南海開拓號FPSO應用于東海某油田的可行性分析

時曉華 王棟 劉建華 龔玉林

（中海油能源發展采油服務深圳分公司廣東深圳518067）

南海開拓號FPSO應用于東海某油田的可行性分析

時曉華 王棟 劉建華 龔玉林

（中海油能源發展采油服務深圳分公司廣東深圳518067）

本文基于南海開拓號FPSO潛在利用價值、東海某油田的開發需求，結合該FPSO退役擱置前后所做的狀態評估和延壽方案結果，分析該FPSO再利用的技術可行性、存在的主要風險及影響再利用決策的主要因素，為今后的類似老舊FPSO再利用的評估、分析和決策奠定一定基礎。

浮式生產儲油外輸裝置；再利用；狀態評估；延壽；可行性分析

1 概述

1.1 背景

南海開拓號FPSO（以下簡稱開拓號）（Floating Production Storage Offloading，簡稱FPSO，是一種海上浮式生產儲油卸油裝置）是一艘2010年從南海東部海域某油田退役并暫時擱置的FPSO。鑒于開拓號退役前，處于正常運營狀態，還具備潛在利用價值。

開拓號擬再利用的目標油田為東海某油田高凝油項目（以下簡稱該項目），該項目包括西湖凹陷寶云亭氣田的油藏、武云亭油氣田等5個油氣構造，油田范圍內水深約90m。在項目預可研階段，項目開發方處于工期、油田產油能力等因素考慮，考慮利用南海開拓號FPSO進行油田的開發，用于油田產出原油的處理、儲存及外輸。

南海開拓號FPSO管理者針對該項目開發潛在市場需求，開展了開拓號再利用可行性研究和分析。

本論文主要基于開拓號結構評估現狀，對開拓號應用于該項目進行可行性分析。

1.2 開拓號簡介

開拓號FPSO前身始建于1970年7月，為212,000DWT的油輪。1980年將長度為101英尺的平行舯體割除，載重噸減至150000DWT，并作為原油輪一直運營至1992年。1993/1994年Phillips石油公司購買此船并在新加坡吉寶船廠改造為FPSO，并命名為“南海開拓號”，并從ABS（美國船級社）船級轉為DNV（挪威船級社）船級。自1994年11月，開拓號一直在南中國海西江油田服役，共計15年，該油田距香港東南沿海大約140km，水深約為100m。2010年6月退役?？看a頭，作保留船級擱置處理。

開拓號船級為DNV，總長285.3m，型寬48.7m，型高26.7m，吃水深8m～16m；設計載重量為15×104t，儲油能力為100萬桶。具有自航能力，最大航速10節。

南海開拓號采用船首內轉塔可解脫式單點系泊系統（BTM），為SBM公司產品，結構設計壽命為20年。單點系泊系統具有2個10寸通道，并預留了一個加裝10寸通道的空間。船體由8根錨鏈系泊，最大系泊力為900t。當浪高大于8.2m（臺風）時，需停產撤離。

2 開拓號評估簡介

因開拓號為舊油輪改造而成的FPSO，按照DNV船級社規范要求，運營期間需每5年做一次結構現狀評估和延壽計劃，以確保下一個5年的安全運營。

2008年，在運營期間開拓號管理者邀請DNV對開拓號進行了船體CAP評估和延壽計劃（LEP）。

2014年，基于開拓號潛在再利用需求，開拓號管理者邀請DNV針對目標油田海況條件，進行了開拓號極限強度評估和疲勞分析。

3 DNV CAP評級和LEP

3.1 CAP評級

CAP，即Condition Assessment Programme，是船級社開發的一種船舶或類似海上設施（以下統稱船舶）結構狀態評估方案，是對運營到一定年限的船舶的主要結構件（包括油艙、水艙、空艙、外板等）的涂層、腐蝕、板厚及結構強度進行近觀檢查和分析計算，并依據一定的評級標準、原則和近觀檢查、分析計算結果，對主要結構件進行分項和總體狀況判斷和評級。

3.1.1 DNV CAP評級標準

A.船體評級標準[1]

1-Very good condition

1-狀況極好：檢查和測量項目發現，較新船或按現行規范要求僅發現表面微小缺陷，無須保養或修理（無遺留項）

2-Good condition

2-狀況良好：檢查和測量項目發現有輕微缺陷，但無需修理

3-Satisfactory condition

3-狀況符合：檢查和測量項目發現有缺陷，但無需即時進行修理

4-Poor condition

4級-狀況差，低于船級社標準：所檢查和測量的項目，發現其不足，存在影響保留船級的潛在風險，或某些區域的結構構件的厚度，已在或船級社可接受換新的準則以下。

B.船體結構涂層狀況分級標準[2]

表1 船體結構涂層狀況分級標準

C.船體板厚腐蝕狀況分級標準[3]

表2 船體板厚腐蝕狀況分級標準

3.1.2 船體評級判斷

A.船體評級判斷必須涵蓋以下范圍：（1）船殼板：包括主甲板、外殼板以及底板；（2）艙室（包括壓載艙、貨油艙及空艙）：需基于壓載艙的主要結構件進行評級，包括邊、底、內底、縱向和橫向艙壁及內部結構等；（3）結構強度。

B.船體評級應綜合考慮以下檢查、檢測結果：（1）近觀檢查結果：主要關注結構局部腐蝕和缺陷，并依據檢查結果給出被檢查結構件的整體評級；（2）板厚測量結果：對測厚數據進行統計分析，給出結構件腐蝕評級；（3）壓載艙涂層狀況：應按涂層狀況分級標準給出評級。

3.2 LEP及標準

DNV LEP（Life Extension Programme，延壽方案）是基于船體評級結果對船舶在未來一時間段內繼續安全運營應滿足的船體狀況標準所需維修改造的工作安排。DNV基于船體評級的船體主要結構剩余壽命標準如下表3所示。

表3 船體結構可繼續使用年限等級[4]

4 DNV2008年船體評估結論

4.1 船體CAP評估主要發現和結論

DNV2008年船體CAP評估給出的結論和主要發現如下：（1）船體總體結構強度很好；（2）船殼板狀況良好；（3）船體壓載艙除部分缺陷和板厚超限外，整體結構狀況良好，涂層整體狀況良好；（4）油艙除部分缺陷和板厚超限外，整體結構狀況符合要求。主要結構整體評級情況如表4所示。

表4 結構整體評級情況

船體整體評級4級的規范解釋如下[5]：船體的整體評級按不高于任何油艙、壓載艙、空艙的任何結構構件的強度、超聲波測量（UTM）、目測與涂層的評級確定。

4.2 船體疲勞評估主要結論

DNV疲勞分析報告給出的主要結論如下：（1）大部分疲勞分析點的剩余疲勞壽命超過30年，滿足繼續運營的要求；（2）前次疲勞分析結果顯示狀況良好的部位，本次分析結果顯示仍然良好；前次疲勞分析結果顯示狀況差的部位（不滿足規范要求）沒有得到改進；前次疲勞分析結果顯示狀況一般的部位（當時滿足規范要求），有進一步惡化的趨勢；（3）疲勞分析發現的熱點區域（剩余疲勞壽命不滿足規范要求），近觀檢查沒有發現裂紋；（4）疲勞損害程度較高的區域，產生疲勞裂紋的風險較高；運營過程中，需要予以關注。

疲勞分析選取的一個橫框架疲勞分析點分布如圖1所示，疲勞分析點的疲勞損傷和剩余壽命計算結果如表5所示。

圖1 橫框架疲勞分析點分布圖[6]

表5 疲勞分析點疲勞損傷和剩余壽命計算結果[7]

4.3 DNV2008年延壽方案

DNV CAP&LEP報告指出[8]：本報告所建議的改造將使得FPSO可以繼續安全運營5年。此后，建議再次進行CAP/LEP檢驗，以決定運營5年后，結構狀況產生多大程度的變化。

同時，報告指出[9]：更新替換的鋼料重量大約為550t（僅僅對檢查區域/油艙/壓載艙/空艙）。

5 DNV2014年對開拓號的強度評估和疲勞分析

開拓號退役擱置后，基于其潛在的利用價值，2014年邀請DNV就開拓號應用于東海某油田進一步做了可行性評估。主要評估工作包括船體梁縱向極限強度評估和疲勞分析。

此次評估的主要結論如下[10]：（1）大部分的疲勞分析點的剩余壽命均超過20年，小部分疲勞分析點剩余壽命為不滿足要求；（2）船長1/4處，舷側和縱艙壁的剪切應力超過了許用值，需要進行加強以增強剪切承載能力，或者該船需要給定一些營運的限制條件；船中甲板上的彎曲應力超過了許用值；一些甲板和底部的縱桁屈曲失效。

評估認為，船中甲板上的彎曲應力超過了許用值可能是的靜水極限曲線是否過于保守所致；一些甲板和底部的縱桁屈曲失效是因其上的縱骨是不連續的，可以通過對這些縱骨進行連續而進一步加強。

評估還給出了針對剪切應力和彎曲應力超過許用值的方案以及消除疲勞剩余壽命不足的典型維修建議。

6 開拓號再利用的可行性分析

6.1 技術風險

6.1.1 雖然評估結果顯示，開拓號船體總縱強度很好，但也還是存在諸多結構上的缺陷。比如甲板強橫梁屈曲嚴重（也即甲板彎曲應力超標）、船側和縱艙壁剪切應力超過許用值，部分結構腐蝕超限，部分舷側縱骨和縱艙壁縱骨與橫向強框架、橫艙壁的連接節點抗疲勞能力較弱且多年來沒有得到改善。雖然結構上的缺陷和連接節點抗疲勞能力較弱的問題，可以通過改造維修予以修復，但也只能延緩，不能根本性的改變持續惡化的趨勢。而且，連接節點抗疲勞能力較弱和應力超限帶來的產生裂紋的風險也是不容忽視的。

6.1.2 開拓號陳舊的結構設計，將會導致產生新的疲勞破壞的風險。開拓號FPSO是由第一代超大型油輪改造而成，基礎結構設計比較陳舊，產生新的疲勞破壞的風險的可能性不容忽視。主要體現在：（1）橫向強框架設計均采用早期的獨立肘板型式，并非今天第四代超大型油輪及21世紀FPSO的整體式肘板，且原來肘板趾端也沒有考慮采用抗疲勞的軟趾設計，它所產生疲勞裂縫的概率較高。（2）貨艙區永久性檢驗通道是為了對進行檢查結構和節點質量狀態而設置的。開拓號缺失了這一通道，將使許多區域人員無法到達檢查，勢必導致結構疲勞安全系數應根據規范要求放大至5.0甚至更高（比如開拓號若再利用10年，其剩余疲勞壽命應不低于50年），帶來的結果是更多疲勞節點無法滿足疲勞壽命的要求。

6.1.3 船體結構修復改造中，對船體結構中不合格的舊有結構更換方式，已不同于原來建造時的方式，已由平地作業轉為高空作業，不安全的因素呈直線上升。同時，施工方式的變更，存在下列風險：（1）大量的舊構件拆除過程中，由于原有構造中內應力釋放，極易造成板平面的新的翹曲。除了高空的火工矯正工作，遠比想象的復雜外，還會使構件內產生新的內應力存在。（2）更新的縱骨及橫向強框架（強橫梁、垂直桁材）與甲板、艙壁、舷側的裝配、定位，已由平地轉向高空。原本在平地采用自動俯焊方式，改為高空作業的手工的仰焊與垂直焊方式。不僅僅是施工人員的安全，以及產生焊縫質量返修問題，而是隨著焊接方式的變更，極易存在焊接結構疲勞壽命有限的風險。

6.1.4 船體構造存在嚴重不協調的風險。南海開拓FPSO作為一艘老舊FPSO，船體結構幾曾大修改造，整個船體的結構材料有上世紀60年代、80年代、90年代和21世紀的產品，焊接也是不同時期的技術。又嚴重缺失構件修復變更的原始記錄和焊縫記錄，整個船體的結構材料與焊接存在嚴重的不協調。疲勞損傷是累積的概念，整個船體結構疲勞壽命處于不同水平狀態。特別是幾次大修改造中修補的焊縫，處于低水平狀態，極易產生新裂縫。

6.2 經濟合理性方面

對于結構缺陷和疲勞弱點的修復，按2008年DNV的估計，僅是評估區域所需要更換的鋼板量為550t，如果擴展到全船，可能至少會增加至800t。而且通過這樣的修復，還只能保證安全運營5年，之后還需要通過評估和延壽分析，確定進一步的維修工作量。

此外，有關單點、輪機、甲板和工藝設備的改造和修復，也需要投入大量的成本，以滿足新的油田的生產需要。

首期改造的成本以及后期船體技術狀況和改造維修成本的不確定性，也加大了經濟方面決策的難度。

6.3 老舊FPSO法規風險

開拓號是一艘可解脫的具備自航能力的FPSO，生產期間固定于單點系泊系統上；躲避臺風或進船塢維修時，可自航行至目的地。

雖然目前國際國內法規沒有對FPSO的強制報廢要求，但鑒于國內外對于這種帶自航能力的FPSO是更偏重于海洋工程裝置屬性還是偏向于船舶的屬性，還存在不小的爭議。

從防止海洋污染以及海洋油氣裝置本身的安全，會否像我國交通運輸部14號令針對老舊海船和老舊江船那樣，今后會出臺有關老舊海洋工程裝置使用年限的限制；會否因為開拓號具備自航能力及存在自航機會，要參照執行14號令，予以強制報廢。這些政策風險，也難以完全排除。

6.4 管理層的風險偏好

比較新建FPSO，老舊FPSO改造再利用最大的優勢在于工期短、改造成本較低；對于產量不高、開發壽命不長的油田，老舊FPSO改造再利用確實存在無可比擬的優勢，甚至存在只有通過老舊FPSO改造再利用模式進行開發，油田才具備開發價值。

但是對于船齡過大的FPSO，其改造維修后殘余的技術風險客觀存在，管理層對于殘余風險的偏好，很大程度上影響了最后的決策。

7 結語

綜上所述，開拓號用于東海高凝油油田是技術上是可行的，無論是再使用5年或10年，在不考慮改造維修成本的前提下，技術上的問題是可以解決的。開拓號最終能否應用于目標油田，取決于油田的開發情況、經濟評價結果以及管理層的風險偏好。

[1]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:2.

[2]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F，E.4.

[3]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSION PROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F，E.3.

[4]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F:123.

[5]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSION PROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F:7.

[6]DNV.UPDATED FATIGUE ANALYSISOF FPSO“NANHAIKAI TUO”,DNV ID NO:18167,Page C.

[7]DNV.UPDATED FATIGUE ANALYSISOF FPSO“NANHAIKAI TUO”,DNV ID NO:18167,Page D.

[8]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:135.

[9]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:130.