渤海友誼號FPSO解脫與拖航

劉雪宜，孟俊瑜，楊洪所，高秉峰

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

渤海友誼號FPSO解脫與拖航

劉雪宜，孟俊瑜，楊洪所，高秉峰

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

以渤海友誼號FPSO為例，結合近年來多次FPSO解脫拖航的施工經驗，論述單點系泊系統，FPSO解脫拖航的方案設計、施工準備以及海上施工流程，對涉及的YOKE下放結構干擾校核，作業方案優化以縮短施工時間，冬季作業窗口的選擇以及通航安全評估進行介紹。

單點系泊系統；海上施工；FPSO解脫；FPSO拖航

渤中28-1油氣田位于渤海南部海域，水深約22 m，東南距龍口市約100 km，西北距天津市塘沽基地約206 km，油田主要設施包括兩座井口平臺、“渤海友誼號”FPSO、兩條混輸海底管線。2013年6月，渤海友誼號FPSO單點系泊系統在年檢過程中發現單點左右舷系泊腿存在故障，左舷系泊腿萬向鉸接頭處轉動時發出尖銳噪音，同時伴有輕微振動，系泊腿向上竄動約15 mm；右舷系泊腿萬向鉸接頭也存在類似噪音震動問題，初步判斷左右舷系泊腿推力軸承損壞。為了排除油田生產的安全隱患，經過方案設計、前期準備等工作，2014年10月將渤海友誼號FPSO解脫、拖航到船廠，完成系泊腿更換后再將FPSO回連復產。渤中28-1油氣田停產時間比計劃縮短18 d，取得了顯著的經濟效益，施工技術、項目管理方面的成功經驗可供今后類似工程參考。

1 渤海友誼號FPSO與單點系泊系統

渤海友誼號FPSO是渤中28-1油氣田的核心油氣生產設施，1989年由滬東造船廠建造完工。主要參數：總長217 m，型寬31 m，型深17.6 m，滿載吃水10.5 m，壓載吃水7.5 m，滿載排水量65 530 t，壓載排水量46 690 t，儲油量5萬t。

渤海友誼號單點屬于水上軟剛臂系泊系統，是塔架式系泊系統的一種，適用于50 m以淺的淺水海域。如圖1所示，其結構主要包括：四腿導管架、單點系泊頭、YOKE(鋼臂)、系泊腿、系泊構架以及跨接系統。導管架用鋼樁固定在海底，單點系泊頭固定在導管架之上。YOKE和系泊腿連接單點系泊頭和FPSO船首的系泊構架，構成單點系泊的軟剛臂系統。YOKE的頭部有縱搖鉸接頭、橫搖鉸接頭，系泊腿上下端分別裝備了推力軸承、萬向鉸接頭，能夠消除單點與FPSO之間的6自由度的相對運動。YOKE末端左右各有一個壓載艙，分別灌注173 t防凍液，其作用是為FPSO的位移提供回復力，保證系泊腿角度處于正常的垂直位置。跨接系統包括跨接軟管和跨接電纜，用于FPSO與單點之間傳輸電力、信號、天然氣、井液、回注水等。渤海友誼號單點具有風向標效應，允許FPSO圍繞單點系泊頭作360°自由運動，使FPSO始終處在合外力最小的位置上[2-4]。

圖1 渤海友誼號單點系泊系統

2 施工準備

2.1 設計文件編制

FPSO拖航與連接是一項風險高、難度大、投入資源多的大型海上施工作業，優秀的方案設計對于FPSO連接作業至關重要。在方案設計開始之前整理原始設計資料，包括FPSO穩性計算報告、FPSO拖航阻力報告、FPSO船舶證書、FPSO解脫連接指導大綱、FPSO原有拖曳設備證書和單點系統圖紙等；其次對FPSO與單點系統進行現場調研，確認關鍵設備的狀態。項目主要的設計文件包括FPSO前期檢修程序、跨接軟管電纜解脫程序、FPSO解脫程序、FPSO拖航程序、FPSO進港引航方案等。設計文件完成后要提交業主和第三方審批，然后根據批準的設計文件準備施工材料。主要的施工材料包括拖纜、過橋纜、應急拖纜、碼頭系泊纜、FPSO限位纜、交叉纜、提升纜、液壓拉伸器以及其他輔助工機具，所有的材料、工機具要具備相關證書并測試合格。

2.2 適拖檢驗

根據中國船級社《海上拖航指南》的規定，為了保障海上拖航作業的安全，拖航前應由中國船級社驗船師對被拖物和拖船進行檢驗，并簽發《適拖證書》和檢驗報告。

基于拖航作業的風險性，拖船的選用和檢驗尤為重要。根據《海上拖航指南》的規定，計算FPSO在規定航速下的靜水阻力和限定風速下的風阻力，然后計算FPSO的拖航總阻力，選用拖船的拖力要大于拖船自身和被拖物FPSO的總阻力[4]。渤海友誼號拖航項目選用的主拖船為濱海284(5 900 kW)，系柱拖力910 kN，實際拖力發揮75%的情況下有效拖力為680 kN。

經核算，在靜水中拖速6 kn，渤海友誼號阻力為551.6 kN，主拖船阻力為68 kN，拖帶組合阻力之和為63.76 kN，小于主拖船有效拖力680 kN；在風速20 m/s(風從船首成30°方向吹來)，船首水流速度為0.5 m/s，有義波高為5 m條件下，渤海友誼號阻力為459 kN，主拖船阻力為160 kN，拖帶組合阻力之和為619 kN，小于主拖船有效拖力680 kN，主拖船具有抗風保向保位能力。

拖船的檢驗包括其航海系統、拖帶系統、救生系統、通信系統等，確保拖船有足夠的拖力可以安全將FPSO拖到目的地，拖船的拖帶系統包括拖纜機、主拖纜、備用拖纜等設施。

2.3 海事手續辦理

在FPSO拖航前一定的時間到當地海事機構申請辦理拖航相關手續，主要包括通航安全評估報告編制與審查、水上水下活動許可證、航行通告、航行警告等[5]。根據相關海事規定，大型設施和移動式平臺拖帶屬于可能影響通航安全的水上水下活動，《通航安全評估報告》編制完成后經海事機構審查通過后方可辦理立項審批、行政許可等?！锻ê桨踩u估報告》介紹了渤海友誼號FPSO拖航項目概況以及渤海海區自然環境、蓬萊欒家口等港口環境、長山水道和登州水道等交通環境、海上搜救機構和航經水域的交管設施等安全保障，詳細分析拖航方案、拖航航線的規范性以及對自然環境、通航環境和通航安全的影響，認為渤海友誼號FPSO拖航計劃、拖船配置滿足相關規范要求，航線設計合理可行，拖航水域和自然自然環境滿足拖航需要，可以順利地完成渤海友誼號FPSO拖航任務[6]。根據項目的進度，適時發布航行通告、航行警告，告知此次FPSO拖航的時間、起始港、航速、拖帶長度、航線和目的港等信息，請過往船舶注意并提前采取避讓措施。

2.4 拖航協調工作

FPSO拖航項目管理界面復雜，主要的參與方包括FPSO船東、FPSO操作方、承包商、拖船方、中國船級社、氣象保障、定位方、船廠、引航站和海事局等單位。根據拖航需要，建立拖航組織機構和通信指揮程序，根據實際各方情況劃分工作界面，明確拖航中各方職責，定期召開會議檢查、通報各方工作的進展。拖航前3 d由拖航組織單位主持召開拖航協調會議，組織拖航參與方對拖航準備工作進行聯合檢查，檢查的重點包括拖航方案的合規性、拖航手續辦理進展、FPSO適拖檢驗、拖船資源、關鍵崗位人員到位情況、材料工機具及拖航窗口與氣象預報等；設立拖航領導小組，編制24 h人員值班表，負責拖航作業的現場指揮，負責拖航指揮作業的組織協調；制定拖航匯報機制，約定通信聯絡方式，定時以及在關鍵時刻及時匯報船舶動態，與陸地聯系應急資源。

3 海上施工

渤海友誼號FPSO解脫與拖航的海上施工主要包括前期檢修、跨接軟管/電纜解脫、FPSO解脫、FPSO拖航及FPSO進港靠泊四大階段。

3.1 前期檢修

由于被拖物“渤海友誼號”FPSO在渤中28-1油氣田服役至今超過10年，FPSO解脫拖航所需關鍵設備的狀態不確定，一般需要盡早啟動FPSO拖航關鍵設備的前期檢修。前期檢修的范圍主要包括四個方面的工作。

1)檢查FPSO的相關證書的完整性和有效性，如入級證書、國籍證書、所有權證書、國際噸位證書、國際載重線證書、適航證書/船舶航行安全證書、國際防止油污染證書及最低安全配員證書等(每艘FPSO的證書存在差別)。

2)檢修拖帶系統如拖點、導纜孔、帶纜樁、龍須鏈、拖纜及備用拖纜，測試FPSO自身消防系統、救生系統、通信系統及航海系統等并取證。

3)確保FPSO解脫作業相關的各種設備如絞車、排載空壓機的狀態，檢修液壓系統、剎車系統、底座焊道，用水袋做絞車動靜載荷試驗。

4)檢查單點平臺新增、改造設備是否干擾FPSO解脫時的YOKE下放，根據原始設計資料在100年一遇的工況下YOKE下放入水后與水平面的夾角37.8°，將干擾設備現場標記、FPSO解脫時拆除、FPSO回連后原樣恢復，確保FPSO解脫期間單點設備和YOKE的安全。

3.2 跨接軟管/電纜解脫

在FPSO停產之后，完成跨接軟管清洗、電纜放靜電工作。由于跨接軟管/電纜需要重復再利用，故在跨接軟管/電纜拆除時，需要保證跨接軟管/電纜的最小彎曲半徑要求，在FPSO船艏系泊支架橫梁焊接臨時吊點，將跨接軟管/電纜在單點側的端頭解脫，利用單點絞車和FPSO船艏主絞車正反兩個方向的牽引配合，使拆除后的跨接軟管電纜在系泊支架處以“U”形懸掛，同時要避免FPSO拖航拖纜與軟管發生摩擦，見圖2。

圖2 跨接軟管/電纜解脫后的布置

為了減輕跨接軟管的重量，避免跨接軟管內可能存在殘液污染海洋環境，在單點側跨接軟管端口法蘭解除后，需利用離心泵抽取管內殘液至FPSO閉排系統?？缃与娎|的解脫與跨接軟管類似。

3.3 FPSO解脫

為了降低FPSO限位的風險和避免YOKE入水后的劇烈升沉，FPSO解脫一定要選擇良好氣象窗口，要求有效波高小于1 m，風速小于10 m/s，流速小于1 kn，能見度大于3 n nile。

如圖3所示，跨接軟管/電纜解脫后，按照正常的FPSO的解脫程序，提前拴掛提升纜、系泊纜并限位拖船，然后排放YOKE壓載液，解除系泊腿法蘭螺栓，用提升纜下放YOKE入水后，FPSO在限位拖船的拖曳下后撤，同時解除船艏纜繩完成FPSO解脫開始拖航[7]。為確保YOKE壓載液最大程度排放，在壓載液排放管線安裝流量計，監測瞬時排放流量和累積排放流量。

圖3 FPSO解脫示意

由于系泊腿存在故障，而且FPSO解脫作業是冬季施工，可以作業的天氣窗口非常短，現場施工采取了如下技術措施確保FPSO解脫作業順利完成。

1)密切關注天氣預報，及時調整作業步驟，將FPSO貨油艙惰化作業后移到FPSO拖航期間，抓住了有利的天氣窗口減少作業風險。

2)通過計算校核，證明在良好海況條件下每條系泊腿法蘭保持4個螺栓就可以承擔YOKE以及壓載液的重量，為此將其他16個法蘭螺栓拆除與YOKE壓載液排放并行作業，縮短作業時間。

3)提前對系泊腿法蘭螺栓進行預拆卸，即逐個對螺栓拆卸、保養、回裝，檢驗施工人員的作業效率，對無法拆卸的螺栓做出標記，準備應急方案。

3.4 FPSO拖航

渤海友誼號FPSO從BZ28-1油氣田拖航至蓬萊中柏京魯船廠，航程總計63 n nile，拖航主拖船濱海284，負責清障、預警的護航拖船為民生008 (4 440 kN)(見圖4)，并由專業的拖航指揮小組負責FPSO拖航指揮工作。

圖4 FPSO拖航示意

為確保拖航安全，拖航途中需安排專人定期巡檢，檢查拖航相關設施狀態。為降低FPSO拖航過程中的偏蕩，FPSO艏艉吃水需保持一定的吃水差，并調整主拖纜長度，保持一定的懸垂量，降低拖航途中拖航沖擊負荷[8]。拖航過程要向陸地定時匯報，并根據天氣、進港時間及時調整拖航速度。

3.5 FPSO進港靠泊

由于主拖船對于目的港水域、水深、航道及水流等情況不熟悉，FPSO到達目的港外錨地后，一般需要向當地港口引航機構申請提供引航服務。渤海友誼號FPSO在無動力狀態下由拖船協助進港，船舶操縱受限避讓困難，而且FPSO主尺度超大，受風流影響較大，進港存在較大的作業難度與風險[9]，需要的船舶資源為主拖船再加4艘大功率港作拖船，港作拖船連接方式如圖5所示。

圖5 港作拖船連接方式

進港作業之前，FPSO將拖航吃水7.5 m調載為進港吃水6.0 m，按10%富余水深計算，確保航道、港池通航水深超過6.6 m；FPSO提前準備碼頭系泊纜和系解纜人員。蓬萊港引航員登臨FPSO與拖航指揮小組進行交接，熟悉FPSO相關設施和狀態，指揮港作拖船拴掛，引航員負責指揮港作拖船拖曳FPSO完成靠泊。

4 結論

FPSO的解脫與拖航是一項高風險的海上施工，前期需要編制詳細的施工方案，實施過程中需要FPSO船東、拖船方、中國船級社、引航站和海事局等單位密切配合。通過周密的施工準備和精細化的施工管理，于2014年10月18日完成渤海友誼號FPSO解脫，10月20日完成FPSO拖航和進港靠泊。實踐表明，渤海友誼號FPSO解脫與拖航的基本方案成熟可行，對于水上軟剛臂單點系泊FPSO的解脫與拖航具有普遍指導意義，但是此次渤海友誼號FPSO的解脫是在FPSO服役十余年、系泊腿存在故障的情況下實施，而且作業的時間在冬季，對涉及的YOKE下放結構干擾校核、作業方案優化縮短施工時間、冬季作業窗口的選擇以及通航安全評估進行了專門研究，這對于今后類似工程具有借鑒意義。系泊腿法蘭螺栓的拆卸是FPSO解脫的難點與風險點，對于系泊腿法蘭螺栓孔錯位導致螺栓無法拆卸以及FPSO解脫過程中天氣突然惡化的應急措施要予以重視。

[1] 《海洋石油工程設計指南》編委會.海洋石油工程FPSO與單點系泊系統設計[M].北京：石油工業出版社，2007.

[2] 劉雪宜.FPSO在YOKE損壞時的應急解脫[J].石油工程建設，2013,39(3):26-30.

[3] 譚耀模.FPSO單點系泊檢測系統設計[J].船海工程，2014,43(5):25-28.

[4] 中國船級社.海上移動平臺入級與建造規范[S].北京：人民交通出版社，2005.

[5] 姜進方,吳硯春，秦 勇，等.大型FPSO儲油輪拖航探述[J].中國海洋平臺，2012，27(2)：1-5.

[6] 大連海事大學.渤海友誼號FPSO拖航作業通航安全評估報告[R].大連：大連大學.2014

[7] 田 冰，劉雪宜，孫丕松.BZ油田單點系泊系統海上解脫[C]∥中國海洋工程學會.第十四屆中國海洋(岸)工程學術討論會論文集，北京：海洋出版社，2009：1473-1477.

[8] 洪碧光，李 強，高孝日，等.拖航系統偏蕩情況的仿真研究[C]∥中國航海，2009,32(3):106-111.

[9] 王艷杰，劉 佳，劉敬賢，等.FPSO港區拖帶航行安全保障技術研究[J].武漢理工大學學報：交通科技與工程版，2013，37(3)：562-565.

Disconnection and Towing of the Bohai Youyi FPSO

LIU Xue-yi, MENG Jun-yu, YANG Hong-suo, GAO Bing-feng

(China Offshore Oil Engineering Company, Tianjin 300461, China)

Taking Bohai Youyi FPSO as an example, combining the experiences gained through the recently FPSO disconnection and towing project, the Single Point Mooring system, procedure development, preparation and offshore installation workflow are discussed about. Problems of interference check of lowering YOKE structure, procedure optimization to shorten operation time, weather window choosing in winter and navigation safety assessment are also researched.

single point mooring; offshore installation; FPSO disconnection; FPSO Towing

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.035

2015-06-01

劉雪宜(1980-)，男，碩士，工程師

U674.38

A

1671-7953(2015)06-0149-05

修回日期：2015-06-24

研究方向:FPSO解脫連接、單點維修改造技術

E-mail: liuxueyi@mail.cooec.com.cn