海上石油企業(yè)兩點系泊作業(yè)案例分析及方案優(yōu)化

兩點系泊具備系統(tǒng)組成簡單、造價低、安裝便捷、可重復(fù)利用等優(yōu)點，有效降低了試采油田、小型油田的開發(fā)成本，也是目前渤海區(qū)域邊際油田開發(fā)過程中的優(yōu)選外輸方案。在實際操作實踐中，也發(fā)現(xiàn)了一些局限性，即：需要2臺拖輪現(xiàn)場協(xié)助作業(yè)、作業(yè)風(fēng)險較高的穿梭油罐車靠離泊作業(yè)需要較長時間；油輪船頭向固定，沒有風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，對船舶橫向環(huán)境荷載的抵御能力較差，對環(huán)境條件要求較高；原油在平臺與穿梭油船之間通過漂浮的軟管外輸而過駁，在冬季有冰情時容易造成軟管的碰撞損壞和破裂，存在溢油的風(fēng)險，因此仍具有優(yōu)化和提升空間。

一、兩點系泊案例簡介

新開發(fā)的渤海海域油田位于北緯 38 ° 45 ′00 ″～39 ° 10 ′ 00 ″， 東經(jīng) 119 ° 15 ′ 00 ″～119 ° 23 ′ 00 ″之間，西距天津市塘沽約145km，東距遼寧省大連旅順約165km，西北距秦皇島32-6油田約35km。油田范圍內(nèi)水深24.0m～25.0m。

該油田屬于邊際油田，年產(chǎn)量相對較小，周邊沒有現(xiàn)投產(chǎn)油田作為依靠，井口區(qū)在棧橋上與移動采油平臺相連，棧橋上鋪設(shè)各種管道和電纜。移動式采油平臺具有提供生產(chǎn)生活動力、原油處理、儲油外輸、人員居住等功能，其安全系統(tǒng)與隔水套管支撐井口一體化設(shè)計布置，具有動力系統(tǒng)、生產(chǎn)處理系統(tǒng)、儲油艙、船用設(shè)備和生活設(shè)施等功能。

采用兩點系泊方案，是在綜合考慮油田所處海域環(huán)境條件及相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)各方論證，最終確定的系泊方案。在外輸油作業(yè)時，利用柔性輸油管線與移動輸油平臺相連接，通過兩點系泊系統(tǒng)將穿梭油船錨泊在移動式采油平臺的一端，隨后開展原油外輸，如圖1所示。

二、兩點系泊系統(tǒng)特性

案例中，油田采用雙點系泊系統(tǒng)實現(xiàn)原油外輸，該系統(tǒng)將油輪的船首與船首兩個相同的單錨腿浮筒系在兩個單錨腿系泊的船首和船尾兩端形成雙點系泊。單錨腿固定在海床上，由系泊鏈連接浮橋，通過吸力錨（或樁錨，或重力錨）將船通過尼龍系纜在浮橋頂端系泊。

以上系泊系統(tǒng)是一個非常大的彈性系統(tǒng)，主要的彈力貢獻(xiàn)者是水下的浮筒，系統(tǒng)中的尼龍索次之，其特點是：水下浮筒提供浮力，除了要克服自身重力和水下系泊鏈和摩擦鏈的重量外，還具有剩余的浮力，也就是凈浮力，當(dāng)浮筒和其他系泊構(gòu)件連接在一起后，全部浸到水下的時候，它在系泊系統(tǒng)中，這種浮力能使系泊油輪在受到外力作用時，使油輪恢復(fù)原位，即浮筒起到系統(tǒng)彈性的作用。

三、兩點系泊系統(tǒng)外輸操作難點

1.受環(huán)境限制條件苛刻。①系泊時對于海況要求為：風(fēng)力小于10.7米/秒，海況小于3級，能見度大于1000米高（或低）平潮前。②外輸時對于波浪角為45°～135°之間以及225°～315°之間時：風(fēng)速15m/s（1小時內(nèi)平均）， 穩(wěn)定流速1m/s，能見度大于1000米，有義波高1.3m。③其他外輸工況下波浪角的限定環(huán)境為風(fēng)速15m/s（1小時內(nèi)平均），穩(wěn)定流速1m/s 能見度大于1000米 ，有義波高2.5m。

2.外輸資源支持龐大。按照外輸作業(yè)程序的設(shè)計，在正式啟動外輸前，油輪需要由拖輪分別進(jìn)行以下幾項工作。①打撈掛靠在系泊纜繩上的浮纜，并將浮纜傳遞至油輪上；②協(xié)助完成第一根纜繩系泊后，轉(zhuǎn)向開展近端系泊點的定位，進(jìn)行尾纜系泊作業(yè)；③外輸軟管接接送和拖帶作業(yè)。

在功能要求上，配合外輸作業(yè)的拖船除具備3用工作艇的基本功能外，還應(yīng)具備以下幾個方面的功能：① 為克服作業(yè)時的風(fēng)浪影響，船在具備首側(cè)推能力的同時，動力至少要達(dá)到 3800 馬力以上；② 甲板空間要有漂浮的軟管，既要符合打撈的需要，又要有系著纜繩的拖帶；③ 絞車應(yīng)具備足夠的拉力；④ 帶浮筒固定拖拽要有輔助機(jī)械；⑤ 拖帶外輸軟管的拖輪船艉必須是開式且?guī)D(zhuǎn)滾筒機(jī)構(gòu)；⑥ 2個拖輪中有 1 個拖輪應(yīng)具有全回轉(zhuǎn)功能。

3.引纜打撈難度大。兩點系泊系統(tǒng)共計有兩條漂浮引纜，每次外輸系泊時均需要進(jìn)行先后兩次漂浮引纜打撈工作。在現(xiàn)場實際操作過程中，不僅對海況條件要求苛刻，還對船舶操控技術(shù)和人員打撈技術(shù)具有較高的要求，核心難點如下。①海況要求極為苛刻，漂浮引纜由于始終漂浮于海面上，隨著風(fēng)浪流不斷變化，一旦海況不好，漂浮引纜變動范圍較廣，拖輪打撈時需要來回跟蹤其位置。因為海上船舶的定位遠(yuǎn)比陸地相關(guān)交通工具定位困難，所以打撈時難度非常高。②拖輪在打撈漂浮引纜時為了便于操作和防止纜繩纏繞拖輪螺旋槳，均采用頂流倒車靠近漂浮引纜。實際操作時發(fā)現(xiàn)，倒車時螺旋槳倒退水流，當(dāng)拖輪靠近漂浮引纜一定范圍內(nèi)時，倒退的水流同時會將漂浮引纜推離原位置。漂浮引纜的位置隨拖輪的逐步靠近來回變化，甚至可能會因為倒退水流過強(qiáng)而被推動浮于水面以下的位置。此種情況，不利現(xiàn)場打撈作業(yè)。

4.外輸軟管接放困難。外輸軟管在非外輸工況下，按原設(shè)計程序存放在平臺上，外輸作業(yè)時由滾輪下放到海面， 這時需要一艘拖輪接住浮動管，并將其牽引到油船上進(jìn)行連接。在海況條件變差時（高于 3 級風(fēng)），由于油輪系泊后占據(jù)一定的空間， 同時在風(fēng)浪流作用下，在一定區(qū)域內(nèi)漂移，致使拖輪進(jìn)入平臺的回旋空間受到限制，拖輪不能靠近漂浮軟管的下放點，從而導(dǎo)致油田即使在符合原設(shè)計外輸海況要求的工況下，也無法完成原油外輸，從而對油田的安全生產(chǎn)造成威脅。

5.漂浮引纜長度不合適。由于潮汐的影響，浮纜長度的精確計算比較困難，可能存在以下問題。浮纜長度選擇過長：①由于漂浮的引索長度過長，容易纏繞在主要系帶或纜線上的摩擦鏈上，造成作業(yè)拖輪無法打撈而對外部系帶的輸送產(chǎn)生影響；②如果漂浮的引索長度過長，打撈時作業(yè)拖輪可能會將拖輪螺旋槳纏繞起來。

如果漂浮引纜長度選擇過短：①漂浮引纜隨主系纜緊急拋下后沉入海底，作業(yè)拖輪在恢復(fù)外系泊作業(yè)時，因觀察不到引纜具體位置而無法對系纜進(jìn)行打撈；②引纜長度不足，纜繩在拖輪絞車拖帶時斷裂拉力不足，造成拖輪拖帶引纜時，對海況條件要求十分苛刻，以防因拖輪起伏導(dǎo)致纜繩斷裂。

四、兩點系泊關(guān)鍵因素優(yōu)化方案

1.系泊點先后順序的選擇。該系泊方式有兩個系泊點，選擇系泊點的先后順序是在滿足外輸系泊的前提下，還需要考慮以下因素：海水的流向、船首點系泊時間、拖輪的配合時間、船尾點系泊的作業(yè)時間、輔助拖輪的回旋空間等，結(jié)合實際案例，油輪系泊點的選擇順序依次是：先系泊遠(yuǎn)離平臺的點，再系泊近平臺的點，并始終要求油船船頭離站臺方向較遠(yuǎn)。

2.關(guān)鍵系泊程序設(shè)計。系泊作業(yè)的成功與風(fēng)浪流的影響、船舶的性能、作業(yè)時間的限制等多種因素有關(guān)。經(jīng)綜合分析，確定了系泊作業(yè)是否成功的油輪系泊作業(yè)的關(guān)鍵程序為：①在第一系泊點（即遠(yuǎn)離平臺的系泊點）附近，當(dāng)海水流向偏向遠(yuǎn)離平臺方向時，油輪起錨采用頂部氣流方法。② A拖輪打撈第一系泊點，拖曳系泊線至艦甲板。③A拖輪將系好纜線的纜車送到油罐車上，罐車則系在船的第一根纜線上。上了船頭纜線后，在風(fēng)流的作用下，船可以迅速地順風(fēng)流運(yùn)動，油船可以在船頭頂部風(fēng)流不長時間，并在系索和浮筒的作用力限制下，使船頭頂部保持平衡。④拖輪A 級頂推式油罐車靠向 2 系停靠點。⑤B拖船在2系泊點打撈引索，并在船甲板上拖拽 B 系纜繩。B拖船將系好的系泊纜遞到油輪，油輪系船尾的纜繩。油輪對船首、船尾的纜繩長度、受力等進(jìn)行了調(diào)整，進(jìn)而完成系泊作業(yè)。

3.漂浮軟管接入油輪的方式選擇及關(guān)鍵程序設(shè)定。漂浮軟管接入提油輪有兩種方式，一種是直接將輸油口連接在油輪中部；第二種方式是通過接入輸油口的油輪，將油污通過這條管道輸送到輸油口，這是專門設(shè)計的撓性過渡管道。①油管連接（方案1） 。油輪應(yīng)以船尾朝向外輸平臺系泊；油輪將6至8米長的“連接軟管”與船舶的貨物系統(tǒng)管線相連接；拖輪到平臺接收輸油管。要求：輸油管長度約10米，放在拖輪甲板上并在拖輪船尾處固定； 拖輪平靠油輪見下圖；油輪用吊車連接輸油管頭部，并將輸油管通過油輪船舷欄桿的開口后順船長方向平放到甲板；油輪將輸油管在欄桿開口處固定并將輸油管頭部固定； 油輪在甲板將“連接軟管”與輸油管連接；拖輪離開，接管完畢。這種方案的優(yōu)點在于操作方便快捷，難度不大；缺點是外輸管曲率過大，受風(fēng)流沖撞，易受損傷。②油管連接（方案2）。拖輪到平臺接收輸油管。要求：輸油管放到拖輪甲板長度不少于40米，在距管頭40米左右進(jìn)行固定； 拖輪以與油輪相同的船首向平靠油輪，油輪接管口距管頭的縱向距離保持在15米左右，見下圖；油輪用吊車在距輸油管頭3米左右位置吊起輸油管；調(diào)整吊車位置使輸油管頭法蘭與油輪接管口法蘭保持平齊；連接好法蘭螺栓；油輪將輸油管在欄桿處綁扎固定；拖輪離開，接管完畢。

此方案優(yōu)點是受風(fēng)流影響，外輸管彎曲度不會很大，缺點是運(yùn)行起來會比較吃力。經(jīng)過對比，第一種方式可以在保護(hù)輸油管的前提下，減少因曲率過大而受損的風(fēng)險，因為它簡單，操作方便，適合現(xiàn)場實用。

4.改變系泊引纜常設(shè)位置。由前述可知，漂浮引纜的打撈成功與否是外輸能否順利進(jìn)行最關(guān)鍵的前提條件。系泊浮纜原設(shè)計為經(jīng)常漂浮在海面上的狀態(tài)，每次依靠拖輪進(jìn)行外輸作業(yè)時進(jìn)行打撈，如此不僅存在安全風(fēng)險，還較為浪費(fèi)時間。為了解決漂浮引纜這一系列問題，制定了如下的改進(jìn)方法：①變更引纜打撈方式：將兩條引纜各牽引一條，通過附加的一條纜繩直接拉到平臺上，這樣每次外輸作業(yè)前拖輪就不需再到海面去打撈，只需靠近平臺，平臺將附加引纜送給拖輪。此舉將大大減小打撈作業(yè)的時間，減小對海況的依賴程度。 ②選擇合適的系掛地點：為便于外輸前拖輪靠近平臺接收附加纜繩，且考慮油輪就位先后順序的選擇。遠(yuǎn)端系泊纜的附加引纜選擇系掛在平臺左舷艏部，長度約為200米直徑φ20mm。近端系泊纜的附加引纜系掛在平臺左舷中部位置，長度約為100米直徑φ20mm。

通過改變漂浮引纜的打撈方式和系掛點的選擇，將相同海況條件下原始設(shè)計時不能外輸變成了可能。

五、結(jié)語

本論文選取海上原油兩點系泊外輸?shù)湫桶咐槍牲c系泊系統(tǒng)的特性、兩點系泊案例在實際操作中的難點進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并針對性地推出了4點優(yōu)化建議，持續(xù)提升海上原油外輸?shù)陌踩裕瑸楣竞罄m(xù)海上原油外輸協(xié)調(diào)項目提供技術(shù)支撐。