在FSOU坞修期间利用闲置FPSO替代临时生产技术研究与实践

【摘 要】 2012年，陆丰油田 “南海盛开”号FSOU（以下简称NHSK）需要进坞大修，油田面临3-4个月的停产。于此同时，中海油计划利用NHSK坞修期间，对原有的系泊系统进行升级改造并移位到新的油田区域。为了减少NHSK坞修期间油田停产造成的产量损失，开展了利用替代FPSO进行临时生产的研究。通过对利用动力定位FPSO和利用闲置非动力定位FPSO临时生产方案的研究对比，最终采用了利用闲置FPSO进行临时生产的方案。项目成功地把不同厂家的单点进行嫁接，实现了利用闲置的非动力定位“南海开拓”号FPSO（以下简称NHKT）进行临时替代生产，项目也得到了成功实施，取得了显著的经济效益。该项目贡献产量200万桶，同比使用带动力定位功能的“睦宁”号替代临时生产方案节省费用2亿元。

【关键词】 FPSO 坞修 单点系泊系统 临时替代生产

陆丰油田群位于南海珠江口盆地，所在水深132米至146米，生产设施包括3个平台和1艘命名为“南海盛开”号的FSOU（浮式储卸油设施，以下简称NHSK）。油田日产能约5万桶，平台生产的原油通过海底管线连接到FSOU储存，每隔5至7天，NHSK则通过外输软管把原油外输到连接在船尾（Tandem mooring）的提油轮进行外输。2012年，NHSK根据法规要求将进船坞大修，完成大修后NHSK将接入到陆丰13-2B平台西北侧新建的单点水下系泊系统继续生产。为了减少NHSK坞修期间油田停产造成的产量损失，中海油启动了替代FPSO进行临时生产的方案研究。对利用“睦宁”号动力定位FPSO（隶属于BLUEWATER公司的， 在西江油田和惠州油田都有过临时替代生产的成功经验）和利用闲置的“南海开拓”号FPSO（以下简称NHKT）进行临时替代生产的方案研究。通过研究，方案比选，利用闲置的NHKT进行临时替代生产的方案优势明显。最终选用了利用闲置的NHKT号非动力定位FPSO进行临时替代生产的方案。但是，NHKT和NHSK不仅在船型、结构、尺寸上不同，FPSO的核心―单点系泊系统和转塔也由不同厂家生产，两个设施也分别在不同船级社入级。把NHKT嫁接到NHSK的单点系泊系统上，在国际上没有过先例。因为技术风险过高，两艘FPSO的原设计厂家均不宜接手此项工作。如何让设想在工程上进行实现，面临着巨大的挑战。自力更生，通过技术创新解决了一些列的技术问题，同时依靠精细的项目管理，临时生产的工程项目最终得到了成功的实施。

1 工程方案研究

NHSK为无原油生产处理能力的，载重量为12万吨的储油轮，而NHKT为具有原油处理生产能力的15万吨储油轮。两条船均具备动力和自航能力，其和水下系泊系统的单点也都为可解脱式单点系泊系统，均采用TANDEM外输方式。通过调研，NHKT自2010年从南海东部某油田退役后在船厂搁置，通过适当维修改造，具备临时替代生产条件。 为把不同尺寸，不同单点型式FPSO植入到现有的单点系泊系统上进行生产，需要解决两个方面的问题：其一是如何能沟通把15万吨级的NHKT接入到12万吨级的NHSK的系泊系统而能保证系泊系统能承受比其设计能力大3万吨的FPSO的强度要求；其二是2艘FPSO以及其相应的系泊系统和转塔，型式、结构、尺寸均存在较大差异，如何能够保证在有限投资的条件下，通过尽少的改造，使这两套系统完美适配；

1.1 系泊系统强度计算分析及方案优化

系泊系统及动态软管受力计算分析。NHKT载重吨为15万吨，而NHSK的系泊系统是以12万吨船舶设计。NHSK单点系泊系统自1993年建成后已使用20年，系泊腿各部件破断强度应考虑腐蚀的影响。系泊锚链腐蚀率按DNV OS E301规范取0.4mm/年，系泊钢缆最小破断强度参照周边油田的历史试验数据，上钢缆剩余强度按50%折减，海底钢缆按10%折减。同时“NHKT”FPSO 船型和上部设施的比“南海盛开”增加受风面积。为评估NHKT植入到NHSK的系泊系统后，其系泊系统能否承受各种作业和极端天气条件下的载荷，分别对系泊系统、动态软管、浮筒导链孔强度等进行校核，系泊系统及软管受力分析根据DNV POSMOOR规范校核，分析软件采用MOSES和Orcaflex。

以下分别对各项校核进行介绍：系泊系统分析结果：分别考虑了FPSO正常作业、外输油作业和FPSO解脱三种典型工况。FPSO正常作业，按有义波高5.0米及对应的风流进行校核；外输原油作业时按有义波高4.0米及对应的风流进行校核；FPSO解脱后按100年一遇的环境载荷条件进行校核。分析结果表明，上钢缆在单根破损状态时破断安全系数为1.01，不满足规范要求的最小安全系数1.1。在更换顶链和上钢缆的前提下，NHKT可在有义波高6米以下安全作业，超过该天气条件时需解脱FPSO； FPSO外输原油时6万吨级穿梭油轮可在有义波高 4米以下安全作业。软管分析结果：软管分析考虑了FPSO连接和解脱两种典型工况。FPSO连接状态按有义波高5.0米及对应的风流进行校核，FPSO解脱后按100年一遇的环境载荷条件进行校核。根据计算，FPSO解脱后单点浮筒吃水为26米，比原设计浅了9米。分析结果表明，在设计工况下，软管所受最大拉力和最大弯曲半径均未超过其允许值（17吨和2.4米），也未显示会与附近的系泊腿发生碰撞，但FPSO解脱后处于100年一遇的风暴工况时，软管存在和海底碰撞的风险，但碰撞能量较小，可以接受。单点浮筒导链孔强度校核：由于两套单点系泊腿的布置形式存在差异，NHSK单点系泊腿的水平方位角和NHKT单点浮筒对应的导链孔相差7.5度。根据有限元分析，单点浮筒导链孔的最大计算压应力为140MPa，小于材料的允许应力180MPa。单点浮筒导链孔具有足够强度承受由于角度差异产生的载荷，作业过程中导链孔处产生的少许磨损对短期使用来说可忽略不计，无需对导链孔进行改造。NHKT临时替代生产时间为5月至9月，除台风等恶劣天气外，其余时间海况较好，10年统计显示有义波高在3.5米以下的概率达到95%以上。通过平衡生产时率和项目投入，重新确定FPSO解脱条件，确定将FPSO的正常安全生产作业条件限制在有义波高5米以下，FPSO外输Tandem Mooring的作业条件限制在有义波高4米以下。同时通过对最薄弱构件，上钢缆的更换，提高了系泊系统的最小承载力，达到了前面定义条件下的生产需要。

1.2 单点及转塔结构适配研究和改造

NHSK的单点系泊系统属于可解脱式内转塔系泊系统，主要由内转塔、单点浮筒和8条均布系泊腿等组成。一条长约1.8公里的6寸输油软管连接陆丰13-1平台和NHSK。NHKT也属于可解脱式内转塔单点系泊系统，由一个嵌入至船艏的内转塔和一个“蜘蛛”式单点浮筒组成，两者通过结构连接器连接，具有快速的解脱和回接功能。两套系统均属于FPSO内转塔系泊的同类型产品，但由于为不同厂家设计，其关键部件存在较多不同。其中最大不同点是单点浮筒上的结构连接器不兼容，其次是八条系泊腿的布置不同。为实现NHKT接入现有单点系泊系统，通过技术创新，工程改造，解决如下问题：

（1）单点浮筒结构连接器不兼容，将现有单点浮筒替换为NHKT的单点浮筒以满足匹配问题。（2）现有系泊腿顶部链规格为33/4寸，与NHKT的单点浮筒止链器规格不匹配，为此对顶链进行了更换，以适配NHKT浮筒的止链器。（3）单点浮筒立管通道尺寸不同，对现有6寸输油软管接头进行了改造，以满足匹配。（4）NHKT浮筒接入后，其锚链孔和锚腿方位角存在7.5度差异，通过建模计算，计算结果证明其能满足强度要求。（5）由于NHKT的单点浮筒安装用的临时浮筒已弃置，新建一个无法满足进度要求，单点浮筒安装方法应进行优化设计，设计了直接提拉张紧连接浮筒的施工方法，实现了在没有安装用的临时浮筒的条件下，实际浮筒和锚腿的连接。

1.3 研究结论

通过研究计算，把NHKT进行维修后，可以满足短期生产要求。通过控制NHKT载货量，更换旧系泊系统最薄弱的上钢缆，同时降低恶劣海况下的解脱条件，可以满足系统荷载强度的要求。

2 工程方案应用效果

FPSO临时替代生产工程方案经过可行性研究、详细设计、加工改造及海上施工，前后历时约5个月。2012年5月20日NHSK解脱，6月11日NHKT接入并复产，2012年9月19日NHKT解脱并复员。在替代生产期间，累计生产原油约200万桶，安全外输油作业累计7次。该单点系泊系统成功度过了2012年几次台风的考验，NHKT每次解脱、回接安全顺利。 通过项目实践证明，采用非动力定位FPSO进行临时替代生产方案技术可行，并且比使用带动力定位功能的FPSO替代临时生产方案节省费用2亿元，经济效益显著。

3 结语

通过大胆设想，科学研究和优化，在没有单点厂家技术支持的情况下，陆丰油田成功实现了使用非动力定位的FPSO临时替代生产，取得了显著的经济效益。该项目的成功实践，为油田临时生产开创了一种新的模式表明，其单点嫁接技术的研究和成功应用，大大增加了国内队伍对单点技术的认识，对长期受少数单点厂家垄断的技术是一个重大突破。