FPSO的聚類分析管理

鄭秋生，劉麗明

（1.中海油能源發展采油服務公司，天津 300452；2.渤海石油水電服務公司，天津 300452）

FPSO的聚類分析管理

鄭秋生1，劉麗明2

（1.中海油能源發展采油服務公司，天津 300452；2.渤海石油水電服務公司，天津 300452）

通過對目前在渤海和南海相關海域作業的10艘具有代表性的FPSO的船型、油氣處理功能、系泊系統三個重要組成部分的17個參數進行聚類對比分析計算，將10艘FPSO聚類為四大類：海洋石油101、海洋石油102、海洋石油105一類；海洋石油109、海洋石油112、海洋石油113二類；海洋石油111、海洋石油115和海洋石油116三類；海洋石油104四類。從而為同類中不同FPSO個體的維護、管理提供參照。

FPSO；聚類分析；類別

0 引言

FPSO（浮式生產、儲油、卸油裝置）是海洋油氣開發系統的重要組成部分，其本身由船體、油氣處理模塊（上部模塊）和單點系泊系統三部分組成（圖1）。FPSO與水下采油系統和穿梭油輪構成了完整的由原油開采至外運的系統。隨著中國海洋石油深水戰略的不斷推進，FPSO已經成為面向不同水深、不同環境條件的海上油氣開發的主要手段。截止2007年底，世界范圍內FPSO有118條，占世界浮式生產系統的60%，中國海油已擁有17艘FPSO，成為世界上擁有FPSO數量最多的油公司之一，其設計、建造、項目管理總體水平已達到國際先進水平，其中包括我國第一艘使用的FPSO“南海希望號”，我國第一艘自行設計建造的FPSO“渤海友誼號”，現階段在我國海域服役的噸位最大、技術最新、造價最高的“海洋石油117”（服役于蓬萊19-3油田）[1-5]。

FPSO是集油氣生產、儲卸油、生活、安全、消防、救生、向井口平臺供電、注水及接受來自井口的溫度、壓力信號，對井口進行監控的多功能于一體的海上浮士裝置，因此其性能的穩定是關系到海上油田安全、高效生產的前提條件。不同FPSO具備自身特點，通過對其參數的對比計算分析將性能狀況相近的FPSO歸為一類，從而為同類中不同FPSO個體的維護、管理提供可參照性。

圖1 FPSO示意圖

1 參數比較

本文對目前在渤海和南海相關海域作業的10艘具有代表性的FPSO的船型、油氣處理功能、系泊系統三個重要組成部分的17個參數（表1）[5]進行了聚類對比分析，通過聚類對比分析，確定出不同FPSO之間的綜合性能參數的相近程度，便于對其進行維護、管理。

表1 10條FPSO參數比較表

2 聚類分析計算

2.1 Ward聚類方法[6,7]

Ward聚類方法的基本思想是：先將n個樣品各自成一類，此時W=0；然后每次將其中某兩類合并為一類，因為每縮小一類離差平方和就要增加，每次選擇使W增加最小的兩類合并，直至所有樣品合并為一類為止。

Ward法把某兩類合并后增加的離差平方和看成為類間的平方距離，即令：

2.2 10艘FPSO聚類分析

2.2.1 系統聚類表及聚類樹形圖

根據式（1）～（7），對10艘FPSO的17項指標進行聚類分析，系統聚類分析過程和聚類樹形圖分別如表2和圖2所示。

表2 系統聚類表

圖2 系統聚類的樹形圖

系統聚類表中的群集1和群集2定性地說明了不同FPSO之間的性能狀況接近程度，而聚類系數則定量說明了不同FPSO之間的性能狀況接近程度。

2.2.2 結果分析

根據1972年Bemirmen提出的根據實際研究目的確定分類的譜系圖分析準則[6]，結合表2及圖2可以看出：當分為四類時，聚類系數為3.336；當分為三類時，聚類系數達到5.723。聚類系數過大，概括的范圍過廣，不利于揭示出不同FPSO之間的真實接近程度，所以將10艘FPSO大致分為以下4種大類：

1）I類主要包括海洋石油101、海洋石油102、海洋石油105。這一大類最突出的特點是在分析的10艘FPSO中屬于比較小型、比較老舊、系泊力較小的。其中101和102性能狀況更為接近，其船體基本參數一致，油、水處理能力和主電站、熱電站功率相近，已使用年限相近，均屬于超期服役，因此這兩條船在維護和管理方面具備可參照性；海洋石油105與101和102在船體基本參數方面基本一致，但其油、水處理能力及主電站功率等功能參數要優于101和102，已使用年限相對較小，同時其也是目前中國海域服役FPSO中唯一使用旁靠外輸的船。

2）II類主要包括海洋石油109、海洋石油112、海洋石油113。這一大類在10艘FPSO中具備船體、貨油艙容最大，油、水處理能力較強，系泊力、主機功率較大等共性。同時，到目前為止其使用年限只有設計壽命年限的1/2～1/3，各項性能指標均較優。其中109和113的性能狀況最為接近，其船體參數一致，油水處理能力和其它參數基本一致；而海洋石油112的油水處理能力要優于113，但兩者同年建造、同年開始投入使用。因此，該三艘船在維護和管理方面具備可參照性。

3）III類主要包括海洋石油111、海洋石油115和海洋石油116，三艘船均服役于南海海域，相近的海域環境基礎使得其具備的性能在10艘FPSO中最接近，均采用內轉塔單點系泊方式。其中海洋石油115和海洋石油116是在所有參與比較的船中性能最接近的，其聚類系數僅為0.008，被稱為“姊妹船”。海洋石油111在船體、油、水處理能力、主機功率等參數方面均大于115和116，但由于115和116的建造時間較晚，因此考慮的安全系數較高，系泊力相對于海洋石油111要高約53%。

4）IV類只有海洋石油104。海洋石油104是10艘FPSO中唯一一艘由二手油輪改造而成的FPSO，其船體參數與海洋石油111相近，載重量與海洋石油115和海洋石油116相當，但油水處理能力和系泊力相對要低得多，同時船齡較老。因此，其與海洋石油111、115、116的可參比性不是很大，單獨列為一類進行維護管理。

3 結束語

雖然不同FPSO各有其本身特點，通過綜合聚類分析將性能相近的聚類劃分為一類，為同類中不同FPSO個體的維護、管理提供參照。

[1] 周守為, 曾恒一, 范模. 我國浮式生產儲油裝置的研制與開發[J]. 中國海上油氣, 2006(2): 73-76.

[2] 趙耕賢. 我國浮式生產儲油裝置技術的發展現狀[J].上海造船, 2009(2): 48-52.

[3] 吳家鳴. FPSO的特點與現狀[J]. 船舶工程, 2012(S2): 1-4.

[4] 陳進娥, 何順利. 我國海洋石油勘探開發裝備現狀及發展趨勢[J]. 油氣藏評價與開發, 2012(6): 67-71.

[5] 金曉劍. FPSO最佳實踐與推薦做法[M]. 山東東營:中國石油大學出版社, 2012: 1-9, 268-274.

[6] 高惠璇. 應用多元統計分析[M]. 北京: 北京大學出版社, 2005: 216-259.

[7] 何曉群. 多元統計分析[M]. 北京: 中國人民大學出版社, 2008: 57-95.

Cluster Analysis and Management of FPSO

Zheng Qiu-sheng1, Liu Li-ming2

(1.CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Co., Tianjin 300452, China; 2.Bohai Oil Water and Electricity Service Company, Tianjin 300452, China）

In this paper, 17 parameters of the 10 FPSOs located in Bohai Sea and South China Sea are selected and studied by clustering method. Results show that 10 FPSOs are clustered into four categories. I class includes FPSO101, FPSO 102, FPSO 105. II class includes FPSO 109, FPSO 112, FPSO 113. III class includes FPSO 111, FPSO 115, FPSO 116. IV class includes FPSO 104. At last a reference for the maintenance and management of different FPSOs in the same category is provided in this research.

FPSO; cluster analysis; category

U674.38+4

A

1005-7560 (2014) 05-0047-04

中國海洋石油總公司重大科技項目（項目編號“CNOOC-KJ 125 ZDXM 26 THY NFCY 2014-01”）

鄭秋生（1983-），男，機械工程師，主要從事海上采油生產設備項目建造、管理工作。