lǐng)域。經(jīng)過十年孜孜不倦的研究，如今已積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和豐厚的研究成果。特別是在深水立管力學(xué)與渦激振動兩個領(lǐng)域，花費(fèi)了他太多的精力和智慧。在已經(jīng)獲得的31項(xiàng)發(fā)明專利中，有近2/3是這兩個領(lǐng)域的創(chuàng)新成果。他把這些歸功于這個時代——深水油氣開發(fā)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，創(chuàng)新的靈感來自于深水油氣開發(fā)，創(chuàng)新的成果依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及其計(jì)算技術(shù)。

對這些創(chuàng)新性的研究成果，黃維平和他的團(tuán)隊(duì)采取了謹(jǐn)慎的態(tài)度持續(xù)地進(jìn)行理論和試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保研究成果經(jīng)得住時間的考驗(yàn)，保證專利的真實(shí)可靠性。提到專利，他認(rèn)為這是影響我國自主開發(fā)深水油氣田以及深水油氣開發(fā)裝備發(fā)展道路上的一個不利因素。要規(guī)避專利的封鎖，創(chuàng)新是關(guān)鍵，特別是結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，它可以帶動其它裝備技術(shù)的發(fā)展。

經(jīng)過“十一五”和“十二五”的研究，我國的深水油氣裝備理論和技術(shù)都有了快速的發(fā)展，出現(xiàn)了一批創(chuàng)新性的成果。在新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面提出了一些擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)形式，并得到國家專利的保護(hù)。但由于海洋工程投資大、風(fēng)險高，且我國的深水油氣開發(fā)項(xiàng)目較少，因此，這些成果仍禁足于試驗(yàn)室中。對此，黃維平建議“適時建立深水油氣開發(fā)裝備的試驗(yàn)工程，以盡快完成我國深水油氣開發(fā)裝備從試驗(yàn)室到實(shí)際工程的跨越”。endprint

傳承星星之火

生于上世紀(jì)50年代的黃維平，經(jīng)歷了那個特殊年代的動蕩與不安。在煉油廠當(dāng)工人的他始終沒有放棄對知識的追求，但一直沒有得到深造的機(jī)會。直到1977年恢復(fù)高考，使他的人生軌跡從此發(fā)生了轉(zhuǎn)變。每當(dāng)談到自己的求學(xué)經(jīng)歷，他總是十分感激改革開放給他帶來的機(jī)遇。

在大慶石油學(xué)院，也就是現(xiàn)在的東北石油大學(xué)，黃維平完成了石油礦場機(jī)械專業(yè)的本科學(xué)業(yè)，畢業(yè)后回到了他熟悉的煉油廠。在設(shè)備研究的工作中，他深感知識的不足而產(chǎn)生了繼續(xù)深造的愿望。四年后，他順利考取了大連理工大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)研究生，畢業(yè)后留校工作，并完成了結(jié)構(gòu)工程專業(yè)的博士研究生學(xué)習(xí)，隨后進(jìn)入西南交通大學(xué)從事博士后研究。

一個時代造就一代人，由于經(jīng)歷和年齡的關(guān)系，黃維平總是十分珍惜每一個來之不易的學(xué)習(xí)機(jī)會。盡管在同學(xué)中始終是年長者，但不甘落后的精神使他的學(xué)習(xí)勁頭毫不落后于年輕人。也正是他的豐富閱歷使他能夠在面對就業(yè)選擇時比較從容，本是力學(xué)專業(yè)的他卻從事了看似毫不相關(guān)的海洋工程工作，對此他只用“結(jié)構(gòu)本身是相通的，只是荷載和用途不一樣”一句話帶過，可見他的實(shí)力和自信是成正比的。因?yàn)閷λ麃碚f，只要基礎(chǔ)扎實(shí)，觸類旁通便不是問題。如今在電話那端回憶當(dāng)年點(diǎn)點(diǎn)滴滴的他，不禁感嘆道“本科的石油專業(yè)背景給了我科研和教學(xué)的知識支撐，研究生的力學(xué)和結(jié)構(gòu)專業(yè)基礎(chǔ)給了我科研和教學(xué)的理論支撐，使我能夠在海洋工程領(lǐng)域游刃有余；而中國海洋大學(xué)給了我施展才能的舞臺，我深深地感謝這些培養(yǎng)和支持我的母校！”

就這樣，黃維平在海洋工程領(lǐng)域沉浸了十余載。除了正常的本科和研究生教學(xué)與科研工作外，他還培養(yǎng)了50余名研究生。下一代象征著希望，他們肩負(fù)了發(fā)展我國海洋工程事業(yè)的重任，身為傳道授業(yè)解惑者的他也深感身上的責(zé)任和壓力。也正是這份期盼，使他在學(xué)術(shù)上對學(xué)生嚴(yán)格要求、悉心指導(dǎo)、耐心解疑；在生活上體貼關(guān)心，使學(xué)生能夠集中精力做研究。他最喜歡的學(xué)生是能夠在學(xué)術(shù)討論中反駁自己的學(xué)生，因?yàn)?，這能夠激發(fā)他深入地思考。黃維平最想對學(xué)生說的一句話就是“不要只學(xué)習(xí)知識，要培養(yǎng)運(yùn)用掌握的知識認(rèn)知和解決工程問題的能力，這才能稱得上是合格的學(xué)生”，“當(dāng)然，這個要求對學(xué)生來說比較高，也并不容易?！彼蛉さ卣f。無論如何，培養(yǎng)起新一代可以支撐起海洋工程事業(yè)的接班人是不易的，任重而道遠(yuǎn)。

即將邁入順耳之年，黃維平希望在退休之前，能夠最大限度地發(fā)揮自己的光和熱。他認(rèn)為深水立管動力學(xué)問題中還有兩個問題——內(nèi)流的影響與幾何剛度計(jì)算的張力取值沒有很好地解決，由于初步的研究結(jié)果與已有的結(jié)論不一致，甚至相悖，因此，必須有充分的理論和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來證明他的正確性。十幾年來，他始終沒有放棄對這兩個問題的研究與探索，并希望在退休前能夠有所收獲。盡管此項(xiàng)研究是對已有研究結(jié)論的質(zhì)疑，甚至是顛覆，但對科學(xué)的追求使他欲罷不能。對此，也曾有專家善意地提醒他謹(jǐn)慎從事，他接受了專家的建議，選擇做更深入的研究，而不是草率地發(fā)表初步的研究成果。

為海洋工程把脈，問題很多，差距很大，但我們也不應(yīng)氣餒而停滯，路在腳下，找準(zhǔn)目標(biāo)，選對方法，繼續(xù)努力拼搏是海工人要做的事。時間在流逝，一代人老去，新一代人成長起來，技術(shù)、方法或許早已更新，但不變的是精神，是海工人堅(jiān)持不懈、奮勇向前的精神，它不會隨著時光的消失而漸漸淡化，相反，它會不斷地傳承下去，愈久彌新。endprint