大型FPSO拖航技術(shù)與工期計(jì)劃分析研究*

陶付文 宋青武 王圣強(qiáng) 高本金 張子碩

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引言

隨著海洋油氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，海上油氣裝備也日趨現(xiàn)代化、數(shù)字化和智能化。在選擇油氣田開發(fā)模式和工程設(shè)施時(shí)，安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)適用、水深、地理位置及地形條件等是首要考慮的問題。浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO)是集油氣生產(chǎn)、處理、儲(chǔ)存、外輸于一體的可移動(dòng)式綜合性大型海上油氣生產(chǎn)處理設(shè)施，具有生產(chǎn)處理和儲(chǔ)油能力強(qiáng)、抗風(fēng)浪性能好、適應(yīng)水深范圍廣、可移動(dòng)等特點(diǎn)，技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性好，被廣泛應(yīng)用于世界各油氣富集海域[1]，可與固定平臺(tái)和水下生產(chǎn)系統(tǒng)組成全海式開發(fā)模式，生產(chǎn)處理后的合格原油通過穿梭油輪運(yùn)輸至陸地。

由于FPSO通常不具備自航能力，在陸地建造完成后需整體運(yùn)輸至油氣田作業(yè)現(xiàn)場，進(jìn)行就位回接和海上連接調(diào)試工作，以最終實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)。拖航運(yùn)輸是銜接FPSO陸地建造與海上連接調(diào)試的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有承上啟下的作用。在完成陸地建造和調(diào)試工作，通過相關(guān)船舶入級(jí)和法定檢驗(yàn)以及傾斜試驗(yàn)、大艙強(qiáng)度試驗(yàn)、海試，清理完畢船體海生物等之后，即可開始拖航運(yùn)輸。FPSO拖航運(yùn)輸屬于重大風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，尤其是遠(yuǎn)洋拖航既是工程項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)和重點(diǎn)，也是油田按時(shí)投產(chǎn)的關(guān)鍵。

1 FPSO拖航運(yùn)輸方法

拖航是指將結(jié)構(gòu)物由建造場地拖運(yùn)到海上安裝現(xiàn)場。FPSO拖航運(yùn)輸應(yīng)根據(jù)建造地點(diǎn)到油田的距離和航線情況(如水深、海底地形、海況和氣象條件、臺(tái)風(fēng)或季風(fēng)情況、避臺(tái)地點(diǎn))、拖航季節(jié)等選擇合適的拖航方案，包括干拖和濕拖兩種。這兩種方法各有利弊：干拖運(yùn)輸速度快、穩(wěn)定性高[2-3]；濕拖操作流程簡單，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，綜合考慮整體工期要求、經(jīng)濟(jì)性、安全性等，選擇最優(yōu)方案。在拖航前需制訂妥善的拖航方案和應(yīng)急方案等，對(duì)FPSO及拖輪進(jìn)行適拖檢驗(yàn)，取得拖航檢驗(yàn)證書，召開拖航作業(yè)相關(guān)方共同參加的拖航協(xié)調(diào)會(huì)[4-6]。

1.1 濕拖

濕拖是指直接使用拖輪將FPSO拖帶至作業(yè)地點(diǎn)，用到的主要船舶資源包括主拖輪、輔助拖輪、港作拖輪以及海事守護(hù)船等。FPSO在完成所有的陸地建造調(diào)試工作并取得適拖證書、按規(guī)定完成各項(xiàng)拖航準(zhǔn)備工作、具備出港條件后，即可開始拖航作業(yè)。拖航前應(yīng)對(duì)拖拽設(shè)備進(jìn)行全面細(xì)致的檢查[7]，F(xiàn)PSO調(diào)載至拖航設(shè)計(jì)吃水位置、連接拖帶系統(tǒng)，與港作拖輪、主輔拖輪連接，拖帶出港后在外錨地解脫港作拖輪，由主拖輪拖帶FPSO至現(xiàn)場附近海域，現(xiàn)場更換拖輪為安裝作業(yè)拖輪，開始回接安裝準(zhǔn)備工作。傾斜試驗(yàn)可在出港后外錨地統(tǒng)籌進(jìn)行，以節(jié)約項(xiàng)目工期和船天費(fèi)用。FPSO濕拖一般步驟如圖1所示。

圖1 FPSO濕拖一般步驟

在方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)所需濕拖作業(yè)的FPSO實(shí)際情況，進(jìn)行拖帶系統(tǒng)及臨時(shí)系泊點(diǎn)的設(shè)計(jì)；根據(jù)流速、風(fēng)速以及航速等準(zhǔn)確估算被拖物的拖航阻力，分析各種情況下阻力的改變，計(jì)算極端海況下的拖航阻力是保證拖航安全的必要條件，對(duì)拖航方案的確定和拖輪選型具有重要的指導(dǎo)作用[8-11]，并據(jù)此配備與設(shè)計(jì)參數(shù)匹配的拖輪資源，提前開展相應(yīng)的拖航性能模型試驗(yàn)，以驗(yàn)證拖輪選取的合理性和適用性；進(jìn)行濕拖過程中FPSO穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)分析，確保濕拖過程中FPSO始終處于安全狀態(tài)。考慮到濕拖航速較慢、船隊(duì)機(jī)動(dòng)性差、對(duì)天氣敏感性高，須在非臺(tái)風(fēng)季完成濕拖作業(yè)。

1.2 干拖

干拖是海洋工程結(jié)構(gòu)物常用的運(yùn)輸方式，常規(guī)海洋工程結(jié)構(gòu)物裝船是從陸地建造場地通過吊裝、拖拉或小車裝船等方式裝載到駁船上，運(yùn)輸至現(xiàn)場后通過吊裝、滑移、浮托等安裝方式進(jìn)行安裝。FPSO干拖與常規(guī)海洋工程結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸方式的不同在于裝船和卸船，先將FPSO濕拖出港后在錨地進(jìn)行浮裝作業(yè)，半潛船下潛至設(shè)計(jì)位置，避免半潛船和FPSO發(fā)生碰撞，將FPSO整體裝載到半潛式駁船上，經(jīng)過固定作業(yè)后，采用船背船的方式運(yùn)輸至油田附近海域，F(xiàn)PSO經(jīng)過卸船作業(yè)實(shí)現(xiàn)“兩船分離”，再濕拖至作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行就位。由此可見，干拖包含兩段短距離的濕拖工作(碼頭至裝船位置、卸船位置至現(xiàn)場就位點(diǎn))，其一般步驟如圖2所示。

圖2 FPSO干拖一般步驟

浮裝裝船作業(yè)和卸船作業(yè)是干拖運(yùn)輸中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其一般步驟如圖3和圖4所示，作業(yè)難度和風(fēng)險(xiǎn)均較高，尤其是FPSO船底和左右兩舷以及上部模塊往往存在大量的突出結(jié)構(gòu)，在作業(yè)過程中很可能與半潛船本身的結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉碰撞而直接影響FPSO上駁或下駁，從而引發(fā)巨大的安全碰撞風(fēng)險(xiǎn)。因此，在FPSO建造后期，需對(duì)照設(shè)計(jì)圖樣詳細(xì)核實(shí)突出結(jié)構(gòu)情況，通過現(xiàn)場實(shí)測、潛水員水下探摸等方式，準(zhǔn)確摸清具體突出結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸，作為干拖裝卸船方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于超出最大允許突出尺寸的結(jié)構(gòu)，需提前進(jìn)行適應(yīng)性改造或移除，確保裝卸船作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)。

圖3 FPSO干拖裝船一般步驟

圖4 FPSO干拖卸船一般步驟

2 拖航計(jì)劃與工期分析

工程項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃工作在項(xiàng)目管理中居于重要地位，是項(xiàng)目管理的龍頭，以項(xiàng)目全生命周期的工作為管理對(duì)象，其他管理工作應(yīng)圍繞如何實(shí)現(xiàn)工程總體進(jìn)度計(jì)劃所制定的目標(biāo)展開，計(jì)劃管理與進(jìn)度控制對(duì)于EPC總承包項(xiàng)目能否順利完成起到十分重要的作用[12-14]。拖航作業(yè)是FPSO建設(shè)全生命周期內(nèi)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，拖航計(jì)劃須與陸地建造計(jì)劃、現(xiàn)場回接計(jì)劃及投產(chǎn)計(jì)劃相匹配，統(tǒng)籌考慮。

對(duì)于濕拖方案，濕拖至現(xiàn)場附近所需時(shí)間是拖航工期確定的關(guān)鍵，其余步驟工期根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和以往項(xiàng)目實(shí)際執(zhí)行情況往往比較固定。濕拖至現(xiàn)場附近所需時(shí)間取決于拖航速度和航線距離，并根據(jù)航線和季節(jié)適當(dāng)考慮一定的待機(jī)系數(shù)，包括天氣待機(jī)和故障待機(jī)等，其工期d的計(jì)算見式(1)

d=[L/(24×v)]×(1+c)

(1)

式中，L為錨地至現(xiàn)場航線距離(單位：海里)；v為拖航正常速度(單位：節(jié))；c為根據(jù)航線海況情況選取的待機(jī)系數(shù)。(注：1海里約為1.852km)。

在此基礎(chǔ)上，加上其余步驟工期即為整個(gè)濕拖作業(yè)所需工期，如調(diào)載至拖航設(shè)計(jì)吃水、連接拖帶系統(tǒng)、拖帶準(zhǔn)備工作按3～5天考慮，出港、濕拖FPSO至外錨地、傾斜試驗(yàn)按2天考慮，現(xiàn)場換拖、回接準(zhǔn)備工作按1～2天考慮。

對(duì)于干拖方案，F(xiàn)PSO浮裝和浮卸作業(yè)以及半潛船航行至浮卸地點(diǎn)所需時(shí)間是拖航工期確定的關(guān)鍵，其余步驟工期與濕拖方案類似。FPSO浮裝裝船和卸船屬于專項(xiàng)作業(yè)，工期相對(duì)固定，一般按3～5天考慮。半潛船航行至浮卸地點(diǎn)所需時(shí)間取決于選定的半潛船航速和航線距離，并根據(jù)航線和季節(jié)適當(dāng)考慮一定的待機(jī)系數(shù)，其工期d的計(jì)算公式與式(1)相同，區(qū)別在于L為浮裝地點(diǎn)至現(xiàn)場卸船地點(diǎn)航線距離(單位：海里)；v為半潛船航行正常速度(單位：節(jié))。在此基礎(chǔ)上，加上其余步驟工期即為整個(gè)干拖作業(yè)所需工期。

天氣條件是安裝施工計(jì)劃能否正常進(jìn)行的決定性因素[15]。無論是濕拖還是干拖，在選擇拖航季節(jié)時(shí)都應(yīng)盡可能避開臺(tái)風(fēng)多發(fā)季，如果拖航路線海域和季節(jié)有歷史臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還應(yīng)在拖航工期中考慮適當(dāng)?shù)呐_(tái)風(fēng)待機(jī)天數(shù)，同時(shí)在拖航路線上設(shè)置若干個(gè)避臺(tái)點(diǎn)和應(yīng)急避風(fēng)港，確保不管船隊(duì)在任何位置都能及時(shí)到達(dá)。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

巴西FPSO P67/P70項(xiàng)目P70 FPSO總重約8萬t，是目前世界上最先進(jìn)、最復(fù)雜、最大的FPSO之一，船體全長316m，最大吃水22.6m，作業(yè)水深2200m，最大產(chǎn)油量15萬桶/天，儲(chǔ)油量160萬桶，含17個(gè)功能模塊。海油工程公司作為集成總承包商，負(fù)責(zé)部分模塊的建造、整船集成調(diào)試、拖航運(yùn)輸、海上連接調(diào)試及投產(chǎn)保運(yùn)等工作。由于該FPSO的服役地點(diǎn)為巴西桑托斯盆地鹽下油田，需要將FPSO整體拖航至巴西里約灣進(jìn)行臨時(shí)系泊，在里約灣完成專項(xiàng)交接工作后再濕拖至油田現(xiàn)場進(jìn)行連接調(diào)試工作。整個(gè)航線途經(jīng)太平洋、印度洋、大西洋，航行12 000海里，拖航運(yùn)輸難度和風(fēng)險(xiǎn)非常大。在前期拖航方案選擇時(shí)，基于使用大馬力拖輪進(jìn)行濕拖和使用目前世界上最大的半潛船進(jìn)行干拖分別制訂了拖航運(yùn)輸計(jì)劃，如圖5所示。

圖5 FPSO P70運(yùn)輸計(jì)劃

由此可見，采用干拖運(yùn)輸方式較濕拖運(yùn)輸方式節(jié)省運(yùn)輸工期約55天，有效降低了長距離拖航過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，大大減少了濕拖帶來的長時(shí)間海水沖擊對(duì)FPSO船體的損害，保障了FPSO的建造質(zhì)量和使用壽命，同時(shí)大幅縮短了項(xiàng)目實(shí)施周期，能夠?yàn)橛吞锉M早投產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，提前為油田帶來產(chǎn)量和收益。因此，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性，最終確定采用干拖方式運(yùn)輸。

該FPSO于2019年12月4日實(shí)現(xiàn)陸地建造完工，12月5日開始浮裝裝船作業(yè)，12月10日正式出航，于2020年1月23日抵達(dá)巴西瓜納巴拉灣，1月30日完成浮卸作業(yè)并濕拖至臨時(shí)錨泊位置，整個(gè)干拖僅用時(shí)57天，較計(jì)劃縮短3天。

浮卸作業(yè)前，總包項(xiàng)目組通過精心組織，細(xì)化分解作業(yè)流程，與業(yè)主、當(dāng)?shù)胤职獭⒁畣挝弧⒑＼姷让芮泻献鳎粩鄡?yōu)化卸船技術(shù)方案，成功排除了卸船作業(yè)可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，圓滿完成了P70里約灣卸船工作，為提前投產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

大型FPSO拖航運(yùn)輸是FPSO工程建設(shè)過程中極其重要的環(huán)節(jié)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高、難度大，尤其是干拖運(yùn)輸方式中浮裝和浮卸過程。在進(jìn)行項(xiàng)目整體工期計(jì)劃安排時(shí)，應(yīng)綜合考慮拖航季節(jié)、油田投產(chǎn)里程碑需求選擇合適的拖航方式，將安全性放在首位，做好陸地建造與海上連接調(diào)試的合理銜接。對(duì)于短距離拖航來說，比如國內(nèi)油田FPSO的拖航，兩種拖航方式工期差異較小，需要重點(diǎn)針對(duì)船天投入和經(jīng)濟(jì)可行性選擇最佳方案；而對(duì)于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，工期是進(jìn)行方案選擇時(shí)必須要考慮的因素。本文通過對(duì)FPSO濕拖和干拖兩種運(yùn)輸方式的一般步驟進(jìn)行研究，確定FPSO拖航運(yùn)輸工期評(píng)估方法，并通過實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證該工期評(píng)估方法可行。