STP式內轉塔單點系泊系統FPSO連接

晏　萊，高秉峰，秦　勇海洋石油工程股份有限公司，天津300461

STP式內轉塔單點系泊系統FPSO連接

晏萊，高秉峰，秦勇
海洋石油工程股份有限公司，天津300461

STP式內轉塔單點系泊系統海上安裝連接是一項高難度和高風險技術，目前世界上僅有少數海洋工程專業公司具備安裝能力。針對恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO的現場連接工程項目，從STP式內轉塔單點系泊系統FPSO出港、海上拖航、上線就位、連接方法和具體步驟等方面進行了詳細論述，指出了對“海洋石油118”FPSO連接作業所做的改進，包括FPSO就位連接方式優化、預布提升牽引纜繩及單拖輪高精度限位方法等，這些可借鑒的工程經驗對后續類似工程具有指導意義。

單點系泊系統；浮式生產儲/卸油裝置；STP；浮筒；連接

單點系泊系統作為海上油氣集輸的重要生產設施，因其水深適應范圍廣，抵御環境能力強，能系泊超大型FPSO，且經濟效益好而受到廣泛青睞。內轉塔單點系泊系統是近年來使用最為頻繁的單點系統，我國現有8套，均在南中國海服役。

STP（Submerged Turret Production） 式內轉塔單點系泊系統主要由水下錨系、STP浮筒、滑環堆棧、FPSO和水下跨接系統五大部分組成（如圖1所示）。該系統海上安裝連接是一項高難度技術且風險大，目前世界上僅有少數海洋工程專業公司具備其安裝能力。

恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO是目前國內非自航FPSO拖航距離最遠，連接用時最短的內轉塔單點系泊系統。本文結合恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO現場實際，對其連接方法進行論述。

1FPSO拖航

圖1　STP式內轉塔單點系泊系統組成

FPSO一般無自航能力，建造周期一般為兩年左右［1］。FPSO在船廠建造完成后，由大馬力拖輪拖帶，港作拖輪協助出港，輔助拖輪護航至海上油田，與STP浮筒連接投產使用。恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO在大連船舶重工建造，總長261.6 m，出港時由一艘20 000 HP（1 HP=735.5 W）主拖輪，一艘13 000 HP輔拖輪及四艘5 000 HP全回轉港作拖輪在引水人員指揮下共同完成。拖航分為出港和海上拖航兩部分。

1.1出港

1.1.1出港限制條件［2］

（1）環境限制條件。因受港口水深、航道類型、防波堤尺寸等環境因素的影響，所以FPSO出港需對環境條件進行限制。一般為：風速≤10 m/s、流速≤1kn、浪高≤1 m、能見度≥1 n mile。“海洋石油118”FPSO出港時風速6～8 m/s、流速0.4 kn、浪高0.5 ～1 m、能見度2 n mile。

（2）出港吃水。因受港池水深、靠泊碼頭位置水深、船廠吊機、FPSO最小吃水等因素影響，所以FPSO出港吃水應在保證最小吃水的前提下，底部到海底泥面間距應≥1 m?！昂Ｑ笫?18”FPSO出港平均吃水6 m。

1.2海上拖航［3］

“海洋石油118”FPSO由大連外錨地起拖，跨越黃海、東海、南海海域，歷經1 340 n mile、歷時12 d拖航至恩平24-2油田預設的滯航區。

2　FPSO連接

在FPSO拖航到達油田現場前，內轉塔單點系泊系統水下錨系就已經通過錨樁固定在海底，錨系系統與STP浮筒完成連接，STP浮筒通過配載位于水面以下設計位置。

2.1上線就位

FPSO拖航至油田現場預設的滯航區后，根據潮流潮汐表，繪制流玫瑰圖，確定FPSO上線時間及方位［4］，依據STP浮筒安裝坐標，在就位指揮及DGPS定位系統的輔助下，依靠就位拖輪控制FPSO全浮態上線、就位至STP浮筒正上方。但是由于海洋環境條件的復雜多變，依靠就位拖輪全浮態長時間控制FPSO在STP浮筒正上方進行施工作業，技術難度高，風險大，為了解決此問題，采取措施如下：

2.1.1多艘拖輪聯合作業

在FPSO艏部設置1艘大馬力拖輪，在艉部兩舷各設置1艘大馬力拖輪，3艘拖輪和FPSO組成全浮態就位系統，最大限度控制和保持FPSO的航向和位置使其艉部頂流上線。如圖2所示。

“海洋石油118”FPSO連接作業中，原設計使用3艘拖輪拖帶FPSO艏部頂流上線，但艏部拖輪馬力大，自身控制效果較差，同時受海洋環境的影響，艏部頂流就位較難保證FPSO艏向達到就位精度需求；為了保證FPSO順利連接，設計優化為FPSO艉部頂流方式上線，此方式艉部2艘就位拖輪對FPSO位置控制靈活，且FPSO總長261.6 m，艉部較大動作變化對FPSO艏部影響小，有效保證了FPSO就位精度，降低了作業風險，節約了施工工期。

圖2　FPSO上線拖輪布置

2.1.2DGPS定位系統

為了直觀地觀察FPSO上線到達STP浮筒的距離以及各拖輪的位置和航向，在FPSO和各就位拖輪均安裝了DGPS衛星定位系統，并用無線聯網顯示在FPSO艏部指揮中心電腦上，指揮人員可隨時觀察系統的狀態，指揮各拖輪的動作。

2.1.3CCTV監控系統

因原設計的CCTV監控系統位于單點艙室內部，不便于施工觀察和指揮，為使STP浮筒提升過程中，指揮中心和提升絞車操作人員能夠直觀地觀察單點艙室STP浮筒提升纜繩的位置，指揮各拖輪的動作及STP浮筒提升控制，分別在指揮中心和提升絞車操作臺增設了CCTV監控系統，使單點艙室狀況能夠直接顯示在顯示屏上，便于施工指揮操作及溝通。

增設CCTV監控系統，有效解決了因STP浮筒鎖緊位置、提升位置和工程指揮位置不同而存在的指揮盲區。

2.1.4上線就位操作步驟

（1）將預先布置的就位索具與各拖輪相連接。

（2）通過就位拖輪調整FPSO航向，使其緩慢朝STP單點系泊航行。

（3）沿途3 n mile內，由指揮中心的就位指揮人員指揮各拖輪保持FPSO正確航向。

（4）當FPSO橫向距離STP浮筒50～60 m時，3艘就位拖輪控制FPSO保持位置，由另外1艘拖輪將預先打撈的STP浮筒牽引纜繩傳遞至FPSO主甲板與預布提升牽引纜連接，然后將連接完成的纜繩引至FPSO舷外?！昂Ｑ笫?18”FPSO預布提升牽引纜繩采用的是尼龍纜繩。

（5）啟動提升絞車快速回收牽引纜繩，同時根據潮流方向和定位系統的顯示位置，通過3艘就位拖輪控制FPSO緩慢靠近STP浮筒，直至FPSO到達STP浮筒正上方。如圖3所示。

圖3　FPSO就位示意

（6）隨后就位指揮人員隨時下達指令，根據定位系統的顯示不斷調整各拖輪的航向和轉速，保持并穩定FPSO航向和位置，使其保持在STP浮筒正上方，以便進行連接作業。

在提升絞車牽引纜繩與STP浮筒牽引纜連接作業中，原設計采用APL公司提供的“靜水壓力釋放器”進行連接，但此方式作業風險大，效率低。設計優化為“預布提升牽引纜”方式，可有效降低作業風險，提高作業效率。

2.2FPSO連接

FPSO通過STP浮筒與單點艙室鎖緊裝置連接，連接時須將STP浮筒從水下設計位置提升至單點艙室，為此專門設計液壓動力絞車。該絞車通過與STP浮筒提升頭連接的高強度迪尼瑪纜繩提升STP浮筒，當STP浮筒提升至連接位置時，啟動液壓機械鎖緊裝置，鎖緊STP浮筒，使單點系泊系統完成安全系泊。FPSO連接具體操作步驟如下：

（1）啟動單點艙室內的通風系統，使其完全通風，達到施工需求。

（2）打開單點艙室內的CCTV和照明系統，選擇調整攝像頭的合適位置；打開指揮中心CCTV監控系統。

（3）檢查確認每一個鎖緊裝置的手動閥處于打開狀態。

（4）拆掉上方中心機構的鎖緊塊，檢查鎖緊螺母位置，允許鎖緊機構能夠完全上升，并確認STP控制柜操作盤上的STP浮筒沒有鎖緊。

（5）啟動提升絞車提升STP浮筒，當提升力達到100 kN時，切換提升絞車至“低速”檔繼續提升，直至STP浮筒完全拉進FPSO月池內。如圖4所示。

圖4　STP浮筒提升

（6）激活STP控制柜操作盤上“鎖緊”按鈕。等待鎖緊指示器的反饋信息，當對應的綠燈亮時，每一個鎖緊裝置鎖緊到位。

（7）分別激活STP控制柜操作盤上的“預緊按鈕1”、“預緊按鈕2”、“預緊按鈕3”對鎖緊裝置進行預張緊，使其張緊力達到設計要求。

（8）激活STP控制柜操作盤上的按鈕關閉沖水閥，同時啟動開排泵，對單點艙室進行排水。

（9）操作人員進入單點艙室，檢查鎖緊裝置，安裝鎖緊銷，預緊鎖緊裝置鎖緊螺母，關閉隔離閥。

（10）激活STP控制柜操作盤上的“壓力釋放”按鈕，直至壓力緩慢降至0 MPa。

（11）拆除STP浮筒提升頭，安裝浮筒間隙塊和密封。

（12）指揮3艘就位拖輪對STP浮筒進行旋轉試驗，當旋轉試驗達到要求后，解除FPSO艏部和艉部右舷兩艘拖輪，完成FPSO連接作業。

“海洋石油118”FPSO從上線至STP浮筒提升完成鎖緊達到安全系泊僅用5 h，創國內非自航內轉塔單點系泊系統FPSO連接用時最短記錄。如圖5所示。

3　柔性軟管和動力電纜的提升及永久系掛

柔性軟管和動力電纜是海上油田單點系泊系統原油和電力傳輸的必然途經，可利用提升絞車對其進行提升及永久系掛。在軟管和電纜提升過程中，需要2艘拖輪對FPSO進行限位。

圖5　“海洋石油118”FPSO連接

3.1柔性軟管提升及永久系掛操作步驟

（1）將提升纜繩從絞車下放至提升頭，使用寬體卸扣與軟管提升頭相連。

（2）啟動提升絞車，提升柔性軟管，將臨時系掛設施和錐形導向拆除，安裝永久系掛支撐塊和支撐螺栓。

（3）啟動提升絞車下放柔性軟管，將軟管重量轉移至支撐塊，釋放提升絞車，拆除提升纜繩和軟管提升頭。

（4）安裝懸掛圓環、扭轉環和帶密封圈的頂部圓環，完成柔性軟管的提升及永久系掛。

3.2動力電纜提升及永久系掛操作步驟

（1）將提升纜繩從絞車下放至提升頭，使用寬體卸扣與電纜提升頭相連。

（2）啟動提升絞車提升動力電纜，拆除導向管頂部的臨時頂板。

（3）安裝密封及永久系掛部件。

（4）啟動提升絞車下放動力電纜，將電纜重量轉移至系掛結構。

（5）安裝懸掛環、隔離墊片、隔離套及螺栓，拆除電纜提升頭，完成電纜提升及永久系掛。

柔性軟管系掛完成后，需對管道進行壓力試驗；動力電纜系掛完成后需進行做頭、接線及絕緣耐壓測試。

柔性軟管和動力電纜提升過程中，原設計采用2艘拖輪對FPSO進行限位，“海洋石油118”FPSO因現場船舶資源和氣象窗口的影響，無法滿足設計要求?，F場設計了“單拖輪高精度限位方案”，有效地保證了工程實施。

4　滑環堆棧安裝

柔性軟管和動力電纜提升作業完成后，即進行滑環堆棧的安裝工作，滑環堆棧是油氣輸運的重要通道，是單點系泊系統連接的核心部件之一?；h堆棧的安裝主要是通過液壓系統對其頂升、滑移、旋轉、對中后，將其由運輸位置轉移至安裝位置，然后進行螺栓安裝及緊固工作。

5　可供借鑒的經驗

（1）采用FPSO艉部頂流方式上線，此方式利用艉部2艘就位拖輪對FPSO位置進行靈活控制，且FPSO總長261.6 m，艉部較大動作變化對FPSO艏部影響小，有效保證了FPSO就位精度，降低了作業風險，縮短了施工工期。

（2）采用“預布提升牽引纜”方式連接提升絞車牽引纜與STP浮筒提升牽引纜時，操作簡單、快捷、高效、風險低，有效規避了“靜水壓力釋放器”連接方式存在與水下錨系纏繞造成作業中斷的風險，且降低了作業環境條件要求，大大縮短了作業時間。

（3）提升牽引纜采用尼龍纜繩代替鋼纜，避免了鋼纜與FPSO船體磨擦造成油漆脫落所導致的船體腐蝕；同時防止了密封圈受損，影響密封效果。但應注意尼龍纜繩耐磨效果較差，需在磨擦位置增加保護套。

（4）“單拖輪高精度限位方案”減少了項目資源的投入，有效地控制項目成本，但存在一定安全隱患。后續類似項目在條件許可的情況下應設置2艘拖輪進行限位，降低作業難度，保證作業安全。

［1］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.

［2］姜進方.孤立塔柱式水下軟鋼臂單點系泊系統安裝連接［J］.中國造船［J］，2006，47（S）：452-459.

［3］中國船級社.海上拖航指南［M］.北京：中國船級社，2011.

［4］姜進方.大型FPSO拖航連接（解脫）作業指南［M］.天津：海洋石油工程股份有限公司，2008.

Connection ofSTP InternalTurret Single Point Mooring System with FPSO

YAN Lai，GAO Bingfeng，QIN Yong
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300461，China

Connection of STP internalturret single point mooring system with FPSO is a difficult and risky technology.Only a few offshore engineering companies in the world have the ability to do it.In this paper，according to the connection project of“HYSY118”FPSO in Eenping 24-2 Oilfield，the FPSO departure，towing，positioning and connection with the turret are described in detail.The technicalimprovements of the connection operation are also presented，such as optimization of FPSO positioning and connection，presetting lift ropes and using single tugboat to precisely controlFPSO position.

single point mooring system；FPSO；STP；buoy；connection

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.008

晏萊（1982-），男，湖北隨州人，工程師，2008年畢業于西安石油大學化工過程機械專業，碩士，現從事FPSO解脫、拖航、連接及單點系泊系統安裝、維修改造方面的工作。

Email：yanlai@mail.cooec.com.cn

2015-05-06；

2015-09-28