海洋石油111塢修替產技術方案

楊學利，嚴明，夏華波

(中海油能源發展股份有限公司 采油服務分公司，天津 300452)

替代FPSO資源和油田產量、油田生產需求之間的互相匹配程度是臨時替代復產方案首先需要考慮的問題。對于計劃塢修停產，應提前對替代FPSO資源進行廣泛的搜索和及時鎖定。考慮到臨時替代生產時間較短，一般最長時間不超過2年[1]。其中FPSO船體、工藝系統、系泊系統、海管海纜的匹配性要進行重點分析，以保證替產的FPSO經過設計改造后能夠與塢修的油田生產對接上，做法通常是提前去國際市場尋找合適的閑置FPSO或利用內部閑置FPSO資源。考慮以MUNIN 、GLAS DOWR為例進行替產方案分析。

1 替產資源選取關鍵因素

系泊系統是保障替產方案安全的關鍵因素。目前，世界上掌握FPSO系泊技術公司主要有：摩納哥SBM公司、荷蘭Blue Water公司、美國SOFEC公司、挪威APL公司[2]。各公司都有自己的核心技術或專利，系泊系統設計不能實現標準化,也是制約替產作業的首要瓶頸因素。表1為替產FPSO技術參數對比。

表1 替產FPSO技術參數對比

GLAS DOWR曾在北海海域、東南亞海域服役，其配備的永久式單點系泊，能夠承受惡劣的環境條件，但是由于其單點系泊系統荷蘭Blue Water(為蜘蛛轉盤配合止鏈器張緊模式)，與海洋石油111現有的挪威APL公司單點系泊系統差異較大難以匹配,見圖1。如果重新布置一套單點系泊系統進行臨時替產則工程量和費用較高，且海上施工時間窗口期難以獲得保障。

圖1 單點型式對比

通過前面的初步評估，從降低成本和節約時間的角度，臨時替產方案盡可能考慮使用原水下系泊系統，相比之下，帶DP的FPSO是比較理想的替代船舶。目前，世界范圍內在役的動力定位 FPSO 約有10余艘，墨西哥灣和北海居多，噸位以10 000 t左右居多，主要是油田的試采和短期生產，作業水深從 15～2 500 m 不等。動力定位系統的優勢是能夠不借助水下錨系進行海上限位，適用于超深水系泊投資過高的海域，或與水下系泊系統同時選配小功率的動力定位系統，發揮臨時或輔助限位的作用[3]。MUNIN(見圖2)曾經服役過南海陸豐油田、西江油田、惠州油田，尤其在南海東部海域具有豐富的生產經驗，其配備的DP動力定位系統以及可解脫式單點系泊系統提供的靈活的定位模式。

圖2 MUNIN FPSO

2 臨時替產技術方案

2.1 方案概述

番禺4-2油田位于南中國海珠江口盆地，香港以南200 km，番禺5-1油田位于4-2油田以東18.4 km。番禺4-2油田水深大約為97 m,番禺5-1油田水深大約為110m。番禺4-2/5-1油田共包括2座固定式井口平臺和1條FPSO(海洋石油111)。MUNIN臨時替產方案見圖3。

圖3 MUNIN FPSO替產方案示意

將海洋石油111的2根柔性立管安裝在MUNIN的臨時單點浮筒底部，單點浮筒通過錨鏈和重力錨實現定位以及自存。當MUNIN將臨時單點浮筒連帶柔性立管回收至左船舷外布置的1個舷側單點滑環(Outrigger)并完成管線連接后，即可開展臨時替產的各項作業。生產期間，MUNIN以DP動力定位的模式調整艏向并圍繞臨時單點滑環(outrigger)旋轉。外輸作業期間，外輸油輪與MUNIN尾部串連進行艉輸，同時布置一條拖輪在外輸油輪尾部拖尾。串靠是在外輸過程中，提油輪通過纜繩連接于FPSO的船尾，與FPSO 成一直線。此靠泊方式更能適應惡劣的海況作業條件，且穿梭油輪解脫纜繩更安全、方便，可用的提油輪范圍更廣，是目前絕大多數FPSO 采用的系泊方式。

2.2 環境條件匹配分析

MUNIN FPSO曾在LF22-1油田服役,該油田位于中國南海海域，香港東南方向250 km處的珠江口盆地，區域水深約330 m，是一個小型油田。油田位于亞熱帶，全年平均氣溫是25.8 ℃，一般最高氣溫出現在9月,為36 ℃，最低氣溫發生在12月,為15 ℃。全年降雨量約為1 950 mm，主要集中在6—9月之間。每月平均相對濕度超過80%。臺風和熱帶風暴的平均持續時間為26 h。熱帶低氣壓的平均持續時間為17 h。6至10月間的熱帶旋風的平均移動速度為18～22 km/h，最大風速為50 km/h。由于季風氣候的影響，東北浪盛行于10月—來年4月，而南浪和西南浪普遍發生于6—8月間。9—來5月是過渡時期，但東北方向的浪在此期間仍然頻繁發生。夏季的平均浪高約1 m，冬季平均浪高為1.5～2.0 m，最高為8 m。根據MUNIN在南海東部的多個油田的服役經歷，這些海域的作業海況條件與番禺油田類似，因此認定滿足番禺油田作業海況。

2.3 船型及主尺度分析

MUNIN FPSO為船形單甲板，貨油艙區為雙舷側、雙底，具備自航動力定位能力，無需拖航安裝且回接時無需工程船輔助定位，環境惡劣時能快速解脫，緊急避險，恢復后能自航自回接。生活樓、直升機甲板位于船艏，卸油設備、火炬塔和主電站(機艙)位于船艉，工藝處理設備位于上甲板上方的工藝甲板上。艉艏各設置3個推進器，其中艉部設置2個全回轉舵槳和1個伸縮槳，艏部設置2個伸縮槳和1個隧道式側推器。

常規FPSO主尺度是針對特定海域、特定油氣田量身定制的，作為替產DP船舶耐波性作為重要考慮因素。僅從耐波性角度出發，船長主要影響縱搖和垂蕩。在規則波中，當船長L與波長λ比值約等于1 時，波浪的擾動力最大，縱搖和垂蕩十分激烈。當L/λ>1.3時，無論是否發生諧搖，縱蕩和垂蕩都不會太大[4]；從耐波性角度看，根據MUNIN在南海的作業經驗，有義波高在6.0～6.5 m為極限作業狀態，超過6.5 m有義波高，FPSO解脫避臺，因此FPSO的船體自存工況可以暫時按照1年1遇臺風考慮，根據耐波性理論，MUNIN船長優于計算最小的船長。故滿足基本要求。

2.4 工藝系統處理能力匹配分析

MUNIN FPSO的原油生產流程為：一級分離、二級分離、電脫水，生產水處理流程為水力旋流、脫氣罐，通過與海洋石油111的生產工藝流程對比(見表2)，經過簡單的改造升級能夠適用惠州油田群的生產需求。MUNINFPSO的油日處理能力和液日處理能力分別為75 000 桶、140 000 桶，生產水日處理能力為100 000桶，處理標準為30 ppm，可以滿足番禺油田群的當年的生產需求。伴生氣處理系統以及火炬等的處理能力為1.0 MMSCF/d，滿足油田放空要求。

表2 海洋石油111與MUNIN對比

發電機供電能力：主電站配備 4 個 5.2 MW的柴油發電機組，大約能提供總20.8 MW的可用電力。其中2臺可以原油為燃料。上部模塊安裝的原油處理裝置可將原油凈化后成為燃料。該主電站可提供 6.6 kV 60 Hz的電力以供耗電量大的設備如推進電機、貨油泵和推進器使用，690 V和440 V的電力供中型電壓設備使用，230 V供應正常設備使用，24 V供低壓直流電用戶使用。符合動力定位的規范要求，主電站和配電系統被分為2個完全獨立的系統。除主發電機之外，還配備了1.1 MW的靠港用發電機和460 kW的應急發電機。臨時復產期間，不考慮MUNIN FPSO對外供電，油田的各個平臺需要增加臨時電站提供動力。

2.5 外輸能力匹配分析

MUNINFPSO采用串靠艉輸方式進行外輸，通過對比其外輸泵的配置能力和相匹配外輸油船的噸位，確定滿足油田生產需求。外輸計量系統：MUNIN FPSO配備有國家計量局認定的原油外輸計量設備。可連續自動計量、累加并記錄下從貨油艙轉運至外輸油船的原油量。其最大外輸計量能力是8 000 m3/h，設計為4艘流量計。外輸油船的裝載量應在35 000～120 000 t之間，并配備符合OCIMF標準的船頭系泊和裝載設備，外輸速度為12 h內不小于300 000桶，24 h內不小于500 000桶。

2.6 3種海況下DP系統工作模式

FPSO在靠近船中的右舷側設置管匯平臺，以管匯平臺為中心并通過其上的轉塔機構進行全方位回轉，動力定位控制精度為±5°和±3 m，當FPSO 迎風(浪)角超過5°或偏離管匯平臺中心3 m，即FPSO超出定位精度，則DP系統會通過推力計算和推進器最優化分配策略，使 FPSO 回轉到該時刻環境載荷最小的首向；海況較好時，啟動3號推進器和4號推進器，3號推進器和4號推進器中1臺為主推、另1臺處于低負荷運行或熱備用狀態；海況較為惡劣時，啟動船首和船尾的各 2臺推進器，4臺推進器中的2～3臺為主推，1～2臺處于低負荷運行或熱備用狀態；極端海況時，啟動 6 臺推進器，6臺推進器中的4～5臺為主推，1～2臺處于低負荷運行或熱備用狀態。

典型工況分析考慮兩種情況：生產+存儲作業工況&生產+外輸作業工況。根據工作日志統計資料，低作業海況時間分配比例約為55%；中等作業海況時間分配比例約為28%；惡劣作業海況時間分配比例約為17%。測算兩種工況下僅DP 日均消耗燃油約為38 t。主電站與鍋爐日燃油消耗總量，生產+外輸作業工況約為生產+存儲作業工況的1.3倍。

2.7 有效生產天數計算費用估算

海洋石油111塢修計劃總停產天數中，需要扣除停產后解脫約10 d，更換海洋石油111單點浮筒約30 d，MUNIN FPSO安裝臨時浮筒、回接及調試約5 d，然后開始油田臨時復產；待111塢修結束后返航油田時，MUNIN解脫約3 d，海洋石油111回接及調試約10 d，扣除海上各項作業天數后，為MUNIN FPSO臨時復產有效生產天數。

2.8 替產改造費用估算

包括且不限于：工藝系統維修改造費、替產船舶動復員費、日常租金、生產操作費(含燃料費、人員費、備件費等)、井口平臺臨時電站改造、海上施工費(指單點浮筒、立管回接)、稅費、不可預見費。

3 結論

采用DP FPSO原位替產方案技術上可行。其優點是臨時設施最簡單、海上施工少、自身DP系統能夠實現海上限位。缺點是DP FPSO資源稀少，租金較高且動力定位系統需要消耗較多燃料，需匹配較高的電站負荷，生產期間需依賴于油田的各個平臺啟用臨時電站。本替產技術方案是基于在原位置MUNIN FPSO 就位，且避開海洋石油111FPSO 的系泊系統維修更換作業范圍，否則，需要重新鋪設海底管道，增加項目實施難度。此外，MUNIN FPSO自身也可以采用簡易單點+動力定位形式，遇臺風自行停產解脫，其技術方案較純DP方案復雜，有待進一步研究。