鄭秋生，劉麗明

（1.中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津 300452；2.渤海石油水電服務(wù)公司，天津 300452）

FPSO的聚類分析管理

鄭秋生1，劉麗明2

（1.中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津 300452；2.渤海石油水電服務(wù)公司，天津 300452）

通過對(duì)目前在渤海和南海相關(guān)海域作業(yè)的10艘具有代表性的FPSO的船型、油氣處理功能、系泊系統(tǒng)三個(gè)重要組成部分的17個(gè)參數(shù)進(jìn)行聚類對(duì)比分析計(jì)算，將10艘FPSO聚類為四大類：海洋石油101、海洋石油102、海洋石油105一類；海洋石油109、海洋石油112、海洋石油113二類；海洋石油111、海洋石油115和海洋石油116三類；海洋石油104四類。從而為同類中不同F(xiàn)PSO個(gè)體的維護(hù)、管理提供參照。

FPSO；聚類分析；類別

0 引言

FPSO（浮式生產(chǎn)、儲(chǔ)油、卸油裝置）是海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)的重要組成部分，其本身由船體、油氣處理模塊（上部模塊）和單點(diǎn)系泊系統(tǒng)三部分組成（圖1）。FPSO與水下采油系統(tǒng)和穿梭油輪構(gòu)成了完整的由原油開采至外運(yùn)的系統(tǒng)。隨著中國(guó)海洋石油深水戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，F(xiàn)PSO已經(jīng)成為面向不同水深、不同環(huán)境條件的海上油氣開發(fā)的主要手段。截止2007年底，世界范圍內(nèi)FPSO有118條，占世界浮式生產(chǎn)系統(tǒng)的60%，中國(guó)海油已擁有17艘FPSO，成為世界上擁有FPSO數(shù)量最多的油公司之一，其設(shè)計(jì)、建造、項(xiàng)目管理總體水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中包括我國(guó)第一艘使用的FPSO“南海希望號(hào)”，我國(guó)第一艘自行設(shè)計(jì)建造的FPSO“渤海友誼號(hào)”，現(xiàn)階段在我國(guó)海域服役的噸位最大、技術(shù)最新、造價(jià)最高的“海洋石油117”（服役于蓬萊19-3油田）[1-5]。

FPSO是集油氣生產(chǎn)、儲(chǔ)卸油、生活、安全、消防、救生、向井口平臺(tái)供電、注水及接受來自井口的溫度、壓力信號(hào)，對(duì)井口進(jìn)行監(jiān)控的多功能于一體的海上浮士裝置，因此其性能的穩(wěn)定是關(guān)系到海上油田安全、高效生產(chǎn)的前提條件。不同F(xiàn)PSO具備自身特點(diǎn)，通過對(duì)其參數(shù)的對(duì)比計(jì)算分析將性能狀況相近的FPSO歸為一類，從而為同類中不同F(xiàn)PSO個(gè)體的維護(hù)、管理提供可參照性。

圖1 FPSO示意圖

1 參數(shù)比較

本文對(duì)目前在渤海和南海相關(guān)海域作業(yè)的10艘具有代表性的FPSO的船型、油氣處理功能、系泊系統(tǒng)三個(gè)重要組成部分的17個(gè)參數(shù)（表1）[5]進(jìn)行了聚類對(duì)比分析，通過聚類對(duì)比分析，確定出不同F(xiàn)PSO之間的綜合性能參數(shù)的相近程度，便于對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、管理。

表1 10條FPSO參數(shù)比較表

2 聚類分析計(jì)算

2.1 Ward聚類方法[6,7]

Ward聚類方法的基本思想是：先將n個(gè)樣品各自成一類，此時(shí)W=0；然后每次將其中某兩類合并為一類，因?yàn)槊靠s小一類離差平方和就要增加，每次選擇使W增加最小的兩類合并，直至所有樣品合并為一類為止。

Ward法把某兩類合并后增加的離差平方和看成為類間的平方距離，即令：

2.2 10艘FPSO聚類分析

2.2.1 系統(tǒng)聚類表及聚類樹形圖

根據(jù)式（1）～（7），對(duì)10艘FPSO的17項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，系統(tǒng)聚類分析過程和聚類樹形圖分別如表2和圖2所示。

表2 系統(tǒng)聚類表

圖2 系統(tǒng)聚類的樹形圖

系統(tǒng)聚類表中的群集1和群集2定性地說明了不同F(xiàn)PSO之間的性能狀況接近程度，而聚類系數(shù)則定量說明了不同F(xiàn)PSO之間的性能狀況接近程度。

2.2.2 結(jié)果分析

根據(jù)1972年Bemirmen提出的根據(jù)實(shí)際研究目的確定分類的譜系圖分析準(zhǔn)則[6]，結(jié)合表2及圖2可以看出：當(dāng)分為四類時(shí)，聚類系數(shù)為3.336；當(dāng)分為三類時(shí)，聚類系數(shù)達(dá)到5.723。聚類系數(shù)過大，概括的范圍過廣，不利于揭示出不同F(xiàn)PSO之間的真實(shí)接近程度，所以將10艘FPSO大致分為以下4種大類：

1）I類主要包括海洋石油101、海洋石油102、海洋石油105。這一大類最突出的特點(diǎn)是在分析的10艘FPSO中屬于比較小型、比較老舊、系泊力較小的。其中101和102性能狀況更為接近，其船體基本參數(shù)一致，油、水處理能力和主電站、熱電站功率相近，已使用年限相近，均屬于超期服役，因此這兩條船在維護(hù)和管理方面具備可參照性；海洋石油105與101和102在船體基本參數(shù)方面基本一致，但其油、水處理能力及主電站功率等功能參數(shù)要優(yōu)于101和102，已使用年限相對(duì)較小，同時(shí)其也是目前中國(guó)海域服役FPSO中唯一使用旁靠外輸?shù)拇?/p>

2）II類主要包括海洋石油109、海洋石油112、海洋石油113。這一大類在10艘FPSO中具備船體、貨油艙容最大，油、水處理能力較強(qiáng)，系泊力、主機(jī)功率較大等共性。同時(shí)，到目前為止其使用年限只有設(shè)計(jì)壽命年限的1/2～1/3，各項(xiàng)性能指標(biāo)均較優(yōu)。其中109和113的性能狀況最為接近，其船體參數(shù)一致，油水處理能力和其它參數(shù)基本一致；而海洋石油112的油水處理能力要優(yōu)于113，但兩者同年建造、同年開始投入使用。因此，該三艘船在維護(hù)和管理方面具備可參照性。

3）III類主要包括海洋石油111、海洋石油115和海洋石油116，三艘船均服役于南海海域，相近的海域環(huán)境基礎(chǔ)使得其具備的性能在10艘FPSO中最接近，均采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊方式。其中海洋石油115和海洋石油116是在所有參與比較的船中性能最接近的，其聚類系數(shù)僅為0.008，被稱為“姊妹船”。海洋石油111在船體、油、水處理能力、主機(jī)功率等參數(shù)方面均大于115和116，但由于115和116的建造時(shí)間較晚，因此考慮的安全系數(shù)較高，系泊力相對(duì)于海洋石油111要高約53%。

4）IV類只有海洋石油104。海洋石油104是10艘FPSO中唯一一艘由二手油輪改造而成的FPSO，其船體參數(shù)與海洋石油111相近，載重量與海洋石油115和海洋石油116相當(dāng)，但油水處理能力和系泊力相對(duì)要低得多，同時(shí)船齡較老。因此，其與海洋石油111、115、116的可參比性不是很大，單獨(dú)列為一類進(jìn)行維護(hù)管理。

3 結(jié)束語

雖然不同F(xiàn)PSO各有其本身特點(diǎn)，通過綜合聚類分析將性能相近的聚類劃分為一類，為同類中不同F(xiàn)PSO個(gè)體的維護(hù)、管理提供參照。

[1] 周守為, 曾恒一, 范模. 我國(guó)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置的研制與開發(fā)[J]. 中國(guó)海上油氣, 2006(2): 73-76.

[2] 趙耕賢. 我國(guó)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].上海造船, 2009(2): 48-52.

[3] 吳家鳴. FPSO的特點(diǎn)與現(xiàn)狀[J]. 船舶工程, 2012(S2): 1-4.

[4] 陳進(jìn)娥, 何順利. 我國(guó)海洋石油勘探開發(fā)裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā), 2012(6): 67-71.

[5] 金曉劍. FPSO最佳實(shí)踐與推薦做法[M]. 山東東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社, 2012: 1-9, 268-274.

[6] 高惠璇. 應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析[M]. 北京: 北京大學(xué)出版社, 2005: 216-259.

[7] 何曉群. 多元統(tǒng)計(jì)分析[M]. 北京: 中國(guó)人民大學(xué)出版社, 2008: 57-95.

Cluster Analysis and Management of FPSO

Zheng Qiu-sheng1, Liu Li-ming2

(1.CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Co., Tianjin 300452, China; 2.Bohai Oil Water and Electricity Service Company, Tianjin 300452, China）

In this paper, 17 parameters of the 10 FPSOs located in Bohai Sea and South China Sea are selected and studied by clustering method. Results show that 10 FPSOs are clustered into four categories. I class includes FPSO101, FPSO 102, FPSO 105. II class includes FPSO 109, FPSO 112, FPSO 113. III class includes FPSO 111, FPSO 115, FPSO 116. IV class includes FPSO 104. At last a reference for the maintenance and management of different FPSOs in the same category is provided in this research.

FPSO; cluster analysis; category

U674.38+4

A

1005-7560 (2014) 05-0047-04

中國(guó)海洋石油總公司重大科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)“CNOOC-KJ 125 ZDXM 26 THY NFCY 2014-01”）

鄭秋生（1983-），男，機(jī)械工程師，主要從事海上采油生產(chǎn)設(shè)備項(xiàng)目建造、管理工作。