南海開拓號FPSO應(yīng)用于東海某油田的可行性分析

時(shí)曉華 王棟 劉建華 龔玉林

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067）

南海開拓號FPSO應(yīng)用于東海某油田的可行性分析

時(shí)曉華 王棟 劉建華 龔玉林

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)深圳分公司廣東深圳518067）

本文基于南海開拓號FPSO潛在利用價(jià)值、東海某油田的開發(fā)需求，結(jié)合該FPSO退役擱置前后所做的狀態(tài)評估和延壽方案結(jié)果，分析該FPSO再利用的技術(shù)可行性、存在的主要風(fēng)險(xiǎn)及影響再利用決策的主要因素，為今后的類似老舊FPSO再利用的評估、分析和決策奠定一定基礎(chǔ)。

浮式生產(chǎn)儲油外輸裝置；再利用；狀態(tài)評估；延壽；可行性分析

1 概述

1.1 背景

南海開拓號FPSO（以下簡稱開拓號）（Floating Production Storage Offloading，簡稱FPSO，是一種海上浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置）是一艘2010年從南海東部海域某油田退役并暫時(shí)擱置的FPSO。鑒于開拓號退役前，處于正常運(yùn)營狀態(tài)，還具備潛在利用價(jià)值。

開拓號擬再利用的目標(biāo)油田為東海某油田高凝油項(xiàng)目（以下簡稱該項(xiàng)目），該項(xiàng)目包括西湖凹陷寶云亭氣田的油藏、武云亭油氣田等5個(gè)油氣構(gòu)造，油田范圍內(nèi)水深約90m。在項(xiàng)目預(yù)可研階段，項(xiàng)目開發(fā)方處于工期、油田產(chǎn)油能力等因素考慮，考慮利用南海開拓號FPSO進(jìn)行油田的開發(fā)，用于油田產(chǎn)出原油的處理、儲存及外輸。

南海開拓號FPSO管理者針對該項(xiàng)目開發(fā)潛在市場需求，開展了開拓號再利用可行性研究和分析。

本論文主要基于開拓號結(jié)構(gòu)評估現(xiàn)狀，對開拓號應(yīng)用于該項(xiàng)目進(jìn)行可行性分析。

1.2 開拓號簡介

開拓號FPSO前身始建于1970年7月，為212,000DWT的油輪。1980年將長度為101英尺的平行舯體割除，載重噸減至150000DWT，并作為原油輪一直運(yùn)營至1992年。1993/1994年P(guān)hillips石油公司購買此船并在新加坡吉寶船廠改造為FPSO，并命名為“南海開拓號”，并從ABS（美國船級社）船級轉(zhuǎn)為DNV（挪威船級社）船級。自1994年11月，開拓號一直在南中國海西江油田服役，共計(jì)15年，該油田距香港東南沿海大約140km，水深約為100m。2010年6月退役?？看a頭，作保留船級擱置處理。

開拓號船級為DNV，總長285.3m，型寬48.7m，型高26.7m，吃水深8m～16m；設(shè)計(jì)載重量為15×104t，儲油能力為100萬桶。具有自航能力，最大航速10節(jié)。

南海開拓號采用船首內(nèi)轉(zhuǎn)塔可解脫式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)（BTM），為SBM公司產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命為20年。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)具有2個(gè)10寸通道，并預(yù)留了一個(gè)加裝10寸通道的空間。船體由8根錨鏈系泊，最大系泊力為900t。當(dāng)浪高大于8.2m（臺風(fēng)）時(shí)，需停產(chǎn)撤離。

2 開拓號評估簡介

因開拓號為舊油輪改造而成的FPSO，按照DNV船級社規(guī)范要求，運(yùn)營期間需每5年做一次結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀評估和延壽計(jì)劃，以確保下一個(gè)5年的安全運(yùn)營。

2008年，在運(yùn)營期間開拓號管理者邀請DNV對開拓號進(jìn)行了船體CAP評估和延壽計(jì)劃（LEP）。

2014年，基于開拓號潛在再利用需求，開拓號管理者邀請DNV針對目標(biāo)油田海況條件，進(jìn)行了開拓號極限強(qiáng)度評估和疲勞分析。

3 DNV CAP評級和LEP

3.1 CAP評級

CAP，即Condition Assessment Programme，是船級社開發(fā)的一種船舶或類似海上設(shè)施（以下統(tǒng)稱船舶）結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方案，是對運(yùn)營到一定年限的船舶的主要結(jié)構(gòu)件（包括油艙、水艙、空艙、外板等）的涂層、腐蝕、板厚及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行近觀檢查和分析計(jì)算，并依據(jù)一定的評級標(biāo)準(zhǔn)、原則和近觀檢查、分析計(jì)算結(jié)果，對主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分項(xiàng)和總體狀況判斷和評級。

3.1.1 DNV CAP評級標(biāo)準(zhǔn)

A.船體評級標(biāo)準(zhǔn)[1]

1-Very good condition

1-狀況極好：檢查和測量項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，較新船或按現(xiàn)行規(guī)范要求僅發(fā)現(xiàn)表面微小缺陷，無須保養(yǎng)或修理（無遺留項(xiàng)）

2-Good condition

2-狀況良好：檢查和測量項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)有輕微缺陷，但無需修理

3-Satisfactory condition

3-狀況符合：檢查和測量項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)有缺陷，但無需即時(shí)進(jìn)行修理

4-Poor condition

4級-狀況差，低于船級社標(biāo)準(zhǔn)：所檢查和測量的項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)其不足，存在影響保留船級的潛在風(fēng)險(xiǎn)，或某些區(qū)域的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的厚度，已在或船級社可接受換新的準(zhǔn)則以下。

B.船體結(jié)構(gòu)涂層狀況分級標(biāo)準(zhǔn)[2]

表1 船體結(jié)構(gòu)涂層狀況分級標(biāo)準(zhǔn)

C.船體板厚腐蝕狀況分級標(biāo)準(zhǔn)[3]

表2 船體板厚腐蝕狀況分級標(biāo)準(zhǔn)

3.1.2 船體評級判斷

A.船體評級判斷必須涵蓋以下范圍：（1）船殼板：包括主甲板、外殼板以及底板；（2）艙室（包括壓載艙、貨油艙及空艙）：需基于壓載艙的主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行評級，包括邊、底、內(nèi)底、縱向和橫向艙壁及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等；（3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

B.船體評級應(yīng)綜合考慮以下檢查、檢測結(jié)果：（1）近觀檢查結(jié)果：主要關(guān)注結(jié)構(gòu)局部腐蝕和缺陷，并依據(jù)檢查結(jié)果給出被檢查結(jié)構(gòu)件的整體評級；（2）板厚測量結(jié)果：對測厚數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出結(jié)構(gòu)件腐蝕評級；（3）壓載艙涂層狀況：應(yīng)按涂層狀況分級標(biāo)準(zhǔn)給出評級。

3.2 LEP及標(biāo)準(zhǔn)

DNV LEP（Life Extension Programme，延壽方案）是基于船體評級結(jié)果對船舶在未來一時(shí)間段內(nèi)繼續(xù)安全運(yùn)營應(yīng)滿足的船體狀況標(biāo)準(zhǔn)所需維修改造的工作安排。DNV基于船體評級的船體主要結(jié)構(gòu)剩余壽命標(biāo)準(zhǔn)如下表3所示。

表3 船體結(jié)構(gòu)可繼續(xù)使用年限等級[4]

4 DNV2008年船體評估結(jié)論

4.1 船體CAP評估主要發(fā)現(xiàn)和結(jié)論

DNV2008年船體CAP評估給出的結(jié)論和主要發(fā)現(xiàn)如下：（1）船體總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很好；（2）船殼板狀況良好；（3）船體壓載艙除部分缺陷和板厚超限外，整體結(jié)構(gòu)狀況良好，涂層整體狀況良好；（4）油艙除部分缺陷和板厚超限外，整體結(jié)構(gòu)狀況符合要求。主要結(jié)構(gòu)整體評級情況如表4所示。

表4 結(jié)構(gòu)整體評級情況

船體整體評級4級的規(guī)范解釋如下[5]：船體的整體評級按不高于任何油艙、壓載艙、空艙的任何結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、超聲波測量（UTM）、目測與涂層的評級確定。

4.2 船體疲勞評估主要結(jié)論

DNV疲勞分析報(bào)告給出的主要結(jié)論如下：（1）大部分疲勞分析點(diǎn)的剩余疲勞壽命超過30年，滿足繼續(xù)運(yùn)營的要求；（2）前次疲勞分析結(jié)果顯示狀況良好的部位，本次分析結(jié)果顯示仍然良好；前次疲勞分析結(jié)果顯示狀況差的部位（不滿足規(guī)范要求）沒有得到改進(jìn)；前次疲勞分析結(jié)果顯示狀況一般的部位（當(dāng)時(shí)滿足規(guī)范要求），有進(jìn)一步惡化的趨勢；（3）疲勞分析發(fā)現(xiàn)的熱點(diǎn)區(qū)域（剩余疲勞壽命不滿足規(guī)范要求），近觀檢查沒有發(fā)現(xiàn)裂紋；（4）疲勞損害程度較高的區(qū)域，產(chǎn)生疲勞裂紋的風(fēng)險(xiǎn)較高；運(yùn)營過程中，需要予以關(guān)注。

疲勞分析選取的一個(gè)橫框架疲勞分析點(diǎn)分布如圖1所示，疲勞分析點(diǎn)的疲勞損傷和剩余壽命計(jì)算結(jié)果如表5所示。

圖1 橫框架疲勞分析點(diǎn)分布圖[6]

表5 疲勞分析點(diǎn)疲勞損傷和剩余壽命計(jì)算結(jié)果[7]

4.3 DNV2008年延壽方案

DNV CAP&LEP報(bào)告指出[8]：本報(bào)告所建議的改造將使得FPSO可以繼續(xù)安全運(yùn)營5年。此后，建議再次進(jìn)行CAP/LEP檢驗(yàn)，以決定運(yùn)營5年后，結(jié)構(gòu)狀況產(chǎn)生多大程度的變化。

同時(shí)，報(bào)告指出[9]：更新替換的鋼料重量大約為550t（僅僅對檢查區(qū)域/油艙/壓載艙/空艙）。

5 DNV2014年對開拓號的強(qiáng)度評估和疲勞分析

開拓號退役擱置后，基于其潛在的利用價(jià)值，2014年邀請DNV就開拓號應(yīng)用于東海某油田進(jìn)一步做了可行性評估。主要評估工作包括船體梁縱向極限強(qiáng)度評估和疲勞分析。

此次評估的主要結(jié)論如下[10]：（1）大部分的疲勞分析點(diǎn)的剩余壽命均超過20年，小部分疲勞分析點(diǎn)剩余壽命為不滿足要求；（2）船長1/4處，舷側(cè)和縱艙壁的剪切應(yīng)力超過了許用值，需要進(jìn)行加強(qiáng)以增強(qiáng)剪切承載能力，或者該船需要給定一些營運(yùn)的限制條件；船中甲板上的彎曲應(yīng)力超過了許用值；一些甲板和底部的縱桁屈曲失效。

評估認(rèn)為，船中甲板上的彎曲應(yīng)力超過了許用值可能是的靜水極限曲線是否過于保守所致；一些甲板和底部的縱桁屈曲失效是因其上的縱骨是不連續(xù)的，可以通過對這些縱骨進(jìn)行連續(xù)而進(jìn)一步加強(qiáng)。

評估還給出了針對剪切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力超過許用值的方案以及消除疲勞剩余壽命不足的典型維修建議。

6 開拓號再利用的可行性分析

6.1 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

6.1.1 雖然評估結(jié)果顯示，開拓號船體總縱強(qiáng)度很好，但也還是存在諸多結(jié)構(gòu)上的缺陷。比如甲板強(qiáng)橫梁屈曲嚴(yán)重（也即甲板彎曲應(yīng)力超標(biāo)）、船側(cè)和縱艙壁剪切應(yīng)力超過許用值，部分結(jié)構(gòu)腐蝕超限，部分舷側(cè)縱骨和縱艙壁縱骨與橫向強(qiáng)框架、橫艙壁的連接節(jié)點(diǎn)抗疲勞能力較弱且多年來沒有得到改善。雖然結(jié)構(gòu)上的缺陷和連接節(jié)點(diǎn)抗疲勞能力較弱的問題，可以通過改造維修予以修復(fù)，但也只能延緩，不能根本性的改變持續(xù)惡化的趨勢。而且，連接節(jié)點(diǎn)抗疲勞能力較弱和應(yīng)力超限帶來的產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)也是不容忽視的。

6.1.2 開拓號陳舊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將會導(dǎo)致產(chǎn)生新的疲勞破壞的風(fēng)險(xiǎn)。開拓號FPSO是由第一代超大型油輪改造而成，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較陳舊，產(chǎn)生新的疲勞破壞的風(fēng)險(xiǎn)的可能性不容忽視。主要體現(xiàn)在：（1）橫向強(qiáng)框架設(shè)計(jì)均采用早期的獨(dú)立肘板型式，并非今天第四代超大型油輪及21世紀(jì)FPSO的整體式肘板，且原來肘板趾端也沒有考慮采用抗疲勞的軟趾設(shè)計(jì)，它所產(chǎn)生疲勞裂縫的概率較高。（2）貨艙區(qū)永久性檢驗(yàn)通道是為了對進(jìn)行檢查結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)質(zhì)量狀態(tài)而設(shè)置的。開拓號缺失了這一通道，將使許多區(qū)域人員無法到達(dá)檢查，勢必導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞安全系數(shù)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求放大至5.0甚至更高（比如開拓號若再利用10年，其剩余疲勞壽命應(yīng)不低于50年），帶來的結(jié)果是更多疲勞節(jié)點(diǎn)無法滿足疲勞壽命的要求。

6.1.3 船體結(jié)構(gòu)修復(fù)改造中，對船體結(jié)構(gòu)中不合格的舊有結(jié)構(gòu)更換方式，已不同于原來建造時(shí)的方式，已由平地作業(yè)轉(zhuǎn)為高空作業(yè)，不安全的因素呈直線上升。同時(shí)，施工方式的變更，存在下列風(fēng)險(xiǎn)：（1）大量的舊構(gòu)件拆除過程中，由于原有構(gòu)造中內(nèi)應(yīng)力釋放，極易造成板平面的新的翹曲。除了高空的火工矯正工作，遠(yuǎn)比想象的復(fù)雜外，還會使構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力存在。（2）更新的縱骨及橫向強(qiáng)框架（強(qiáng)橫梁、垂直桁材）與甲板、艙壁、舷側(cè)的裝配、定位，已由平地轉(zhuǎn)向高空。原本在平地采用自動俯焊方式，改為高空作業(yè)的手工的仰焊與垂直焊方式。不僅僅是施工人員的安全，以及產(chǎn)生焊縫質(zhì)量返修問題，而是隨著焊接方式的變更，極易存在焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命有限的風(fēng)險(xiǎn)。

6.1.4 船體構(gòu)造存在嚴(yán)重不協(xié)調(diào)的風(fēng)險(xiǎn)。南海開拓FPSO作為一艘老舊FPSO，船體結(jié)構(gòu)幾曾大修改造，整個(gè)船體的結(jié)構(gòu)材料有上世紀(jì)60年代、80年代、90年代和21世紀(jì)的產(chǎn)品，焊接也是不同時(shí)期的技術(shù)。又嚴(yán)重缺失構(gòu)件修復(fù)變更的原始記錄和焊縫記錄，整個(gè)船體的結(jié)構(gòu)材料與焊接存在嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)。疲勞損傷是累積的概念，整個(gè)船體結(jié)構(gòu)疲勞壽命處于不同水平狀態(tài)。特別是幾次大修改造中修補(bǔ)的焊縫，處于低水平狀態(tài)，極易產(chǎn)生新裂縫。

6.2 經(jīng)濟(jì)合理性方面

對于結(jié)構(gòu)缺陷和疲勞弱點(diǎn)的修復(fù)，按2008年DNV的估計(jì)，僅是評估區(qū)域所需要更換的鋼板量為550t，如果擴(kuò)展到全船，可能至少會增加至800t。而且通過這樣的修復(fù)，還只能保證安全運(yùn)營5年，之后還需要通過評估和延壽分析，確定進(jìn)一步的維修工作量。

此外，有關(guān)單點(diǎn)、輪機(jī)、甲板和工藝設(shè)備的改造和修復(fù)，也需要投入大量的成本，以滿足新的油田的生產(chǎn)需要。

首期改造的成本以及后期船體技術(shù)狀況和改造維修成本的不確定性，也加大了經(jīng)濟(jì)方面決策的難度。

6.3 老舊FPSO法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)

開拓號是一艘可解脫的具備自航能力的FPSO，生產(chǎn)期間固定于單點(diǎn)系泊系統(tǒng)上；躲避臺風(fēng)或進(jìn)船塢維修時(shí)，可自航行至目的地。

雖然目前國際國內(nèi)法規(guī)沒有對FPSO的強(qiáng)制報(bào)廢要求，但鑒于國內(nèi)外對于這種帶自航能力的FPSO是更偏重于海洋工程裝置屬性還是偏向于船舶的屬性，還存在不小的爭議。

從防止海洋污染以及海洋油氣裝置本身的安全，會否像我國交通運(yùn)輸部14號令針對老舊海船和老舊江船那樣，今后會出臺有關(guān)老舊海洋工程裝置使用年限的限制；會否因?yàn)殚_拓號具備自航能力及存在自航機(jī)會，要參照執(zhí)行14號令，予以強(qiáng)制報(bào)廢。這些政策風(fēng)險(xiǎn)，也難以完全排除。

6.4 管理層的風(fēng)險(xiǎn)偏好

比較新建FPSO，老舊FPSO改造再利用最大的優(yōu)勢在于工期短、改造成本較低；對于產(chǎn)量不高、開發(fā)壽命不長的油田，老舊FPSO改造再利用確實(shí)存在無可比擬的優(yōu)勢，甚至存在只有通過老舊FPSO改造再利用模式進(jìn)行開發(fā)，油田才具備開發(fā)價(jià)值。

但是對于船齡過大的FPSO，其改造維修后殘余的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)客觀存在，管理層對于殘余風(fēng)險(xiǎn)的偏好，很大程度上影響了最后的決策。

7 結(jié)語

綜上所述，開拓號用于東海高凝油油田是技術(shù)上是可行的，無論是再使用5年或10年，在不考慮改造維修成本的前提下，技術(shù)上的問題是可以解決的。開拓號最終能否應(yīng)用于目標(biāo)油田，取決于油田的開發(fā)情況、經(jīng)濟(jì)評價(jià)結(jié)果以及管理層的風(fēng)險(xiǎn)偏好。

[1]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:2.

[2]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F，E.4.

[3]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSION PROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F，E.3.

[4]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F:123.

[5]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSION PROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F:7.

[6]DNV.UPDATED FATIGUE ANALYSISOF FPSO“NANHAIKAI TUO”,DNV ID NO:18167,Page C.

[7]DNV.UPDATED FATIGUE ANALYSISOF FPSO“NANHAIKAI TUO”,DNV ID NO:18167,Page D.

[8]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:135.

[9]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:130.