動力定位穿梭油輪在海上邊際油田外輸中的應用研究

江 城，安振武

(1. 中海油能源發展股份有限公司天津分公司 天津300452；2. 中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452)

0 引 言

小型邊際油田由于受到開發成本的限制，對開發設施的造價提出很多限制。雖然單點系泊方式技術上可行，且有成熟應用，但其高造價不能滿足邊際油田的開發，二點系泊方式從技術上和造價兩方面來說是一種較好的選擇，但存在油輪受到較大橫向力的缺點，其他多點系泊的方式改善效果不明顯，且造價高昂不可重復利用。

動力定位技術由于操作簡單、安全、自動化程度高及經濟性好等優勢，很快在油輪系泊方案中得到廣泛應用。自從1982年第一個動力定位油輪出現以后，30多年來動力定位技術大量應用于穿梭油輪上，并取得了良好的經濟效益。

本文將動力定位穿梭油輪應用到邊際油田開發的外輸方案中，并進行了相應外輸方案設計研究，以期為以后動力定位穿梭油輪在邊際油田外輸方案中的應用提供參考。

1 動力定位介紹

1.1 動力定位技術

船舶動力定位系統不借助傳統的錨泊技術提供反力矩來克服因為風、浪、流等傳統海洋環境引起的船體移動，而只是利用各種精密的位置測量傳感器和GPS來測定船體位置和艏向的變化，以獲得與目標位置的偏差。通過自動控制系統的相關處理器對信息進行整理并計算出使船舶達到設定位置時各個方向上所需要的力，并將這些推力合理分配到各個推進器上。

1.2 動力定位等級分類

DP定位等級的分類：①DP-1，發生單點故障后可能失位。船舶失位后可能導致輕微的污染和少許的經濟損失，但不會給人員造成嚴重傷害。②DP-2，主動性的部件和系統發生單點故障后不能引起船舶失位。③DP-3，除了主動性的部件和系統，還包括任何在一個水密和防火物理分隔艙室內所有靜態部件，發生故障后不能引起船舶失位。

2 動力定位穿梭油輪的應用

2.1 油田開發總體方案

本文以CFD2-1油田開發為應用背景，油田開發工程方案如下：油田開發采用全油田海上獨立開發模式，以及電潛泵采油和注水開發方式，電潛泵的動力和控制均來自自安裝生產儲油平臺。井口保護架上不設任何處理設施，工藝流程簡單，所有井口物流通過管線進入自安裝生產儲油平臺進行處理、儲存，采用穿梭油輪定期進行原油外輸。

2.2 外輸方案設計

自安裝生產儲油平臺最大儲油量4,902,m3，外輸能力500,m3/h×2，外輸周期7,d(按最大日產656.5,m3原油計，考慮1%,的艙底死油以及5%,的惰氣保護)。設計采用5,000噸級穿梭油輪用于平臺原油外輸。油輪的主要參數如下：型長，99.98,m；型寬，16.4,m；型深，7.1,m；干船重，2,172.55,t；滿載排水量，7,172.55,t。

圖1 油田開發總體布置圖Fig.1 General layout of oil field development

穿梭油輪采用動力定位技術，定位靠泊在距離安裝生產儲油平臺約100,m的位置。自安裝生產儲油平臺上設置滾筒，外輸軟管纏繞在滾筒上，外輸作業時將利用守護船將纏繞在滾筒上的軟管拖至油輪上對接(見圖1)。

2.3 動力定位穿梭油輪船型設計方案

2.3.1 動力等級選擇

參考中國船級社關于DP船舶冗余度的規定、IMO在1994年發行DP船舶指導準則以及海洋石油的運營商及鉆探商協會草擬的作業規則，穿梭油輪的動力定位級別建議為DP2，這也是各類海工支持船和海上平臺近距離作業船舶的標準配置。

2.3.2 動力系統推進器設計

動力定位系統需要根據具體的水域環境配置，在進行動力定位時，本文設定的環境條件初步確定如下：風，7級，15,m/s；流，1,m/s；波浪，有義波高2.1,m；動力定位能力參見圖2。

圖2 給定的海況條件下，動力定位能力計算圖Fig.2 Calculation chart of dynamic positioning capability under given sea conditions

滿足給定海況下320 °可定位能力的推進器總功率約為3,800,kW，因此整個動力定位系統推進器總功率以3,800,kW左右較為適宜，推進器配置推薦方案：2套1,200,kW全回轉舵槳(艉部主推進)+2套700,kW側向推進器(艏部推進)。

2.3.3 動力定位能力

圖3為在無任何設備失效時的定位能力圖，圖中藍線為定位范圍曲線圖，紅線為定位失效范圍曲線圖，從上圖可以看出，在無設備失效時，風和水流從船艏0 °到左右約74 °的范圍內來流以及從船艉0 °到左右約86 °的范圍內來流均能定住船位，在這范圍外則定不住船位。

圖4為艉部推力器失效一臺時的定位能力圖，圖中藍線為定位范圍曲線圖，紅線為定位失效范圍曲線圖，從圖4可以看出，在艉舵槳失效一臺時，風和水流從船艏0,°到左右約53,°的范圍內來流以及從船艉0,°到左右約82,°的范圍內來流均能定住船位，在這范圍外則定不住船位。

圖3 無設備失效的定位能力圖Fig.3 Positioning capability chart without equipment failure

圖4 艉部單一設備失效的定位能力圖Fig.4 Positioning capability chart of single unit failure of stern

圖5為艏部推力器失效一臺時的定位能力圖，圖中藍線為定位范圍曲線圖，紅線為定位失效范圍曲線圖，從圖5可以看出，在艏側推失效一臺時，風和水流從船艏0,°到左右約35,°的范圍內來流以及從船艉0,°到左右約81,°的范圍內來流均能定住船位，在這范圍外則定不住船位。

圖5 艏部單一設備失效的定位能力圖Fig.5 Positioning capability chart of single unit failure of bow

2.3.4 安全距離驗證

假定動力定位穿梭油輪在流速1,m/s、風速15,m/s、波高2.1,m、波浪周期5.4,s的海洋環境參數下，根據動力定位能力分析圖，最嚴重的單點故障下安全距離示意圖如圖6所示。

圖6 安全距離示意圖Fig.6 Sketch chart of safety distance

最嚴重的單點故障下，穿梭油輪向遠離平臺方向旋轉60,°，此時油管長度為140.5,m，滿足采油平臺輸油管150,m的要求。

3 結 論

本文對動力定位技術及動力定位等級進行了詳細介紹，并以CFD2-1油田開發為例，將動力定位穿梭油輪應用于油田外輸方案中，并進行了深入的研究論證，得出結論如下：根據外輸方案中穿梭油輪的功能及相關法規規定，穿梭油輪的動力定位級別建議為DP-2，動力定位系統推力器總功率建議為3,800,kW左右；通過動力定位能力分析和安全距離的論證，確定方案中采用的動力定位穿梭油輪能夠滿足油田開發外輸方案要求。■

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