FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)移植施工技術(shù)研究與應(yīng)用

傅文志 劉耀江 薛大智 黃秀龍 高彩云

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

隨著海上油氣開(kāi)發(fā)的加快，大量的FPSO被應(yīng)用到海上油氣開(kāi)發(fā)中。FPSO在海洋上一般采用單點(diǎn)系泊的方式系泊在某一區(qū)域進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，然而由于FPSO的塢修等因素需要長(zhǎng)期解脫單點(diǎn)系泊時(shí)，勢(shì)必將使海上油氣田長(zhǎng)期停產(chǎn)，因此造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。將其他FPSO回接到該處單點(diǎn)系泊浮筒，能使油田繼續(xù)生產(chǎn)，避免損失，然而單點(diǎn)系泊系統(tǒng)之間的通用性較差，不同的FPSO，其單點(diǎn)系泊的連接處差異較大。如何使單點(diǎn)系泊在不同的FPSO之間完成移植，面臨許多的技術(shù)難題。該文以南海陸豐油田開(kāi)拓FPSO替代塢修的盛開(kāi)FPSO為例，介紹了單點(diǎn)系泊系統(tǒng)移植的施工流程，以供參考。

1 “南海開(kāi)拓號(hào)”FPSO臨時(shí)替代生產(chǎn)工程

1.1 項(xiàng)目概述

為了減少油田產(chǎn)量損失，經(jīng)過(guò)可行性論證后，將非動(dòng)力定位“南海開(kāi)拓”號(hào)替代“南海盛開(kāi)”號(hào)FPSO，進(jìn)行臨時(shí)替代生產(chǎn)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。該工程首次成功地將不同廠(chǎng)家的FPSO單點(diǎn)系泊的單點(diǎn)浮筒與錨系和軟管系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)了FPSO的臨時(shí)替代性作業(yè)。

1.2 可行性分析

陸豐油田群水深142 m，“南海開(kāi)拓”號(hào)FPSO于2009年從南海東部西江油田退役后停靠在南沙黃埔船廠(chǎng)，處于船籍?dāng)R置狀態(tài)，經(jīng)過(guò)研究，“南海開(kāi)拓”號(hào)在修理并獲取臨時(shí)船級(jí)后，自身?xiàng)l件符合替代“南海盛開(kāi)”號(hào)陸豐油田臨時(shí)替代生產(chǎn)的要求。南海開(kāi)拓和南海盛開(kāi)的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)廠(chǎng)家不同，在許多方面存在差異，見(jiàn)表1[1]。

表1 “南海開(kāi)拓”號(hào)與“南海盛開(kāi)”號(hào)系泊系統(tǒng)的差異

從表1中可以看出，南海開(kāi)拓與南海盛開(kāi)之間的系泊系統(tǒng)之間存在許多的差異，因此，為了將南海開(kāi)拓號(hào)接入現(xiàn)有的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，需要解決以下7個(gè)問(wèn)題：1）二者的單點(diǎn)浮筒結(jié)構(gòu)連接器不兼容。2）現(xiàn)有頂部鏈的尺寸與開(kāi)拓號(hào)浮筒止鏈器規(guī)格不匹配。3）開(kāi)拓號(hào)的尺寸大于盛開(kāi)號(hào)，需要驗(yàn)證現(xiàn)有錨腿的強(qiáng)度能否滿(mǎn)足要求。4）單點(diǎn)浮筒正浮力不同：“南海開(kāi)拓”單點(diǎn)浮筒比“南海盛開(kāi)”單點(diǎn)浮筒正浮力大，浮筒回接后水深變淺，浮筒抗風(fēng)浪能力減弱，存在損壞浮筒的安全隱患。5）錨系分布形式不同：“南海開(kāi)拓”錨系角度是8條錨系非均勻分布，而“南海盛開(kāi)”錨系角度是均勻分布，因角度不同，錨系回接后單點(diǎn)浮筒上的止鏈器承受的側(cè)壓力變大，止鏈器疲勞受損的風(fēng)險(xiǎn)高。6）浮筒軟管通道不同：“南海開(kāi)拓”浮筒的軟管通道是J型喇叭口形式，而“南海盛開(kāi)”浮筒軟管通道是限彎器形式，軟管的解脫和回接帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。7）軟管尺寸和連接形式不同：“南海開(kāi)拓”浮筒是15.24 cm軟管生產(chǎn)系統(tǒng)，采用Graloc法蘭連接； “南海盛開(kāi)”是25.4 cm軟管生產(chǎn)系統(tǒng)，采用普通法蘭連接。不同尺寸軟管和不同類(lèi)型的法拉接口匹配問(wèn)題亟需解決。

經(jīng)過(guò)研究論證后，以上問(wèn)題均給出了相應(yīng)的解決方案：1）須將單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的原有浮筒替換為“開(kāi)拓號(hào)”的浮筒。2）現(xiàn)有頂部鏈需要更換。3）對(duì)錨腿強(qiáng)度是否滿(mǎn)足需求進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)業(yè)主方計(jì)算，系泊錨腿的強(qiáng)度符合使用條件。4）浮筒浮力問(wèn)題可以通過(guò)調(diào)整配重塊進(jìn)行解決。5）由于回接后的FPSO為臨時(shí)生產(chǎn)，因此無(wú)須考慮極限環(huán)境載荷，在該條件下經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，因錨系角度變化所增大的載荷符合臨時(shí)生產(chǎn)的要求。同時(shí)縮短FPSO提油周期，以防其滿(mǎn)載。6）對(duì)于浮筒軟管通道問(wèn)題，設(shè)計(jì)了從浮筒軟管通道內(nèi)下放并提拉軟管的方案。軟管下放后，潛水員下水安裝限彎器限位卡具。軟管回接后，限彎器將滑落到最終位置固定卡具，并安裝小防彎器。7）工作人員加急設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了25.4 cm轉(zhuǎn)15.24 cm專(zhuān)用的法蘭轉(zhuǎn)接頭，解決了法蘭接口不匹配的問(wèn)題，同時(shí)解決了軟管在FPSO解脫后的單點(diǎn)浮筒的懸掛問(wèn)題，如圖1所示。

圖1 25．4 cm轉(zhuǎn)15．24 cm變徑接頭設(shè)計(jì)原型

綜上所述，確定的施工方案為拆除原陸豐131平臺(tái)附近南海盛開(kāi)舊單點(diǎn)系泊浮筒，更換鋼纜上錨鏈，安裝南海開(kāi)拓單點(diǎn)浮筒，將南海開(kāi)拓 FPSO回接到南海開(kāi)拓的單點(diǎn)系泊浮筒。從而實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)系泊的“移植”。

該項(xiàng)目中涉及的單點(diǎn)系泊浮筒稱(chēng)為BTM(Buoyancy- Turret Mooring)浮筒，連接到8條均布的系泊錨系,施工水深141.7 m。

2 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)替換的施工流程

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)替換流程的主要步驟如圖2所示。

圖2 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)替換施工流程圖

2.1 軟管下放

使用潛水員作業(yè)安裝限位器限位卡具及限彎器最終位置固定卡具，并安裝軟管臨時(shí)懸掛索具，利用軟管提拉絞車(chē)進(jìn)行軟管下放。之后打開(kāi)限彎器，下放軟管，并將軟管臨時(shí)懸掛到懸掛索具。潛水員解脫提拉絞車(chē)索具，提拉絞車(chē)索具收回，油輪解脫。主作業(yè)船就位，ROV（水下機(jī)器人）將甲板絞車(chē)鋼絲繩索具連接到軟管頭頂部吊環(huán)，解脫臨時(shí)懸掛索具和軟管的連接，沿路由方向下放鋪設(shè)軟管到海底。ROV打開(kāi)絞車(chē)和軟管間連接的預(yù)留的回收索具，打點(diǎn)定位。

2.2 錨系切割棄置

空氣潛水員預(yù)先安裝舊浮筒拖航索具，如圖3所示，打撈回收浮筒提拉索具，在各錨系海底鏈上安裝提升索具。使用ROV液壓剪切割上鋼纜下部，將浮筒連接拖航拖輪，切割最后的錨系[2]。拖輪將浮筒拖航到棄置區(qū)。潛水員為潛水船帶纜，并切割浮筒上的剩余錨鏈。拖輪拖帶浮筒回碼頭處理。

圖3 拖航索具安裝圖

2.3 錨系更換回接

2.3.1 鋪設(shè)新上鋼纜及上錨鏈

在錨系末端安裝ROV打撈索具，以備下一步回接操作，錨系的末端在海底呈“S”形指向錨的方向，施工船抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，在海底鏈上端定位。連接ROV鉤到船上的拖拉纜。ROV下放到海底，到達(dá)并觀察海底鏈端部的回收索具。ROV引導(dǎo)施工船調(diào)整船位，使得ROV鉤可以連接到回收索具。

當(dāng)ROV鉤連接完成后，施工船拖拉纜開(kāi)始回收，直到海底鏈可以被鯊魚(yú)鉗卡住，如圖4所示。在甲板上完成上鋼纜與海底鏈的安裝，并開(kāi)始鋪設(shè)。上鋼纜鋪設(shè)至末端時(shí)，使用鯊魚(yú)鉗卡住，安裝上錨鏈，之后連接提拉和回接索具，沿錨的方向鋪設(shè)上錨鏈，至錨鏈端部到達(dá)海底時(shí)，停止鋪設(shè)，對(duì)回接索具位置打點(diǎn)定位，ROV解除索具，并將絞車(chē)鋼纜回收至甲板。

圖4 鯊魚(yú)鉗卡位圖

2.3.2 錨纜回收，首次懸掛

從錨腿編號(hào)為1、2、5、6中的錨腿中確定第一根回收的錨腿。使用ROV連接浮筒上的懸掛鉤，施工船回收工作纜，將穿拉索具固定到左舷鯊魚(yú)鉗。當(dāng)南海開(kāi)拓號(hào)浮筒到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，第二條拖輪連接到應(yīng)急拖航索具，進(jìn)行浮筒回接限位。拖輪1和拖輪2控制浮筒移動(dòng)到單點(diǎn)中心位置，位置和朝向接近最終方向。施工船移船船尾朝向浮筒，控制位置，距離浮筒連接點(diǎn)10 m。ROV連接快拆卸扣到錨系提拉索具底部后，施工船回收甲板絞車(chē)，將提拉索具固定在右舷鯊魚(yú)鉗。施工船將鋼絲繩從鯊魚(yú)鉗上釋放。將提拉索具連接處轉(zhuǎn)移到舷外，釋放絞車(chē)直到力全部傳遞到浮筒。當(dāng)力全部傳遞到浮筒的吊鉤，ROV將打撈鉤從吊環(huán)釋放，施工船回收工作絞車(chē)。

第一條回接后，依次對(duì)角回接。重復(fù)上述步驟，完成其他3條錨系的連接。3條錨系連接完成后，施工船應(yīng)離開(kāi)浮筒，解脫1個(gè)限位拖輪。4根錨系連接完成后，施工船離開(kāi)浮筒，解脫1個(gè)限位拖輪。重復(fù)上述回收步驟完成剩余4條錨系的連接懸掛。

2.3.3 錨纜抽拉懸掛

2.3.3.1 第一次提拉

現(xiàn)場(chǎng)將根據(jù)海況確定先張緊哪一根錨系。所有錨系的提拉將按照對(duì)角順序進(jìn)行。

移船，使浮筒位于施工船右舷，與吊機(jī)成一線(xiàn)。將提升索具連接到ROV鉤。施工船將提拉索具上部穿拉索具，直到下部穿拉索具的上部通過(guò)止鏈器，并高于懸掛鉤約1.5 m。吊機(jī)停止，保持船位。潛水員在穿拉索具的上端部的吊環(huán)上安裝環(huán)形吊帶。施工船吊機(jī)下放直到力傳遞到浮筒上的懸掛鉤。潛水員解開(kāi)提升索具頂部的連接，將提升索具掛到懸掛鉤上，以備下次回收。

施工船吊機(jī)回收上部穿拉索具到甲板。重復(fù)上述步驟，完成所有錨系的提拉。

2.3.3.2 第二次提拉

第二次錨系提拉將按照第一次提拉的步驟進(jìn)行，直到下部穿拉索具的吊環(huán)可以固定到浮筒上的懸掛鉤。

2.3.3.3 第三次提拉

第三次錨系提拉按照第一次提拉的步驟執(zhí)行，直到頂鏈可以通過(guò)止鏈器。潛水從止鏈器位置結(jié)果索具，讓頂鏈可以鎖定在止鏈器上。潛水員從頂鏈上解脫索具。

2.3.3.4 最終浮筒位置的調(diào)整

潛水員將項(xiàng)鏈連接到施工船吊機(jī)，吊機(jī)將錨系提拉穿過(guò)止鏈器。潛水員解脫吊機(jī)索具。計(jì)算工作需要考慮頂鏈切割所去除的重量，潛水員切割剩余頂鏈。

2.4 軟管回接

軟管在水下的布置如圖5所示，分上部立管和下部立管，中間連接了中水浮筒，形成“S”形 。

圖5 軟管布置圖

首先打撈回收軟管，絞車(chē)回收軟管同時(shí)向浮筒方向移船，保持懸鏈線(xiàn)。ROV在浮筒的軟管通道上安裝軟管懸掛索具，將軟管傳遞到軟管通道的懸掛索具。潛水員打開(kāi)限彎器臨時(shí)限位卡，限彎器下滑到固定卡，安裝防彎器。吊機(jī)提升軟管，安裝支撐卡箍，安裝軟管變徑接頭及懸掛卡箍。軟管固定到浮筒頂部，拆除吊機(jī)索具。拆除軟管頂部拖拉頭。吊機(jī)下放軟管捕捉頭和捕捉工具。潛水員安裝軟管捕捉頭。

安裝完成后，提升吊機(jī)，拆除支撐卡箍，將軟管下放到軟管通道內(nèi)。解脫吊機(jī)連接。安裝浮筒提拉索具后進(jìn)行完工調(diào)查。

2.5 后調(diào)查和安裝精度

調(diào)查精度見(jiàn)表2，其誤差在允許范圍內(nèi)，表明該系泊移植技術(shù)可行性良好。

表2 浮筒精度表

3 經(jīng)濟(jì)效益

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置大修的時(shí)間一般為3～4個(gè)月。使用單點(diǎn)系泊系統(tǒng)移植技術(shù)在陸豐單點(diǎn)更換項(xiàng)目中的到成功實(shí)踐，保證“南海盛開(kāi)號(hào)”油輪塢修期間，油田順利復(fù)產(chǎn)，為油公司挽回85 d的陸豐油田產(chǎn)量，累計(jì)增加了170萬(wàn)桶原油的產(chǎn)量。該技術(shù)的應(yīng)用使油田生產(chǎn)多了一個(gè)可行的選擇，避免了因FPSO檢修等原因造成的停產(chǎn)，對(duì)業(yè)主來(lái)說(shuō)具有重要的意義。

4 結(jié)論

南海開(kāi)拓號(hào)替代南海盛開(kāi)號(hào)是業(yè)內(nèi)首次的不同廠(chǎng)家的FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)互換移植的作業(yè)，通過(guò)對(duì)2種單點(diǎn)系泊關(guān)鍵連接構(gòu)件的分析，完成了不同廠(chǎng)家FPSO單點(diǎn)系泊的關(guān)鍵連接件的互換連接。

該技術(shù)依托陸豐油田南海開(kāi)拓替代南海盛開(kāi)工程，豐富了單點(diǎn)系泊系統(tǒng)安裝的方式。隨著我國(guó)南海的開(kāi)發(fā)力度的增大，F(xiàn)PSO的大量投入，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)安裝工作必然增加，該技術(shù)可以對(duì)以后的相似工作提供參考。