FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理及失效模式研究

陳 峰

(中海石油(中國(guó))有限公司 番禺作業(yè)公司， 廣東 深圳 518067)

FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理及失效模式研究

陳 峰

(中海石油(中國(guó))有限公司 番禺作業(yè)公司， 廣東 深圳 518067)

近年來，隨著臺(tái)風(fēng)的日益侵襲，南海海域作業(yè)的FPSO系泊系統(tǒng)不同程度都出現(xiàn)了功能缺失和損壞的情況，雖然目前還沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的損毀失效事件，但整個(gè)中海油系統(tǒng)都高度重視FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理及失效模式。本文闡述了系泊系統(tǒng)安全管理的意義，深入對(duì)比了國(guó)內(nèi)國(guó)外的管理方式和技術(shù)手段，并研究了內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)失效模式，希望能夠給中海油系泊系統(tǒng)安全管理提供參考依據(jù)。

單點(diǎn)系泊；完整性管理；失效模式

全球65%的FPSO定位系泊系統(tǒng)都是轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)[1]，它們遍布在如南中國(guó)海、墨西哥灣、北海和挪威大陸架等全球風(fēng)浪條件最惡劣的海域。目前，在南中國(guó)海域作業(yè)的FPSO均采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)，其典型的布置設(shè)施如圖1所示。近年來，隨著臺(tái)風(fēng)的日益侵襲，南海海域作業(yè)的FPSO系泊系統(tǒng)不同程度都出現(xiàn)了功能缺失和損壞的情況，雖然目前還沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的損毀失效事件，但整個(gè)中海油系統(tǒng)都高度重視FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理及失效模式研究。

圖1 南中國(guó)海典型系泊系統(tǒng)示意圖

1 系泊系統(tǒng)安全管理的意義

傳統(tǒng)的油田作業(yè)者在安排生產(chǎn)維修保養(yǎng)時(shí)，通常都會(huì)習(xí)慣性地忽略處于水下的系泊系統(tǒng)，認(rèn)為系泊系統(tǒng)是永不失效的裝置，但事實(shí)并非如此。系泊系統(tǒng)由于安裝損傷、運(yùn)行疲勞和設(shè)計(jì)冗余度不足等原因，通常會(huì)存在著先天的缺陷，應(yīng)引起高度的重視。做好系泊系統(tǒng)安全管理工作有以下3點(diǎn)意義。

1)構(gòu)成油田安全生產(chǎn)最基本的保障。由于FPSO擔(dān)負(fù)著一個(gè)作業(yè)區(qū)塊內(nèi)供電、原油儲(chǔ)存和原油處理等重要職能，處于中心位置，所以加強(qiáng)FPSO的系泊安全，是整個(gè)作業(yè)區(qū)塊的最基本要求[2]。

2)環(huán)境保護(hù)和國(guó)際聲譽(yù)的需要。系泊系統(tǒng)利用質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，使FPSO的位移保持在能夠承受的范圍內(nèi)，如果在流、浪、風(fēng)的作用下，使FPSO的位移超出范圍，那么電纜和生產(chǎn)管線就會(huì)由于拉力過大而出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，F(xiàn)PSO船體也有可能會(huì)由于不平衡力的作用而出現(xiàn)傾覆；所以，系泊系統(tǒng)在維護(hù)作業(yè)者良好的國(guó)際聲譽(yù)、避免出現(xiàn)海上溢油等重大事故方面，發(fā)揮著極為重要的作用。

3)國(guó)際保險(xiǎn)市場(chǎng)重要的參保依據(jù)。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)、上部設(shè)施工藝模塊和FPSO船體在油田設(shè)施投資上各占1/3，但單從投資比和規(guī)模來看，系泊系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是資金投入?yún)s較大，由此可見系泊系統(tǒng)的重要性和高技術(shù)難度。在國(guó)際保險(xiǎn)市場(chǎng)上也是如此，通常認(rèn)為整個(gè)油田設(shè)施保險(xiǎn)的主要環(huán)節(jié)之一就是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的安全，所以往往會(huì)提出更加嚴(yán)格、詳細(xì)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)要求。加強(qiáng)系泊系統(tǒng)安全管理，既能夠降低維護(hù)成本，又可在國(guó)際保險(xiǎn)談判中占到更有利的位置。

2 國(guó)內(nèi)國(guó)外管理方式和技術(shù)手段對(duì)比

2.1 管理方式對(duì)比

2.1.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有管理方式

目前，南海FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的管理基本都采用水下檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以船級(jí)社入級(jí)管理程序?yàn)闇?zhǔn)。通常會(huì)由機(jī)械維護(hù)人員來檢測(cè)、維護(hù)FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的水上部位，而水下部位則由于費(fèi)用高、維修難度大等原因，每2.5年水下檢驗(yàn)1次。

2.1.2 國(guó)外管理方式

國(guó)外作業(yè)者(以北海內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系統(tǒng)為例)除了采用船級(jí)社檢驗(yàn)入級(jí)管理程序檢驗(yàn)正常生產(chǎn)狀態(tài)外，還實(shí)現(xiàn)了全生命周期內(nèi)管理。目前，國(guó)外作業(yè)者為了進(jìn)一步增加系泊系統(tǒng)安全性，已經(jīng)將單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)海況重現(xiàn)期調(diào)整到萬年一遇海況，而不再是過去百年一遇海況。作業(yè)者在安全評(píng)估FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)時(shí)有3條路線：1)用于日常監(jiān)控的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；2)用于定期檢測(cè)的船級(jí)社入級(jí)管理；3)用于申報(bào)國(guó)際保險(xiǎn)的獨(dú)立第三方評(píng)估，以便能夠?qū)ο挡聪到y(tǒng)安全進(jìn)行最大限度地保證。

2.2 技術(shù)手段對(duì)比

2.2.1 國(guó)內(nèi)技術(shù)手段

1)常規(guī)潛水。主要是用于檢測(cè)單點(diǎn)浮筒、單點(diǎn)艙的船底板等水面以下較淺位置，操作時(shí)間較短。

2)飽和潛水。基于國(guó)際慣例來看，當(dāng)潛水作業(yè)時(shí)間>1 h，潛水深度>120 m時(shí)，推薦采用飽和潛水。飽和潛水多用于檢查水下的鋼纜。

3)ROV檢測(cè)。主要是用于檢測(cè)配重塊、海底錨鏈和系泊鋼纜等水下較深部位。

2.2.2 國(guó)外技術(shù)手段

1)單點(diǎn)系泊在線檢測(cè)系統(tǒng)。多用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系泊線的張力，檢測(cè)儀器采用傾角儀或應(yīng)變檢測(cè)儀器，利用設(shè)定報(bào)警值的方法將檢測(cè)信息反饋給陸地控制部門或FPSO。

2)系泊線三維成像技術(shù)。有多個(gè)水下攝像頭，能夠?qū)﹀^鏈環(huán)和鋼纜的局部腐蝕進(jìn)行精確檢測(cè)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后即可評(píng)估剩余系泊力。

3)系泊線疲勞壽命評(píng)估。這是系泊線三維成像技術(shù)的延伸，系泊線的疲勞壽命可以通過三維圖像進(jìn)行分析[3]。

3 內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)失效模式研究

失效模式研究是系泊系統(tǒng)完整性管理中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過系統(tǒng)化地預(yù)判和梳理系泊系統(tǒng)所可能出現(xiàn)的問題，能夠提高管理監(jiān)控的精度和范圍。本文結(jié)合中國(guó)南海FPSO實(shí)際情況及國(guó)外的文獻(xiàn)資料，系統(tǒng)性地概括了典型的失效模式。

3.1 系泊分析數(shù)據(jù)輸入不足

系泊分析貫穿于整個(gè)系泊系統(tǒng)生命周期，也是系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，雖然其應(yīng)用日益成熟，但是仍然存在著輸入數(shù)據(jù)缺失和不準(zhǔn)確的問題，具體見表1。

表1 系泊分析數(shù)據(jù)不足具體形式

3.2 設(shè)計(jì)分析方法不當(dāng)

設(shè)計(jì)分析方法不當(dāng)具體形式見表2。

表2 設(shè)計(jì)分析方法不當(dāng)具體形式

3.3 強(qiáng)度不足引起失效

由于不能及時(shí)修補(bǔ)、監(jiān)控處于海水中的各系泊組件，很容易出現(xiàn)強(qiáng)度不足引起失效問題。

3.4 磨損問題

系泊系統(tǒng)組件與海底、組件之間以及各組件內(nèi)部都在一定程度上存在著磨損問題，應(yīng)及時(shí)更換，定期檢測(cè)。常出現(xiàn)的磨損有：錨鏈磨損，主要原因包括錨鏈松弛、異物進(jìn)入鏈環(huán)、錨鏈彎曲、拉力突然變化和錨鏈扭曲等；卸扣或其他螺栓聯(lián)接磨損，主要原因包括螺栓清理不足，卸扣的形狀、大小和型號(hào)選擇不當(dāng)?shù)?；?dǎo)輪、套筒磨損主要原因包括繩索偏角過高、凹槽太小造成磨損和凹槽太大造成滑脫等；內(nèi)部損傷，主要原因包括由于細(xì)小沙粒磨損而造成纖維退化等；其他磨損，包括鄰近系泊線、彎曲墊、海床、喇叭口、導(dǎo)纜器、立管和纜繩筒等。

3.5 疲勞問題

由于系泊線長(zhǎng)時(shí)間都處于周期性運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，很容易出現(xiàn)系泊線斷裂失效的現(xiàn)象，見表3。

表3 疲勞問題

3.6 腐蝕問題

系泊系統(tǒng)尤其是錨鏈、系泊纜部分長(zhǎng)期浸泡于海水中，不可避免地會(huì)發(fā)生腐蝕。腐蝕是自然規(guī)律，不可能做到百分之百防腐，但對(duì)宜腐蝕部位加強(qiáng)監(jiān)控，可以有效降低此類風(fēng)險(xiǎn)。

3.7 其他

還有可能會(huì)由于安裝、制造、運(yùn)動(dòng)和觸碰等原因而造成系泊系統(tǒng)失效。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著全球海況不斷惡化，包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)都不同程度地遇到了海洋工程系泊安全問題。我國(guó)應(yīng)充分吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)手段和管理理念，將其應(yīng)用于南海FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的完整性管理中，以使事故發(fā)生率最小化。我國(guó)南海地區(qū)蘊(yùn)藏著極為豐富的油氣資源，系泊系統(tǒng)的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，極有必要以現(xiàn)有的系泊系統(tǒng)為基礎(chǔ)，逐步提高技術(shù)手段和管理理念，以便能夠?yàn)槲磥砗r更復(fù)雜、水深更深的系泊系統(tǒng)應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 曾驥,陳剛,唐文勇.30萬噸FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)整體吊裝技術(shù)研究[J]. 船舶工程，2009，21(6):134-136.

[2] 古才榮.茂名單點(diǎn)系泊系統(tǒng)接卸超巨型油輪的安全論證[J]. 安全、健康和環(huán)境，2006,22(6):104-106.

[3] 夏運(yùn)強(qiáng),唐筱寧,蔣凱輝,等.防風(fēng)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)系泊力理論計(jì)算公式研究[J]. 水運(yùn)工程， 2010，31(4):14-20.

責(zé)任編輯李思文

FPSOSinglePointMooringSystemIntegrityManagementandFailureMode

CHEN Feng

(Panyu Operating Company, CNOOC (China) Co., Ltd., Shenzhen 518067, China)

In recent years, with the increasing typhoons, the south China sea FPSO mooring systems have more or less missing and damaged emerged job function, although there is no serious damaged failure events, but the whole system attaches great importance to CNOOC FPSO single point mooring system integrity management and failure mode. The paper firstly described the significance of the mooring system security management, and secondly, did in-depth comparison of domestic and international management methods and techniques, and studied within the turret mooring system in failure modes. The paper hopes to provide a reference to the CNOOC mooring system security management.

single-point mooring, integrity management, failure mode

U 661

：A

陳峰(1984-)，男，設(shè)施工程師，主要從事海洋石油油田設(shè)施工程及設(shè)備管理等方面的研究。

2014-10-21