在FSOU塢修期間利用閑置FPSO替代臨時生產(chǎn)技術(shù)研究與實踐

鄧周榮（中海油南海東部石油管理局深水工程建設(shè)中心，廣東深圳 518067）

在FSOU塢修期間利用閑置FPSO替代臨時生產(chǎn)技術(shù)研究與實踐

鄧周榮
（中海油南海東部石油管理局深水工程建設(shè)中心，廣東深圳 518067）

2012年，陸豐油田 “南海盛開”號FSOU（以下簡稱NHSK）需要進(jìn)塢大修，油田面臨3-4個月的停產(chǎn)。于此同時，中海油計劃利用NHSK塢修期間，對原有的系泊系統(tǒng)進(jìn)行升級改造并移位到新的油田區(qū)域。為了減少NHSK塢修期間油田停產(chǎn)造成的產(chǎn)量損失，開展了利用替代FPSO進(jìn)行臨時生產(chǎn)的研究。通過對利用動力定位FPSO和利用閑置非動力定位FPSO臨時生產(chǎn)方案的研究對比，最終采用了利用閑置FPSO進(jìn)行臨時生產(chǎn)的方案。項目成功地把不同廠家的單點進(jìn)行嫁接，實現(xiàn)了利用閑置的非動力定位“南海開拓”號FPSO（以下簡稱NHKT）進(jìn)行臨時替代生產(chǎn)，項目也得到了成功實施，取得了顯著的經(jīng)濟效益。該項目貢獻(xiàn)產(chǎn)量200萬桶，同比使用帶動力定位功能的“睦寧”號替代臨時生產(chǎn)方案節(jié)省費用2億元。

FPSO 塢修 單點系泊系統(tǒng) 臨時替代生產(chǎn)

陸豐油田群位于南海珠江口盆地，所在水深132米至146米，生產(chǎn)設(shè)施包括3個平臺和1艘命名為“南海盛開”號的FSOU（浮式儲卸油設(shè)施，以下簡稱NHSK）。油田日產(chǎn)能約5萬桶，平臺生產(chǎn)的原油通過海底管線連接到FSOU儲存，每隔5至7天，NHSK則通過外輸軟管把原油外輸?shù)竭B接在船尾（Tandem mooring）的提油輪進(jìn)行外輸。2012年，NHSK根據(jù)法規(guī)要求將進(jìn)船塢大修，完成大修后NHSK將接入到陸豐13-2B平臺西北側(cè)新建的單點水下系泊系統(tǒng)繼續(xù)生產(chǎn)。為了減少NHSK塢修期間油田停產(chǎn)造成的產(chǎn)量損失，中海油啟動了替代FPSO進(jìn)行臨時生產(chǎn)的方案研究。對利用“睦寧”號動力定位FPSO（隸屬于BLUEWATER公司的， 在西江油田和惠州油田都有過臨時替代生產(chǎn)的成功經(jīng)驗）和利用閑置的“南海開拓”號FPSO（以下簡稱NHKT）進(jìn)行臨時替代生產(chǎn)的方案研究。通過研究，方案比選，利用閑置的NHKT進(jìn)行臨時替代生產(chǎn)的方案優(yōu)勢明顯。最終選用了利用閑置的NHKT號非動力定位FPSO進(jìn)行臨時替代生產(chǎn)的方案。但是，NHKT和NHSK不僅在船型、結(jié)構(gòu)、尺寸上不同，F(xiàn)PSO的核心—單點系泊系統(tǒng)和轉(zhuǎn)塔也由不同廠家生產(chǎn)，兩個設(shè)施也分別在不同船級社入級。把NHKT嫁接到NHSK的單點系泊系統(tǒng)上，在國際上沒有過先例。因為技術(shù)風(fēng)險過高，兩艘FPSO的原設(shè)計廠家均不宜接手此項工作。如何讓設(shè)想在工程上進(jìn)行實現(xiàn)，面臨著巨大的挑戰(zhàn)。自力更生，通過技術(shù)創(chuàng)新解決了一些列的技術(shù)問題，同時依靠精細(xì)的項目管理，臨時生產(chǎn)的工程項目最終得到了成功的實施。

1　工程方案研究

NHSK為無原油生產(chǎn)處理能力的，載重量為12萬噸的儲油輪，而NHKT為具有原油處理生產(chǎn)能力的15萬噸儲油輪。兩條船均具備動力和自航能力，其和水下系泊系統(tǒng)的單點也都為可解脫式單點系泊系統(tǒng)，均采用TANDEM外輸方式。通過調(diào)研，NHKT自2010年從南海東部某油田退役后在船廠擱置，通過適當(dāng)維修改造，具備臨時替代生產(chǎn)條件。 為把不同尺寸，不同單點型式FPSO植入到現(xiàn)有的單點系泊系統(tǒng)上進(jìn)行生產(chǎn)，需要解決兩個方面的問題：其一是如何能溝通把15萬噸級的NHKT接入到12萬噸級的NHSK的系泊系統(tǒng)而能保證系泊系統(tǒng)能承受比其設(shè)計能力大3萬噸的FPSO的強度要求；其二是2艘FPSO以及其相應(yīng)的系泊系統(tǒng)和轉(zhuǎn)塔，型式、結(jié)構(gòu)、尺寸均存在較大差異，如何能夠保證在有限投資的條件下，通過盡少的改造，使這兩套系統(tǒng)完美適配；

1.1系泊系統(tǒng)強度計算分析及方案優(yōu)化

系泊系統(tǒng)及動態(tài)軟管受力計算分析。NHKT載重噸為15萬噸，而NHSK的系泊系統(tǒng)是以12萬噸船舶設(shè)計。NHSK單點系泊系統(tǒng)自1993年建成后已使用20年，系泊腿各部件破斷強度應(yīng)考慮腐蝕的影響。系泊錨鏈腐蝕率按DNV OS E301規(guī)范取0.4mm/年，系泊鋼纜最小破斷強度參照周邊油田的歷史試驗數(shù)據(jù)，上鋼纜剩余強度按50%折減，海底鋼纜按10%折減。同時“NHKT”FPSO 船型和上部設(shè)施的比“南海盛開”增加受風(fēng)面積。為評估NHKT植入到NHSK的系泊系統(tǒng)后，其系泊系統(tǒng)能否承受各種作業(yè)和極端天氣條件下的載荷，分別對系泊系統(tǒng)、動態(tài)軟管、浮筒導(dǎo)鏈孔強度等進(jìn)行校核，系泊系統(tǒng)及軟管受力分析根據(jù)DNV POSMOOR規(guī)范校核，分析軟件采用MOSES和Orcaflex。

以下分別對各項校核進(jìn)行介紹：系泊系統(tǒng)分析結(jié)果：分別考慮了FPSO正常作業(yè)、外輸油作業(yè)和FPSO解脫三種典型工況。FPSO正常作業(yè)，按有義波高5.0米及對應(yīng)的風(fēng)流進(jìn)行校核；外輸原油作業(yè)時按有義波高4.0米及對應(yīng)的風(fēng)流進(jìn)行校核；FPSO解脫后按100年一遇的環(huán)境載荷條件進(jìn)行校核。分析結(jié)果表明，上鋼纜在單根破損狀態(tài)時破斷安全系數(shù)為1.01，不滿足規(guī)范要求的最小安全系數(shù)1.1。在更換頂鏈和上鋼纜的前提下，NHKT可在有義波高6米以下安全作業(yè)，超過該天氣條件時需解脫FPSO； FPSO外輸原油時6萬噸級穿梭油輪可在有義波高 4米以下安全作業(yè)。軟管分析結(jié)果：軟管分析考慮了FPSO連接和解脫兩種典型工況。FPSO連接狀態(tài)按有義波高5.0米及對應(yīng)的風(fēng)流進(jìn)行校核，F(xiàn)PSO解脫后按100年一遇的環(huán)境載荷條件進(jìn)行校核。根據(jù)計算，F(xiàn)PSO解脫后單點浮筒吃水為26米，比原設(shè)計淺了9米。分析結(jié)果表明，在設(shè)計工況下，軟管所受最大拉力和最大彎曲半徑均未超過其允許值（17噸和2.4米），也未顯示會與附近的系泊腿發(fā)生碰撞，但FPSO解脫后處于100年一遇的風(fēng)暴工況時，軟管存在和海底碰撞的風(fēng)險，但碰撞能量較小，可以接受。單點浮筒導(dǎo)鏈孔強度校核：由于兩套單點系泊腿的布置形式存在差異，NHSK單點系泊腿的水平方位角和NHKT單點浮筒對應(yīng)的導(dǎo)鏈孔相差7.5度。根據(jù)有限元分析，單點浮筒導(dǎo)鏈孔的最大計算壓應(yīng)力為140MPa，小于材料的允許應(yīng)力180MPa。單點浮筒導(dǎo)鏈孔具有足夠強度承受由于角度差異產(chǎn)生的載荷，作業(yè)過程中導(dǎo)鏈孔處產(chǎn)生的少許磨損對短期使用來說可忽略不計，無需對導(dǎo)鏈孔進(jìn)行改造。NHKT臨時替代生產(chǎn)時間為5月至9月，除臺風(fēng)等惡劣天氣外，其余時間海況較好，10年統(tǒng)計顯示有義波高在3.5米以下的概率達(dá)到95%以上。通過平衡生產(chǎn)時率和項目投入，重新確定FPSO解脫條件，確定將FPSO的正常安全生產(chǎn)作業(yè)條件限制在有義波高5米以下，F(xiàn)PSO外輸Tandem Mooring的作業(yè)條件限制在有義波高4米以下。同時通過對最薄弱構(gòu)件，上鋼纜的更換，提高了系泊系統(tǒng)的最小承載力，達(dá)到了前面定義條件下的生產(chǎn)需要。

1.2單點及轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)適配研究和改造

NHSK的單點系泊系統(tǒng)屬于可解脫式內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)，主要由內(nèi)轉(zhuǎn)塔、單點浮筒和8條均布系泊腿等組成。一條長約1.8公里的6寸輸油軟管連接陸豐13-1平臺和NHSK。NHKT也屬于可解脫式內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系泊系統(tǒng)，由一個嵌入至船艏的內(nèi)轉(zhuǎn)塔和一個“蜘蛛”式單點浮筒組成，兩者通過結(jié)構(gòu)連接器連接，具有快速的解脫和回接功能。兩套系統(tǒng)均屬于FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊的同類型產(chǎn)品，但由于為不同廠家設(shè)計，其關(guān)鍵部件存在較多不同。其中最大不同點是單點浮筒上的結(jié)構(gòu)連接器不兼容，其次是八條系泊腿的布置不同。為實現(xiàn)NHKT接入現(xiàn)有單點系泊系統(tǒng)，通過技術(shù)創(chuàng)新，工程改造，解決如下問題：

（1）單點浮筒結(jié)構(gòu)連接器不兼容，將現(xiàn)有單點浮筒替換為NHKT的單點浮筒以滿足匹配問題。（2）現(xiàn)有系泊腿頂部鏈規(guī)格為33/4寸，與NHKT的單點浮筒止鏈器規(guī)格不匹配，為此對頂鏈進(jìn)行了更換，以適配NHKT浮筒的止鏈器。（3）單點浮筒立管通道尺寸不同，對現(xiàn)有6寸輸油軟管接頭進(jìn)行了改造，以滿足匹配。（4）NHKT浮筒接入后，其錨鏈孔和錨腿方位角存在7.5度差異，通過建模計算，計算結(jié)果證明其能滿足強度要求。（5）由于NHKT的單點浮筒安裝用的臨時浮筒已棄置，新建一個無法滿足進(jìn)度要求，單點浮筒安裝方法應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計了直接提拉張緊連接浮筒的施工方法，實現(xiàn)了在沒有安裝用的臨時浮筒的條件下，實際浮筒和錨腿的連接。

1.3研究結(jié)論

通過研究計算，把NHKT進(jìn)行維修后，可以滿足短期生產(chǎn)要求。通過控制NHKT載貨量，更換舊系泊系統(tǒng)最薄弱的上鋼纜，同時降低惡劣海況下的解脫條件，可以滿足系統(tǒng)荷載強度的要求。

2　工程方案應(yīng)用效果

FPSO臨時替代生產(chǎn)工程方案經(jīng)過可行性研究、詳細(xì)設(shè)計、加工改造及海上施工，前后歷時約5個月。2012年5月20日NHSK解脫，6月11日NHKT接入并復(fù)產(chǎn)，2012年9月19日NHKT解脫并復(fù)員。在替代生產(chǎn)期間，累計生產(chǎn)原油約200萬桶，安全外輸油作業(yè)累計7次。該單點系泊系統(tǒng)成功度過了2012年幾次臺風(fēng)的考驗，NHKT每次解脫、回接安全順利。 通過項目實踐證明，采用非動力定位FPSO進(jìn)行臨時替代生產(chǎn)方案技術(shù)可行，并且比使用帶動力定位功能的FPSO替代臨時生產(chǎn)方案節(jié)省費用2億元，經(jīng)濟效益顯著。

3　結(jié)語

通過大膽設(shè)想，科學(xué)研究和優(yōu)化，在沒有單點廠家技術(shù)支持的情況下，陸豐油田成功實現(xiàn)了使用非動力定位的FPSO臨時替代生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。該項目的成功實踐，為油田臨時生產(chǎn)開創(chuàng)了一種新的模式表明，其單點嫁接技術(shù)的研究和成功應(yīng)用，大大增加了國內(nèi)隊伍對單點技術(shù)的認(rèn)識，對長期受少數(shù)單點廠家壟斷的技術(shù)是一個重大突破。

鄧周榮（1970—），男，現(xiàn)任中海油南海東部石油管理局深水工程建設(shè)中心技術(shù)支持部經(jīng)理，從事海上油田船舶及水下設(shè)施的管理和維修工作。