陳捷俊，周莉

中海石油（中國(guó)）有限公司番禺作業(yè)公司，廣東深圳518067

FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)與檢驗(yàn)

陳捷俊，周莉

中海石油（中國(guó)）有限公司番禺作業(yè)公司，廣東深圳518067

隨著單點(diǎn)系泊技術(shù)在FPSO設(shè)施上的廣泛應(yīng)用，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)故障與失效事件發(fā)生數(shù)量逐年上升，但對(duì)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)管控措施仍處于較為初始的階段。文章對(duì)我國(guó)南海海域某FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)水下錨泊設(shè)施進(jìn)行了初步的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)分析，使用半定量方法得出了內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)錨泊設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)分布與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)，并結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果優(yōu)化了單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的水下錨泊設(shè)施的檢驗(yàn)策略。

FPSO；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；檢驗(yàn)

0 引言

隨著FPSO（floading production storageand offloading）在海洋石油開(kāi)發(fā)中的廣泛應(yīng)用，F(xiàn)PSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)研究與風(fēng)險(xiǎn)管理已經(jīng)成為保障FPSO乃至整個(gè)作業(yè)區(qū)塊正常作業(yè)運(yùn)營(yíng)的重要課題。如何正確識(shí)別系泊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)并采取最優(yōu)化的RBI（Risk Based Inspection）檢驗(yàn)策略是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理最重要的一環(huán)，對(duì)FPSO的生產(chǎn)安全和廣泛應(yīng)用起著舉足輕重的作用。

1 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)背景

海上浮式海洋石油設(shè)施的系泊系統(tǒng)失效事故時(shí)有發(fā)生，圖1所示為近十多年來(lái)主要系泊系統(tǒng)失效情況統(tǒng)計(jì)。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)研究并沒(méi)有深入開(kāi)展。國(guó)際上雖然已有個(gè)別公司或組織開(kāi)展了對(duì)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)研究，但尚未形成統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。單點(diǎn)系泊主要風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域如圖2所示。

自FPSO等浮式海洋石油設(shè)施在我國(guó)投入使用以來(lái)，已先后發(fā)生多起事故，見(jiàn)表1。從表1可以看出，國(guó)內(nèi)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)失效多由于臺(tái)風(fēng)等極端天氣導(dǎo)致；另外，錨鏈、錨纜的斷裂、斷絲以及過(guò)度磨損是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)失效的主要原因。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外浮式海洋石油設(shè)施事故案例分析，可以得出：

（1）單條錨鏈?zhǔn)窍挡聪到y(tǒng)失效的主要表現(xiàn)形式，并分別出現(xiàn)在FPSO（占多數(shù)）、STLBuoy（水下轉(zhuǎn)塔裝載浮筒系泊）、CALM（懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)）、SPAR（立柱式平臺(tái)）、Sea-Semi（半潛式平臺(tái)）等海洋工程設(shè)施上。

圖1 系泊系統(tǒng)失效統(tǒng)計(jì)

圖2 單點(diǎn)系泊主要風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域

表1 近年國(guó)內(nèi)單點(diǎn)系泊失效記錄匯總

（2）幾乎所有的災(zāi)難性系泊系統(tǒng)失效（倒塌）均發(fā)生于FPSO設(shè)施上。

（3）多條錨鏈?zhǔn)际鹿时戎夭桓?，僅發(fā)生3起并分別出現(xiàn)在FPSO、Sea-Semi與CALM。

（4）多數(shù)故障發(fā)生于系泊系統(tǒng)投入使用的第一年內(nèi)，在之后的13年服役期內(nèi)系泊系統(tǒng)仍有較高的故障發(fā)生率（見(jiàn)圖3）。在第13～18年服役期內(nèi)，故障發(fā)生率較低。

圖3 系泊系統(tǒng)服役年數(shù)與失效次數(shù)的關(guān)系

（5）失效區(qū)域主要集中于錨鏈、鋼絲纜、連接器等處，而聚酯繩的故障發(fā)生率較低（見(jiàn)圖4、圖5）。原因可能是聚酯繩的水下防腐及力學(xué)性能較好，且一般具有較大的設(shè)計(jì)裕量。

圖4 2001-2011年間系泊構(gòu)件失效次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖5 2001-2011年間斷裂倒塌事故次數(shù)統(tǒng)計(jì)

（6）FPSO的故障發(fā)生率遠(yuǎn)高于其他海洋工程設(shè)施（見(jiàn)圖6）。

圖6 2001-2011年間各類(lèi)系泊系統(tǒng)故障頻次

2 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要方法有三種：定量方法、半定量方法、定性方法。對(duì)系泊系統(tǒng)來(lái)講，由于目前缺乏足夠詳細(xì)的系泊數(shù)據(jù)庫(kù)而無(wú)法采用純定量方法，因此主要采用半定量方法。

結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外對(duì)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)已有研究成果，總結(jié)出系泊系統(tǒng)失效原因如表2所示。

表2 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)失效原因及分組

以我國(guó)BTM（buoyant turret mooring）單點(diǎn)系泊系統(tǒng)為例，該單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主要由船體內(nèi)部轉(zhuǎn)塔艙、主軸承及位于水下的系泊浮塔、錨鏈等錨泊設(shè)施組成。與其他海洋石油設(shè)施相比，系泊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析有其自身的特殊性，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

首先，對(duì)于失效可能性，系泊系統(tǒng)長(zhǎng)期浸沒(méi)于海面以下，主要風(fēng)險(xiǎn)反映在錨泊系統(tǒng)各部件失效以及極端工況下的設(shè)計(jì)儲(chǔ)備余量方面；另外，系泊系統(tǒng)尤其是錨鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)的任何子系統(tǒng)失效都有可能引起整個(gè)系統(tǒng)的失效反應(yīng)，這是與其他海洋石油設(shè)施最大的不同。

其次，對(duì)于失效后果，錨泊系統(tǒng)的失效后果需兼顧單條和多條錨鏈?zhǔn)б鸬暮蠊麚p失。因此，在對(duì)錨泊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程中，正常作業(yè)工況下的錨泊系統(tǒng)在安全系數(shù)滿(mǎn)足系泊要求的前提下，主要的潛在風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自于錨泊系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的失效以及安全系數(shù)的逐年遞減。

失效可能性與失效后果的分級(jí)見(jiàn)表3、表4。

BTM內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)共有8條系泊錨鏈，其中4號(hào)系泊錨鏈共分為5段，自上而下分別為錨鏈-鋼纜-錨鏈-鋼纜-錨鏈混合組成，按照表2～4的分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，逐一分析該錨鏈各個(gè)部件的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，得出每個(gè)部件的風(fēng)險(xiǎn)分值，并按單點(diǎn)系泊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表5）對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別排序，得到該條錨鏈各部件風(fēng)險(xiǎn)值（見(jiàn)表6）。

表3 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)失效可能性分級(jí)

表4 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)失效后果分級(jí)

表5 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

表6 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)各部件失效模式及風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別

3 錨泊系統(tǒng)檢測(cè)

3.1 錨泊系統(tǒng)檢測(cè)內(nèi)容

錨泊系統(tǒng)的檢測(cè)包括目視檢測(cè)和水下測(cè)量?jī)刹糠帧?/p>

3.1.1 目視檢測(cè)

目視檢查整條錨鏈的磨損、腐蝕情況，海生物附著情況；檢查整條錨鏈有無(wú)變形、過(guò)度腐蝕以及其他異常（扭絞、扭轉(zhuǎn)、彎曲、檔位松動(dòng)、裂紋、過(guò)分彎曲、過(guò)度磨損等）；檢查配重塊狀態(tài)有無(wú)異常；對(duì)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行攝像保存等。在檢測(cè)作業(yè)前，應(yīng)清除檢測(cè)部位附著的海生物以便于檢測(cè)作業(yè)實(shí)施，且清除海生物的方式應(yīng)得到業(yè)主認(rèn)可。

3.1.2 水下測(cè)量

在水下測(cè)量過(guò)程中，為完整評(píng)估錨泊系統(tǒng)狀態(tài)，檢驗(yàn)范圍應(yīng)涵蓋所有的錨鏈及錨。對(duì)指定位置錨鏈進(jìn)行尺寸測(cè)量（主要指鏈環(huán)的直徑、鏈環(huán)間的距離，需參考API RP2I）；檢測(cè)錨鏈埋地段及錨的沖刷情況等。

3.2 錨泊部分檢測(cè)方法

當(dāng)前，在役錨泊系統(tǒng)檢測(cè)方法有4種，具體如下：

（1）利用帶有多功能機(jī)械臂的ROV（水下機(jī)器人）和攝像設(shè)備對(duì)系泊鏈進(jìn)行檢查，檢查前需要先清潔系泊鏈。

（2）利用無(wú)多功能機(jī)械臂的ROV和攝像設(shè)備對(duì)無(wú)檔鏈進(jìn)行外觀檢查，檢查前無(wú)需清潔。

（3）利用帶有多功能機(jī)械臂及攝像機(jī)的ROV，操作工具測(cè)量系泊鏈。

（4）潛水員利用卡尺測(cè)量。

但需注意的是清潔系泊鏈會(huì)破壞海生物對(duì)系泊鏈的防腐保護(hù)甚至?xí)涌煜挡存溤诤Ｋ械母g速度，所以不建議對(duì)系泊鏈進(jìn)行頻繁測(cè)量檢查。

3.3 BTM內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)檢測(cè)

結(jié)合表6風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果以及上述錨鏈系統(tǒng)的檢測(cè)方法，BTM內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)錨鏈設(shè)施的檢驗(yàn)關(guān)注點(diǎn)見(jiàn)表7。

表7 BTM單點(diǎn)系泊系統(tǒng)檢驗(yàn)關(guān)注點(diǎn)

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)以上分析，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)錨泊設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)集中于水面以下35 m以?xún)?nèi)應(yīng)力較大的鏈節(jié)與接地段磨損嚴(yán)重區(qū)域，因此，在對(duì)錨泊設(shè)施的日常運(yùn)營(yíng)管理中，該段區(qū)域需重點(diǎn)關(guān)注。

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且鏈節(jié)數(shù)目龐大，受水下作業(yè)成本的限制，我國(guó)目前對(duì)錨泊系統(tǒng)的日常維護(hù)及檢驗(yàn)集中于整條錨鏈的目視檢驗(yàn)與極個(gè)別位置的粗略測(cè)量，無(wú)法真正滿(mǎn)足日益嚴(yán)峻的錨泊系統(tǒng)安全保障需要。同時(shí)，如何利用系泊系統(tǒng)的在線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)以減少系泊系統(tǒng)失效反應(yīng)時(shí)間，盡快介入以減少損失也是FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)研究的重要課題。因此，加快對(duì)水下系泊檢驗(yàn)與在線(xiàn)監(jiān)控新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，對(duì)提高我國(guó)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)管理水平與風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知有重要意義。

[1]Oil&Gas UK.Mooring integrity guidance[M].London:Oil&Gas UK，2008.

[2]Manoochehr Bozorgmehrian，Manjunath Terwad，VaniAparna Peri. Mooring systems for offshore floating installations[J].Trends& Technology，2013，（10）：52-53.

[3]Pedro Viana，Peter Falconer.Risers and mooring lines integrity managementbasedonreal-timeintegritymonitoring[A] Proceedings of Offshore West Africa Conference，2010[C].Accra，Ghana:OWA，2010.

[4]羅曉明，汪建平，景勇.淺談生產(chǎn)期間FPSO系泊系統(tǒng)的完整性管理[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2012，（5）：149-151.

Risks and Inspection ofFPSO Single Point Mooring System

Chen Jiejun，Zhou Li
CNOOC Panyu Operating Company，Shenzhen 518067，China

As the single point mooring systems are used in FPSOs widely，a variety of SPM system failure events increases year by year.But the risk identification and risk control measures of SPM system are still in comparatively primary stage.In this paper，the elementary risk identification and risk analysis on the underwater anchor mooring equipment of a FPSO BTM system in South China Sea are conducted.Its risk distribution and risk class assessment are obtained by using semi-quantitative method，and its inspection strategy is optimized based on the risk analysis results.

FPSO；single point mooring system；risk assessment；inspection

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.006

陳捷俊（1965-），男，廣東汕頭人，高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于浙江大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事海洋石油油氣田開(kāi)發(fā)管理工作。

2014-03-11