如何減小惡劣海況下FPSO船體晃動對工藝流程的沖擊

李強

（秦皇島32-6/渤中作業公司，天津 300450）

1 研究海上浮式生產儲油輪（FPSO）船體晃動的意義

1.1 研究FPSO船體晃動對工藝流程沖擊的目的和意義

由井口平臺將原油采至地面，通過海管輸送到海上浮式生產儲油輪（FPSO）進行油氣水分離處理和外輸是海上最主要的油氣生產方式之一。FPSO的構成較為復雜，它需要在不同水深中開展作業，需要適應水下30~2 000 m的各類工況，因此要保證系統控制的效果始終處于最佳狀態，這也就需要保證將FPSO船體與單點系泊系統及油氣生產模塊構成緊密有效的連接，之后借助點泊系統明確自身位置，系統可以實現自由轉向，使它受到損壞的可能性大幅度降低。

目前，海上的氣候并非處于長期穩定的狀態，因此FPSO也會在這一環境下面臨諸多變化，所有船只都會因海浪的拍擊而發生搖晃，并且此類搖晃是無法避免的，為實現其穩定運行，需要采取一系列保障措施使FPSO可以應對各類風浪的沖擊，避免因風浪沖擊而導致出現意外報警的情況。

1.2 國內外FPSO的發展現狀

自20世紀80年代以來，某石油公司開始進行游輪改裝，選擇將一艘重量接近58 000 t的油輪改裝為FPSO且取得了較好的改裝效果，FPSO的應用使得石油行業得到了進一步的發展。FPSO的儲油量極高，轉移效果較好，并且因其為油輪改裝而成，故投資較少，具有極強的應用優勢。截至目前，FPSO已經在各海域穩定生產多年，可以抵御極端惡劣天氣。近年來，英國生產的FPSO可在1 500 m深的海域中工作，并且可以抵抗18 m高的巨浪，FPSO的技術應用得到了空前的革新和發展。

我國目前擁有FPSO的公司僅有一家，即中國海洋石油公司；1986年，我國首次設計并投入使用的FPSO是“南海希望號”，其同樣是由舊油輪改造而成。3年后，由我國自主研發建造的FPSO“渤海友誼號”投入使用，這充分體現了我國對FPSO發展的重視，這也是海洋石油行業發展的重點領域。

1.3 本文主要研究內容

本文針對常見海況下FPSO的運動特點展開分析，對在不同風力和浪高條件下工藝流程中分離器液位、油水界面及各級處理產品的變化進行分析，并研究FPSO船體晃動對原油處理工藝流程的沖擊。針對沖擊，研究如何在現有工藝流程下，通過采取一系列的措施降低由FPSO船體晃動對流程帶來的不良影響。

2 常見海況及FPSO運動特點分析

2.1 風力等級表

表1所列風速是指離地10 m處的風速值。不同的風力將產生不同的海浪浪高，對小型FPSO的穩定性沖擊也不一樣。本文分析不同的風力產生的涌浪對FPSO上不同設備的影響，通過工藝流程中分離器液位、油水界面及各級處理產品的變化，研究降低風力對工藝流程的不良影響。

表1 風力等級表

2.2 單點系泊FPSO運動特點

綜上所述，FPSO具有廣闊的發展與應用前景。相對于陸地終端和海上處理平臺CEP，FPSO的經濟效益和應用效果都具有較大的優勢。但從總體來看，其運動性能略遜一籌，以往使用的FPSO不能對自身的工作方向與工作性能進行精準的定位，并且在復雜環境下的聯合使用效果也較差，導致FPSO在運動方面存在缺陷。若想進一步擴大單點FPSO的應用優勢，使其使用效果進一步凸顯，需要對其運動特點進行調整。因此，單點系泊的FPSO應用技術得以開發與應用，可以根據不同的海面變化情況，將自身的運動狀態加以調整，其主要可分為3種方式進行運動：一是垂直面運動，垂直面運動分為垂蕩運動與縱搖運動，在垂直面運動運動過程中，需要將平臺張力的效果與平臺設計的要求考慮于其中，以此提高原油工藝流程抵抗液位和油水界面波動等干擾能力，同時化解海浪帶來的油水分離問題，FPSO未來的發展變化在此范圍內也得到了限制，在各種環境下進行垂直運動都會受到來自浮動效應等因素的干擾。針對于單點系泊FPSO而言，當單點系泊FPSO遇到巨浪時，其甲板設備勢必會受到海浪沖擊力的影響，因此現場可通過降低設備液位、增加化學藥劑注入量等方式，避免FPSO的設備出現處理能力下降而導致產品不合格等問題［1］。二是水平面運動，縱蕩、橫蕩和艏搖等均屬于水平面運動，單點波系FPSO采用了水平面內進行共振運動的方式降低其水平區間內的變化，從而降低其出現約束力的可能性。通過計算，當浪高在10 m以內，對于FPSO設備流程的沖擊可得到控制，但海浪浪高于10 m以后，其運行的穩定性容易遭到破壞，導致FPSO失去處理終端作用，因此水平面運動并不利于單點系泊FPSO的使用。三是橫搖運動，FPSO最初是由油輪改造而來，因此其主體形態與運動方式仍保留著船自身的特點。當風浪不斷升高時，FPSO會出現大幅度的橫搖，而此類橫搖將會對FPSO的工作人員的工作與生活造成不良影響，因此大量的船只都能通過調整其壓載艙液位降低其橫搖的效果。

船體隨風浪晃動會造成設備液位波動、油水界面不穩定、傳感器數據失真，是影響FPSO工藝流程穩定性的主要因素，因此如何減小由于船體運動對流程造成的沖擊，成為海上生產團隊比較重視的一個問題。

3 FPSO船體晃動對原油流程的沖擊

FPSO船體晃動會直接影響油、水工藝流程的穩定性，對生產工藝流程的順利運轉造成較大的沖擊。現以明珠號FPSO為例，分別對不同浪高條件下，油、水處理工藝流程遭到的沖擊進行分析。

3.1 某小型FPSO工藝流程簡介

將井口平臺的產出油水混合物，經混輸海管匯集到“明珠號V-801”進行油、氣、水分離，分離出的水會進入生產水艙T-741A/B，從而進行進一步的水處理，而原油脫出的氣體將作為燃料氣進入F-821A/B被利用。將E-701A/B改至V-801之前，單點來液在進入V-801之前分流一部分來液先進入E-701A/B，通過E-701A/B進行預加熱后再進入V-801，主要目的是提高V-801入口介質溫度從而提高V-801的處理效果。V-801內62 ℃左右的原油通過兩臺并聯的熱處理器換熱器，被加熱到82 ℃左右后進入V-702，原油進入V-702后進行進一步的脫水和脫氣，分離出的水進入E-842冷卻后入生產水艙T-741A/B進行進一步的水處理，原油中脫出的氣體通過火炬分液罐后到火炬進行燃燒，經過進一步脫水后的原油由原油增壓泵P-701D/E、P-801F增壓后，進入兩臺并聯的電脫水器預熱器E-703-A/B進行進一步加熱，達到電脫水器的處理溫度。來自原油增壓泵的82℃的原油經過該換熱器的管程后被加熱到110 ℃左右，然后進入電脫水器V-703A/B，原油在進入電脫水器之前會被加熱至110 ℃左右，以此降低原油的黏度和提高油水之間的比重差，增強電脫水器脫水的效果。電脫水器脫出的水進入E-841A/B冷卻后，通過進入生產水艙T-741A/B進行進一步的水處理，分離出的合格原油（含水率≤0.5%）進入兩臺并聯的合格原油換熱器E-701A/B，與單點來液進行換熱。換熱降溫到95 ℃左右的合格原油再進入兩臺并聯的合格原油冷卻器E-704C/D，通過冷卻海水進行冷卻到90℃左右進入下艙原油換熱器E-804，經過冷卻達到合格下艙溫度75 ℃左右進入貨油艙［2］。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.2 船體晃動對某小型FPSO工藝流程沖擊的分析

入口分離器V-801運行狀態不穩定，在惡劣的海況下，船體晃動加劇了井液在分離器中的運動，使得分離器很難達到靜置沉降的效果。

當原油的乳狀液在電場作用下發生水電反應時，會將水滴界面膜的強度降低，實現水滴間的碰撞，從而達到分離原油的目的。原油首先進入弱電場，由于其含水率高，碰撞概率大，分離效果好，大水滴脫除出來，降低了原油的導電率，為原油進入強電場提供了有利的電場條件［3］。當小水滴在中等強度的電場中受到電場力，成為大水滴沉降下來，最后進入最上面的強電場，更小的水滴則會受到更強的電場力，成為大水滴沉降下來。

由于電脫水器V-703A/B是滿罐操作，因此船體晃動對于電脫水器的影響并不大。在一定時間范圍內，當電脫水器V-703A/B壓力和油水界面維持相對穩定時，在不同風級時測量得出口原油含水率及乳化情況。隨著風力的升高，原油含水率和乳化數據均呈現上升趨勢。

4 減小FPSO船體晃動對工藝流程帶來的沖擊措施

在確定船體晃動對流程造成的具體沖擊后，根據某小型FPSO的實際情況，提出以下方案，確保工藝流程穩定。

（1）在入口分離器V-801和熱處理器V-702中保留相對穩定的液位。V-801 中液位高度在2 100 mm左右為宜，這樣既能避免由船體晃動、液位不穩定造成的誤報警，又能保持較高的油水分離界面。V-702液位高度也盡量保持在2 100 mm，最好不超過2 300 mm。通過LCV8990控制好V-801液位高度，在保證入口分離器液位符合要求的前提下，V-702中液位可以適當浮動。

（2）在大風來臨之前（通過表1可知，浪高超過3 m時，船體晃動對流程的影響程度隨之升高），可以通過適當提高化學藥劑的注入量來降低影響，提高化學藥劑的注入量，可以有效提高分離效果，維持流程的穩定性［4］。

（3）加強各級分離器下艙水水質監測。船體晃動對流程造成一定的影響后，原油含水率上升，乳化升高，必然造成下艙水含油率升高，增大了水工藝流程的壓力。當發現下艙水水質不符合要求時，可以通過關閉水相出口閥門，從而提高油水界面，保證下艙水水質。若罐內液位上升，而下艙水不滿足下艙條件時，可以打開水相閉排，將其放入slop艙進行沉降處理。

（4）加強現場巡檢，保證流程運轉良好。應確保對火炬分液罐中液位的連續監測，適當時可手動啟泵多抽水。

（5）提前與外輸部門進行溝通，在大風來臨之前，通過轉水、倒艙等措施將slop艙的液位盡量降低，保障在大風期間維護流程的穩定性，以及滿足隨時能向slop艙中放入生產水的需求。

5 結束語

通過分析船體晃動對流程帶來的沖擊，提前進行干預，調整各級設備液位，調整化學藥劑注入量，加強對各級設備參數的監測，預留部分艙容回收未處理合格的原油，有效地維護FPSO流程的穩定性。海上氣候復雜多變，為了更好地確保FPSO流程的穩定性，未來還需增大FPSO噸位，盡量減小風浪帶來的沖擊，同時增強傳感器的抗干擾能力，從而確保油、水工藝流程的穩定性、高效性、安全性。