深水浮式生產(chǎn)平臺標(biāo)準(zhǔn)體系

譚 越，鄭 輝，吳 煒

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引 言

中華人民共和國工業(yè)和信息化部等八部委聯(lián)合印發(fā)的《海洋工程裝備制造業(yè)持續(xù)健康發(fā)展行動計(jì)劃(2017-2020年)》提出“海上油氣生產(chǎn)平臺等高端產(chǎn)品國際競爭力明顯提高”的目標(biāo)，在重點(diǎn)任務(wù)中明確指出“突破深水半潛式等生產(chǎn)平臺設(shè)計(jì)建造核心關(guān)鍵技術(shù)”，要求“推動建立覆蓋產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量管理體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系”。

深水浮式生產(chǎn)平臺是海上油氣田開發(fā)從淺水走向深水的產(chǎn)物，從20世紀(jì)70年代開始，國外通過技術(shù)研發(fā)，掌握相關(guān)技術(shù)并形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。國內(nèi)對浮式生產(chǎn)平臺的研究起步較晚，在標(biāo)準(zhǔn)編制和應(yīng)用方面基本上直接采用國外標(biāo)準(zhǔn)。通過近20 a的積累，在對比分析國外標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上，應(yīng)加速建立自主的標(biāo)準(zhǔn)體系。

深水浮式生產(chǎn)平臺標(biāo)準(zhǔn)體系包括工程技術(shù)和裝備等方面，以深水和設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為重點(diǎn)，即主要針對深水浮式生產(chǎn)平臺設(shè)計(jì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，較少涉及建造、安裝、監(jiān)測等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也未考慮一些在常規(guī)海域和深水中使用無明顯差別的方面。

1 浮式生產(chǎn)平臺簡介

根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、功能適應(yīng)性，目前半潛式生產(chǎn)平臺(Semi-Submersible Floating Production System，Semi-FPS)、張力腿平臺(Tension Leg Platform，TLP)、深吃水立柱式平臺(Spar)等形式已經(jīng)廣泛應(yīng)用于深水油氣田開發(fā)[1]。

Semi-FPS，又稱立柱穩(wěn)定式平臺，是浮式生產(chǎn)平臺中應(yīng)用數(shù)量較多的類型，一般由上部組塊、立柱和下體或浮箱組成，在平臺上設(shè)置鉆修井機(jī)械設(shè)備。Semi-FPS在波浪上的運(yùn)動響應(yīng)較小，與水下生產(chǎn)系統(tǒng)形成濕式采油的工程模式?，F(xiàn)有的Semi-FPS一半以上為改裝，其余為新建，我國的海洋工程裝備企業(yè)具有較豐富的Semi-FPS建造經(jīng)驗(yàn)[2]。

TLP是海洋石油工業(yè)在從近海向深海發(fā)展過程中產(chǎn)生的一種順應(yīng)式結(jié)構(gòu)，平臺本體與Semi-FPS類似，通過張力腿將浮于海面的平臺與海底的錨系連接起來，因此平臺運(yùn)動較Semi-FPS小。TLP可采用干式采油樹，但對上部重量非常敏感，且張力腿費(fèi)用較高，應(yīng)用水深也受到限制[3]。

Spar廣泛應(yīng)用于深水油氣田[4]，通過底部壓載使浮心高于重心，形成不倒翁的性能，對上部重量敏感性相對較小，垂向運(yùn)動較TLP大，但與Semi-FPS相比仍較小，可支持干式采油樹。由于主體浮筒結(jié)構(gòu)較長，需要特有的平躺制造等，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要對建造、運(yùn)輸和安裝方案進(jìn)行詳細(xì)論證。

現(xiàn)階段應(yīng)用或曾開展浮式生產(chǎn)平臺設(shè)計(jì)的工程包括流花11-1油田、流花16-2/20-2油田和陵水17-2氣田開發(fā)項(xiàng)目。1995年，我國南海挑戰(zhàn)號Semi-FPS在流花11-1油田投產(chǎn)，至今已經(jīng)安全運(yùn)營20余年。南海挑戰(zhàn)號由鉆井平臺改造而成，主要提供鉆修井服務(wù)和電力支持，其成功應(yīng)用為Semi-FPS提供較好的工程示范，積累寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。流花16-2/20-2油田開發(fā)在前期研究階段曾針對TLP開展前端工程設(shè)計(jì)(Front End Engineering Design,FEED)；陵水17-2項(xiàng)目將推出新建的Semi-FPS[5]，目前已完成詳細(xì)設(shè)計(jì)。

針對南海深水油氣田開發(fā)選擇何種浮式生產(chǎn)平臺，在技術(shù)上需要綜合考慮油田可依托的設(shè)施和未來的開發(fā)方式、采油方式、技術(shù)與裝備、施工建造和海上安裝能力等一系列問題。國內(nèi)目前僅有Semi-FPS得到實(shí)際應(yīng)用，對于建造能力而言，我國也僅有半潛式平臺的建造經(jīng)驗(yàn)，因此對標(biāo)準(zhǔn)體系的梳理也以Semi-FPS為重點(diǎn)。

2 標(biāo)準(zhǔn)體系梳理

2.1 國際標(biāo)準(zhǔn)

海上結(jié)構(gòu)物在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)中具有較為完備的體系[6]，由石油、石化和天然氣工業(yè)用材料、設(shè)備和海上結(jié)構(gòu)物技術(shù)委員會(ISO/TC 67 Materials,Equipment and Offshore Structures for Petroleum,Petrochemical and Natural Gas Industries)下的海上結(jié)構(gòu)物(SC 7 Offshore Structures)分委會制訂和發(fā)布，如表1所示。

表1 浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)ISO標(biāo)準(zhǔn)

ISO/TC 67/SC 7的第五工作組(WG 5 Floating Systems)[7]負(fù)責(zé)與浮體和深水工程技術(shù)密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)ISO 19901-7，目前該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)正在修訂過程中。

2.2 國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)

美國石油協(xié)會(API)由油田設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化委員會(Committee on Standardization of Oilfield Equipment and Materials)下的海上結(jié)構(gòu)物分委會(SC 2 Subcommittee on Offshore Structures)負(fù)責(zé)制修訂海上平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[8]，包括：(1)海上結(jié)構(gòu)物；(2)海上建造材料；(3)海上起重機(jī)；(4)定位和系泊；(5)無損檢測。

API海上結(jié)構(gòu)物分委會有大約30項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，包括推薦作法、規(guī)范、技術(shù)報(bào)告等類型[9]，浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[10]如表2所示。

表2 浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)API標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 挪威石油標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)

挪威石油標(biāo)準(zhǔn)化組織(NORSOK)標(biāo)準(zhǔn)以國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，增加滿足挪威石油工業(yè)要求的條款，一個重要的特點(diǎn)是非常注意健康、安全、環(huán)保。

NORSOK 標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面廣，但數(shù)量并不多，現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)約70 余項(xiàng)，按照A ～Z 的編號進(jìn)行分類[11]，與浮式生產(chǎn)平臺直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是N-Structural部分，如表3所示。NORSOK標(biāo)準(zhǔn)清楚、精煉，提綱挈領(lǐng)，與其他標(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量不斷增加不同，NORSOK標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量正在逐漸減少。

表3 浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)NORSOK標(biāo)準(zhǔn)

2.3 外國船級社標(biāo)準(zhǔn)

船級社是建立和維護(hù)海洋工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要機(jī)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)體系由公約、法規(guī)、規(guī)則、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、指南等共同構(gòu)成。船級社根據(jù)入級和檢驗(yàn)業(yè)務(wù)的需要制訂相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，平臺是否入級，由船舶所有人根據(jù)需要決定。若平臺選擇某船級社，則需要滿足該船級社標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。船級社依據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)體系，對設(shè)計(jì)進(jìn)行審查[12]。

2.3.1 挪威船級社標(biāo)準(zhǔn)

挪威船級社(DNV)以海洋工程技術(shù)精深見長，早在北海發(fā)現(xiàn)石油的時(shí)候，就作為挪威政府和和石油公司的顧問并發(fā)揮重要作用。DNV可提供海上設(shè)施入級服務(wù)，浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[13]如表4所示。

表4 浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)DNV標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2 美國船級社標(biāo)準(zhǔn)

美國船級社(ABS)具有豐富的浮式生產(chǎn)裝置(Floating Production Installation，F(xiàn)PI)入級和設(shè)計(jì)審查經(jīng)驗(yàn)。南海流花16-2/20-2 TLP和陵水17-2 Semi-FPS的FEED由ABS進(jìn)行第三方審核[14]。ABS標(biāo)準(zhǔn)體系由超過200項(xiàng)規(guī)范、指南和注釋組成，浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

表5 浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)ABS標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表5 浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)ABS標(biāo)準(zhǔn)

2.3.3 法國船級社標(biāo)準(zhǔn)

法國船級社(BV)業(yè)務(wù)廣泛，超過140項(xiàng)技術(shù)構(gòu)成BV標(biāo)準(zhǔn)體系，包括6項(xiàng)主要入級規(guī)范、其他規(guī)范及其注釋、指南注釋，標(biāo)準(zhǔn)具有較高的集成度[15]，浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。

表6 浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)BV標(biāo)準(zhǔn)

2.4 國家標(biāo)準(zhǔn)

我國在浮式生產(chǎn)平臺標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)上還處于構(gòu)建階段。

浮式生產(chǎn)平臺國家標(biāo)準(zhǔn)如表7所示。

表7 浮式生產(chǎn)平臺國家標(biāo)準(zhǔn)

2.5 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

表8列出浮式生產(chǎn)平臺行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要由全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會)海洋石油工程專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(TC 355/TC 17)[16]組織發(fā)布，且全部為采標(biāo)。需要指出的是，有2項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采標(biāo)自ISO，根據(jù)ISO POCOSA 2017對非國家采標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和第三方標(biāo)準(zhǔn)采用ISO標(biāo)準(zhǔn)作出的新規(guī)定[17-18]，建議該2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)盡快申請國家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，轉(zhuǎn)為國家標(biāo)準(zhǔn)。

表8 浮式生產(chǎn)平臺行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表8 浮式生產(chǎn)平臺行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

與外國船級社的公司性質(zhì)不同，中國船級社(CCS)是政府授權(quán)機(jī)構(gòu)，為海上設(shè)施提供技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并提供入級檢驗(yàn)服務(wù)，因此將其針對浮式生產(chǎn)平臺發(fā)布的《海上浮式裝置入級規(guī)范》和《張力腿平臺入級指南》歸為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

2017年12月25日，中國海洋工程咨詢協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會成立，獲得國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會的認(rèn)可和備案，擁有發(fā)布團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的資格，著手建立海洋工程團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂業(yè)務(wù)化運(yùn)行體系。截至2018年11月，已發(fā)布實(shí)施與海洋工程直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)：《海域使用論證報(bào)告技術(shù)審查導(dǎo)則：T/CAOE 1-2018》。2018年度，該委員會涉足海洋石油工程專業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制，《半潛式生產(chǎn)平臺總體設(shè)計(jì)規(guī)范》編制項(xiàng)目已啟動。

3 標(biāo)準(zhǔn)體系分析

對美國和挪威浮式生產(chǎn)平臺標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行對比分析可知：二者的形成均來自所開發(fā)海域的工程經(jīng)驗(yàn)，均是以行業(yè)協(xié)會和第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的主體，由于各自的特點(diǎn)而存在不同之處。NORSOK的標(biāo)準(zhǔn)更傾向于政府和石油公司，非常簡練，常被稱作技術(shù)法規(guī)，詳細(xì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則由DNV主導(dǎo)。API標(biāo)準(zhǔn)面向整個工業(yè)界，體系全面，在世界其他國家具有較高的權(quán)威性，但在標(biāo)準(zhǔn)中多次明確適用于墨西哥灣。中國、美國和挪威等3國相關(guān)浮式生產(chǎn)平臺標(biāo)準(zhǔn)體系對比如表9所示。由表9可知：我國較海洋工程強(qiáng)國在浮式生產(chǎn)平臺標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)上還存在較大差距。

表9 浮式生產(chǎn)平臺標(biāo)準(zhǔn)體系對比

出于入級或檢驗(yàn)的考慮，國內(nèi)現(xiàn)階段在工程中大多應(yīng)用外國船級社的標(biāo)準(zhǔn)，盡管可在較短的時(shí)間使標(biāo)準(zhǔn)從無到有，但以ABS和歐洲船級社為例，標(biāo)準(zhǔn)的編制分別基于墨西哥灣和北海的工程經(jīng)驗(yàn)，這種拿來就用的方式缺少對標(biāo)準(zhǔn)適用性的深入分析。南海海洋環(huán)境條件惡劣，內(nèi)波是我國南海海域的一種奇特自然現(xiàn)象，直接影響浮式生產(chǎn)平臺的選型和系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，上述國際和國外標(biāo)準(zhǔn)均未對內(nèi)波的影響作出規(guī)定。

現(xiàn)階段有多個行業(yè)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)化組織在編制浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(TC 355)、全國海洋船標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(TC 8)、中國海洋工程咨詢協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，彼此存在界面交叉。就國內(nèi)已有標(biāo)準(zhǔn)而言，主要存在如下不足：一是標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)剛剛起步，大部分標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布于2016年后；二是以采標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為主，一些來自API，一些則來自外國船級社，較為復(fù)雜，基本上不具有系統(tǒng)性；三是有些采標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)間滯后，更新不及時(shí)，翻譯水平不高。

4 結(jié) 論

深水油氣田開發(fā)模式可根據(jù)采油方式不同分為濕式采油、干式采油和干濕組合式采油等3種。浮式生產(chǎn)平臺是后2種開發(fā)模式中較重要的設(shè)施，也是南海深水油氣田工程中的關(guān)鍵設(shè)施[19]。以浮式生產(chǎn)平臺的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為重點(diǎn)進(jìn)行梳理，針對國際標(biāo)準(zhǔn)、國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)已有標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，結(jié)合我國浮式生產(chǎn)平臺的設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提出標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的建議。

受深水油氣田開發(fā)進(jìn)程的限制及編制周期時(shí)間較長等因素的影響，浮式生產(chǎn)平臺的國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量較少，建議直接采用ISO 1900X系列國際標(biāo)準(zhǔn)，加速采標(biāo)工作，為南海深水石油工程提供支撐和保障。

能源行業(yè)海洋深水石油工程標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(NEA/TC 28)在國家能源局的領(lǐng)導(dǎo)下負(fù)責(zé)在海洋深水工程和裝備等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，建議NEA/TC 28圍繞國家戰(zhàn)略需要,加快推進(jìn)浮式生產(chǎn)平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定[20]。

我國已經(jīng)具有浮式生產(chǎn)平臺的設(shè)計(jì)和研發(fā)基礎(chǔ)，不建議再等同采標(biāo)，而需要借鑒和參考國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合中國南海的環(huán)境特點(diǎn)，自主制訂標(biāo)準(zhǔn)，以提高深水工程技術(shù)的整體標(biāo)準(zhǔn)化水平。