李鵬

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司技術(shù)中心，天津塘沽，郵編：300457）

1.0 概述

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)在全世界FPSO定位系泊系統(tǒng)中占的比例約為65%，可謂舉足輕重【1】，它們遍布世界風(fēng)浪條件最?lèi)毫拥暮Ｓ?，諸如挪威大陸架、北北海、墨西哥灣和南中國(guó)海。目前在南中國(guó)海域作業(yè)的FPSO均采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)，其典型的布置設(shè)施見(jiàn)圖1所示。

圖1 南中國(guó)海典型系泊系統(tǒng)示意圖

近年來(lái)，隨著超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和土臺(tái)風(fēng)的不斷侵襲，南海海域作業(yè)的FPSO系泊系統(tǒng)分別出現(xiàn)了不同程度的損壞和功能缺失，雖然幸運(yùn)的是尚未出現(xiàn)系泊系統(tǒng)重大損毀失效事件，但如何提高整體系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)管理和維護(hù)檢測(cè)的手段正在逐步得到整個(gè)中海油的重視。

2.0 系泊系統(tǒng)安全管理的意義

傳統(tǒng)的油田作業(yè)者在安排生產(chǎn)維保中一般包含機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)工藝設(shè)備等顯而易見(jiàn)的內(nèi)容，而對(duì)于在水下的系泊系統(tǒng)，往往被忽視甚至被認(rèn)為是永不失效的裝置，而事實(shí)上由于設(shè)計(jì)冗余度不足、疲勞、安裝損傷等原因，系泊系統(tǒng)往往有著天生的缺陷，應(yīng)該得到充足的重視。

做好系泊系統(tǒng)安全管理工作，其意義在于：

1、油田安全生產(chǎn)最基本的保障：由于FPSO是一個(gè)作業(yè)區(qū)塊的中心，擔(dān)負(fù)著原油處理、儲(chǔ)存、供電等重要職能，因此FPSO的系泊安全是整個(gè)作業(yè)區(qū)塊的最基本要求。

2、國(guó)際聲譽(yù)、環(huán)境保護(hù)的需要：系泊系統(tǒng)的作用在于通過(guò)質(zhì)量——彈簧系統(tǒng)使FPSO的位移保持在生產(chǎn)管線可以承受的范圍內(nèi)，若風(fēng)、浪、流的作用使其位移超出范圍，則生產(chǎn)管線、電纜就會(huì)因拉力過(guò)大而失效，F(xiàn)PSO船體也可能因不平衡力的作用發(fā)生傾覆，因此在防止海上溢油等重大事故的發(fā)生，維護(hù)作業(yè)者良好的國(guó)際聲譽(yù)、甚至國(guó)家聲譽(yù)方面，系泊系統(tǒng)都發(fā)揮著重要作用。

3、國(guó)際保險(xiǎn)市場(chǎng)重要的參保依據(jù)：從規(guī)模和投資比來(lái)看，系泊系統(tǒng)有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，卻占到較大的資金投入，足可見(jiàn)其技術(shù)難度和重要性。在國(guó)際保險(xiǎn)市場(chǎng)上亦是如此，國(guó)際保險(xiǎn)人把單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的安全作為整個(gè)油田設(shè)施保險(xiǎn)的重要環(huán)節(jié)，因此會(huì)借助某些組織機(jī)構(gòu)提出比船級(jí)社規(guī)范更詳細(xì)的維護(hù)、監(jiān)測(cè)要求。做好系泊系統(tǒng)安全管理工作，不僅可以降低維護(hù)成本，而且能夠在國(guó)際保險(xiǎn)談判中占到更有利的位置。

3.0 國(guó)內(nèi)國(guó)際管理方式和技術(shù)手段的對(duì)比

3.1 管理方式對(duì)比

3.1.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有管理方式

目前南海FPSO系泊系統(tǒng)的管理與FPSO船體的船級(jí)社入級(jí)管理是合并在一起的，基本采用船級(jí)社入級(jí)管理程序，實(shí)施水下檢驗(yàn)。對(duì)系泊系統(tǒng)所屬的甲板機(jī)械設(shè)備實(shí)行換證檢驗(yàn)。海上一般由機(jī)械部門(mén)完成對(duì)單點(diǎn)系統(tǒng)水上部位的維護(hù)和檢測(cè)，水下部位由于維保難度大，動(dòng)員費(fèi)用高，基本上每2.5年進(jìn)行一次水下檢驗(yàn)。此時(shí)間間隔內(nèi)無(wú)法了解系泊系統(tǒng)（水下部分）的作業(yè)狀態(tài)。

3.1.2 國(guó)外管理方式

國(guó)外作業(yè)者（以北海內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系統(tǒng)為例）除在正常生產(chǎn)狀態(tài)采用上述船級(jí)社檢驗(yàn)入級(jí)外，還采用完整性管理概念實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)的管理。具體流程見(jiàn)圖2。

如圖2所示，其中“設(shè)計(jì)環(huán)境條件”一項(xiàng)，目前國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)【2】中已經(jīng)明確提出建議將單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)海況重現(xiàn)期由與船體結(jié)構(gòu)一致的百年一遇，調(diào)整到萬(wàn)年一遇海況，以增加系泊系統(tǒng)安全性。其中“確定/更新系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)”的含義是：在完成系泊系統(tǒng)安裝后，通常采用設(shè)計(jì)復(fù)核的方法對(duì)錨泊線（包括錨鏈、鋼纜、連接結(jié)構(gòu)等）進(jìn)行檢查，看是否存在因現(xiàn)場(chǎng)安裝導(dǎo)致構(gòu)件破損形象整體壽命的情況出現(xiàn)。設(shè)計(jì)復(fù)核后確定系泊系統(tǒng)基線（baseline）數(shù)據(jù)，后期的檢測(cè)監(jiān)測(cè)則以該基線為參照，當(dāng)系泊系統(tǒng)狀態(tài)特征數(shù)據(jù)低于基線數(shù)據(jù)時(shí)，則表明存在風(fēng)險(xiǎn)并應(yīng)采取補(bǔ)救措施。

圖2 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理流程

3.2 技術(shù)手段對(duì)比

3.2.1 國(guó)內(nèi)技術(shù)手段

1、常規(guī)潛水：操作時(shí)間較短，應(yīng)用于水面以下較淺位置的檢測(cè)，如單點(diǎn)艙處的船底板，單點(diǎn)浮筒（見(jiàn)圖1）等的檢測(cè)

2、飽和潛水【4】：按照國(guó)際慣例，當(dāng)潛水作業(yè)深度超過(guò)120米、時(shí)間超過(guò)1小時(shí)，一般采用飽和潛水。應(yīng)用于鋼纜檢查，在南中國(guó)海FPSO中的應(yīng)用與ROV類(lèi)似。

3、ROV檢測(cè)：應(yīng)用于水下較深部位的檢測(cè)，如系泊鋼纜，海底錨鏈，配重塊等的檢測(cè)。

3.2.2 國(guó)外技術(shù)手段

除3.2.1中1、2、3外，國(guó)外比較常見(jiàn)的技術(shù)手段還有：

1、單點(diǎn)系泊在線檢測(cè)系統(tǒng)：一般采用應(yīng)變檢測(cè)儀器或傾角儀對(duì)系泊線的張力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)設(shè)定報(bào)警值的方法反饋給FPSO或陸地控制部門(mén)，給作業(yè)者提供參考。

2、系泊線三維成像技術(shù)：搭載在ROV上的一套系統(tǒng)，有多個(gè)水下攝像頭，沿系泊線拍攝的圖像返回處理計(jì)算機(jī)得到三維圖像，可以精確到鋼纜和錨鏈環(huán)的局部腐蝕，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析后可以進(jìn)行剩余系泊力評(píng)估。

圖3 某公司鋼絲繩測(cè)量系統(tǒng)

圖4 某公司錨鏈環(huán)分析——應(yīng)力分布云圖

3、系泊線疲勞壽命評(píng)估：三維成像技術(shù)的延伸，通過(guò)三維圖像可以分析出系泊線的疲勞壽命。由于疲勞問(wèn)題的研究在國(guó)際上還沒(méi)有得到根本性的突破，目前世界范圍內(nèi)還在采用概率和統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)疲勞壽命進(jìn)行評(píng)估，而在檢測(cè)精密程度上越來(lái)越高。

4.0 失效模式研究在完整性管理中的體現(xiàn)形式

在圖2“單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理流程”的介紹中，并不能直接看到失效模式研究的整個(gè)完整性管理體系中位置。但實(shí)際上，流程“設(shè)計(jì)一套受損運(yùn)行理念和程序”和“按部件逐級(jí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)審”中就會(huì)涉及失效模式研究的內(nèi)容：首先在受損運(yùn)行狀態(tài)下，應(yīng)明確受損部位的失效模式，在已知不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)全局的情況下，應(yīng)對(duì)該部件受損導(dǎo)致的結(jié)果做充分的風(fēng)險(xiǎn)判斷，并制定相應(yīng)的應(yīng)急管理程序；其次，按部件逐級(jí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)審的前提就是對(duì)各部件有充分的失效模式研究，做到對(duì)部件本身和其牽連的部件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。因此失效模式研究是對(duì)系泊系統(tǒng)各組成部分可能發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行梳理和預(yù)判，從而在管理監(jiān)控方面提高范圍和精度，是系泊系統(tǒng)完整性管理中技術(shù)層面的重要一環(huán)。

5.0 內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)失效模式研究具體技術(shù)內(nèi)容

失效模式研究不僅只是一種管理理念，針對(duì)具體系泊系統(tǒng)，有著具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，是要通過(guò)科學(xué)的計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)積累得到的。

下文結(jié)合國(guó)外文獻(xiàn)和中國(guó)南海FPSO實(shí)際情況，對(duì)典型的內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)失效模式進(jìn)行介紹。

5.1 系泊分析數(shù)據(jù)輸入不足

系泊分析是系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，并貫穿整個(gè)系泊系統(tǒng)生命周期，該項(xiàng)技術(shù)因水動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展得到迅速提高，但目前最大的問(wèn)題在于輸入數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確甚至缺失，如事實(shí)風(fēng)浪參數(shù)需要安裝專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器，而不應(yīng)采用預(yù)報(bào)值，又如海底泥沙，巖石條件沒(méi)有得到監(jiān)測(cè)等。具體參見(jiàn)表1。

5.2 設(shè)計(jì)分析方法不當(dāng)

設(shè)計(jì)分析方法是指具體系泊分析時(shí)的水動(dòng)力分析方法，其中多項(xiàng)內(nèi)容涉及水動(dòng)力專(zhuān)業(yè)參數(shù)，詳見(jiàn)表2。

5.3 強(qiáng)度不足引起失效

在單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮各構(gòu)件的強(qiáng)度問(wèn)題，并考慮充分的安全系數(shù)和余量。而處于海水中的各系泊組件因不能得到及時(shí)監(jiān)控和修補(bǔ)，常常出現(xiàn)強(qiáng)度問(wèn)題，具體形式見(jiàn)表3。

表1 系泊分析數(shù)據(jù)不足具體形式

表2 設(shè)計(jì)分析方法不當(dāng)具體形式

5.4 磨損問(wèn)題

系泊系統(tǒng)各組件內(nèi)部，組件之間，組件與海底均存在磨損問(wèn)題，應(yīng)定期檢測(cè)，及時(shí)更換。具體可能發(fā)生磨損的部位見(jiàn)表4。

5.5 疲勞問(wèn)題

疲勞問(wèn)題是指系泊線由于長(zhǎng)期周期性運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有達(dá)到塑性變形階段的作用力導(dǎo)致系泊線斷裂失效的現(xiàn)象。詳見(jiàn)表5。

5.6 腐蝕問(wèn)題

系泊系統(tǒng)尤其是錨鏈、系泊纜部分長(zhǎng)期浸泡于海水中，不可避免地會(huì)發(fā)生腐蝕。腐蝕是自然規(guī)律不可能做到百分之百防腐，但對(duì)宜腐蝕部位加強(qiáng)監(jiān)控，可以有效降低此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，具體可能發(fā)生腐蝕的部位見(jiàn)表6。

5.7 其他四類(lèi)問(wèn)題

另外,引起系泊系統(tǒng)失效的原因還有觸碰問(wèn)題、運(yùn)動(dòng)問(wèn)題、制造問(wèn)題、安裝問(wèn)題等，作者將其匯總于表7。

本文總結(jié)的國(guó)外對(duì)失效模式的研究共可分為

10大類(lèi)【2】，內(nèi)容涉及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝等系泊系統(tǒng)全生命周期。應(yīng)用失效模式研究于系泊系統(tǒng)，可以為作業(yè)者提供重要的參考，方便編制維保檢修計(jì)劃。

表3 強(qiáng)度問(wèn)題

表4 磨損問(wèn)題

表5 疲勞問(wèn)題

表6 腐蝕問(wèn)題

表7 其它失效模式匯總

6.0 結(jié)束語(yǔ)

隨著近年來(lái)全球范圍的惡劣海況不確定因素增加，世界各國(guó)（包括中國(guó)）在海洋工程系泊安全問(wèn)題上都遇到了一些困難。面對(duì)國(guó)際問(wèn)題，就需要國(guó)際合作來(lái)解決，中國(guó)正處于起步階段，吸收國(guó)外的先進(jìn)管理理念和技術(shù)手段是邁向國(guó)際化的第一步。因此本文建議逐步理解吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，同步將其應(yīng)用于南海FPSO的維護(hù)、檢修與管理，實(shí)現(xiàn)事故發(fā)生概率的最小化。

目前在南中國(guó)海服役的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部位制造全部來(lái)自國(guó)外，并且國(guó)外在檢測(cè)、維護(hù)技術(shù)、管理手段上也處于領(lǐng)先地位，我國(guó)的南海油藏量豐富，系泊系統(tǒng)的應(yīng)用顯然未達(dá)到飽和，因此有必要以現(xiàn)有的系泊系統(tǒng)為基礎(chǔ)，逐步提高管理、技術(shù)兩個(gè)方面水平，為未來(lái)水深更深、海況更復(fù)雜系泊系統(tǒng)的應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

【1】《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》第九冊(cè)：FPSO與單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【2】Oil&Gas UK Mooring Integrity Guidance

【2】中華人民共和國(guó)海洋石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)吸c(diǎn)系泊裝置建造與入級(jí)規(guī)范

【4】劉貞飛等 《中國(guó)水運(yùn)》2012-3 38-39飽和潛水在海洋工程中的應(yīng)用

【5】劉振國(guó) 《中國(guó)海上油氣（工程）》1994-10海上結(jié)構(gòu)物在服役期的安全性檢測(cè)