錨鏈系泊系統(tǒng)完整性管理研究與運(yùn)用

胡國后

（中海石油（中國）有限公司，北京 100010）

0 引言

中海油現(xiàn)役單點(diǎn)系泊式FPSO共有16艘，這16座單點(diǎn)與FPSO的連接方式有兩類：內(nèi)轉(zhuǎn)塔錨鏈?zhǔn)?、水下軟鋼臂式。本文主要探討?nèi)轉(zhuǎn)塔錨鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)，內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)指的是以內(nèi)轉(zhuǎn)塔連接形式的所有系泊單元的集合體，包括如下部件 （作為獨(dú)立系統(tǒng)）：錨鏈、纖維纜、鋼絲繩、卸扣、配重塊、浮體、止鏈器和喇叭口、錨鏈孔、錨鏈導(dǎo)管、導(dǎo)纜孔、絞車、應(yīng)力和船位監(jiān)測、其他同系泊系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的部件。隨著近幾年系泊系統(tǒng)事故的頻發(fā)，系泊系統(tǒng)完整性管理逐漸得到重視。通過對事故的原因分析發(fā)現(xiàn)，事故發(fā)生的最主要原因是天氣，不過通過我們自身不斷提高管理水平和技術(shù)水平，很多事故是可以避免的。系泊系統(tǒng)完整性管理到底如何進(jìn)行，我們須先從系泊系統(tǒng)完整性管理的目的入手，系泊系統(tǒng)完整管理的目的是：提升針對系泊系統(tǒng)的認(rèn)知度，以便使其功能完好并持續(xù)良好工作。通過提高系泊系統(tǒng)的完整性管理水平，可導(dǎo)致其他方面比如上部生產(chǎn)模塊和安全規(guī)定等級的提升，即通過系泊系統(tǒng)的完整性管理改善整個油田運(yùn)行狀態(tài)。

細(xì)化系泊系統(tǒng)的完整性管理的目的有如下幾點(diǎn)：

（1）不斷提升浮式系泊系統(tǒng)的管理效率。

（2）找出管理要點(diǎn)，把設(shè)計、安裝、運(yùn)維、廢棄各階段的管理要點(diǎn)梳理清楚，督促各階段的管理人員和技術(shù)人員把握要點(diǎn)，避免錯誤的重復(fù)。

（3）針對浮式設(shè)施尋求持續(xù)提升安全操作的所有要點(diǎn)，提供風(fēng)險源及應(yīng)對措施。

（4）可以通過對一個系泊系統(tǒng)完整性的評估，同時與設(shè)計階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，更加優(yōu)化系泊系統(tǒng)，也可同時提高我們對在役系泊系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險預(yù)控的能力。

（5）通過提供完整性管理列表，便于使用者能夠在以后的使用中有針對性地用在設(shè)施管理上。

1 系泊系統(tǒng)管理應(yīng)遵循的管理環(huán)及技術(shù)環(huán)

任何事物都有其內(nèi)在規(guī)律，把握規(guī)律、精細(xì)跟蹤才能避免事故的發(fā)生，從單點(diǎn)及FPSO的整個生命周期來看，所有設(shè)施的問題大都發(fā)生在運(yùn)行階段，在長期的工作中我們總結(jié)出了兩個環(huán)：一個是管理環(huán)，一個是技術(shù)環(huán) （見圖1）。通過運(yùn)用與完善這兩個環(huán)，希望能形成一種全生命周期的系泊系統(tǒng)完整性管理。

系泊系統(tǒng)在運(yùn)維階段涉及的管理工作主要包括監(jiān)測、檢測、評估、維護(hù)維修、評估、應(yīng)急管理、改造直至廢棄 （外環(huán)）。我們也試圖通過提高在運(yùn)行階段的管理和技術(shù)水平來盡快地發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行前期階段存在的問題，運(yùn)行前期階段的主要工作包括：設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試等 （內(nèi)環(huán)）。

圖1 系泊系統(tǒng)管理應(yīng)遵循的管理環(huán)及技術(shù)環(huán)

如圖1所示，這是任何一個設(shè)施都會涉及到的工作環(huán)。運(yùn)行前期階段的工作設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試在環(huán)的最里面 （內(nèi)環(huán)），由于內(nèi)環(huán)的存在才有了原始狀態(tài)的設(shè)施，內(nèi)環(huán)中各階段存在著許多要點(diǎn)，簡單介紹如下。

1.1 系泊系統(tǒng)選型設(shè)計階段的要點(diǎn)

必須考慮更高的設(shè)計基礎(chǔ)及設(shè)計冗余；系統(tǒng)受力考慮必須周全；必須對系泊系統(tǒng)進(jìn)行潛在失效模式的評估；必須關(guān)注微粒進(jìn)入后對系泊系統(tǒng)造成的損壞，它們可能造成內(nèi)部磨損從而減少使用壽命；必須充分考慮 “喇叭口” （軟管與轉(zhuǎn)塔連接處）的影響，最近幾年在 “喇叭口”處系泊鏈環(huán)磨損的問題非常凸顯，造成這樣結(jié)果的原因還在調(diào)查研究中，同時 “喇叭口”處的其他問題也應(yīng)該引起注意，通常設(shè)計中在 “喇叭口”處都會安裝止鏈器，保證這部分的其他構(gòu)件完好；設(shè)計公司必須提供全生命周期足夠充分的最佳操作建議及實用的檢驗指南；必須設(shè)計安裝合理的系統(tǒng)失效自動防故障裝置；必須考慮船體遇到惡劣天氣搖擺劇烈的情況下對FPSO艏向控制的其他影響；必須充分注意設(shè)計環(huán)境條件下的參數(shù)選取，我們現(xiàn)在都是按照百年一遇的氣候條件進(jìn)行計算，僅選用單一的設(shè)計環(huán)境條件并期望天氣會比想象好是不切實際的，最好是考慮周邊最惡劣的環(huán)境條件，建議將設(shè)計環(huán)境條件的設(shè)計周期適當(dāng)延長，應(yīng)充分考慮有檔鏈環(huán)與無檔鏈環(huán)的不同受力模式，無檔鏈環(huán)可造成高拉力并產(chǎn)生位移，這可能由使用過程中的張力造成的，也可能由安裝過程中的不當(dāng)操作造成的。

1.2 制造安裝系泊系統(tǒng)時的要點(diǎn)

以下要點(diǎn)應(yīng)當(dāng)予以考慮：對于海上施工人員要進(jìn)行充分的培訓(xùn)，對設(shè)備的使用要有具體的、專業(yè)的操作指導(dǎo)和檢查；對纖維纜和鋼纜的不同材料特性必須有清楚的了解，在安裝操作中要充分考慮安裝的要求，例如：聚酯化纖的繩纜若未經(jīng)過充分的預(yù)先拉伸，就會由于載荷的突然增大且隨著時間的推移而發(fā)生外皮開裂脫落，這一點(diǎn)經(jīng)常被安裝人員忽視，這種適應(yīng)性調(diào)整的操作時常造成軸向韌性的巨大變化，而且制造商所提供的韌性值也只是在他們所推薦的標(biāo)準(zhǔn)工況下才能達(dá)到的，這點(diǎn)應(yīng)該在安裝施工階段予以充分考慮，而且應(yīng)采取措施防止海上施工中聚酯纜因未經(jīng)調(diào)試而造成的壽命縮短現(xiàn)象的發(fā)生；必須考慮系泊系統(tǒng)安裝時正常情況允許的公差——這些公差在設(shè)計分析中被認(rèn)為是可接受的；應(yīng)該對所有組件在在役狀態(tài)下的參數(shù)有詳盡的了解，它對未來完整性的評估有至關(guān)重要的影響；在建造階段必須充分考慮避免以下情況的發(fā)生：在建造階段幾乎不可能測量很長組件的長度，組件的長度問題相當(dāng)復(fù)雜，尤其是當(dāng)錨鏈需要在極短的時間內(nèi)系泊于海床上時，所以要在安裝前對錨鏈進(jìn)行全面的測量，如果已經(jīng)安裝好則要通過水下3D技術(shù)及漏磁技術(shù)對錨鏈重新進(jìn)行測量和建模計算；必須充分收集施工中的各種記錄，一般情況下在安裝過程中由于價格壓力，尤其是在施工計劃滯后的情況下，記錄各種施工的任務(wù)常常被擱置一邊，所有組件如果沒有全套資料，那么對于后續(xù)系泊完整性的決策有致命的影響，應(yīng)督促安裝工程承包商維持完整的記錄。

1.3 運(yùn)維期間系泊系統(tǒng)需考慮的要點(diǎn)

轉(zhuǎn)塔在設(shè)計時通常只考慮在有限的空間內(nèi)安裝所有必需的設(shè)備，很少考慮在后期運(yùn)維期間對設(shè)備的維修、維護(hù)以及日常巡檢難度，也很少考慮維修成本和停產(chǎn)風(fēng)險；操作者應(yīng)注意設(shè)計分析報告的完整性，部件的設(shè)計及系統(tǒng)的完整性分析是否經(jīng)過船級社詳細(xì)、充分的認(rèn)證，且符合國家的法律法規(guī)，船級社有較強(qiáng)的專業(yè)知識，但并不會進(jìn)行單獨(dú)的系泊分析，作業(yè)者應(yīng)該意識到船級社確定船級的目的僅是為了滿足規(guī)范，以保證系泊系統(tǒng)保持良好狀態(tài)，從而可順利通過下一次檢驗，而不會深度介入，協(xié)助我們處理問題；在選擇系泊設(shè)備時應(yīng)盡早考慮項目的供貨周期，它可能會影響到未來船體的維護(hù)維修；通常疲勞壽命是我們關(guān)注的重點(diǎn)，不同形式的部件具有不同的性能，例如聚酯纖維纜的疲勞壽命通常是普通鋼纜的50倍，一份研究報告指出，錨鏈的疲勞壽命會因5種以上的因素降低，因

此應(yīng)進(jìn)行足夠多的載荷實驗，這對延長系泊系統(tǒng)完整期限非常重要；必須注意改造后的檢測評估工作，對比改造對系泊系統(tǒng)造成的影響和產(chǎn)生的效果，否則不良的改造對系泊系統(tǒng)是致命的。對于廢棄前后的工作在本文中就不加贅述了。

2 完整性分析在內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)中的運(yùn)用 （見圖2、 表1）

圖2 內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)示意

表1 完整性管理要點(diǎn)及其與故障的對應(yīng)關(guān)系 （待續(xù)）

續(xù)表1 完整性管理要點(diǎn)及其與故障的對應(yīng)關(guān)系

從圖2、表1可以看出，內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)主要存在以下問題：強(qiáng)度、磨損、疲勞、腐蝕、碰撞、漂移，而以上問題都對應(yīng)著各個階段的管理和技術(shù)的不到位。比如：強(qiáng)度問題主要是由對安全因子考慮不周、海床抓力負(fù)荷計算不足、彎曲半徑不夠、固定方式不合適等因素引起的，而這些因素又對應(yīng)著設(shè)計階段未考慮系泊系統(tǒng)懸鏈所處位置是否為最差，腐蝕裕量考慮是否充分，螺栓強(qiáng)度是否合適；安裝階段螺栓固定方式是否正確，系泊環(huán)板平面是否彎曲，安裝彎曲度是否低于最小彎曲半徑；運(yùn)維階段是否檢查出裂紋、斷絲、偏移等早期問題。表1是我們經(jīng)過摸索，對系泊系統(tǒng)在役階段的完整性管理要點(diǎn)及其與故障的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行梳理而得到的，可供管理者和操作者參考。

3 結(jié)束語

總的來說，系泊系統(tǒng)的故障問題就象一副多米諾骨牌，一旦一環(huán)被忽視，就會產(chǎn)生一系列后果。對于系泊系統(tǒng)的管理和研究是一個長期過程，只有本著科學(xué)系統(tǒng)認(rèn)真的態(tài)度才能避免事故的不斷發(fā)生。