多點系泊FPU的系泊系統方案

張寶雷,楊曉波,劉中柏,劉 昊

(中海油能源發展采油服務公司，天津 300457)

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多點系泊FPU的系泊系統方案

張寶雷,楊曉波,劉中柏,劉 昊

(中海油能源發展采油服務公司，天津 300457)

根據印尼Madura海域的環境條件分布和入級要求，確定多點系泊系統設計的標準和規范，針對Madura海域環境條件特性，以及當地制造能力和操作習慣，提出了既安全可靠，又經濟性較強的系泊系統設計方案，總結印尼Madura及其周邊海域多點系泊系統的研究思路和方法。

印尼Madura；浮式處理裝置；多點系泊系統；海洋環境條件

印尼Madura MDA & MBH氣田位于東爪哇島的Madura海峽，位于現有Pagerungan的以西180 km，泗水市以東約200 km，距離西北部Madura島約75 km，氣田所在海域水深約80 m。根據氣田地理位置、環境條件特點及油藏開發參數，進行了氣田開發方案研究，最終確定如下設施進行氣田開發：①新建2座鉆井平臺，分別為MDA及MBH，平臺帶模塊鉆機，MDA采出氣匯集至MBH平臺，設計壽命20年；②新建1條FPU，FPU帶主電站、天然氣脫水及脫汞設施、天然氣壓縮機，設計年限20年；③1條20″海底混輸管道，將MDA氣輸至MBH平臺；3條跨接軟管，負責MBH與FPU之間的氣混輸；1條14″海底混輸管道，將處理好的成品天然氣輸至國民管網，最終上岸至東爪哇島，設計年限20年；④1條跨接復合電纜，從FPU向MDA&MBH平臺供電，以及實現平臺與FPU間通信，設計年限20年。

印尼Madura MDA氣田開發思路如圖 1所示，Madura FPU位于MBH平臺北偏東80 m，其位置主要基于環境條件方向、設施方位及地質條件等因素來確定。FPU所在區域水深為80 m，FPU具備定位系泊、天然氣生產處理、天然氣壓縮、外輸計量等功能，該Madura FPU船體主要特點和參數見表1。由于Madura海峽所在海域風、浪、流等環境參數較為溫和，且環境條件具有較為明顯的方向性，結合當地多年的操作習慣及制造能力，帶可解脫裝置的永久型多點系泊系統是Madura FPU較為理想的選擇，多點系泊系統可有效控制FPU漂移量，帶可解脫功能為該FPU靈活的應用于其他氣田提供可能。

表1 FPU主要設計特點和參數

多點系泊系統在浮式鉆井船和工程船舶上的應用較為廣泛，多為臨時性多點系泊系統，在我國的設計、制造和應用已較為成熟，但浮式生產系統在中國的渤海、東海及南海均未采用過永久式多點系泊系統。原因主要是這3個海域的環境條件較為惡劣且方向性不確定。然而，印尼Madura海峽的環境條件較為固定，而永久式多點系泊系統在確保FPU的安全前提下，有更有較好的經濟性。永久式多點系泊系統在設計時不僅需要考慮在惡劣海況下抵抗100年一遇的極端工況，同時還需著重考慮錨樁、系泊鏈的鋪設，FPU回接時的回接方式的便利性，這就給永久式多點系泊系統的設計提出了較高的要求。

在借鑒以往項目經驗的基礎上，從印尼Madura FPU多點系泊系統研究和設計工作出發，進行大量的技術論證和設計分析工作，提出行之有效的解決辦法。針對今后永久式多點系泊系統的技術問題，提出有建設性的技術工作建議。

1 FPU多點系泊系統方案研究

1.1 多點系泊系統型式介紹

多點系泊系統根據其應用海域來區分，通常分為用于深水區域系泊和用于淺水區域系泊兩類，其構造簡圖分別見圖2、3。用于深水區域的多點系泊系統通常使系泊鏈穿過布置于舷側底部的導鏈器，提升至位于主甲板的止鏈器。用于淺水區域的多點系泊系統通常使系泊鏈直接登船至位于主甲板的止鏈器，而取消了舷側水線以下的導鏈器，這樣可有效在淺水區域最大限度的提高系泊系統的回復力。

圖2 帶舷側導鏈器

圖3 不帶舷側導鏈器

按照系泊鏈提升裝置的不同來區分，可分為錨絞機提升、系泊絞車提升、液壓缸提升3種主要提升方式。錨絞機提升系統如圖4，在浮式鉆井船和工程船舶上應用較為廣泛，具備快速收放的特點；系泊絞車提升系統如圖5，具備較好的經濟性，但需要占用較大的甲板面積，同時在浮體回接時需要更為復雜的回接工序；液壓缸提升系統如圖6，具備占用甲板面積小、經濟性好等特點，但是提升速度不及前2種。

圖4 錨絞機

圖5 系泊絞車

1.2 提升系統比選

3種不同提升裝置特點見表2。

圖6 液壓缸提升

對比項錨絞機系泊絞車液壓缸不可移動式可移動式方案特點描述 1)可實現多根系泊鏈同時收緊 2)可實現系泊鏈的連續快速收緊和放松 1)每次只能提升一根系泊鏈 2)可實現系泊鏈的快速收緊和放松 1)可實現多根系泊鏈同時收緊 2)可連續提升系泊鏈,但速度較慢 1)每次只能提升每組一根系泊鏈 2)可連續提升系泊鏈,但速度較慢導鏈器舷側需布置導鏈器 舷側可選擇是否布置導鏈器 舷側可選擇是否布置導鏈器 舷側可選擇是否布置導鏈器提升介質直接提升系泊鏈通過纜繩間接提升系泊鏈直接提升系泊鏈直接提升系泊鏈設備投資最高最低較高較低FPU回接工作 提前預布置回接鏈,便于FPU回接時的操作 需提前預布置較多系泊纜繩,在FPU回接時需頻繁換纜 提前預布置回接鏈,便于FPU回接時的操作 需提前預布置回接鏈,合理安排回接工序可有效提高回接速度比選推薦不推薦不推薦不推薦推薦

印尼Madura海峽海域環境條件較為溫和，無極端天氣情況，在整個氣田開發周期的10年內，永久系泊在該位置，不需要頻繁的移位;同時,發生系泊鏈因極端天氣引起破損或移位的概率小，因此不存在需頻繁收、放系泊鏈的功能需求。在海上安裝及FPU回接時，除系泊絞車形式需頻繁換纜，其余3種形式均可有效節約海上作業工期。因此，錨絞機形式、系泊絞車形式及不可移動式液壓缸形式在此不做推薦。

2 多點系泊系統設計

2.1 系泊鏈布置

系泊鏈的作用在于，在惡劣海況下，將FPU限制在一定偏移范圍內，保證包括跨接軟管、跨接電纜、FPU船體等在內的工程設施安全。多點系泊系統主要采用分組式系泊，通常包括4組系泊鏈，每組2～4根，船艏和船艉左右舷各布置1組，每組系泊鏈內的相互夾角通常在4°～6°，分組式系泊相對均布式可以有效降低系泊鏈受力，更好地限制FPU偏移，目前已被工業界普遍接受和采用[1]。通常來說，從每組系泊鏈來的極端環境條件(in-line方向)導致較大的系泊鏈受力，從2組系泊鏈間來的極端環境條件(between-line方向)導致較大的船體偏移。

考慮到印尼Madura FPU水深只有80 m，接近系泊鏈所適用的最淺水深，這給系泊系統和跨接軟管及電纜設計帶來極大的挑戰：①系泊鏈懸鏈線效應不明顯，系泊回復力較難控制；②FPU偏移量可能較大，由于FPU與MBH平臺距離只有80 m，懸跨其間的跨接軟管及電纜受FPU偏移的敏感度非常大，極易出現軟管與電纜、軟管與船體的碰撞風險[2]。為最大限度的提高系泊鏈的懸鏈線效應，控制FPU最大偏移量，同時保證系泊系統的剛度不至于過大，考慮采用系泊鏈直接上主甲板的方案。

2.2 系泊錨點選取

根據已探明的Madura MBH區塊的地質條件，發現該區域存在較多斷層，同時還有淺層氣及麻坑存在，這給系泊錨點的選取帶來極大的困難。在確保FPU中心位置與MBH平臺的距離相對不變，且船體朝向更有利的環境條件方向，盡量使系泊錨點避開淺層氣及麻坑。如圖7所示，12個系泊錨點的位置雖有6個在淺層氣附近[3]，但都有效的避開了淺層氣和麻坑的潛在風險。

圖7 Madura FPU系泊纜布置

2.3 系泊鏈選取

根據給定的環境條件和規范要求，進行系泊系統分析后，確定了系泊鏈整體采用錨鏈進行布置，每組系泊鏈數量為3根，錨鏈直徑為117 mm(R3S級)，考慮到海上安裝及FPU回接的便利性，在距離鋼樁約200 m處的錨鏈處增加1個H-Link。在海上安裝期間，FPU未到達現場時，在每根系泊鏈端部連接1個相同規格的長約20 m的提升鏈，便于FPU回接時使用。

根據分析結果，百年一遇完整工況下系泊鏈最小安全系數為2.48，大于規范要求的1.67；百年一遇1根破斷工況下系泊鏈最小安全系數為1.78，大于規范要求的1.25。

2.4 跨接軟管及電纜布置

跨接軟管及電纜設計時需考慮FPU與MBH平臺的距離，軟管與電纜間距，FPU最大偏移等因素。對于如印尼Madura MDA&MBH氣田水深較淺的海域，FPU的最大偏移量較大，且FPU與MBH平臺的距離僅為80 m，因此對跨接軟管及電纜的動態設計提出較高要求。為避免軟管及電纜端部的疲勞磨損，由于喇叭口未能有效限制軟管及電纜的運動，且軟管及電纜與喇叭口之間的摩擦較嚴重，推薦采用限彎器的連接形式，見圖8。

圖8 FPU跨接軟管及電纜布置圖(側視圖)

3 結論

1)帶可解脫裝置永久型多點系泊系統是目前為止印尼Madura海域FPU系泊的最佳解決方案；

2)鑒于多點系泊方案與船體主尺度等參數高度相關，建議在更早期(如概念設計)階段就啟動多點系泊系統初步布置和設計分析工作，以便于FPU保證最佳的總體性能，同時在設計過程中充分考慮海上安裝及FPU回接方案的合理性及可操作性；

3)目前我國在永久式多點系泊系統的單體設備、構件制造能力是完全具備的，但是核心技術的系統設計分析、集成調試依然依靠國外系泊公司。建議中國的油公司和工程公司自主開展多點系泊技術研究設計工作，這樣有助于增加對多點系泊技術的深入了解，逐步掌握系泊系統設計技術，最大限度契合中國海域的實際需求。

[1] 吳嘉蒙,趙耕賢.FPSO內轉塔式系泊系統的接觸載荷研究.中國造船[J].2004：153-159.

[2] 內轉塔式系泊裝置(Turret)的受力分析和相關結構的設計，60萬桶靈便型浮式生產儲油船設計與建造技術研究，中國船舶工業第七○八研究所，2003.

[3] 楊川恒,潘和順,劉鐵樹.國外深水領域油氣勘探新進展及我國南海北部陸坡深水區油氣勘探潛力[J].地學邊緣，2000,7(3):247-256.

Research and design on spreading mooring system of FPU in Indonesia Madura

ZHANG Bao-lei, YANG Xiao-bo, LIU Zhong-bai, LIU Hao

(CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Tianjin 300457, China)

According to the environmental condition distribution of Indonesia Madura Strait and classification requirements, the standards and rules of spreading mooring system design were confirmed. In light of the environmental condition in Madura strait, local manufacturing capability and the habit of operation, the safe, reliable and reasonable spreading mooring system design was proposed. The thought and methods for research and design of the spreading mooring system in Indonesia oil and gas field were summarized.

Indonesia Madura; FPU; spreading mooring system; offshore environmental condition

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.024

2016-07-10

印尼Madura FPU項目

張寶雷(1988—)，男，學士，工程師

U653.2

A

1671-7953(2016)05-0094-05

修回日期：2016-08-10

研究方向:浮體系泊

E-mail:zhangbl8@cnooc.com.cn