楊學(xué)利，嚴(yán)明，夏華波

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

替代FPSO資源和油田產(chǎn)量、油田生產(chǎn)需求之間的互相匹配程度是臨時(shí)替代復(fù)產(chǎn)方案首先需要考慮的問(wèn)題。對(duì)于計(jì)劃塢修停產(chǎn)，應(yīng)提前對(duì)替代FPSO資源進(jìn)行廣泛的搜索和及時(shí)鎖定?？紤]到臨時(shí)替代生產(chǎn)時(shí)間較短，一般最長(zhǎng)時(shí)間不超過(guò)2年[1]。其中FPSO船體、工藝系統(tǒng)、系泊系統(tǒng)、海管海纜的匹配性要進(jìn)行重點(diǎn)分析，以保證替產(chǎn)的FPSO經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)改造后能夠與塢修的油田生產(chǎn)對(duì)接上，做法通常是提前去國(guó)際市場(chǎng)尋找合適的閑置FPSO或利用內(nèi)部閑置FPSO資源?？紤]以MUNIN 、GLAS DOWR為例進(jìn)行替產(chǎn)方案分析。

1 替產(chǎn)資源選取關(guān)鍵因素

系泊系統(tǒng)是保障替產(chǎn)方案安全的關(guān)鍵因素。目前，世界上掌握FPSO系泊技術(shù)公司主要有：摩納哥SBM公司、荷蘭Blue Water公司、美國(guó)SOFEC公司、挪威APL公司[2]。各公司都有自己的核心技術(shù)或?qū)＠挡聪到y(tǒng)設(shè)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,也是制約替產(chǎn)作業(yè)的首要瓶頸因素。表1為替產(chǎn)FPSO技術(shù)參數(shù)對(duì)比。

表1 替產(chǎn)FPSO技術(shù)參數(shù)對(duì)比

GLAS DOWR曾在北海海域、東南亞海域服役，其配備的永久式單點(diǎn)系泊，能夠承受惡劣的環(huán)境條件，但是由于其單點(diǎn)系泊系統(tǒng)荷蘭Blue Water(為蜘蛛轉(zhuǎn)盤(pán)配合止鏈器張緊模式)，與海洋石油111現(xiàn)有的挪威APL公司單點(diǎn)系泊系統(tǒng)差異較大難以匹配,見(jiàn)圖1。如果重新布置一套單點(diǎn)系泊系統(tǒng)進(jìn)行臨時(shí)替產(chǎn)則工程量和費(fèi)用較高，且海上施工時(shí)間窗口期難以獲得保障。

圖1 單點(diǎn)型式對(duì)比

通過(guò)前面的初步評(píng)估，從降低成本和節(jié)約時(shí)間的角度，臨時(shí)替產(chǎn)方案盡可能考慮使用原水下系泊系統(tǒng)，相比之下，帶DP的FPSO是比較理想的替代船舶。目前，世界范圍內(nèi)在役的動(dòng)力定位 FPSO 約有10余艘，墨西哥灣和北海居多，噸位以10 000 t左右居多，主要是油田的試采和短期生產(chǎn)，作業(yè)水深從 15～2 500 m 不等。動(dòng)力定位系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是能夠不借助水下錨系進(jìn)行海上限位，適用于超深水系泊投資過(guò)高的海域，或與水下系泊系統(tǒng)同時(shí)選配小功率的動(dòng)力定位系統(tǒng)，發(fā)揮臨時(shí)或輔助限位的作用[3]。MUNIN(見(jiàn)圖2)曾經(jīng)服役過(guò)南海陸豐油田、西江油田、惠州油田，尤其在南海東部海域具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，其配備的DP動(dòng)力定位系統(tǒng)以及可解脫式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)提供的靈活的定位模式。

圖2 MUNIN FPSO

2 臨時(shí)替產(chǎn)技術(shù)方案

2.1 方案概述

番禺4-2油田位于南中國(guó)海珠江口盆地，香港以南200 km，番禺5-1油田位于4-2油田以東18.4 km。番禺4-2油田水深大約為97 m,番禺5-1油田水深大約為110m。番禺4-2/5-1油田共包括2座固定式井口平臺(tái)和1條FPSO(海洋石油111)。MUNIN臨時(shí)替產(chǎn)方案見(jiàn)圖3。

圖3 MUNIN FPSO替產(chǎn)方案示意

將海洋石油111的2根柔性立管安裝在MUNIN的臨時(shí)單點(diǎn)浮筒底部，單點(diǎn)浮筒通過(guò)錨鏈和重力錨實(shí)現(xiàn)定位以及自存。當(dāng)MUNIN將臨時(shí)單點(diǎn)浮筒連帶柔性立管回收至左船舷外布置的1個(gè)舷側(cè)單點(diǎn)滑環(huán)(Outrigger)并完成管線(xiàn)連接后，即可開(kāi)展臨時(shí)替產(chǎn)的各項(xiàng)作業(yè)。生產(chǎn)期間，MUNIN以DP動(dòng)力定位的模式調(diào)整艏向并圍繞臨時(shí)單點(diǎn)滑環(huán)(outrigger)旋轉(zhuǎn)。外輸作業(yè)期間，外輸油輪與MUNIN尾部串連進(jìn)行艉輸，同時(shí)布置一條拖輪在外輸油輪尾部拖尾。串靠是在外輸過(guò)程中，提油輪通過(guò)纜繩連接于FPSO的船尾，與FPSO 成一直線(xiàn)。此靠泊方式更能適應(yīng)惡劣的海況作業(yè)條件，且穿梭油輪解脫纜繩更安全、方便，可用的提油輪范圍更廣，是目前絕大多數(shù)FPSO 采用的系泊方式。

2.2 環(huán)境條件匹配分析

MUNIN FPSO曾在LF22-1油田服役,該油田位于中國(guó)南海海域，香港東南方向250 km處的珠江口盆地，區(qū)域水深約330 m，是一個(gè)小型油田。油田位于亞熱帶，全年平均氣溫是25.8 ℃，一般最高氣溫出現(xiàn)在9月,為36 ℃，最低氣溫發(fā)生在12月,為15 ℃。全年降雨量約為1 950 mm，主要集中在6—9月之間。每月平均相對(duì)濕度超過(guò)80%。臺(tái)風(fēng)和熱帶風(fēng)暴的平均持續(xù)時(shí)間為26 h。熱帶低氣壓的平均持續(xù)時(shí)間為17 h。6至10月間的熱帶旋風(fēng)的平均移動(dòng)速度為18～22 km/h，最大風(fēng)速為50 km/h。由于季風(fēng)氣候的影響，東北浪盛行于10月—來(lái)年4月，而南浪和西南浪普遍發(fā)生于6—8月間。9—來(lái)5月是過(guò)渡時(shí)期，但東北方向的浪在此期間仍然頻繁發(fā)生。夏季的平均浪高約1 m，冬季平均浪高為1.5～2.0 m，最高為8 m。根據(jù)MUNIN在南海東部的多個(gè)油田的服役經(jīng)歷，這些海域的作業(yè)海況條件與番禺油田類(lèi)似，因此認(rèn)定滿(mǎn)足番禺油田作業(yè)海況。

2.3 船型及主尺度分析

MUNIN FPSO為船形單甲板，貨油艙區(qū)為雙舷側(cè)、雙底，具備自航動(dòng)力定位能力，無(wú)需拖航安裝且回接時(shí)無(wú)需工程船輔助定位，環(huán)境惡劣時(shí)能快速解脫，緊急避險(xiǎn)，恢復(fù)后能自航自回接。生活樓、直升機(jī)甲板位于船艏，卸油設(shè)備、火炬塔和主電站(機(jī)艙)位于船艉，工藝處理設(shè)備位于上甲板上方的工藝甲板上。艉艏各設(shè)置3個(gè)推進(jìn)器，其中艉部設(shè)置2個(gè)全回轉(zhuǎn)舵槳和1個(gè)伸縮槳，艏部設(shè)置2個(gè)伸縮槳和1個(gè)隧道式側(cè)推器。

常規(guī)FPSO主尺度是針對(duì)特定海域、特定油氣田量身定制的，作為替產(chǎn)DP船舶耐波性作為重要考慮因素。僅從耐波性角度出發(fā)，船長(zhǎng)主要影響縱搖和垂蕩。在規(guī)則波中，當(dāng)船長(zhǎng)L與波長(zhǎng)λ比值約等于1 時(shí)，波浪的擾動(dòng)力最大，縱搖和垂蕩十分激烈。當(dāng)L/λ>1.3時(shí)，無(wú)論是否發(fā)生諧搖，縱蕩和垂蕩都不會(huì)太大[4]；從耐波性角度看，根據(jù)MUNIN在南海的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，有義波高在6.0～6.5 m為極限作業(yè)狀態(tài)，超過(guò)6.5 m有義波高，F(xiàn)PSO解脫避臺(tái)，因此FPSO的船體自存工況可以暫時(shí)按照1年1遇臺(tái)風(fēng)考慮，根據(jù)耐波性理論，MUNIN船長(zhǎng)優(yōu)于計(jì)算最小的船長(zhǎng)。故滿(mǎn)足基本要求。

2.4 工藝系統(tǒng)處理能力匹配分析

MUNIN FPSO的原油生產(chǎn)流程為：一級(jí)分離、二級(jí)分離、電脫水，生產(chǎn)水處理流程為水力旋流、脫氣罐，通過(guò)與海洋石油111的生產(chǎn)工藝流程對(duì)比(見(jiàn)表2)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改造升級(jí)能夠適用惠州油田群的生產(chǎn)需求。MUNINFPSO的油日處理能力和液日處理能力分別為75 000 桶、140 000 桶，生產(chǎn)水日處理能力為100 000桶，處理標(biāo)準(zhǔn)為30 ppm，可以滿(mǎn)足番禺油田群的當(dāng)年的生產(chǎn)需求。伴生氣處理系統(tǒng)以及火炬等的處理能力為1.0 MMSCF/d，滿(mǎn)足油田放空要求。

表2 海洋石油111與MUNIN對(duì)比

發(fā)電機(jī)供電能力：主電站配備 4 個(gè) 5.2 MW的柴油發(fā)電機(jī)組，大約能提供總20.8 MW的可用電力。其中2臺(tái)可以原油為燃料。上部模塊安裝的原油處理裝置可將原油凈化后成為燃料。該主電站可提供 6.6 kV 60 Hz的電力以供耗電量大的設(shè)備如推進(jìn)電機(jī)、貨油泵和推進(jìn)器使用，690 V和440 V的電力供中型電壓設(shè)備使用，230 V供應(yīng)正常設(shè)備使用，24 V供低壓直流電用戶(hù)使用。符合動(dòng)力定位的規(guī)范要求，主電站和配電系統(tǒng)被分為2個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)。除主發(fā)電機(jī)之外，還配備了1.1 MW的靠港用發(fā)電機(jī)和460 kW的應(yīng)急發(fā)電機(jī)。臨時(shí)復(fù)產(chǎn)期間，不考慮MUNIN FPSO對(duì)外供電，油田的各個(gè)平臺(tái)需要增加臨時(shí)電站提供動(dòng)力。

2.5 外輸能力匹配分析

MUNINFPSO采用串靠艉輸方式進(jìn)行外輸，通過(guò)對(duì)比其外輸泵的配置能力和相匹配外輸油船的噸位，確定滿(mǎn)足油田生產(chǎn)需求。外輸計(jì)量系統(tǒng)：MUNIN FPSO配備有國(guó)家計(jì)量局認(rèn)定的原油外輸計(jì)量設(shè)備?？蛇B續(xù)自動(dòng)計(jì)量、累加并記錄下從貨油艙轉(zhuǎn)運(yùn)至外輸油船的原油量。其最大外輸計(jì)量能力是8 000 m3/h，設(shè)計(jì)為4艘流量計(jì)。外輸油船的裝載量應(yīng)在35 000～120 000 t之間，并配備符合OCIMF標(biāo)準(zhǔn)的船頭系泊和裝載設(shè)備，外輸速度為12 h內(nèi)不小于300 000桶，24 h內(nèi)不小于500 000桶。

2.6 3種海況下DP系統(tǒng)工作模式

FPSO在靠近船中的右舷側(cè)設(shè)置管匯平臺(tái)，以管匯平臺(tái)為中心并通過(guò)其上的轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)進(jìn)行全方位回轉(zhuǎn)，動(dòng)力定位控制精度為±5°和±3 m，當(dāng)FPSO 迎風(fēng)(浪)角超過(guò)5°或偏離管匯平臺(tái)中心3 m，即FPSO超出定位精度，則DP系統(tǒng)會(huì)通過(guò)推力計(jì)算和推進(jìn)器最優(yōu)化分配策略，使 FPSO 回轉(zhuǎn)到該時(shí)刻環(huán)境載荷最小的首向；海況較好時(shí)，啟動(dòng)3號(hào)推進(jìn)器和4號(hào)推進(jìn)器，3號(hào)推進(jìn)器和4號(hào)推進(jìn)器中1臺(tái)為主推、另1臺(tái)處于低負(fù)荷運(yùn)行或熱備用狀態(tài)；海況較為惡劣時(shí)，啟動(dòng)船首和船尾的各 2臺(tái)推進(jìn)器，4臺(tái)推進(jìn)器中的2～3臺(tái)為主推，1～2臺(tái)處于低負(fù)荷運(yùn)行或熱備用狀態(tài)；極端海況時(shí)，啟動(dòng) 6 臺(tái)推進(jìn)器，6臺(tái)推進(jìn)器中的4～5臺(tái)為主推，1～2臺(tái)處于低負(fù)荷運(yùn)行或熱備用狀態(tài)。

典型工況分析考慮兩種情況：生產(chǎn)+存儲(chǔ)作業(yè)工況&生產(chǎn)+外輸作業(yè)工況。根據(jù)工作日志統(tǒng)計(jì)資料，低作業(yè)海況時(shí)間分配比例約為55%；中等作業(yè)海況時(shí)間分配比例約為28%；惡劣作業(yè)海況時(shí)間分配比例約為17%。測(cè)算兩種工況下僅DP 日均消耗燃油約為38 t。主電站與鍋爐日燃油消耗總量，生產(chǎn)+外輸作業(yè)工況約為生產(chǎn)+存儲(chǔ)作業(yè)工況的1.3倍。

2.7 有效生產(chǎn)天數(shù)計(jì)算費(fèi)用估算

海洋石油111塢修計(jì)劃總停產(chǎn)天數(shù)中，需要扣除停產(chǎn)后解脫約10 d，更換海洋石油111單點(diǎn)浮筒約30 d，MUNIN FPSO安裝臨時(shí)浮筒、回接及調(diào)試約5 d，然后開(kāi)始油田臨時(shí)復(fù)產(chǎn)；待111塢修結(jié)束后返航油田時(shí)，MUNIN解脫約3 d，海洋石油111回接及調(diào)試約10 d，扣除海上各項(xiàng)作業(yè)天數(shù)后，為MUNIN FPSO臨時(shí)復(fù)產(chǎn)有效生產(chǎn)天數(shù)。

2.8 替產(chǎn)改造費(fèi)用估算

包括且不限于：工藝系統(tǒng)維修改造費(fèi)、替產(chǎn)船舶動(dòng)復(fù)員費(fèi)、日常租金、生產(chǎn)操作費(fèi)(含燃料費(fèi)、人員費(fèi)、備件費(fèi)等)、井口平臺(tái)臨時(shí)電站改造、海上施工費(fèi)(指單點(diǎn)浮筒、立管回接)、稅費(fèi)、不可預(yù)見(jiàn)費(fèi)。

3 結(jié)論

采用DP FPSO原位替產(chǎn)方案技術(shù)上可行。其優(yōu)點(diǎn)是臨時(shí)設(shè)施最簡(jiǎn)單、海上施工少、自身DP系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)海上限位。缺點(diǎn)是DP FPSO資源稀少，租金較高且動(dòng)力定位系統(tǒng)需要消耗較多燃料，需匹配較高的電站負(fù)荷，生產(chǎn)期間需依賴(lài)于油田的各個(gè)平臺(tái)啟用臨時(shí)電站。本替產(chǎn)技術(shù)方案是基于在原位置MUNIN FPSO 就位，且避開(kāi)海洋石油111FPSO 的系泊系統(tǒng)維修更換作業(yè)范圍，否則，需要重新鋪設(shè)海底管道，增加項(xiàng)目實(shí)施難度。此外，MUNIN FPSO自身也可以采用簡(jiǎn)易單點(diǎn)+動(dòng)力定位形式，遇臺(tái)風(fēng)自行停產(chǎn)解脫，其技術(shù)方案較純DP方案復(fù)雜，有待進(jìn)一步研究。