可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)

董 璐， 朱為全， 高 巍

(北京高泰深海技術(shù)有限公司，北京 102029)

0 引 言

單點系泊目前是浮式生產(chǎn)儲油輪(FPSO)最常用的系泊方式之一。1952年11月，美國人Laurent H. J Brackx申請為海上船只和水上飛機進行系泊和加油的設(shè)施的專利，該專利以浮筒作為系泊裝置，是單點系泊系統(tǒng)的開端。1956年12月，Erwin S. Griebe在紐約申請的單點系統(tǒng)專利第一次在浮筒中包含了月池結(jié)構(gòu)，成為懸鏈腿錨泊系統(tǒng)(catenary anchor leg mooring，CALM)的開端。1959年，IMODCO公司設(shè)計了第一套為瑞典軍方服務(wù)的CALM系統(tǒng)，真正將單點系泊系統(tǒng)投入實際工程(見圖1)。

懸鏈腿錨泊系統(tǒng)的形式為一個浮筒用多根錨鏈錨泊于海底，F(xiàn)PSO或者卸油油輪通過系泊大纜系泊于浮筒上面的轉(zhuǎn)臺，可繞浮筒做360°旋轉(zhuǎn)。CALM從早期的滾輪軌道式CALM(bogey wheel CALM)到后來應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)臺式CALM(turntable CALM)(見圖2)和轉(zhuǎn)塔式CALM(turret type CALM)，其適用水深范圍不斷增大，能力不斷提高，是目前應(yīng)用最廣泛的單點系統(tǒng)。

1977年，世界上第一艘FPSO采用單系泊腿定位，立管為剛性立管。

圖1 單錨腿鋼臂系泊系統(tǒng)Fig.1 SALM

圖2 轉(zhuǎn)臺式CALMFig.2 Turntable CALM

圖3 單點系泊系統(tǒng)的分類Fig.3 Classification of single point mooring systems

1972年，SBM公司成功研制出了世界上第一套通過軟桅連接的單點浮筒系泊(single buoy storage， SBM)系統(tǒng)，并陸續(xù)成功研制出了單錨腿儲運系統(tǒng)(single anchor leg system, SALS)和外轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)(external turret SPM system)。1985年，SBM公司在一艘14萬噸的浮式儲油輪的船尾安裝了一個外轉(zhuǎn)塔，正式將轉(zhuǎn)塔系泊這一概念應(yīng)用于實際。1986年，SBM公司進一步完善可解脫單點系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于澳大利亞西北海岸的Jabiru油田開發(fā)中。

圖1為單錨腿鋼臂系泊系統(tǒng)。圖2為轉(zhuǎn)臺式CALM。圖3為單點系泊系統(tǒng)的分類。

轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)通常由轉(zhuǎn)塔、液體傳輸系統(tǒng)、轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)或轉(zhuǎn)臺以及連接系統(tǒng)四個部分組成。轉(zhuǎn)塔既是FPSO的系泊點，也是立管和其他線纜系統(tǒng)經(jīng)海底井口到達船體甲板的通道。它與甲板設(shè)施相對固定，保證在惡劣海況下FPSO與水下井口保持聯(lián)系，轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)是單點系泊技術(shù)的核心。

與其他眾多系泊方式相比，轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

(1) 結(jié)構(gòu)緊湊簡單。

(2) 受波浪載荷影響小，適用于惡劣海況條件。

(3) 適用水深范圍較廣。

(4) 具有快速的解脫和回接功能，便于維修。

按轉(zhuǎn)塔所處位置的差異，轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)可分為外轉(zhuǎn)塔式(external turret，ET)和內(nèi)轉(zhuǎn)塔式(internal turret，IT)。

1 外轉(zhuǎn)塔單點系泊系統(tǒng)

可解脫立管式外轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)(external dis-connectable riser turret mooring system，RTM)，最早出現(xiàn)于1986年，主要由外伸轉(zhuǎn)塔、鉸接頭連接器、圓柱形系泊立管、系泊鏈、萬向接頭、旋轉(zhuǎn)接頭及機械連接裝置組成(見圖4)。RTM制造簡單，安裝方便，具備解脫和回接能力，適用于環(huán)境條件較為溫和的海域，主要劣勢是整個立管和系泊系統(tǒng)在解脫后，立柱系統(tǒng)浮力較大并浮于水面，受波浪的影響較大，回接作業(yè)存在風(fēng)險。

(a) (b) (c)

目前現(xiàn)役的外轉(zhuǎn)塔類型多為永久式懸臂外轉(zhuǎn)塔(external cantilever turret，ECT)(見圖5)，其主要特征是在船首安裝旋轉(zhuǎn)軸承和轉(zhuǎn)塔的外伸懸臂鋼結(jié)構(gòu)，該懸臂支撐轉(zhuǎn)塔及滑環(huán)組結(jié)構(gòu)使其遠離水面。

圖5 懸臂式外轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)

ECT一般安裝在船首外側(cè)，船體整體改造量小，船體艙容不受影響。轉(zhuǎn)塔可單獨建造并與船體懸臂梁結(jié)構(gòu)總成，最終與FPSO船體一同進行安裝，工期有優(yōu)勢。轉(zhuǎn)塔檢修、維護方便。但外伸懸臂結(jié)構(gòu)一般較長，同時轉(zhuǎn)塔位于水面之上使得柔性立管和臍帶系統(tǒng)與轉(zhuǎn)塔連接位置容易腐蝕并受波浪的影響較大。一般認為，ECT主要適用于淺海油田以及中等以下海況的作業(yè)區(qū)。

目前世界上最大的外轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)是由SOFEC公司設(shè)計建造的Fluminense FPSO懸臂式外轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)，它于2003年8月部署在巴西坎普斯灣的Bijupira and Salema油田，連接18根立管和臍帶系統(tǒng)，采用聚酯纜張緊式系泊系統(tǒng)進行系泊定位。

2 內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系泊系統(tǒng)

在FPSO的單點系統(tǒng)中，內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛。內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)一般布置在船首或近船首的船中位置，轉(zhuǎn)塔直徑可根據(jù)船體能力和開發(fā)要求進行設(shè)計。內(nèi)轉(zhuǎn)塔以整體集成形式嵌入船體中，立管系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備可以得到很好的保護。內(nèi)轉(zhuǎn)塔的存在對船體結(jié)構(gòu)造成了影響，同時也減少了艙容。內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊FPSO的“風(fēng)標效應(yīng)”效果受內(nèi)轉(zhuǎn)塔在船上的相對位置的制約，在環(huán)境條件惡劣的海域部署的內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)一般位于FPSO近船中位置并通過動力定位系統(tǒng)改善風(fēng)標效應(yīng)。

內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)一般適用于中等到惡劣海況區(qū)以及深水區(qū)，多見于北海和中國南海。內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)一般可分為永久式內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)和可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)兩大類。

2.1 永久內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)

用于海上油田生產(chǎn)和儲存原油的FPSO，在作業(yè)年限內(nèi)極少離開作業(yè)油田。為保證開發(fā)作業(yè)的連續(xù)性，減少停產(chǎn)損失，油田作業(yè)者通常希望FPSO在作業(yè)年限內(nèi)持續(xù)作業(yè)，永久內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)應(yīng)運而生。永久內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)(見圖6)大多采用百年一遇乃至于更高的海況(萬年一遇)作為設(shè)計工況，以便系泊系統(tǒng)、船體強度以及立管系統(tǒng)即使在最惡劣海況下也能保證安全，從而保證FPSO在絕大多數(shù)工況下具有正常的作業(yè)能力。

圖6 內(nèi)轉(zhuǎn)塔永久系泊系統(tǒng)[1]Fig.6 Permanent internal turret mooring system

永久內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)按照風(fēng)標效應(yīng)效果的不同，可分為順應(yīng)式內(nèi)轉(zhuǎn)塔(internal passive turret，IPT)和主動式內(nèi)轉(zhuǎn)塔(internal active turret，IAT)，兩者的最大區(qū)別在于旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置。IPT液體傳輸系統(tǒng)為多通道液體滑環(huán)，轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動不受約束。IAT裝備液壓裝置可以在緊急情況下鎖住單點，避免轉(zhuǎn)動。

目前世界上最大的永久內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)為2007年應(yīng)用在巴西坎普斯灣Marlim Leste油田的FPSO，該單點接納柔性立管數(shù)量為75根，采用9根系泊纜實現(xiàn)系泊定位。

2.2 可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)

可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)具有快速的解脫與回接功能。在極端惡劣條件下，F(xiàn)PSO可以迅速解脫以規(guī)避危險海況，一般用于惡劣環(huán)境、季節(jié)性颶風(fēng)區(qū)和冰區(qū)油氣田開發(fā)。可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)多采用浮筒內(nèi)轉(zhuǎn)塔的形式，允許整個系泊系統(tǒng)先在海上與浮筒連接安裝，F(xiàn)PSO就位后提升浮筒。FPSO建造-改裝與系泊系統(tǒng)、立管鋪設(shè)同時進行，系泊系統(tǒng)與立管系統(tǒng)整體回接FPSO，從而縮短了項目投產(chǎn)時間。

為了不影響FPSO在工作年限內(nèi)的正常作業(yè)，近年來所使用的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)也逐漸采用百年一遇海況乃至更高海況條件進行不解脫設(shè)計，從而使得可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)具備臺風(fēng)不解脫的能力。2002年7月投產(chǎn)的“南海奮進號”、2003年7月投產(chǎn)的“海洋石油111號”以及2014年8月投產(chǎn)的“海洋石油118號”，均采用了此種設(shè)計理念。

目前常見的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)主要有三種，浮筒式轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)(buoyant turret mooring, BTM)(見圖7)、沉沒式轉(zhuǎn)塔裝卸系統(tǒng)(submerged turret loading system, STL)和沉沒式轉(zhuǎn)塔生產(chǎn)系統(tǒng)(submerged turret loading production, STP)。

圖7 浮筒式轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)[1]

BTM由一個嵌入船首船體內(nèi)部的內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)和一個蝶形系泊浮筒組成，兩者通過連接器連接。浮筒包括浮筒本體和系鏈臺(chain table)，浮筒提供足夠的浮力以承受系泊腿和立管的垂向重量。系泊纜上端連接系鏈臺，通過軸承傳遞載荷至系泊浮筒。當FPSO解脫時，連接器也解脫，浮筒由于系泊纜的垂向作用自然下沉至水面以下遠離波浪主要能量范圍的位置，以規(guī)避惡劣海況的影響。通常解脫后的浮筒連接浮標標記，回接作業(yè)時FPSO就位于浮筒上方，通過絞車經(jīng)內(nèi)轉(zhuǎn)塔通道將浮筒拉起并與連接裝置鎖緊，從而完成浮筒回接作業(yè)。裝備沉沒式轉(zhuǎn)塔生產(chǎn)系統(tǒng)的FPSO如圖8所示。BTM出現(xiàn)較早，其管匯、液體旋轉(zhuǎn)接頭和其他關(guān)鍵性部件均位于船體甲板之上，便于維護；轉(zhuǎn)塔的安裝總成可在船塢內(nèi)進行，以減少海上現(xiàn)場安裝工作量。BTM的缺點是浮筒外露于FPSO船體外，位于船底下方，使得其在惡劣海況下受力較大，對單點軸承、船體改裝設(shè)計有一定的挑戰(zhàn)。

圖8 裝備沉沒式轉(zhuǎn)塔生產(chǎn)系統(tǒng)的FPSO(源自APL)[7]

STP由STL發(fā)展而來，1997年首次安裝在中國陸豐22-1油田部署的FPSO上。它是STL轉(zhuǎn)塔、系泊與多功能旋轉(zhuǎn)接頭相結(jié)合的產(chǎn)物，總成了系泊系統(tǒng)、轉(zhuǎn)塔裝置與旋轉(zhuǎn)接頭，其中旋轉(zhuǎn)接頭是STP系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它由液體滑環(huán)、電滑環(huán)、液壓控制接頭和電信號接頭自下而上搭接而成，是井口油、水、氣、信號和電力與船系統(tǒng)連接的唯一通道。

STP的主要特點有：

(1) 適用水深范圍較廣。

(2) 操作性能好，易于檢修、維護。STP系泊系統(tǒng)的操作包含清管器的接收、液壓系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)和原油滑環(huán)的清洗。系統(tǒng)操作除了故障時需人工控制外，多為自動控制或設(shè)有固定操作平臺；STP系泊系統(tǒng)的浮筒和轉(zhuǎn)塔均嵌入船體，能得到很好的保護，也便于檢修、維護。

(3) 結(jié)構(gòu)簡單緊湊。STP系泊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸為被動旋轉(zhuǎn)，無需驅(qū)動裝置，該設(shè)計可更好地簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化布置；另外浮筒的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸均為標準化設(shè)計。

(4) 立管和臍帶系統(tǒng)所占的空間及數(shù)量可調(diào)節(jié)。

(5) 船體改裝簡易，結(jié)構(gòu)影響小，且改裝時間短、成本低。

STP具有布局緊湊、結(jié)構(gòu)簡單靈活的特點，適用于深水、淺水、浮冰區(qū)及需要快速解脫的作業(yè)環(huán)境，近年來得到了廣泛應(yīng)用，尤其在中國，至2014年，已有6個STP在南海服役。但STP系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)接頭位于船體內(nèi)，在受到良好保護的同時也限制了滑環(huán)堆的大小，因而一般只適用于中小油田生產(chǎn)。

3 全球單點系統(tǒng)的主要供應(yīng)商及主要可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)

全球的轉(zhuǎn)塔設(shè)計機構(gòu)有SBM、 APL(母公司為NOV)、SOFEC(母公司為MODEC)、LMC(London Marine Consultants)、Teekay、 Bluewater等公司。2003—2018年，在全球深水領(lǐng)域FPSO轉(zhuǎn)塔設(shè)計合同份額中，SBM、 NOV和MODEC三家公司共占據(jù)了市場份額的77%，其中SBM公司占比31%，NOV公司占比27%，MODEC公司占比19%，如圖9所示。以上這三家企業(yè)均擁有轉(zhuǎn)塔設(shè)計專利，表1對這三家公司的轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)特點進行了對比分析。

圖9 FPSO轉(zhuǎn)塔市場份額[3]Fig.9 FPSO turret market share

表1 主要國外品牌FPSO轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)特點分析Tab.1 Analysis of FPSO turret system characteristics of major foreign brands

3.1 APL公司的STP

整個STP系泊系統(tǒng)分為兩個主要部分，如圖10所示。

圖10 STP系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布[7]Fig.10 Structure distribution of STP mooring system

(1) 水下系統(tǒng)： 主要由轉(zhuǎn)塔浮筒、系泊錨鏈鋼纜、立管系統(tǒng)等組成，并將STP與海底連接。

(2) 船上系統(tǒng)： 由安裝于FPSO上的滑環(huán)堆總成、接頭、提升裝置、液壓鎖緊裝置等用于操作控制STP的部分組成。轉(zhuǎn)塔部分的構(gòu)成如圖11所示，包括信號滑環(huán)單元、液壓旋轉(zhuǎn)軸、電滑環(huán)單元、加工處理軸等部分組成。

圖11 STP轉(zhuǎn)塔構(gòu)成[7]Fig.11 STP turret composition

3.2 SBM公司的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)

圖12所示為2003年SBM公司為加拿大紐芬蘭海域的White Rose設(shè)計的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)，該系統(tǒng)連接12根立管，可適應(yīng)有義波高15.5 m，譜峰周期12～16 s的海況。與STP相比，SBM公司的水下浮筒旋轉(zhuǎn)軸部分相對較高。該系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)由位于船體甲板上的滑環(huán)堆及附屬設(shè)備(包括滑環(huán)組、支撐架、配管甲板)、轉(zhuǎn)塔艙(上端軸承、彈性支撐、浮筒接收器等)和水下浮筒組成。

(a)

(b)

2016年9月，服役于美國墨西哥灣Stone油田的Turritella FPSO服役水深為2 900 m，是目前世界上服役水深最深的浮式生產(chǎn)平臺。該FPSO采用SBM公司的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)(見圖13)，浮筒直徑為25 m，高25 m重3 150噸，是目前世界上最大的可解脫浮筒，如圖13所示。

圖13 SBM公司研制的Turritella FPSO可解脫單點系統(tǒng)[5]Fig.13 Turritella FPSO with disconnectable IT mooring system developed by SBM

3.3 SOFEC公司的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)

SOFEC公司研制的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)相比STP，其轉(zhuǎn)塔的體積較大，在FPSO甲板以上有四層甲板用于布置滑環(huán)堆、井控設(shè)備以及其他控制設(shè)備。從結(jié)構(gòu)強度來看，其比STP和SBM公司研制的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)更強一些。它的基本構(gòu)造如圖14所示。

圖14 SOFEC公司研制的可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)組成[1]Fig.14 Composition of disconnectable IT mooring system developed by SOFEC

4 世界范圍內(nèi)FPSO分布特點與關(guān)鍵技術(shù)

4.1 世界范圍內(nèi)FPSO分布特點

本文統(tǒng)計了當前處于服役狀態(tài)的160余艘FPSO開發(fā)油田的儲量及對應(yīng)噸位情況，便于從整體上考察當前FPSO的應(yīng)用情況[3，4]。

(1) 使用FPSO進行開發(fā)的油田規(guī)模涵蓋了大、中、小三種，體現(xiàn)出FPSO具有非常良好的適應(yīng)性，能夠完成不同儲量的油田開發(fā)需求。

(2) 當前使用FPSO進行開發(fā)的油田規(guī)模以中、小型為主，這跟海上油田勘探發(fā)現(xiàn)的特點有關(guān)，大型特大型的整裝油田發(fā)現(xiàn)比較少。

(3) 油田儲量規(guī)模在一定程度上決定了FPSO的噸位情況，小于15萬噸的FPSO能夠適應(yīng)中、小油田的開發(fā)要求，中、大型油田開發(fā)則需要25萬噸以上的FPSO。

(a)

(b)圖15(a)FPSO服役油田規(guī)模分布(b)FPSO噸位與油田規(guī)模的關(guān)系(下)[3，4]Fig.15 (a) FPSO seroiced oil field reserve distribution (b) Relationship between FPSO’s DWT and field reserve

與前面所述油田規(guī)模相對應(yīng)的是當前FPSO噸位以15萬噸以下為主，數(shù)量占總數(shù)的50%。大型FPSO占總數(shù)的20%。從具體噸位來看，主要集中在10萬～15萬噸和25萬～30萬噸(見圖16)。

具體到各個海區(qū)FPSO的應(yīng)用情況如下：

(1) 西非、巴西、亞太、北海是當前最主要的FPSO應(yīng)用區(qū)域，基本上各占據(jù)總數(shù)的1/4。受多方面因素影響，墨西哥灣尤其是美國墨西哥灣，F(xiàn)PSO應(yīng)用得較少，但近年來取得了突破。

(2) 從應(yīng)用FPSO的油田儲量來看，北海、亞太以中、小型油田為主，相應(yīng)的，F(xiàn)PSO噸位也以15萬噸為主；巴西、西非近年來發(fā)現(xiàn)了多個大型油田，應(yīng)用FPSO進行開發(fā)的油田儲量以大、中型為主，相應(yīng)FPSO噸位也以大型為主。

(3) 從FPSO類型來看，北海以新造FPSO為主，巴西以改造FPSO為主，其他地區(qū)新建FPSO與改造FPSO均有應(yīng)用，這除了與油田開發(fā)方案有關(guān)以外，更多地取決于當?shù)氐沫h(huán)境條件。

如圖17所示本文比較了6個典型海區(qū)的環(huán)境條件與對應(yīng)FPSO部署特點。

圖16 FPSO噸位分布[3]Fig.16 Distribution of FPSO’s DWT

圖17 FPSO主要應(yīng)用海域環(huán)境特點與對應(yīng)FPSO部署特點

(1) 北海，尤其是臨近北大西洋的海域環(huán)境條件非常惡劣，F(xiàn)PSO須采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔形式來實現(xiàn)風(fēng)向標效應(yīng)。為了更好地傳遞系泊載荷，內(nèi)轉(zhuǎn)塔通常位于結(jié)構(gòu)較強的船中附近，一般可配以動力定位系統(tǒng)來更好地實現(xiàn)風(fēng)向標效果。這要求FPSO根據(jù)環(huán)境條件要求、內(nèi)轉(zhuǎn)塔位置要求進行針對性的設(shè)計。該海域的FPSO絕大多數(shù)為新建可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔FPSO。

(2) 墨西哥灣南部環(huán)境較為溫和，且以淺水油田為主，這里應(yīng)用的FPSO多為外轉(zhuǎn)塔改裝FPSO。一方面美國墨西哥灣沿岸環(huán)境惡劣，該海域開發(fā)程度較高，對于FPSO的需求較低。另一方面由于FPSO在一定時間內(nèi)會存儲大量易燃易爆品，并與人同處一艘船，因此相關(guān)監(jiān)管部門對于FPSO的安全性存在一定的疑慮。近年來，F(xiàn)PSO在美國墨西哥灣的應(yīng)用取得了突破。2012年，BW FPSO在此部署，其形式為內(nèi)轉(zhuǎn)塔油輪改裝的FPSO。為了滿足相關(guān)安全要求，該FPSO為可解脫式，這也將是FPSO在美國墨西哥灣應(yīng)用的趨勢。

(3) 巴西海域環(huán)境溫和，溫和的環(huán)境條件對于系泊系統(tǒng)和船體結(jié)構(gòu)要求不高，這里應(yīng)用的FPSO以油輪改造為主，多采用散布式系泊與外轉(zhuǎn)塔系泊。

(4) 西非的情況與巴西沿岸類似，不同的是該海域有涌浪環(huán)境的存在，該海域的FPSO既有油輪改造的，也有一定數(shù)量新建的，多采用散布式系泊。

(5) 中國南海北部環(huán)境惡劣，常有臺風(fēng)過境，油田生產(chǎn)時間較長，以15萬噸級的新造FPSO為主，一般為能夠抵抗極端環(huán)境的不可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔FPSO，但隨著近年來極端臺風(fēng)的增多，新投產(chǎn)的FPSO多具備快速解脫裝置，一方面在一般極端環(huán)境下能保證不停產(chǎn)，另一方面在特別極端環(huán)境來臨時能解脫，以保證安全。

(6) 亞太其他地區(qū)環(huán)境條件都較為溫和，故多應(yīng)用外轉(zhuǎn)塔、內(nèi)轉(zhuǎn)塔油輪改造FPSO。

4.2 中國部署的FPSO情況

中國是FPSO的應(yīng)用大國，中海油現(xiàn)擁有17艘FPSO，在今后南海油氣田開發(fā)過程中，F(xiàn)PSO是不可缺乏的開發(fā)模式，但是在FPSO單點技術(shù)方面，國內(nèi)企業(yè)的研究仍處于前期。單點的設(shè)計和制造能力基本都掌握在SBM、 NOV、 SOFEC、 Bluewater等國外企業(yè)手中。由于技術(shù)壁壘較高，并已形成品牌和案例效應(yīng)，因此這些公司已經(jīng)形成了單點市場的寡頭壟斷。

突破單點設(shè)計技術(shù)，開展單點系統(tǒng)深化研究，最終實現(xiàn)單點產(chǎn)品國產(chǎn)化是中國南海開發(fā)的迫切需要。單點系統(tǒng)具有高科技、高投資、高風(fēng)險、高回報的特點。如大型單點投資額度高達數(shù)億美元，經(jīng)濟效益巨大。掌握單點技術(shù)和國產(chǎn)化是實現(xiàn)“降本增效”的有效途徑，也是國內(nèi)企業(yè)步入國際FPSO總包項目的必要條件。

FPSO是我國南海的油田開發(fā)中主流的生產(chǎn)方式。目前，中海油擁有世界上最大的FPSO船隊?！安澈Ｓ颜x號”是我國自己建造的第一艘FPSO,于1989年投產(chǎn)，用于開發(fā)渤海灣BZ(渤中)28-1油田。緊隨著“渤海長青號”“渤海明珠號”“渤海世紀號”“海洋石油112”和“海洋石油113”相繼在渤海灣投入使用。中海油FPSO的布署基本情況如表2所示。目前，我國在南海部署(包括部署過及計劃部署)的FPSO全部為內(nèi)轉(zhuǎn)塔FPSO，其中絕大多數(shù)是新建的，可解脫單點系統(tǒng)全部為APL公司(現(xiàn)NOV公司)的產(chǎn)品。

表2 我國境內(nèi)現(xiàn)有FPSO統(tǒng)計

4.3 內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與國產(chǎn)化

內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)如圖18所示，主要包括立管設(shè)計分析、轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)設(shè)計、液體滑環(huán)設(shè)計、主軸承設(shè)計、單點系統(tǒng)建造集成。立管設(shè)計分析須根據(jù)油田生產(chǎn)要求以及總體開發(fā)要求進行布置和設(shè)計。轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)系泊系統(tǒng)、船體特點、油田生產(chǎn)要求進行總體布置設(shè)計、設(shè)備選型、單點結(jié)構(gòu)分析和龍門結(jié)構(gòu)分析等，并將設(shè)計載荷提供給滑環(huán)供應(yīng)商和軸承供應(yīng)商?；h(huán)與軸承供應(yīng)商應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求進行產(chǎn)品設(shè)計。

滑環(huán)系統(tǒng)特別是液體滑環(huán)系統(tǒng)是單點系統(tǒng)的最核心部件。液體滑環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)與檢測技術(shù)。最核心的技術(shù)是動密封技術(shù)、驅(qū)動抗傾覆技術(shù)與智能檢測技術(shù)。

圖18 內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)Fig.18 key technology of sigle point system of IT

圖19 液滑環(huán)關(guān)鍵技術(shù)

北京高泰公司在內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域深耕多年，基本掌握了單點總體設(shè)計、單點系泊系統(tǒng)設(shè)計、單點系統(tǒng)載荷設(shè)計技術(shù)，通過恩平FPSO單點系統(tǒng)基本設(shè)計、參與文萊CALM單點的EPCI總包以及相關(guān)科研項目，積累了一定的單點工程經(jīng)驗，并初步打通了可靠的單點系統(tǒng)上下游產(chǎn)品供應(yīng)鏈。

在關(guān)鍵設(shè)備領(lǐng)域，國內(nèi)液滑環(huán)制造商已經(jīng)能夠完成相關(guān)設(shè)計工作，在制造方面與檢測方面均能夠達到設(shè)計要求，但還缺乏相關(guān)試驗的驗證。國內(nèi)頂尖的軸承廠商具備世界級的設(shè)計制造能力，在單點軸承領(lǐng)域，國內(nèi)廠商完全能夠滿足要求。

目前，內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)(包括可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng))具備了初步的國產(chǎn)化能力，系統(tǒng)總成、建造與試驗是未來內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)國產(chǎn)化的最大挑戰(zhàn)。

5 結(jié) 語

目前，世界范圍內(nèi)單點系統(tǒng)還處于專利技術(shù)壟斷的階段。中國境內(nèi)部署的FPSO數(shù)量位居世界第四，而這些處于運行狀態(tài)的FPSO上所安裝的單點系統(tǒng)均為國外產(chǎn)品。作為FPSO建設(shè)工程中附加值最高的產(chǎn)品，單點系統(tǒng)無疑是體現(xiàn)一個國家海洋工程制造業(yè)水平的尖端產(chǎn)品。單點系統(tǒng)的國產(chǎn)化是建設(shè)海洋強國，保證國家能源安全，提高國內(nèi)海洋工程制造業(yè)水平所需要重點研發(fā)和攻關(guān)的產(chǎn)品。

可喜的是，目前國內(nèi)在液滑環(huán)、小直徑液體滑環(huán)、軸承產(chǎn)品以及CALM總裝上已經(jīng)取得了部分突破，在內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)能夠達到基本設(shè)計深度，國內(nèi)相關(guān)配套廠商的產(chǎn)品在技術(shù)指標上已經(jīng)能夠滿足要求。相信未來單點系統(tǒng)的國產(chǎn)化、大型化一定能夠取得突破，更好地支撐國內(nèi)海洋油氣和海洋工程行業(yè)的發(fā)展。