FPSO單點系泊系統風險與檢驗

陳捷俊，周莉

中海石油（中國）有限公司番禺作業公司，廣東深圳518067

FPSO單點系泊系統風險與檢驗

陳捷俊，周莉

中海石油（中國）有限公司番禺作業公司，廣東深圳518067

隨著單點系泊技術在FPSO設施上的廣泛應用，單點系泊系統故障與失效事件發生數量逐年上升，但對單點系泊系統的風險認識與風險管控措施仍處于較為初始的階段。文章對我國南海海域某FPSO內轉塔系泊系統水下錨泊設施進行了初步的風險識別與風險分析，使用半定量方法得出了內轉塔系泊系統錨泊設施的風險分布與風險評級，并結合風險分析結果優化了單點系泊系統的水下錨泊設施的檢驗策略。

FPSO；單點系泊系統；風險評估；檢驗

0 引言

隨著FPSO（floading production storageand offloading）在海洋石油開發中的廣泛應用，FPSO單點系泊系統的風險研究與風險管理已經成為保障FPSO乃至整個作業區塊正常作業運營的重要課題。如何正確識別系泊系統的風險并采取最優化的RBI（Risk Based Inspection）檢驗策略是單點系泊系統完整性管理最重要的一環，對FPSO的生產安全和廣泛應用起著舉足輕重的作用。

1 單點系泊系統風險背景

海上浮式海洋石油設施的系泊系統失效事故時有發生，圖1所示為近十多年來主要系泊系統失效情況統計。

目前國內外對單點系泊系統的風險研究并沒有深入開展。國際上雖然已有個別公司或組織開展了對單點系泊系統的風險研究，但尚未形成統一的行業規范。單點系泊主要風險區域如圖2所示。

自FPSO等浮式海洋石油設施在我國投入使用以來，已先后發生多起事故，見表1。從表1可以看出，國內單點系泊系統失效多由于臺風等極端天氣導致；另外，錨鏈、錨纜的斷裂、斷絲以及過度磨損是單點系泊系統失效的主要原因。

通過對國內外浮式海洋石油設施事故案例分析，可以得出：

（1）單條錨鏈失效是系泊系統失效的主要表現形式，并分別出現在FPSO（占多數）、STLBuoy（水下轉塔裝載浮筒系泊）、CALM（懸鏈式系泊系統）、SPAR（立柱式平臺）、Sea-Semi（半潛式平臺）等海洋工程設施上。

圖1 系泊系統失效統計

圖2 單點系泊主要風險區域

表1 近年國內單點系泊失效記錄匯總

（2）幾乎所有的災難性系泊系統失效（倒塌）均發生于FPSO設施上。

（3）多條錨鏈失效所占事故比重不高，僅發生3起并分別出現在FPSO、Sea-Semi與CALM。

（4）多數故障發生于系泊系統投入使用的第一年內，在之后的13年服役期內系泊系統仍有較高的故障發生率（見圖3）。在第13～18年服役期內，故障發生率較低。

圖3 系泊系統服役年數與失效次數的關系

（5）失效區域主要集中于錨鏈、鋼絲纜、連接器等處，而聚酯繩的故障發生率較低（見圖4、圖5）。原因可能是聚酯繩的水下防腐及力學性能較好，且一般具有較大的設計裕量。

圖4 2001-2011年間系泊構件失效次數統計

圖5 2001-2011年間斷裂倒塌事故次數統計

（6）FPSO的故障發生率遠高于其他海洋工程設施（見圖6）。

圖6 2001-2011年間各類系泊系統故障頻次

2 單點系泊系統風險分析

風險評估的主要方法有三種：定量方法、半定量方法、定性方法。對系泊系統來講，由于目前缺乏足夠詳細的系泊數據庫而無法采用純定量方法，因此主要采用半定量方法。

結合目前國內外對轉塔式單點系泊系統已有研究成果，總結出系泊系統失效原因如表2所示。

表2 單點系泊系統失效原因及分組

以我國BTM（buoyant turret mooring）單點系泊系統為例，該單點系泊系統主要由船體內部轉塔艙、主軸承及位于水下的系泊浮塔、錨鏈等錨泊設施組成。與其他海洋石油設施相比，系泊系統的風險分析有其自身的特殊性，主要體現在以下兩個方面。

首先，對于失效可能性，系泊系統長期浸沒于海面以下，主要風險反映在錨泊系統各部件失效以及極端工況下的設計儲備余量方面；另外，系泊系統尤其是錨鏈式系泊系統的任何子系統失效都有可能引起整個系統的失效反應，這是與其他海洋石油設施最大的不同。

其次，對于失效后果，錨泊系統的失效后果需兼顧單條和多條錨鏈失效引起的后果損失。因此，在對錨泊系統的風險分析過程中，正常作業工況下的錨泊系統在安全系數滿足系泊要求的前提下，主要的潛在風險來自于錨泊系統各個子系統的失效以及安全系數的逐年遞減。

失效可能性與失效后果的分級見表3、表4。

BTM內轉塔單點系泊系統共有8條系泊錨鏈，其中4號系泊錨鏈共分為5段，自上而下分別為錨鏈-鋼纜-錨鏈-鋼纜-錨鏈混合組成，按照表2～4的分類分級標準，逐一分析該錨鏈各個部件的風險級別，得出每個部件的風險分值，并按單點系泊系統風險級別評價標準（見表5）對其風險級別排序，得到該條錨鏈各部件風險值（見表6）。

表3 單點系泊系統失效可能性分級

表4 單點系泊系統失效后果分級

表5 單點系泊系統風險分級

表6 單點系泊系統各部件失效模式及風險級別

3 錨泊系統檢測

3.1 錨泊系統檢測內容

錨泊系統的檢測包括目視檢測和水下測量兩部分。

3.1.1 目視檢測

目視檢查整條錨鏈的磨損、腐蝕情況，海生物附著情況；檢查整條錨鏈有無變形、過度腐蝕以及其他異常（扭絞、扭轉、彎曲、檔位松動、裂紋、過分彎曲、過度磨損等）；檢查配重塊狀態有無異常；對檢測過程進行攝像保存等。在檢測作業前，應清除檢測部位附著的海生物以便于檢測作業實施，且清除海生物的方式應得到業主認可。

3.1.2 水下測量

在水下測量過程中，為完整評估錨泊系統狀態，檢驗范圍應涵蓋所有的錨鏈及錨。對指定位置錨鏈進行尺寸測量（主要指鏈環的直徑、鏈環間的距離，需參考API RP2I）；檢測錨鏈埋地段及錨的沖刷情況等。

3.2 錨泊部分檢測方法

當前，在役錨泊系統檢測方法有4種，具體如下：

（1）利用帶有多功能機械臂的ROV（水下機器人）和攝像設備對系泊鏈進行檢查，檢查前需要先清潔系泊鏈。

（2）利用無多功能機械臂的ROV和攝像設備對無檔鏈進行外觀檢查，檢查前無需清潔。

（3）利用帶有多功能機械臂及攝像機的ROV，操作工具測量系泊鏈。

（4）潛水員利用卡尺測量。

但需注意的是清潔系泊鏈會破壞海生物對系泊鏈的防腐保護甚至會加快系泊鏈在海水中的腐蝕速度，所以不建議對系泊鏈進行頻繁測量檢查。

3.3 BTM內轉塔單點系泊系統檢測

結合表6風險分析結果以及上述錨鏈系統的檢測方法，BTM內轉塔單點系泊系統錨鏈設施的檢驗關注點見表7。

表7 BTM單點系泊系統檢驗關注點

4 結束語

經以上分析，單點系泊系統錨泊設施風險集中于水面以下35 m以內應力較大的鏈節與接地段磨損嚴重區域，因此，在對錨泊設施的日常運營管理中，該段區域需重點關注。

單點系泊系統結構復雜且鏈節數目龐大，受水下作業成本的限制，我國目前對錨泊系統的日常維護及檢驗集中于整條錨鏈的目視檢驗與極個別位置的粗略測量，無法真正滿足日益嚴峻的錨泊系統安全保障需要。同時，如何利用系泊系統的在線監控技術以減少系泊系統失效反應時間，盡快介入以減少損失也是FPSO單點系泊系統研究的重要課題。因此，加快對水下系泊檢驗與在線監控新技術的研發與應用，對提高我國單點系泊系統管理水平與風險認知有重要意義。

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Risks and Inspection ofFPSO Single Point Mooring System

Chen Jiejun，Zhou Li
CNOOC Panyu Operating Company，Shenzhen 518067，China

As the single point mooring systems are used in FPSOs widely，a variety of SPM system failure events increases year by year.But the risk identification and risk control measures of SPM system are still in comparatively primary stage.In this paper，the elementary risk identification and risk analysis on the underwater anchor mooring equipment of a FPSO BTM system in South China Sea are conducted.Its risk distribution and risk class assessment are obtained by using semi-quantitative method，and its inspection strategy is optimized based on the risk analysis results.

FPSO；single point mooring system；risk assessment；inspection

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.006

陳捷?。?965-），男，廣東汕頭人，高級工程師，1987年畢業于浙江大學電力系統及其自動化專業，現從事海洋石油油氣田開發管理工作。

2014-03-11