多點(diǎn)系泊FPU的系泊系統(tǒng)方案

張寶雷,楊曉波,劉中柏,劉 昊

(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津 300457)

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多點(diǎn)系泊FPU的系泊系統(tǒng)方案

張寶雷,楊曉波,劉中柏,劉 昊

(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津 300457)

根據(jù)印尼Madura海域的環(huán)境條件分布和入級(jí)要求，確定多點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，針對Madura海域環(huán)境條件特性，以及當(dāng)?shù)刂圃炷芰筒僮髁?xí)慣，提出了既安全可靠，又經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)的系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，總結(jié)印尼Madura及其周邊海域多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的研究思路和方法。

印尼Madura；浮式處理裝置；多點(diǎn)系泊系統(tǒng)；海洋環(huán)境條件

印尼Madura MDA & MBH氣田位于東爪哇島的Madura海峽，位于現(xiàn)有Pagerungan的以西180 km，泗水市以東約200 km，距離西北部Madura島約75 km，氣田所在海域水深約80 m。根據(jù)氣田地理位置、環(huán)境條件特點(diǎn)及油藏開發(fā)參數(shù)，進(jìn)行了氣田開發(fā)方案研究，最終確定如下設(shè)施進(jìn)行氣田開發(fā)：①新建2座鉆井平臺(tái)，分別為MDA及MBH，平臺(tái)帶模塊鉆機(jī)，MDA采出氣匯集至MBH平臺(tái)，設(shè)計(jì)壽命20年；②新建1條FPU，F(xiàn)PU帶主電站、天然氣脫水及脫汞設(shè)施、天然氣壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)年限20年；③1條20″海底混輸管道，將MDA氣輸至MBH平臺(tái)；3條跨接軟管，負(fù)責(zé)MBH與FPU之間的氣混輸；1條14″海底混輸管道，將處理好的成品天然氣輸至國民管網(wǎng)，最終上岸至東爪哇島，設(shè)計(jì)年限20年；④1條跨接復(fù)合電纜，從FPU向MDA&MBH平臺(tái)供電，以及實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與FPU間通信，設(shè)計(jì)年限20年。

印尼Madura MDA氣田開發(fā)思路如圖 1所示，Madura FPU位于MBH平臺(tái)北偏東80 m，其位置主要基于環(huán)境條件方向、設(shè)施方位及地質(zhì)條件等因素來確定。FPU所在區(qū)域水深為80 m，F(xiàn)PU具備定位系泊、天然氣生產(chǎn)處理、天然氣壓縮、外輸計(jì)量等功能，該Madura FPU船體主要特點(diǎn)和參數(shù)見表1。由于Madura海峽所在海域風(fēng)、浪、流等環(huán)境參數(shù)較為溫和，且環(huán)境條件具有較為明顯的方向性，結(jié)合當(dāng)?shù)囟嗄甑牟僮髁?xí)慣及制造能力，帶可解脫裝置的永久型多點(diǎn)系泊系統(tǒng)是Madura FPU較為理想的選擇，多點(diǎn)系泊系統(tǒng)可有效控制FPU漂移量，帶可解脫功能為該FPU靈活的應(yīng)用于其他氣田提供可能。

表1 FPU主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)和參數(shù)

多點(diǎn)系泊系統(tǒng)在浮式鉆井船和工程船舶上的應(yīng)用較為廣泛，多為臨時(shí)性多點(diǎn)系泊系統(tǒng)，在我國的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用已較為成熟，但浮式生產(chǎn)系統(tǒng)在中國的渤海、東海及南海均未采用過永久式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)。原因主要是這3個(gè)海域的環(huán)境條件較為惡劣且方向性不確定。然而，印尼Madura海峽的環(huán)境條件較為固定，而永久式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)在確保FPU的安全前提下，有更有較好的經(jīng)濟(jì)性。永久式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要考慮在惡劣海況下抵抗100年一遇的極端工況，同時(shí)還需著重考慮錨樁、系泊鏈的鋪設(shè)，F(xiàn)PU回接時(shí)的回接方式的便利性，這就給永久式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。

在借鑒以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從印尼Madura FPU多點(diǎn)系泊系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)工作出發(fā)，進(jìn)行大量的技術(shù)論證和設(shè)計(jì)分析工作，提出行之有效的解決辦法。針對今后永久式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的技術(shù)問題，提出有建設(shè)性的技術(shù)工作建議。

1 FPU多點(diǎn)系泊系統(tǒng)方案研究

1.1 多點(diǎn)系泊系統(tǒng)型式介紹

多點(diǎn)系泊系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用海域來區(qū)分，通常分為用于深水區(qū)域系泊和用于淺水區(qū)域系泊兩類，其構(gòu)造簡圖分別見圖2、3。用于深水區(qū)域的多點(diǎn)系泊系統(tǒng)通常使系泊鏈穿過布置于舷側(cè)底部的導(dǎo)鏈器，提升至位于主甲板的止鏈器。用于淺水區(qū)域的多點(diǎn)系泊系統(tǒng)通常使系泊鏈直接登船至位于主甲板的止鏈器，而取消了舷側(cè)水線以下的導(dǎo)鏈器，這樣可有效在淺水區(qū)域最大限度的提高系泊系統(tǒng)的回復(fù)力。

圖2 帶舷側(cè)導(dǎo)鏈器

圖3 不帶舷側(cè)導(dǎo)鏈器

按照系泊鏈提升裝置的不同來區(qū)分，可分為錨絞機(jī)提升、系泊絞車提升、液壓缸提升3種主要提升方式。錨絞機(jī)提升系統(tǒng)如圖4，在浮式鉆井船和工程船舶上應(yīng)用較為廣泛，具備快速收放的特點(diǎn)；系泊絞車提升系統(tǒng)如圖5，具備較好的經(jīng)濟(jì)性，但需要占用較大的甲板面積，同時(shí)在浮體回接時(shí)需要更為復(fù)雜的回接工序；液壓缸提升系統(tǒng)如圖6，具備占用甲板面積小、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，但是提升速度不及前2種。

圖4 錨絞機(jī)

圖5 系泊絞車

1.2 提升系統(tǒng)比選

3種不同提升裝置特點(diǎn)見表2。

圖6 液壓缸提升

對比項(xiàng)錨絞機(jī)系泊絞車液壓缸不可移動(dòng)式可移動(dòng)式方案特點(diǎn)描述 1)可實(shí)現(xiàn)多根系泊鏈同時(shí)收緊 2)可實(shí)現(xiàn)系泊鏈的連續(xù)快速收緊和放松 1)每次只能提升一根系泊鏈 2)可實(shí)現(xiàn)系泊鏈的快速收緊和放松 1)可實(shí)現(xiàn)多根系泊鏈同時(shí)收緊 2)可連續(xù)提升系泊鏈,但速度較慢 1)每次只能提升每組一根系泊鏈 2)可連續(xù)提升系泊鏈,但速度較慢導(dǎo)鏈器舷側(cè)需布置導(dǎo)鏈器 舷側(cè)可選擇是否布置導(dǎo)鏈器 舷側(cè)可選擇是否布置導(dǎo)鏈器 舷側(cè)可選擇是否布置導(dǎo)鏈器提升介質(zhì)直接提升系泊鏈通過纜繩間接提升系泊鏈直接提升系泊鏈直接提升系泊鏈設(shè)備投資最高最低較高較低FPU回接工作 提前預(yù)布置回接鏈,便于FPU回接時(shí)的操作 需提前預(yù)布置較多系泊纜繩,在FPU回接時(shí)需頻繁換纜 提前預(yù)布置回接鏈,便于FPU回接時(shí)的操作 需提前預(yù)布置回接鏈,合理安排回接工序可有效提高回接速度比選推薦不推薦不推薦不推薦推薦

印尼Madura海峽海域環(huán)境條件較為溫和，無極端天氣情況，在整個(gè)氣田開發(fā)周期的10年內(nèi)，永久系泊在該位置，不需要頻繁的移位;同時(shí),發(fā)生系泊鏈因極端天氣引起破損或移位的概率小，因此不存在需頻繁收、放系泊鏈的功能需求。在海上安裝及FPU回接時(shí)，除系泊絞車形式需頻繁換纜，其余3種形式均可有效節(jié)約海上作業(yè)工期。因此，錨絞機(jī)形式、系泊絞車形式及不可移動(dòng)式液壓缸形式在此不做推薦。

2 多點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系泊鏈布置

系泊鏈的作用在于，在惡劣海況下，將FPU限制在一定偏移范圍內(nèi)，保證包括跨接軟管、跨接電纜、FPU船體等在內(nèi)的工程設(shè)施安全。多點(diǎn)系泊系統(tǒng)主要采用分組式系泊，通常包括4組系泊鏈，每組2～4根，船艏和船艉左右舷各布置1組，每組系泊鏈內(nèi)的相互夾角通常在4°～6°，分組式系泊相對均布式可以有效降低系泊鏈?zhǔn)芰?，更好地限制FPU偏移，目前已被工業(yè)界普遍接受和采用[1]。通常來說，從每組系泊鏈來的極端環(huán)境條件(in-line方向)導(dǎo)致較大的系泊鏈?zhǔn)芰?，?組系泊鏈間來的極端環(huán)境條件(between-line方向)導(dǎo)致較大的船體偏移。

考慮到印尼Madura FPU水深只有80 m，接近系泊鏈所適用的最淺水深，這給系泊系統(tǒng)和跨接軟管及電纜設(shè)計(jì)帶來極大的挑戰(zhàn)：①系泊鏈懸鏈線效應(yīng)不明顯，系泊回復(fù)力較難控制；②FPU偏移量可能較大，由于FPU與MBH平臺(tái)距離只有80 m，懸跨其間的跨接軟管及電纜受FPU偏移的敏感度非常大，極易出現(xiàn)軟管與電纜、軟管與船體的碰撞風(fēng)險(xiǎn)[2]。為最大限度的提高系泊鏈的懸鏈線效應(yīng)，控制FPU最大偏移量，同時(shí)保證系泊系統(tǒng)的剛度不至于過大，考慮采用系泊鏈直接上主甲板的方案。

2.2 系泊錨點(diǎn)選取

根據(jù)已探明的Madura MBH區(qū)塊的地質(zhì)條件，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在較多斷層，同時(shí)還有淺層氣及麻坑存在，這給系泊錨點(diǎn)的選取帶來極大的困難。在確保FPU中心位置與MBH平臺(tái)的距離相對不變，且船體朝向更有利的環(huán)境條件方向，盡量使系泊錨點(diǎn)避開淺層氣及麻坑。如圖7所示，12個(gè)系泊錨點(diǎn)的位置雖有6個(gè)在淺層氣附近[3]，但都有效的避開了淺層氣和麻坑的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 Madura FPU系泊纜布置

2.3 系泊鏈選取

根據(jù)給定的環(huán)境條件和規(guī)范要求，進(jìn)行系泊系統(tǒng)分析后，確定了系泊鏈整體采用錨鏈進(jìn)行布置，每組系泊鏈數(shù)量為3根，錨鏈直徑為117 mm(R3S級(jí))，考慮到海上安裝及FPU回接的便利性，在距離鋼樁約200 m處的錨鏈處增加1個(gè)H-Link。在海上安裝期間，F(xiàn)PU未到達(dá)現(xiàn)場時(shí)，在每根系泊鏈端部連接1個(gè)相同規(guī)格的長約20 m的提升鏈，便于FPU回接時(shí)使用。

根據(jù)分析結(jié)果，百年一遇完整工況下系泊鏈最小安全系數(shù)為2.48，大于規(guī)范要求的1.67；百年一遇1根破斷工況下系泊鏈最小安全系數(shù)為1.78，大于規(guī)范要求的1.25。

2.4 跨接軟管及電纜布置

跨接軟管及電纜設(shè)計(jì)時(shí)需考慮FPU與MBH平臺(tái)的距離，軟管與電纜間距，F(xiàn)PU最大偏移等因素。對于如印尼Madura MDA&MBH氣田水深較淺的海域，F(xiàn)PU的最大偏移量較大，且FPU與MBH平臺(tái)的距離僅為80 m，因此對跨接軟管及電纜的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提出較高要求。為避免軟管及電纜端部的疲勞磨損，由于喇叭口未能有效限制軟管及電纜的運(yùn)動(dòng)，且軟管及電纜與喇叭口之間的摩擦較嚴(yán)重，推薦采用限彎器的連接形式，見圖8。

圖8 FPU跨接軟管及電纜布置圖(側(cè)視圖)

3 結(jié)論

1)帶可解脫裝置永久型多點(diǎn)系泊系統(tǒng)是目前為止印尼Madura海域FPU系泊的最佳解決方案；

2)鑒于多點(diǎn)系泊方案與船體主尺度等參數(shù)高度相關(guān)，建議在更早期(如概念設(shè)計(jì))階段就啟動(dòng)多點(diǎn)系泊系統(tǒng)初步布置和設(shè)計(jì)分析工作，以便于FPU保證最佳的總體性能，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中充分考慮海上安裝及FPU回接方案的合理性及可操作性；

3)目前我國在永久式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的單體設(shè)備、構(gòu)件制造能力是完全具備的，但是核心技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析、集成調(diào)試依然依靠國外系泊公司。建議中國的油公司和工程公司自主開展多點(diǎn)系泊技術(shù)研究設(shè)計(jì)工作，這樣有助于增加對多點(diǎn)系泊技術(shù)的深入了解，逐步掌握系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，最大限度契合中國海域的實(shí)際需求。

[1] 吳嘉蒙,趙耕賢.FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)的接觸載荷研究.中國造船[J].2004：153-159.

[2] 內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊裝置(Turret)的受力分析和相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，60萬桶靈便型浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船設(shè)計(jì)與建造技術(shù)研究，中國船舶工業(yè)第七○八研究所，2003.

[3] 楊川恒,潘和順,劉鐵樹.國外深水領(lǐng)域油氣勘探新進(jìn)展及我國南海北部陸坡深水區(qū)油氣勘探潛力[J].地學(xué)邊緣，2000,7(3):247-256.

Research and design on spreading mooring system of FPU in Indonesia Madura

ZHANG Bao-lei, YANG Xiao-bo, LIU Zhong-bai, LIU Hao

(CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Tianjin 300457, China)

According to the environmental condition distribution of Indonesia Madura Strait and classification requirements, the standards and rules of spreading mooring system design were confirmed. In light of the environmental condition in Madura strait, local manufacturing capability and the habit of operation, the safe, reliable and reasonable spreading mooring system design was proposed. The thought and methods for research and design of the spreading mooring system in Indonesia oil and gas field were summarized.

Indonesia Madura; FPU; spreading mooring system; offshore environmental condition

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.024

2016-07-10

印尼Madura FPU項(xiàng)目

張寶雷(1988—)，男，學(xué)士，工程師

U653.2

A

1671-7953(2016)05-0094-05

修回日期：2016-08-10

研究方向:浮體系泊

E-mail:zhangbl8@cnooc.com.cn