劉雪宜，孟俊瑜，楊洪所，高秉峰

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

渤海友誼號(hào)FPSO解脫與拖航

劉雪宜，孟俊瑜，楊洪所，高秉峰

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

以渤海友誼號(hào)FPSO為例，結(jié)合近年來(lái)多次FPSO解脫拖航的施工經(jīng)驗(yàn)，論述單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，F(xiàn)PSO解脫拖航的方案設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備以及海上施工流程，對(duì)涉及的YOKE下放結(jié)構(gòu)干擾校核，作業(yè)方案優(yōu)化以縮短施工時(shí)間，冬季作業(yè)窗口的選擇以及通航安全評(píng)估進(jìn)行介紹。

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)；海上施工；FPSO解脫；FPSO拖航

渤中28-1油氣田位于渤海南部海域，水深約22 m，東南距龍口市約100 km，西北距天津市塘沽基地約206 km，油田主要設(shè)施包括兩座井口平臺(tái)、“渤海友誼號(hào)”FPSO、兩條混輸海底管線。2013年6月，渤海友誼號(hào)FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)在年檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)左右舷系泊腿存在故障，左舷系泊腿萬(wàn)向鉸接頭處轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出尖銳噪音，同時(shí)伴有輕微振動(dòng)，系泊腿向上竄動(dòng)約15 mm；右舷系泊腿萬(wàn)向鉸接頭也存在類似噪音震動(dòng)問(wèn)題，初步判斷左右舷系泊腿推力軸承損壞。為了排除油田生產(chǎn)的安全隱患，經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)、前期準(zhǔn)備等工作，2014年10月將渤海友誼號(hào)FPSO解脫、拖航到船廠，完成系泊腿更換后再將FPSO回連復(fù)產(chǎn)。渤中28-1油氣田停產(chǎn)時(shí)間比計(jì)劃縮短18 d，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，施工技術(shù)、項(xiàng)目管理方面的成功經(jīng)驗(yàn)可供今后類似工程參考。

1 渤海友誼號(hào)FPSO與單點(diǎn)系泊系統(tǒng)

渤海友誼號(hào)FPSO是渤中28-1油氣田的核心油氣生產(chǎn)設(shè)施，1989年由滬東造船廠建造完工。主要參數(shù)：總長(zhǎng)217 m，型寬31 m，型深17.6 m，滿載吃水10.5 m，壓載吃水7.5 m，滿載排水量65 530 t，壓載排水量46 690 t，儲(chǔ)油量5萬(wàn)t。

渤海友誼號(hào)單點(diǎn)屬于水上軟剛臂系泊系統(tǒng)，是塔架式系泊系統(tǒng)的一種，適用于50 m以淺的淺水海域。如圖1所示，其結(jié)構(gòu)主要包括：四腿導(dǎo)管架、單點(diǎn)系泊頭、YOKE(鋼臂)、系泊腿、系泊構(gòu)架以及跨接系統(tǒng)。導(dǎo)管架用鋼樁固定在海底，單點(diǎn)系泊頭固定在導(dǎo)管架之上。YOKE和系泊腿連接單點(diǎn)系泊頭和FPSO船首的系泊構(gòu)架，構(gòu)成單點(diǎn)系泊的軟剛臂系統(tǒng)。YOKE的頭部有縱搖鉸接頭、橫搖鉸接頭，系泊腿上下端分別裝備了推力軸承、萬(wàn)向鉸接頭，能夠消除單點(diǎn)與FPSO之間的6自由度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。YOKE末端左右各有一個(gè)壓載艙，分別灌注173 t防凍液，其作用是為FPSO的位移提供回復(fù)力，保證系泊腿角度處于正常的垂直位置?？缃酉到y(tǒng)包括跨接軟管和跨接電纜，用于FPSO與單點(diǎn)之間傳輸電力、信號(hào)、天然氣、井液、回注水等。渤海友誼號(hào)單點(diǎn)具有風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，允許FPSO圍繞單點(diǎn)系泊頭作360°自由運(yùn)動(dòng)，使FPSO始終處在合外力最小的位置上[2-4]。

圖1 渤海友誼號(hào)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)

2 施工準(zhǔn)備

2.1 設(shè)計(jì)文件編制

FPSO拖航與連接是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)高、難度大、投入資源多的大型海上施工作業(yè)，優(yōu)秀的方案設(shè)計(jì)對(duì)于FPSO連接作業(yè)至關(guān)重要。在方案設(shè)計(jì)開(kāi)始之前整理原始設(shè)計(jì)資料，包括FPSO穩(wěn)性計(jì)算報(bào)告、FPSO拖航阻力報(bào)告、FPSO船舶證書、FPSO解脫連接指導(dǎo)大綱、FPSO原有拖曳設(shè)備證書和單點(diǎn)系統(tǒng)圖紙等；其次對(duì)FPSO與單點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確認(rèn)關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)。項(xiàng)目主要的設(shè)計(jì)文件包括FPSO前期檢修程序、跨接軟管電纜解脫程序、FPSO解脫程序、FPSO拖航程序、FPSO進(jìn)港引航方案等。設(shè)計(jì)文件完成后要提交業(yè)主和第三方審批，然后根據(jù)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)文件準(zhǔn)備施工材料。主要的施工材料包括拖纜、過(guò)橋纜、應(yīng)急拖纜、碼頭系泊纜、FPSO限位纜、交叉纜、提升纜、液壓拉伸器以及其他輔助工機(jī)具，所有的材料、工機(jī)具要具備相關(guān)證書并測(cè)試合格。

2.2 適拖檢驗(yàn)

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社《海上拖航指南》的規(guī)定，為了保障海上拖航作業(yè)的安全，拖航前應(yīng)由中國(guó)船級(jí)社驗(yàn)船師對(duì)被拖物和拖船進(jìn)行檢驗(yàn)，并簽發(fā)《適拖證書》和檢驗(yàn)報(bào)告。

基于拖航作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性，拖船的選用和檢驗(yàn)尤為重要。根據(jù)《海上拖航指南》的規(guī)定，計(jì)算FPSO在規(guī)定航速下的靜水阻力和限定風(fēng)速下的風(fēng)阻力，然后計(jì)算FPSO的拖航總阻力，選用拖船的拖力要大于拖船自身和被拖物FPSO的總阻力[4]。渤海友誼號(hào)拖航項(xiàng)目選用的主拖船為濱海284(5 900 kW)，系柱拖力910 kN，實(shí)際拖力發(fā)揮75%的情況下有效拖力為680 kN。

經(jīng)核算，在靜水中拖速6 kn，渤海友誼號(hào)阻力為551.6 kN，主拖船阻力為68 kN，拖帶組合阻力之和為63.76 kN，小于主拖船有效拖力680 kN；在風(fēng)速20 m/s(風(fēng)從船首成30°方向吹來(lái))，船首水流速度為0.5 m/s，有義波高為5 m條件下，渤海友誼號(hào)阻力為459 kN，主拖船阻力為160 kN，拖帶組合阻力之和為619 kN，小于主拖船有效拖力680 kN，主拖船具有抗風(fēng)保向保位能力。

拖船的檢驗(yàn)包括其航海系統(tǒng)、拖帶系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，確保拖船有足夠的拖力可以安全將FPSO拖到目的地，拖船的拖帶系統(tǒng)包括拖纜機(jī)、主拖纜、備用拖纜等設(shè)施。

2.3 海事手續(xù)辦理

在FPSO拖航前一定的時(shí)間到當(dāng)?shù)睾Ｊ聶C(jī)構(gòu)申請(qǐng)辦理拖航相關(guān)手續(xù)，主要包括通航安全評(píng)估報(bào)告編制與審查、水上水下活動(dòng)許可證、航行通告、航行警告等[5]。根據(jù)相關(guān)海事規(guī)定，大型設(shè)施和移動(dòng)式平臺(tái)拖帶屬于可能影響通航安全的水上水下活動(dòng)，《通航安全評(píng)估報(bào)告》編制完成后經(jīng)海事機(jī)構(gòu)審查通過(guò)后方可辦理立項(xiàng)審批、行政許可等?！锻ê桨踩u(píng)估報(bào)告》介紹了渤海友誼號(hào)FPSO拖航項(xiàng)目概況以及渤海海區(qū)自然環(huán)境、蓬萊欒家口等港口環(huán)境、長(zhǎng)山水道和登州水道等交通環(huán)境、海上搜救機(jī)構(gòu)和航經(jīng)水域的交管設(shè)施等安全保障，詳細(xì)分析拖航方案、拖航航線的規(guī)范性以及對(duì)自然環(huán)境、通航環(huán)境和通航安全的影響，認(rèn)為渤海友誼號(hào)FPSO拖航計(jì)劃、拖船配置滿足相關(guān)規(guī)范要求，航線設(shè)計(jì)合理可行，拖航水域和自然自然環(huán)境滿足拖航需要，可以順利地完成渤海友誼號(hào)FPSO拖航任務(wù)[6]。根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)度，適時(shí)發(fā)布航行通告、航行警告，告知此次FPSO拖航的時(shí)間、起始港、航速、拖帶長(zhǎng)度、航線和目的港等信息，請(qǐng)過(guò)往船舶注意并提前采取避讓措施。

2.4 拖航協(xié)調(diào)工作

FPSO拖航項(xiàng)目管理界面復(fù)雜，主要的參與方包括FPSO船東、FPSO操作方、承包商、拖船方、中國(guó)船級(jí)社、氣象保障、定位方、船廠、引航站和海事局等單位。根據(jù)拖航需要，建立拖航組織機(jī)構(gòu)和通信指揮程序，根據(jù)實(shí)際各方情況劃分工作界面，明確拖航中各方職責(zé)，定期召開(kāi)會(huì)議檢查、通報(bào)各方工作的進(jìn)展。拖航前3 d由拖航組織單位主持召開(kāi)拖航協(xié)調(diào)會(huì)議，組織拖航參與方對(duì)拖航準(zhǔn)備工作進(jìn)行聯(lián)合檢查，檢查的重點(diǎn)包括拖航方案的合規(guī)性、拖航手續(xù)辦理進(jìn)展、FPSO適拖檢驗(yàn)、拖船資源、關(guān)鍵崗位人員到位情況、材料工機(jī)具及拖航窗口與氣象預(yù)報(bào)等；設(shè)立拖航領(lǐng)導(dǎo)小組，編制24 h人員值班表，負(fù)責(zé)拖航作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)指揮，負(fù)責(zé)拖航指揮作業(yè)的組織協(xié)調(diào)；制定拖航匯報(bào)機(jī)制，約定通信聯(lián)絡(luò)方式，定時(shí)以及在關(guān)鍵時(shí)刻及時(shí)匯報(bào)船舶動(dòng)態(tài)，與陸地聯(lián)系應(yīng)急資源。

3 海上施工

渤海友誼號(hào)FPSO解脫與拖航的海上施工主要包括前期檢修、跨接軟管/電纜解脫、FPSO解脫、FPSO拖航及FPSO進(jìn)港靠泊四大階段。

3.1 前期檢修

由于被拖物“渤海友誼號(hào)”FPSO在渤中28-1油氣田服役至今超過(guò)10年，F(xiàn)PSO解脫拖航所需關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)不確定，一般需要盡早啟動(dòng)FPSO拖航關(guān)鍵設(shè)備的前期檢修。前期檢修的范圍主要包括四個(gè)方面的工作。

1)檢查FPSO的相關(guān)證書的完整性和有效性，如入級(jí)證書、國(guó)籍證書、所有權(quán)證書、國(guó)際噸位證書、國(guó)際載重線證書、適航證書/船舶航行安全證書、國(guó)際防止油污染證書及最低安全配員證書等(每艘FPSO的證書存在差別)。

2)檢修拖帶系統(tǒng)如拖點(diǎn)、導(dǎo)纜孔、帶纜樁、龍須鏈、拖纜及備用拖纜，測(cè)試FPSO自身消防系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及航海系統(tǒng)等并取證。

3)確保FPSO解脫作業(yè)相關(guān)的各種設(shè)備如絞車、排載空壓機(jī)的狀態(tài)，檢修液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、底座焊道，用水袋做絞車動(dòng)靜載荷試驗(yàn)。

4)檢查單點(diǎn)平臺(tái)新增、改造設(shè)備是否干擾FPSO解脫時(shí)的YOKE下放，根據(jù)原始設(shè)計(jì)資料在100年一遇的工況下YOKE下放入水后與水平面的夾角37.8°，將干擾設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記、FPSO解脫時(shí)拆除、FPSO回連后原樣恢復(fù)，確保FPSO解脫期間單點(diǎn)設(shè)備和YOKE的安全。

3.2 跨接軟管/電纜解脫

在FPSO停產(chǎn)之后，完成跨接軟管清洗、電纜放靜電工作。由于跨接軟管/電纜需要重復(fù)再利用，故在跨接軟管/電纜拆除時(shí)，需要保證跨接軟管/電纜的最小彎曲半徑要求，在FPSO船艏系泊支架橫梁焊接臨時(shí)吊點(diǎn)，將跨接軟管/電纜在單點(diǎn)側(cè)的端頭解脫，利用單點(diǎn)絞車和FPSO船艏主絞車正反兩個(gè)方向的牽引配合，使拆除后的跨接軟管電纜在系泊支架處以“U”形懸掛，同時(shí)要避免FPSO拖航拖纜與軟管發(fā)生摩擦，見(jiàn)圖2。

圖2 跨接軟管/電纜解脫后的布置

為了減輕跨接軟管的重量，避免跨接軟管內(nèi)可能存在殘液污染海洋環(huán)境，在單點(diǎn)側(cè)跨接軟管端口法蘭解除后，需利用離心泵抽取管內(nèi)殘液至FPSO閉排系統(tǒng)?？缃与娎|的解脫與跨接軟管類似。

3.3 FPSO解脫

為了降低FPSO限位的風(fēng)險(xiǎn)和避免YOKE入水后的劇烈升沉，F(xiàn)PSO解脫一定要選擇良好氣象窗口，要求有效波高小于1 m，風(fēng)速小于10 m/s，流速小于1 kn，能見(jiàn)度大于3 n nile。

如圖3所示，跨接軟管/電纜解脫后，按照正常的FPSO的解脫程序，提前拴掛提升纜、系泊纜并限位拖船，然后排放YOKE壓載液，解除系泊腿法蘭螺栓，用提升纜下放YOKE入水后，F(xiàn)PSO在限位拖船的拖曳下后撤，同時(shí)解除船艏纜繩完成FPSO解脫開(kāi)始拖航[7]。為確保YOKE壓載液最大程度排放，在壓載液排放管線安裝流量計(jì)，監(jiān)測(cè)瞬時(shí)排放流量和累積排放流量。

圖3 FPSO解脫示意

由于系泊腿存在故障，而且FPSO解脫作業(yè)是冬季施工，可以作業(yè)的天氣窗口非常短，現(xiàn)場(chǎng)施工采取了如下技術(shù)措施確保FPSO解脫作業(yè)順利完成。

1)密切關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，及時(shí)調(diào)整作業(yè)步驟，將FPSO貨油艙惰化作業(yè)后移到FPSO拖航期間，抓住了有利的天氣窗口減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

2)通過(guò)計(jì)算校核，證明在良好海況條件下每條系泊腿法蘭保持4個(gè)螺栓就可以承擔(dān)YOKE以及壓載液的重量，為此將其他16個(gè)法蘭螺栓拆除與YOKE壓載液排放并行作業(yè)，縮短作業(yè)時(shí)間。

3)提前對(duì)系泊腿法蘭螺栓進(jìn)行預(yù)拆卸，即逐個(gè)對(duì)螺栓拆卸、保養(yǎng)、回裝，檢驗(yàn)施工人員的作業(yè)效率，對(duì)無(wú)法拆卸的螺栓做出標(biāo)記，準(zhǔn)備應(yīng)急方案。

3.4 FPSO拖航

渤海友誼號(hào)FPSO從BZ28-1油氣田拖航至蓬萊中柏京魯船廠，航程總計(jì)63 n nile，拖航主拖船濱海284，負(fù)責(zé)清障、預(yù)警的護(hù)航拖船為民生008 (4 440 kN)(見(jiàn)圖4)，并由專業(yè)的拖航指揮小組負(fù)責(zé)FPSO拖航指揮工作。

圖4 FPSO拖航示意

為確保拖航安全，拖航途中需安排專人定期巡檢，檢查拖航相關(guān)設(shè)施狀態(tài)。為降低FPSO拖航過(guò)程中的偏蕩，F(xiàn)PSO艏艉吃水需保持一定的吃水差，并調(diào)整主拖纜長(zhǎng)度，保持一定的懸垂量，降低拖航途中拖航?jīng)_擊負(fù)荷[8]。拖航過(guò)程要向陸地定時(shí)匯報(bào)，并根據(jù)天氣、進(jìn)港時(shí)間及時(shí)調(diào)整拖航速度。

3.5 FPSO進(jìn)港靠泊

由于主拖船對(duì)于目的港水域、水深、航道及水流等情況不熟悉，F(xiàn)PSO到達(dá)目的港外錨地后，一般需要向當(dāng)?shù)馗劭谝綑C(jī)構(gòu)申請(qǐng)?zhí)峁┮椒?wù)。渤海友誼號(hào)FPSO在無(wú)動(dòng)力狀態(tài)下由拖船協(xié)助進(jìn)港，船舶操縱受限避讓困難，而且FPSO主尺度超大，受風(fēng)流影響較大，進(jìn)港存在較大的作業(yè)難度與風(fēng)險(xiǎn)[9]，需要的船舶資源為主拖船再加4艘大功率港作拖船，港作拖船連接方式如圖5所示。

圖5 港作拖船連接方式

進(jìn)港作業(yè)之前，F(xiàn)PSO將拖航吃水7.5 m調(diào)載為進(jìn)港吃水6.0 m，按10%富余水深計(jì)算，確保航道、港池通航水深超過(guò)6.6 m；FPSO提前準(zhǔn)備碼頭系泊纜和系解纜人員。蓬萊港引航員登臨FPSO與拖航指揮小組進(jìn)行交接，熟悉FPSO相關(guān)設(shè)施和狀態(tài)，指揮港作拖船拴掛，引航員負(fù)責(zé)指揮港作拖船拖曳FPSO完成靠泊。

4 結(jié)論

FPSO的解脫與拖航是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的海上施工，前期需要編制詳細(xì)的施工方案，實(shí)施過(guò)程中需要FPSO船東、拖船方、中國(guó)船級(jí)社、引航站和海事局等單位密切配合。通過(guò)周密的施工準(zhǔn)備和精細(xì)化的施工管理，于2014年10月18日完成渤海友誼號(hào)FPSO解脫，10月20日完成FPSO拖航和進(jìn)港靠泊。實(shí)踐表明，渤海友誼號(hào)FPSO解脫與拖航的基本方案成熟可行，對(duì)于水上軟剛臂單點(diǎn)系泊FPSO的解脫與拖航具有普遍指導(dǎo)意義，但是此次渤海友誼號(hào)FPSO的解脫是在FPSO服役十余年、系泊腿存在故障的情況下實(shí)施，而且作業(yè)的時(shí)間在冬季，對(duì)涉及的YOKE下放結(jié)構(gòu)干擾校核、作業(yè)方案優(yōu)化縮短施工時(shí)間、冬季作業(yè)窗口的選擇以及通航安全評(píng)估進(jìn)行了專門研究，這對(duì)于今后類似工程具有借鑒意義。系泊腿法蘭螺栓的拆卸是FPSO解脫的難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)于系泊腿法蘭螺栓孔錯(cuò)位導(dǎo)致螺栓無(wú)法拆卸以及FPSO解脫過(guò)程中天氣突然惡化的應(yīng)急措施要予以重視。

[1] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì).海洋石油工程FPSO與單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.

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Disconnection and Towing of the Bohai Youyi FPSO

LIU Xue-yi, MENG Jun-yu, YANG Hong-suo, GAO Bing-feng

(China Offshore Oil Engineering Company, Tianjin 300461, China)

Taking Bohai Youyi FPSO as an example, combining the experiences gained through the recently FPSO disconnection and towing project, the Single Point Mooring system, procedure development, preparation and offshore installation workflow are discussed about. Problems of interference check of lowering YOKE structure, procedure optimization to shorten operation time, weather window choosing in winter and navigation safety assessment are also researched.

single point mooring; offshore installation; FPSO disconnection; FPSO Towing

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.035

2015-06-01

劉雪宜(1980-)，男，碩士，工程師

U674.38

A

1671-7953(2015)06-0149-05

修回日期：2015-06-24

研究方向:FPSO解脫連接、單點(diǎn)維修改造技術(shù)

E-mail: liuxueyi@mail.cooec.com.cn