FPSO單點系泊系統完整性管理及失效模式研究

陳 峰

(中海石油(中國)有限公司 番禺作業公司， 廣東 深圳 518067)

FPSO單點系泊系統完整性管理及失效模式研究

陳 峰

(中海石油(中國)有限公司 番禺作業公司， 廣東 深圳 518067)

近年來，隨著臺風的日益侵襲，南海海域作業的FPSO系泊系統不同程度都出現了功能缺失和損壞的情況，雖然目前還沒有出現嚴重的損毀失效事件，但整個中海油系統都高度重視FPSO單點系泊系統完整性管理及失效模式。本文闡述了系泊系統安全管理的意義，深入對比了國內國外的管理方式和技術手段，并研究了內轉塔系泊系統失效模式，希望能夠給中海油系泊系統安全管理提供參考依據。

單點系泊；完整性管理；失效模式

全球65%的FPSO定位系泊系統都是轉塔式系泊系統[1]，它們遍布在如南中國海、墨西哥灣、北海和挪威大陸架等全球風浪條件最惡劣的海域。目前，在南中國海域作業的FPSO均采用內轉塔式系泊系統，其典型的布置設施如圖1所示。近年來，隨著臺風的日益侵襲，南海海域作業的FPSO系泊系統不同程度都出現了功能缺失和損壞的情況，雖然目前還沒有出現嚴重的損毀失效事件，但整個中海油系統都高度重視FPSO單點系泊系統完整性管理及失效模式研究。

圖1 南中國海典型系泊系統示意圖

1 系泊系統安全管理的意義

傳統的油田作業者在安排生產維修保養時，通常都會習慣性地忽略處于水下的系泊系統，認為系泊系統是永不失效的裝置，但事實并非如此。系泊系統由于安裝損傷、運行疲勞和設計冗余度不足等原因，通常會存在著先天的缺陷，應引起高度的重視。做好系泊系統安全管理工作有以下3點意義。

1)構成油田安全生產最基本的保障。由于FPSO擔負著一個作業區塊內供電、原油儲存和原油處理等重要職能，處于中心位置，所以加強FPSO的系泊安全，是整個作業區塊的最基本要求[2]。

2)環境保護和國際聲譽的需要。系泊系統利用質量-彈簧系統，使FPSO的位移保持在能夠承受的范圍內，如果在流、浪、風的作用下，使FPSO的位移超出范圍，那么電纜和生產管線就會由于拉力過大而出現失效的現象，FPSO船體也有可能會由于不平衡力的作用而出現傾覆；所以，系泊系統在維護作業者良好的國際聲譽、避免出現海上溢油等重大事故方面，發揮著極為重要的作用。

3)國際保險市場重要的參保依據。單點系泊系統、上部設施工藝模塊和FPSO船體在油田設施投資上各占1/3，但單從投資比和規模來看，系泊系統雖然結構簡單，但是資金投入卻較大，由此可見系泊系統的重要性和高技術難度。在國際保險市場上也是如此，通常認為整個油田設施保險的主要環節之一就是單點系泊系統的安全，所以往往會提出更加嚴格、詳細的監測和維護要求。加強系泊系統安全管理，既能夠降低維護成本，又可在國際保險談判中占到更有利的位置。

2 國內國外管理方式和技術手段對比

2.1 管理方式對比

2.1.1 國內現有管理方式

目前，南海FPSO單點系泊系統的管理基本都采用水下檢驗，檢驗標準以船級社入級管理程序為準。通常會由機械維護人員來檢測、維護FPSO單點系泊系統的水上部位，而水下部位則由于費用高、維修難度大等原因，每2.5年水下檢驗1次。

2.1.2 國外管理方式

國外作業者(以北海內轉塔單點系統為例)除了采用船級社檢驗入級管理程序檢驗正常生產狀態外，還實現了全生命周期內管理。目前，國外作業者為了進一步增加系泊系統安全性，已經將單點系泊系統的設計海況重現期調整到萬年一遇海況，而不再是過去百年一遇海況。作業者在安全評估FPSO單點系泊系統時有3條路線：1)用于日常監控的在線監測系統；2)用于定期檢測的船級社入級管理；3)用于申報國際保險的獨立第三方評估，以便能夠對系泊系統安全進行最大限度地保證。

2.2 技術手段對比

2.2.1 國內技術手段

1)常規潛水。主要是用于檢測單點浮筒、單點艙的船底板等水面以下較淺位置，操作時間較短。

2)飽和潛水。基于國際慣例來看，當潛水作業時間>1 h，潛水深度>120 m時，推薦采用飽和潛水。飽和潛水多用于檢查水下的鋼纜。

3)ROV檢測。主要是用于檢測配重塊、海底錨鏈和系泊鋼纜等水下較深部位。

2.2.2 國外技術手段

1)單點系泊在線檢測系統。多用于實時監控系泊線的張力，檢測儀器采用傾角儀或應變檢測儀器，利用設定報警值的方法將檢測信息反饋給陸地控制部門或FPSO。

2)系泊線三維成像技術。有多個水下攝像頭，能夠對錨鏈環和鋼纜的局部腐蝕進行精確檢測，經過數據處理后即可評估剩余系泊力。

3)系泊線疲勞壽命評估。這是系泊線三維成像技術的延伸，系泊線的疲勞壽命可以通過三維圖像進行分析[3]。

3 內轉塔系泊系統失效模式研究

失效模式研究是系泊系統完整性管理中較為重要的一個環節，通過系統化地預判和梳理系泊系統所可能出現的問題，能夠提高管理監控的精度和范圍。本文結合中國南海FPSO實際情況及國外的文獻資料，系統性地概括了典型的失效模式。

3.1 系泊分析數據輸入不足

系泊分析貫穿于整個系泊系統生命周期，也是系泊系統設計的第一步，雖然其應用日益成熟，但是仍然存在著輸入數據缺失和不準確的問題，具體見表1。

表1 系泊分析數據不足具體形式

3.2 設計分析方法不當

設計分析方法不當具體形式見表2。

表2 設計分析方法不當具體形式

3.3 強度不足引起失效

由于不能及時修補、監控處于海水中的各系泊組件，很容易出現強度不足引起失效問題。

3.4 磨損問題

系泊系統組件與海底、組件之間以及各組件內部都在一定程度上存在著磨損問題，應及時更換，定期檢測。常出現的磨損有：錨鏈磨損，主要原因包括錨鏈松弛、異物進入鏈環、錨鏈彎曲、拉力突然變化和錨鏈扭曲等；卸扣或其他螺栓聯接磨損，主要原因包括螺栓清理不足，卸扣的形狀、大小和型號選擇不當等；導輪、套筒磨損主要原因包括繩索偏角過高、凹槽太小造成磨損和凹槽太大造成滑脫等；內部損傷，主要原因包括由于細小沙粒磨損而造成纖維退化等；其他磨損，包括鄰近系泊線、彎曲墊、海床、喇叭口、導纜器、立管和纜繩筒等。

3.5 疲勞問題

由于系泊線長時間都處于周期性運動的狀態，很容易出現系泊線斷裂失效的現象，見表3。

表3 疲勞問題

3.6 腐蝕問題

系泊系統尤其是錨鏈、系泊纜部分長期浸泡于海水中，不可避免地會發生腐蝕。腐蝕是自然規律，不可能做到百分之百防腐，但對宜腐蝕部位加強監控，可以有效降低此類風險。

3.7 其他

還有可能會由于安裝、制造、運動和觸碰等原因而造成系泊系統失效。

4 結語

隨著全球海況不斷惡化，包括中國在內的世界各國都不同程度地遇到了海洋工程系泊安全問題。我國應充分吸收國外先進的技術手段和管理理念，將其應用于南海FPSO單點系泊系統的完整性管理中，以使事故發生率最小化。我國南海地區蘊藏著極為豐富的油氣資源，系泊系統的應用還遠遠不能滿足需要，極有必要以現有的系泊系統為基礎，逐步提高技術手段和管理理念，以便能夠為未來海況更復雜、水深更深的系泊系統應用積累寶貴經驗。

[1] 曾驥,陳剛,唐文勇.30萬噸FPSO單點系泊系統整體吊裝技術研究[J]. 船舶工程，2009，21(6):134-136.

[2] 古才榮.茂名單點系泊系統接卸超巨型油輪的安全論證[J]. 安全、健康和環境，2006,22(6):104-106.

[3] 夏運強,唐筱寧,蔣凱輝,等.防風單點系泊系統系泊力理論計算公式研究[J]. 水運工程， 2010，31(4):14-20.

責任編輯李思文

FPSOSinglePointMooringSystemIntegrityManagementandFailureMode

CHEN Feng

(Panyu Operating Company, CNOOC (China) Co., Ltd., Shenzhen 518067, China)

In recent years, with the increasing typhoons, the south China sea FPSO mooring systems have more or less missing and damaged emerged job function, although there is no serious damaged failure events, but the whole system attaches great importance to CNOOC FPSO single point mooring system integrity management and failure mode. The paper firstly described the significance of the mooring system security management, and secondly, did in-depth comparison of domestic and international management methods and techniques, and studied within the turret mooring system in failure modes. The paper hopes to provide a reference to the CNOOC mooring system security management.

single-point mooring, integrity management, failure mode

U 661

：A

陳峰(1984-)，男，設施工程師，主要從事海洋石油油田設施工程及設備管理等方面的研究。

2014-10-21