FPSO單點系泊上錨纜更換技術(shù)

符方超，高 原，高 超，楊 盛

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

FPSO單點系泊上錨纜更換技術(shù)

符方超，高 原，高 超，楊 盛

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

在浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置（Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO）不停產(chǎn)且3條拖船限位的狀態(tài)下，簡要分析FPSO受到的水流力作用，選擇合適的限位方案進行舊上錨纜的拆除棄置和新上錨纜的安裝，完成單點系泊上錨纜的整體更換，詳述該方案在項目施工中的應(yīng)用。該技術(shù)可實現(xiàn)FPSO不停產(chǎn)整體更換單點系泊上錨纜，避免FPSO單點系泊更換上錨纜造成油田停產(chǎn)。

浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置；單點系泊；上錨纜；潛水支持船；不停產(chǎn)

0 引 言

相對于其他海洋浮式結(jié)構(gòu)物，浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置（Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO）優(yōu)點突出，具有抗風(fēng)浪能力強、適應(yīng)水深范圍廣、儲/卸油水平高、可轉(zhuǎn)移及可重復(fù)使用等特點。FPSO可對開采的石油進行油氣分離、處理含油污水、發(fā)電、供電、供熱及儲存和運輸原油產(chǎn)品，是集人員居住和生產(chǎn)指揮于一體的大型綜合性海上石油生產(chǎn)基地，已在海上油氣田生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。系泊系統(tǒng)是最關(guān)鍵的部分，大體上分為單點系泊和多點系泊[1]。單點系泊系統(tǒng)適用于海況惡劣的海域，如我國南海海域。FPSO在海上進行生產(chǎn)作業(yè)時，會長時間受到海流、風(fēng)浪等外力的作用，而系泊系統(tǒng)是FPSO主要的受力結(jié)構(gòu)，為保持FPSO在原位持續(xù)進行生產(chǎn)作業(yè)，其結(jié)構(gòu)容易遭到損壞。系泊系統(tǒng)是FPSO安全生產(chǎn)的基本保障，定期對其進行檢測，及時對其進行維修和結(jié)構(gòu)更換等尤為重要，特別是隨著FPSO服役年限的增加，該重要性更加明顯。FPSO不停產(chǎn)系泊系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)能保證油氣田持續(xù)生產(chǎn)，確保油氣田的產(chǎn)量。隨著海上FPSO逐年增多及其服務(wù)年限不斷延長，F(xiàn)PSO不停產(chǎn)系泊系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，為油氣田的安全生產(chǎn)提供保障。

1 項目概況

1.1 項目背景[2]

FPSO于2013年達到10a的運營期，經(jīng)調(diào)查檢測及專家評估，需對其單點系泊系統(tǒng)浮筒以下的結(jié)構(gòu)進行更換，共計9條錨纜。受油田作業(yè)公司委托，于2014年對該FPSO單點系泊系統(tǒng)進行更換作業(yè)，于2014年5月完成單點系泊下錨鏈和吸力錨的安裝，動員工程船舶前往油田作業(yè)現(xiàn)場進行舊錨纜的拆除和新上錨纜的安裝。圖1為單點系泊系統(tǒng)布置圖。

1.2 技術(shù)背景[1,3-4]

FPSO單點系泊技術(shù)已在我國南海海域得到廣泛應(yīng)用。FPSO單點系泊系統(tǒng)適用于海況惡劣的南海海域，該海域所有的FPSO系泊系統(tǒng)都采取單點系泊形式。根據(jù)統(tǒng)計，南海海域的FPSO見表1。

圖1 單點系泊系統(tǒng)布置圖

表1 南海海域的FPSO

我國南海海域的FPSO所采用的單點系泊形式均為內(nèi)轉(zhuǎn)塔、懸鏈式纜，但在該項目之前還沒有進行過FPSO在位不停產(chǎn)整體更換所有上錨纜的作業(yè)，沒有任何施工經(jīng)驗可借鑒。該項目的成功實施將解決南海海域FPSO單點系泊上錨纜更換的技術(shù)問題。

2 FPSO限位分析

為保證油田的產(chǎn)量，決定進行FPSO在位不停產(chǎn)更換單點系泊上錨纜，而這需潛水支持船緊靠FPSO進行潛水作業(yè)。若FPSO沒有限位，則其將隨著水流、風(fēng)浪的作用繞單點旋轉(zhuǎn)，在潛水支持船沒有靠泊FPSO進行上錨纜更換作業(yè)的情況下，F(xiàn)PSO將與潛水支持船發(fā)生碰撞；在潛水支持船靠泊FPSO進行上錨纜更換作業(yè)的情況下，潛水支持船將隨FPSO同步移動，在拆除和安裝上錨纜過程中，懸掛在單點浮筒和上錨纜索接頭上的吊索具纏繞，吊索具拉力無法得到控制，不能進行上錨纜的拆除和安裝，且吊索具纏繞繃緊后受力嚴重影響潛水員的安全，無法完成潛水作業(yè)，故需對FPSO進行限位。

2.1 FPSO限位方案分析[5]

FPSO的艏部由單點系統(tǒng)牽引固定，艉部由拖船牽引獲得拉力，通過艏艉兩點的作用力使艏向保持不變，使FPSO在水面發(fā)生平移但不轉(zhuǎn)動，在該情況下進行上錨纜的拆除和安裝。FPSO限位方案為艉部用3條拖船限位，假定水流流向為由北向南，常態(tài)下FPSO限位圖見圖2。

通常在天氣較好的狀況下拖船保持圖2所示的航向，拖船1與FPSO艏向的夾角為135°，拖船2與拖船1的夾角為45°，拖船3與拖船2的夾角45°。拖船1為主要受力拖船，拖船2為輔助受力拖船，F(xiàn)PSO在2條拖船的共同作用下保持艏向的穩(wěn)定，拖船3不提供拖力。在海況變差、流速變大的情況下，拖船2的航向向北偏移，加大功率，彌補拖船1拖力的不足，拖船2的布置主要解決海況變差拖船拖力不足的問題。南海海域經(jīng)常出現(xiàn)亂流，使水流的流向在短時間內(nèi)發(fā)生變化。當水流的流向迅速改變時，拖船1和拖船2不能及時改變航向，會造成FPSO艉部向北旋轉(zhuǎn)，故增加拖船3，當監(jiān)測到亂流時，拖船3的航向向南偏移，提供向南的拖力，防止FPSO艉部向北旋轉(zhuǎn)，此時拖船1不提供拖力，拖船2減小拖力或不提供拖力。

圖2 FPSO限位圖

為使FPSO的艏向保持穩(wěn)定，需3條拖船保持很好的協(xié)作，除了3艘拖船的船長以外，還要配備總指揮船長，由總指揮船長下達指令，合理地指揮各條拖船的操作。保持信息溝通暢通，及時進行各自拖船受力和水流情況的匯報是3艘拖船成功協(xié)作的根本。

2.2 FPSO限位受力分析

FPSO在受到外力的作用時，其單點浮筒會偏離設(shè)計中心，單點系泊錨纜受力的大小不同，給單點浮筒提供靜回復(fù)力；在外力作用消失后，單點浮筒會在靜回復(fù)力的作用下回到設(shè)計中心點，F(xiàn)PSO隨著單點的移動而移動。回復(fù)力FRr[1]為

式(1)中：Sw為水線面面積Crk為回復(fù)力系數(shù)。

在海況較好的情況下，保持FPSO與水流流向成45°角，該角度相對于FPSO橫流受到的水流力小很多，方便拖船保持FPSO艏向的穩(wěn)定。潛水作業(yè)需在較好的海況下進行，尤其是在空潛出入水的過程中受海面波浪的影響，潛水支持船（DSV1）的穩(wěn)定性直接影響潛水作業(yè)效率，DSV1靠泊FPSO進行潛水作業(yè)，F(xiàn)PSO與流向成45°角，使DSV1處在下流，F(xiàn)PSO迎流迎浪，降低水流、風(fēng)浪對DSV1的影響（見圖3）。

圖3 FPSO水流受力圖

假設(shè)水流對FPSO的作用力均勻分布，強度為P，不考慮回流等流體力的作用，同時FPSO橫流時的受力面積為SH，可求得FPSO橫流時受到的水流作用力FH為

由此可知，F(xiàn)PSO橫流時受到水流的作用力最大，為保證拖船限位的安全性及潛水施工的可操作性，控制FPSO與水流夾角在30°～60°，提高拖船限位FPSO艏向的穩(wěn)定性，準確的角度選擇需結(jié)合現(xiàn)場的實際天氣情況及需拆裝的錨纜的角度。

3 FPSO舊上錨纜的拆除

3.1 切割舊錨纜

切割舊錨纜示意見圖4。DSV1系纜靠泊于FPSO，潛水支持船（DSV2）動力定位（Dynamic Positioning，DP）于錨纜切割點附近，下放潛鐘和錨纜切割設(shè)備，潛水員將切割設(shè)備安裝于切割點處，連接切割設(shè)備的液壓管線。由于自身重力及海浪、水流等作用力的影響，錨纜受到很大的作用力，完成切割后會出現(xiàn)回縮繃彈等現(xiàn)象，存在誤傷潛水員的風(fēng)險。在切割設(shè)備安裝和管線連接完成后，潛水員撤離至安全區(qū)域。甲板操作工程師完成切割設(shè)備的調(diào)試，在無人遙控潛水器（Remotely Operated Vehicle，ROV）的監(jiān)控下完成錨纜的切割；金剛石繩自動化切割設(shè)備的應(yīng)用避免了錨纜誤傷潛水員[5]。

圖4 切割舊錨纜示意

3.2 拆除、棄置舊上錨纜

拆除舊上錨纜示意見圖5。DSV2完成舊錨纜的切割后，DSV1靠泊于FPSO，DSV1上的潛水員入水抵達單點浮筒處，懸掛好吊索具，拆除連接上錨纜與單點浮筒的插銷[6]。潛水員將DSV2的25t絞車的鋼絲繩直接牽引至單點浮筒處，16t絞車的鋼絲繩須先繞過懸掛點滑輪再牽引至單點浮筒處，25t絞車和16t絞車的鋼絲繩都通過U型卸扣固定于上錨纜的索接頭上。拆除錨纜與單點浮筒間的懸掛鎖具，16t絞車承受上錨纜的重力，調(diào)整FPSO的艏向，使DSV2上的25t絞車處于舊錨纜的路由上。圖5中，16t絞車的鋼絲繩勻速放松，25t絞車的鋼絲繩同速同步回收，將舊上錨纜的索接頭從單點浮筒處傳遞至DSV2下方，25t絞車承受舊上錨纜的重力，16t絞車不受力，DSV1的潛水員抵達上錨纜索接頭處，拆除16t絞車的鋼絲繩并回收至DSV2。

DSV2解纜進行舊上錨纜的棄置作業(yè)，單點系泊錨纜間的距離很近，加上新安裝的下錨纜，需將舊上錨纜從FPSO處拖至棄置地點，在棄置過程中存在錨纜相互纏繞的風(fēng)險。DSV2沿舊錨纜原路由將舊錨纜拖離FPSO至棄置地點，嚴格控制航行路線，避免出現(xiàn)錨纜相互纏繞的問題。

圖5 拆除舊上錨纜示意

4 新上錨纜的安裝

安裝新上錨纜示意見圖6。DSV2從舊錨纜棄置點返回至FPSO右舷，下放16t絞車的鋼絲繩；DSV1的潛水員牽引16t絞車的鋼絲繩穿過單點浮筒上的滑輪，并將16t絞車的鋼絲頭回收至DSV2甲板，將25t絞車和16t絞車的鋼絲繩分別固定在上錨纜索接頭的兩側(cè)。利用DSV2吊機將新上錨纜從滾筒上下放至船舶邊緣，下放25t絞車的鋼絲繩，收緊16t絞車的鋼絲繩，絞車的下放和回收及滾筒的下放等操作同速。新上錨纜在絞車鋼絲繩的引導(dǎo)下抵達單點浮筒底部，DSV1潛水員在單點浮筒底部懸掛吊索具，吊索具綁扎固定新上錨纜；收緊吊索具，直至承受新上錨纜的重力，拆除25t絞車和16t絞車的鋼絲繩并回收至DSV2甲板。DSV1下放上索接頭插銷及液壓安裝工具，調(diào)整實現(xiàn)上索接頭的對中，安裝插銷，完成新錨纜上索接頭的安裝，拆除綁扎在上錨纜上的吊索具。

DSV2解纜進行新上錨纜的鋪設(shè)，DSV2沿設(shè)計路由鋪設(shè)新上錨纜，新上錨纜的下端綁扎一個配重塊，整條上錨纜鋪設(shè)至海床靠近下錨鏈連接處，配重塊起到臨時穩(wěn)定上錨纜的作用，防止上錨纜因水流的作用而漂離作業(yè)點。下放張緊器，張緊上錨纜和下錨鏈至連接點處，在張緊到位的情況下，上錨纜下索接頭離開海床一定高度。在下錨鏈端部安裝浮袋并充氣，使得下錨鏈端部上??；用導(dǎo)鏈或吊帶牽引下錨鏈端部至上錨纜的下索接頭處，潛水員完成上錨纜與下錨鏈的連接，最終完成新上錨纜的安裝[7]。

圖6 安裝新上錨纜示意

為保證項目施工的連續(xù)性，施工步驟及單點系泊上錨纜的更換順序需根據(jù)海況做出合理的安排和調(diào)整，依次完成9條新上錨纜的安裝。

5 結(jié) 語

對FPSO在海上受到的水流、風(fēng)浪等作用力進行分析，結(jié)合現(xiàn)場海況制訂準確的FPSO限位方案，完成FPSO單點系泊舊錨纜的拆除和新上錨纜的安裝。該項目的成功實施，實現(xiàn)了FPSO限位不停產(chǎn)整體更換單點系統(tǒng)上錨纜，保證了海上油田的不停產(chǎn)作業(yè)，避免了FPSO解脫維修等操作，有效實現(xiàn)了降本增效。該單點系泊上錨纜整體更換技術(shù)適用于可潛水作業(yè)的海域，隨著海上FPSO的增加和FPSO服役年限的延長，該技術(shù)具有良好的推廣應(yīng)用前景。

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The Technology of FPSO Single Point Mooring Upper Wire Replacement

FU Fang-chao，GAO Yuan，GAO Chao，YANG Sheng
（COOEC Subsea Technology Co., Ltd., Shenzhen 518067, China）

Under the situation that the production of the Floating Production Storage and Offloading (FPSO) is not interrupted and the position of FPSO is confined by 3 tugs, the demolition and discard of the old upper wire and the installation of a new upper wire could be carried out on the basis that the current forces acting on the FPSO is simply analyzed and a proper positioning scheme is worked out. This paper explains in detail the application of the method for the project, and shows that the technique can realize the replacement of the upper wire in single point mooring state without interrupting of the FPSO and suspending of the oil field during the replacement.

floating production storage and offloading; single point mooring; upper wire; diving support vessel; non-stop production

TE58；TE977

B

2095-4069 (2017) 05-0077-05

10.14056/j.cnki.naoe.2017.05.015

2017-05-26

符方超，男，工程師，1986年生。2010年畢業(yè)于天津大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)從事海油工程水下結(jié)構(gòu)物安裝、維修和深水管道應(yīng)急救援研究工作。