江 城，安振武

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司天津分公司 天津300452；2. 中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452)

0 引 言

小型邊際油田由于受到開發(fā)成本的限制，對開發(fā)設(shè)施的造價提出很多限制。雖然單點(diǎn)系泊方式技術(shù)上可行，且有成熟應(yīng)用，但其高造價不能滿足邊際油田的開發(fā)，二點(diǎn)系泊方式從技術(shù)上和造價兩方面來說是一種較好的選擇，但存在油輪受到較大橫向力的缺點(diǎn)，其他多點(diǎn)系泊的方式改善效果不明顯，且造價高昂不可重復(fù)利用。

動力定位技術(shù)由于操作簡單、安全、自動化程度高及經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢，很快在油輪系泊方案中得到廣泛應(yīng)用。自從1982年第一個動力定位油輪出現(xiàn)以后，30多年來動力定位技術(shù)大量應(yīng)用于穿梭油輪上，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

本文將動力定位穿梭油輪應(yīng)用到邊際油田開發(fā)的外輸方案中，并進(jìn)行了相應(yīng)外輸方案設(shè)計研究，以期為以后動力定位穿梭油輪在邊際油田外輸方案中的應(yīng)用提供參考。

1 動力定位介紹

1.1 動力定位技術(shù)

船舶動力定位系統(tǒng)不借助傳統(tǒng)的錨泊技術(shù)提供反力矩來克服因?yàn)轱L(fēng)、浪、流等傳統(tǒng)海洋環(huán)境引起的船體移動，而只是利用各種精密的位置測量傳感器和GPS來測定船體位置和艏向的變化，以獲得與目標(biāo)位置的偏差。通過自動控制系統(tǒng)的相關(guān)處理器對信息進(jìn)行整理并計算出使船舶達(dá)到設(shè)定位置時各個方向上所需要的力，并將這些推力合理分配到各個推進(jìn)器上。

1.2 動力定位等級分類

DP定位等級的分類：①DP-1，發(fā)生單點(diǎn)故障后可能失位。船舶失位后可能導(dǎo)致輕微的污染和少許的經(jīng)濟(jì)損失，但不會給人員造成嚴(yán)重傷害。②DP-2，主動性的部件和系統(tǒng)發(fā)生單點(diǎn)故障后不能引起船舶失位。③DP-3，除了主動性的部件和系統(tǒng)，還包括任何在一個水密和防火物理分隔艙室內(nèi)所有靜態(tài)部件，發(fā)生故障后不能引起船舶失位。

2 動力定位穿梭油輪的應(yīng)用

2.1 油田開發(fā)總體方案

本文以CFD2-1油田開發(fā)為應(yīng)用背景，油田開發(fā)工程方案如下：油田開發(fā)采用全油田海上獨(dú)立開發(fā)模式，以及電潛泵采油和注水開發(fā)方式，電潛泵的動力和控制均來自自安裝生產(chǎn)儲油平臺。井口保護(hù)架上不設(shè)任何處理設(shè)施，工藝流程簡單，所有井口物流通過管線進(jìn)入自安裝生產(chǎn)儲油平臺進(jìn)行處理、儲存，采用穿梭油輪定期進(jìn)行原油外輸。

2.2 外輸方案設(shè)計

自安裝生產(chǎn)儲油平臺最大儲油量4,902,m3，外輸能力500,m3/h×2，外輸周期7,d(按最大日產(chǎn)656.5,m3原油計，考慮1%,的艙底死油以及5%,的惰氣保護(hù))。設(shè)計采用5,000噸級穿梭油輪用于平臺原油外輸。油輪的主要參數(shù)如下：型長，99.98,m；型寬，16.4,m；型深，7.1,m；干船重，2,172.55,t；滿載排水量，7,172.55,t。

圖1 油田開發(fā)總體布置圖Fig.1 General layout of oil field development

穿梭油輪采用動力定位技術(shù)，定位靠泊在距離安裝生產(chǎn)儲油平臺約100,m的位置。自安裝生產(chǎn)儲油平臺上設(shè)置滾筒，外輸軟管纏繞在滾筒上，外輸作業(yè)時將利用守護(hù)船將纏繞在滾筒上的軟管拖至油輪上對接(見圖1)。

2.3 動力定位穿梭油輪船型設(shè)計方案

2.3.1 動力等級選擇

參考中國船級社關(guān)于DP船舶冗余度的規(guī)定、IMO在1994年發(fā)行DP船舶指導(dǎo)準(zhǔn)則以及海洋石油的運(yùn)營商及鉆探商協(xié)會草擬的作業(yè)規(guī)則，穿梭油輪的動力定位級別建議為DP2，這也是各類海工支持船和海上平臺近距離作業(yè)船舶的標(biāo)準(zhǔn)配置。

2.3.2 動力系統(tǒng)推進(jìn)器設(shè)計

動力定位系統(tǒng)需要根據(jù)具體的水域環(huán)境配置，在進(jìn)行動力定位時，本文設(shè)定的環(huán)境條件初步確定如下：風(fēng)，7級，15,m/s；流，1,m/s；波浪，有義波高2.1,m；動力定位能力參見圖2。

圖2 給定的海況條件下，動力定位能力計算圖Fig.2 Calculation chart of dynamic positioning capability under given sea conditions

滿足給定海況下320 °可定位能力的推進(jìn)器總功率約為3,800,kW，因此整個動力定位系統(tǒng)推進(jìn)器總功率以3,800,kW左右較為適宜，推進(jìn)器配置推薦方案：2套1,200,kW全回轉(zhuǎn)舵槳(艉部主推進(jìn))+2套700,kW側(cè)向推進(jìn)器(艏部推進(jìn))。

2.3.3 動力定位能力

圖3為在無任何設(shè)備失效時的定位能力圖，圖中藍(lán)線為定位范圍曲線圖，紅線為定位失效范圍曲線圖，從上圖可以看出，在無設(shè)備失效時，風(fēng)和水流從船艏0 °到左右約74 °的范圍內(nèi)來流以及從船艉0 °到左右約86 °的范圍內(nèi)來流均能定住船位，在這范圍外則定不住船位。

圖4為艉部推力器失效一臺時的定位能力圖，圖中藍(lán)線為定位范圍曲線圖，紅線為定位失效范圍曲線圖，從圖4可以看出，在艉舵槳失效一臺時，風(fēng)和水流從船艏0,°到左右約53,°的范圍內(nèi)來流以及從船艉0,°到左右約82,°的范圍內(nèi)來流均能定住船位，在這范圍外則定不住船位。

圖3 無設(shè)備失效的定位能力圖Fig.3 Positioning capability chart without equipment failure

圖4 艉部單一設(shè)備失效的定位能力圖Fig.4 Positioning capability chart of single unit failure of stern

圖5為艏部推力器失效一臺時的定位能力圖，圖中藍(lán)線為定位范圍曲線圖，紅線為定位失效范圍曲線圖，從圖5可以看出，在艏側(cè)推失效一臺時，風(fēng)和水流從船艏0,°到左右約35,°的范圍內(nèi)來流以及從船艉0,°到左右約81,°的范圍內(nèi)來流均能定住船位，在這范圍外則定不住船位。

圖5 艏部單一設(shè)備失效的定位能力圖Fig.5 Positioning capability chart of single unit failure of bow

2.3.4 安全距離驗(yàn)證

假定動力定位穿梭油輪在流速1,m/s、風(fēng)速15,m/s、波高2.1,m、波浪周期5.4,s的海洋環(huán)境參數(shù)下，根據(jù)動力定位能力分析圖，最嚴(yán)重的單點(diǎn)故障下安全距離示意圖如圖6所示。

圖6 安全距離示意圖Fig.6 Sketch chart of safety distance

最嚴(yán)重的單點(diǎn)故障下，穿梭油輪向遠(yuǎn)離平臺方向旋轉(zhuǎn)60,°，此時油管長度為140.5,m，滿足采油平臺輸油管150,m的要求。

3 結(jié) 論

本文對動力定位技術(shù)及動力定位等級進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并以CFD2-1油田開發(fā)為例，將動力定位穿梭油輪應(yīng)用于油田外輸方案中，并進(jìn)行了深入的研究論證，得出結(jié)論如下：根據(jù)外輸方案中穿梭油輪的功能及相關(guān)法規(guī)規(guī)定，穿梭油輪的動力定位級別建議為DP-2，動力定位系統(tǒng)推力器總功率建議為3,800,kW左右；通過動力定位能力分析和安全距離的論證，確定方案中采用的動力定位穿梭油輪能夠滿足油田開發(fā)外輸方案要求?！?/p>

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