(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務分公司，天津 300452)

我國海上天然氣資源傳統(tǒng)開發(fā)方式為井口平臺+海底管道，海底天然氣資源通過井口、海管到達平臺，脫除大部分水、CO2、SO2、汞、重組分等雜質，經壓縮機加壓后輸入海底管道送達陸地終端。該模式因為適應水深淺、依托海底管網等特點不適用于中遠海氣田和深水氣田開發(fā)。據統(tǒng)計70%以上的資源因為水深、遠離陸地和管道、氣田規(guī)模、開發(fā)年限等原因，無法得到有效的開發(fā)，而浮式生產存儲液化天然氣設施(LNG floating production storage and floating unit，FLNG)具備可適應深水開發(fā)、無需依托固有設施、重復利用等優(yōu)點，特別適合于中遠海氣田和深水氣田開發(fā)[1-3]。本公司從2013年開始將FLNG開發(fā)模式作為氣田開發(fā)的手段之一，但一直未實現FLNG進行工程化，本文提出了一種自航FLNG設計，針對避臺進行解脫方案分析。

1 方案概述

以我國南海某氣田為目標，南海夏季多臺風，中國海油南海運營大部分海上設施在面臨臺風正面襲擊時，通常采用不解脫、只撤人的避臺策略，但由于FLNG液貨艙儲存超低溫且性質不穩(wěn)定的LNG，如果FLNG采用不解脫方案設計，在溫度升高過程中會產生大量的BOG，而持續(xù)低溫和BOG都會對船體結構帶來較大影響[4]。

因此，提出一種臺風期解脫單點系泊系統(tǒng)且具備航行能力的新型FLNG設計方案。目標氣田位于南海瓊東南盆地，水深約1 300 m，以一年一遇臺風條件為生存工況，環(huán)境條件見表1。

表1 環(huán)境條件

主風向為NE，該海域季風特征明顯，冬季盛行偏NE風，夏季盛行偏S風。主浪向為ENE。主流向為W～E。

氣田開發(fā)采用FLNG+水下生產系統(tǒng)的開發(fā)方式，水下生產設施與FLNG之間通過海管和臍帶纜連接，見圖1。

圖1 氣田開發(fā)方案

水下生產系統(tǒng)采出的原料氣經由海管通過單點滑環(huán)送至FLNG上部處理設施處理，天然氣和凝析油處理合格后分別進行儲存和外輸，生產污水進入生產水處理系統(tǒng)處理達標后排海。

新建FLNG裝置艏部設內轉塔單點系泊定位于目標海域，系泊系統(tǒng)設計條件為一年一遇臺風條件，系泊方式為3×3，具備快速解脫能力，FLNG解脫后系泊浮筒下沉至水面以下約40 m處，可抵御百年一遇的海流作用。FLNG主布置圖和主尺度見圖2和表2。

圖2 FLNG總布置示意

表2 FLNG主尺度

FLNG船體部分采用雙甲板、雙底、雙舷側的結構型式，主船體包括艏部(包括生活樓和內轉塔)、貨艙區(qū)(包括工藝艙和污油艙)、機艙和尾部。自首向尾被水密橫艙壁劃分為首尖艙、單點艙、貨艙區(qū)、機艙和尾尖艙。貨艙區(qū)被劃分為1對凝析油貨艙、4對LNG貨艙和1對污油水艙，LNG液貨艙采用雙排艙，貨艙之間設有隔離空艙，橫艙壁和中心縱艙壁均為平面艙壁。在主甲板與中縱艙壁之間設置貫穿貨艙區(qū)的防火逃生安全通道。火炬塔設在船尾右側，向船尾方向傾斜，高度約80 m。

FLNG配備尾部吊艙式推進裝置和艏側推，臺風到來前與單點系泊系統(tǒng)解脫實現自航避臺，臺風過后，尾部吊艙推進器與首側推配合進行FLNG安裝定位，回接系泊系統(tǒng)和立管。在LNG外輸作業(yè)時，通過尾部吊艙推進器配合與穿梭LNG船進行定位和系泊。

2 南海臺風情況分析

臺風影響范圍情況如下。

1)內圈，又稱臺風眼區(qū)，其直徑一般為5～30 n mile，大的超過50 n mile，小的不到5 n mile，絕大多數呈圓形，也有橢圓形或不規(guī)則的。

2)中圈，又稱渦旋區(qū)，也叫云墻區(qū)，由一些高大的對流云組成，直徑一般為100 n mile有時可達200 n mile；

3)外圈，又稱為大風區(qū)，自臺風邊緣到渦旋區(qū)外緣，直徑為200～300 n mile，有時可達400～550 n mile，其主要特點是風速向中心急增，風力可達7級以上。經統(tǒng)計7級大風已經開始影響船舶航行和作業(yè)，南海固定平臺一般認為應在7級風影響前完成避臺準備工作[5-6]。

經統(tǒng)計1994—2013年期間途經目標氣田及附近海域的臺風共計81個，7級風影響半徑參見圖3。

圖3 途經目標氣田及附近海域臺風外圈半徑統(tǒng)計

外圈半徑最小54 n mile，最大500 n mile，77.8%的臺風外圈半徑在100～300 n mile范圍內。其平均半徑計算如下：

(1)

式中：Rn為臺風臺風外圈半徑的算數平均數，單位n mile；R1～R81為81個臺風的大圈半徑，單位n mile；n為臺風個數，設為81。

由式1,可得出：Rn=198.08 n mile，取整選取Rn=200 n mile

臺風的移動速度：經統(tǒng)計臺風的平均移動速度VT約為10.8～16.2 kn，保守選取VT=16.2 kn。

據統(tǒng)計，影響目標海域的超強臺風優(yōu)勢路徑為由東向西，強臺風的優(yōu)勢路徑為由東南向西北，臺風的優(yōu)勢路徑為由東向西，強熱帶風暴的優(yōu)勢路徑有由東向西和由東南向西北兩條。

由統(tǒng)計可知，海南島東部沿海和廣東沿海部分區(qū)域為臺風登陸顯著區(qū)域。

3 FLNG撤離

中海油針對南中國海域多臺風的情況，提出了臺風撤離的應急響應計劃和紅、黃、綠三色報警區(qū)域，以目標海上設施為中心從內向外依次劃分為FLNG撤離避臺區(qū)域(紅色報警)、FLNG解脫(黃色報警)和臺風報警區(qū)域(綠色報警)。

3.1 區(qū)域計算

3.1.1 FLNG解脫時間確定

因部分工作可以同時作業(yè)，FLNG解脫作業(yè)總時間T1=24 h。

表3 FLNG解脫時間統(tǒng)計

3.1.2 撤離區(qū)域計算

假設FLNG避臺區(qū)域為海南三亞港，而且臺風外圈經過三亞，則FLNG的撤離最小距離的計算過程如下。

T2=L三亞/VF

(2)

LT1=(T2+T3)×VT

(3)

LF1=LT1-L三亞

(4)

式中：T2為FLNG從FLNG系泊點到達三亞泊地所需時間，h；L三亞為FLNG系泊定位點到三亞泊地的直線距離，設為80 n mile，位置見圖4；VF為FLNG的航行速度，設為9 kn；LT1為臺風在FLNG撤離和迎臺準備時間內經過的路程，n mile；T3為FLNG在泊地做好迎接臺風準備時間，設為11 h；LF1為FLNG撤離時距離臺風的最小距離，n mile。

由式(2)～(4)可得出：LT1=324 n mile，LF1=244 n mile，大于臺風的外圈平均半徑Rn，出于方便計算和保守原則，選取LT1、LF1和Rn較大者并取整，所以FLNG撤離距離R撤離=330 n mile。

R解脫=T1×VT+R撤離

(5)

式中：R解脫為FLNG解脫距離，n mile。

由式(5)可得出：R解脫=718.8 n mile，取整選取R解脫=720 n mile。

由于臺風路徑的不確定性(見圖5)，應該根據氣象服務部門發(fā)布的可能路徑及移動速度等臺風信息提前報警，做好撤離解脫準備工作，臺風報警距離計算如下。

LT4=T4×VT

(6)

R報警=LT4+R撤離

(7)

式中：T4為臺風發(fā)生初期天氣預報時間間隔，設為9 h。LT4為T4時間內臺風經過的路程，n mile；R報警為FLNG臺風報警距離。

由式(6)～(7)可得出：R報警=865.8 n mile，取整選取R報警=870 n mile。

綜上，將FLNG臺風報警范圍設為720～870 n mile，FLNG解脫范圍設為250～720 n mile，FLNG撤離范圍設為250 n mile，見圖6。

圖4 FLNG避臺路線示意

圖5 2004年12月颶風南馬多爾前往南海某FPSO臺風影響范圍

圖6 FLNG臺風報警、解脫和撤離范圍

3.2 避臺作業(yè)

當臺風的外圈進入臺風報警區(qū)域時，FLNG就會接到陸地氣象部門發(fā)布的臺風預警，并將持續(xù)報告臺風位置和移動路徑，以便FLNG作業(yè)人員作出正確的判斷。FLNG現場作業(yè)人員將使用綠、黃、紅的報警系統(tǒng)來通告全船人員。

1)臺風報警。當臺風進入臺風報警區(qū)域時，工作人員全船通報臺風情況并發(fā)出綠色報警，FLNG工作人員不撤離，將在大風條件下安全作業(yè)，和附近平臺、守護船舶溝通協調，做好迎臺準備。FLNG總監(jiān)和陸地辦公室溝通，確定現場應急響應計劃-臺風撤離，允許采取適當的措施如減產、緊急外輸、調節(jié)液貨艙液位、疏散非必要人員等。

2)FLNG解脫。工作人員持續(xù)接收陸地提供的天氣報告，跟蹤臺風運動軌跡，向FLNG總監(jiān)和安全總監(jiān)匯報并評估臺風進入撤離區(qū)域的可能性，向FLNG全船發(fā)出黃色警報。

FLNG總監(jiān)對FLNG和船上人員的安全負最終責任，在此階段根據情況下達關閉生產并與系泊系統(tǒng)斷開連接命令，工作人員根據撤離程序完成關井、生產系統(tǒng)停車、回收海水提升系統(tǒng)軟管和提升泵、系泊系統(tǒng)解脫，展開解脫作業(yè)。如情況持續(xù)惡化，在與陸地溝通確定后，允許提前下達避臺撤離指令。

3)撤離避臺。當臺風進入FLNG撤離區(qū)域，工作人員經FLNG總監(jiān)許可后，發(fā)出紅色警報，由FLNG總監(jiān)下達避臺撤離指令，FLNG依據臺風撤離計劃向避臺目的地航行，航行過程中和達到目的地后工作人員做好迎臺準備工作，等待臺風。

4)恢復生產。臺風離開后，FLNG自航到油田區(qū)域，在拖輪和工程船輔助下，打撈系泊浮筒，回接系泊系統(tǒng)和海管。

根據南海某FPSO避臺經驗，臺風經過，準備撤離或撤離的停產平均天數為3.5 d。以該FPSO經歷臺風最多的1999年為例，共經歷2次臺風準備撤離，3次臺風撤離，按照統(tǒng)計時間，約17.5 d因臺風停產。

常規(guī)FPSO臺風來臨時，也需要面臨一次臺風停產3 d左右，且人員還需借助直升機撤離?？紤]到自航FLNG經歷臺風期間，人員不撤離，可以進行相關維修工作，因此，FLNG與常規(guī)FPSO一年的作業(yè)天數相近，按照330 d作業(yè)考慮。

4 結論

FLNG作為未來我國南海深遠海天然氣開發(fā)的必要設施，預計會在未來5～10年內出現，自航FLNG解決了FLNG臺風自存的關鍵問題。本文提出了完整的FLNG避臺策略，包括臺風報警、解脫和撤離區(qū)域的計算方法；通過確定完整合理的解脫時間和解脫作業(yè)程序，保證FLNG 330 d的生產時率。綜上所述，自航FLNG應用于南海氣田開發(fā)是可行的。