STP式內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)FPSO連接

晏　萊，高秉峰，秦　勇海洋石油工程股份有限公司，天津300461

STP式內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)FPSO連接

晏萊，高秉峰，秦勇
海洋石油工程股份有限公司，天津300461

STP式內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)海上安裝連接是一項(xiàng)高難度和高風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)，目前世界上僅有少數(shù)海洋工程專業(yè)公司具備安裝能力。針對恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO的現(xiàn)場連接工程項(xiàng)目，從STP式內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)FPSO出港、海上拖航、上線就位、連接方法和具體步驟等方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，指出了對“海洋石油118”FPSO連接作業(yè)所做的改進(jìn)，包括FPSO就位連接方式優(yōu)化、預(yù)布提升牽引纜繩及單拖輪高精度限位方法等，這些可借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)對后續(xù)類似工程具有指導(dǎo)意義。

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)；浮式生產(chǎn)儲(chǔ)/卸油裝置；STP；浮筒；連接

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)作為海上油氣集輸?shù)闹匾a(chǎn)設(shè)施，因其水深適應(yīng)范圍廣，抵御環(huán)境能力強(qiáng)，能系泊超大型FPSO，且經(jīng)濟(jì)效益好而受到廣泛青睞。內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)是近年來使用最為頻繁的單點(diǎn)系統(tǒng)，我國現(xiàn)有8套，均在南中國海服役。

STP（Submerged Turret Production） 式內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主要由水下錨系、STP浮筒、滑環(huán)堆棧、FPSO和水下跨接系統(tǒng)五大部分組成（如圖1所示）。該系統(tǒng)海上安裝連接是一項(xiàng)高難度技術(shù)且風(fēng)險(xiǎn)大，目前世界上僅有少數(shù)海洋工程專業(yè)公司具備其安裝能力。

恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO是目前國內(nèi)非自航FPSO拖航距離最遠(yuǎn)，連接用時(shí)最短的內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。本文結(jié)合恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO現(xiàn)場實(shí)際，對其連接方法進(jìn)行論述。

1FPSO拖航

圖1　STP式內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)組成

FPSO一般無自航能力，建造周期一般為兩年左右［1］。FPSO在船廠建造完成后，由大馬力拖輪拖帶，港作拖輪協(xié)助出港，輔助拖輪護(hù)航至海上油田，與STP浮筒連接投產(chǎn)使用。恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO在大連船舶重工建造，總長261.6 m，出港時(shí)由一艘20 000 HP（1 HP=735.5 W）主拖輪，一艘13 000 HP輔拖輪及四艘5 000 HP全回轉(zhuǎn)港作拖輪在引水人員指揮下共同完成。拖航分為出港和海上拖航兩部分。

1.1出港

1.1.1出港限制條件［2］

（1）環(huán)境限制條件。因受港口水深、航道類型、防波堤尺寸等環(huán)境因素的影響，所以FPSO出港需對環(huán)境條件進(jìn)行限制。一般為：風(fēng)速≤10 m/s、流速≤1kn、浪高≤1 m、能見度≥1 n mile?！昂Ｑ笫?18”FPSO出港時(shí)風(fēng)速6～8 m/s、流速0.4 kn、浪高0.5 ～1 m、能見度2 n mile。

（2）出港吃水。因受港池水深、靠泊碼頭位置水深、船廠吊機(jī)、FPSO最小吃水等因素影響，所以FPSO出港吃水應(yīng)在保證最小吃水的前提下，底部到海底泥面間距應(yīng)≥1 m?！昂Ｑ笫?18”FPSO出港平均吃水6 m。

1.2海上拖航［3］

“海洋石油118”FPSO由大連外錨地起拖，跨越黃海、東海、南海海域，歷經(jīng)1 340 n mile、歷時(shí)12 d拖航至恩平24-2油田預(yù)設(shè)的滯航區(qū)。

2　FPSO連接

在FPSO拖航到達(dá)油田現(xiàn)場前，內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)水下錨系就已經(jīng)通過錨樁固定在海底，錨系系統(tǒng)與STP浮筒完成連接，STP浮筒通過配載位于水面以下設(shè)計(jì)位置。

2.1上線就位

FPSO拖航至油田現(xiàn)場預(yù)設(shè)的滯航區(qū)后，根據(jù)潮流潮汐表，繪制流玫瑰圖，確定FPSO上線時(shí)間及方位［4］，依據(jù)STP浮筒安裝坐標(biāo)，在就位指揮及DGPS定位系統(tǒng)的輔助下，依靠就位拖輪控制FPSO全浮態(tài)上線、就位至STP浮筒正上方。但是由于海洋環(huán)境條件的復(fù)雜多變，依靠就位拖輪全浮態(tài)長時(shí)間控制FPSO在STP浮筒正上方進(jìn)行施工作業(yè)，技術(shù)難度高，風(fēng)險(xiǎn)大，為了解決此問題，采取措施如下：

2.1.1多艘拖輪聯(lián)合作業(yè)

在FPSO艏部設(shè)置1艘大馬力拖輪，在艉部兩舷各設(shè)置1艘大馬力拖輪，3艘拖輪和FPSO組成全浮態(tài)就位系統(tǒng)，最大限度控制和保持FPSO的航向和位置使其艉部頂流上線。如圖2所示。

“海洋石油118”FPSO連接作業(yè)中，原設(shè)計(jì)使用3艘拖輪拖帶FPSO艏部頂流上線，但艏部拖輪馬力大，自身控制效果較差，同時(shí)受海洋環(huán)境的影響，艏部頂流就位較難保證FPSO艏向達(dá)到就位精度需求；為了保證FPSO順利連接，設(shè)計(jì)優(yōu)化為FPSO艉部頂流方式上線，此方式艉部2艘就位拖輪對FPSO位置控制靈活，且FPSO總長261.6 m，艉部較大動(dòng)作變化對FPSO艏部影響小，有效保證了FPSO就位精度，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了施工工期。

圖2　FPSO上線拖輪布置

2.1.2DGPS定位系統(tǒng)

為了直觀地觀察FPSO上線到達(dá)STP浮筒的距離以及各拖輪的位置和航向，在FPSO和各就位拖輪均安裝了DGPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，并用無線聯(lián)網(wǎng)顯示在FPSO艏部指揮中心電腦上，指揮人員可隨時(shí)觀察系統(tǒng)的狀態(tài)，指揮各拖輪的動(dòng)作。

2.1.3CCTV監(jiān)控系統(tǒng)

因原設(shè)計(jì)的CCTV監(jiān)控系統(tǒng)位于單點(diǎn)艙室內(nèi)部，不便于施工觀察和指揮，為使STP浮筒提升過程中，指揮中心和提升絞車操作人員能夠直觀地觀察單點(diǎn)艙室STP浮筒提升纜繩的位置，指揮各拖輪的動(dòng)作及STP浮筒提升控制，分別在指揮中心和提升絞車操作臺(tái)增設(shè)了CCTV監(jiān)控系統(tǒng)，使單點(diǎn)艙室狀況能夠直接顯示在顯示屏上，便于施工指揮操作及溝通。

增設(shè)CCTV監(jiān)控系統(tǒng)，有效解決了因STP浮筒鎖緊位置、提升位置和工程指揮位置不同而存在的指揮盲區(qū)。

2.1.4上線就位操作步驟

（1）將預(yù)先布置的就位索具與各拖輪相連接。

（2）通過就位拖輪調(diào)整FPSO航向，使其緩慢朝STP單點(diǎn)系泊航行。

（3）沿途3 n mile內(nèi)，由指揮中心的就位指揮人員指揮各拖輪保持FPSO正確航向。

（4）當(dāng)FPSO橫向距離STP浮筒50～60 m時(shí)，3艘就位拖輪控制FPSO保持位置，由另外1艘拖輪將預(yù)先打撈的STP浮筒牽引纜繩傳遞至FPSO主甲板與預(yù)布提升牽引纜連接，然后將連接完成的纜繩引至FPSO舷外?！昂Ｑ笫?18”FPSO預(yù)布提升牽引纜繩采用的是尼龍纜繩。

（5）啟動(dòng)提升絞車快速回收牽引纜繩，同時(shí)根據(jù)潮流方向和定位系統(tǒng)的顯示位置，通過3艘就位拖輪控制FPSO緩慢靠近STP浮筒，直至FPSO到達(dá)STP浮筒正上方。如圖3所示。

圖3　FPSO就位示意

（6）隨后就位指揮人員隨時(shí)下達(dá)指令，根據(jù)定位系統(tǒng)的顯示不斷調(diào)整各拖輪的航向和轉(zhuǎn)速，保持并穩(wěn)定FPSO航向和位置，使其保持在STP浮筒正上方，以便進(jìn)行連接作業(yè)。

在提升絞車牽引纜繩與STP浮筒牽引纜連接作業(yè)中，原設(shè)計(jì)采用APL公司提供的“靜水壓力釋放器”進(jìn)行連接，但此方式作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大，效率低。設(shè)計(jì)優(yōu)化為“預(yù)布提升牽引纜”方式，可有效降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率。

2.2FPSO連接

FPSO通過STP浮筒與單點(diǎn)艙室鎖緊裝置連接，連接時(shí)須將STP浮筒從水下設(shè)計(jì)位置提升至單點(diǎn)艙室，為此專門設(shè)計(jì)液壓動(dòng)力絞車。該絞車通過與STP浮筒提升頭連接的高強(qiáng)度迪尼瑪纜繩提升STP浮筒，當(dāng)STP浮筒提升至連接位置時(shí)，啟動(dòng)液壓機(jī)械鎖緊裝置，鎖緊STP浮筒，使單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完成安全系泊。FPSO連接具體操作步驟如下：

（1）啟動(dòng)單點(diǎn)艙室內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)，使其完全通風(fēng)，達(dá)到施工需求。

（2）打開單點(diǎn)艙室內(nèi)的CCTV和照明系統(tǒng)，選擇調(diào)整攝像頭的合適位置；打開指揮中心CCTV監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）檢查確認(rèn)每一個(gè)鎖緊裝置的手動(dòng)閥處于打開狀態(tài)。

（4）拆掉上方中心機(jī)構(gòu)的鎖緊塊，檢查鎖緊螺母位置，允許鎖緊機(jī)構(gòu)能夠完全上升，并確認(rèn)STP控制柜操作盤上的STP浮筒沒有鎖緊。

（5）啟動(dòng)提升絞車提升STP浮筒，當(dāng)提升力達(dá)到100 kN時(shí)，切換提升絞車至“低速”檔繼續(xù)提升，直至STP浮筒完全拉進(jìn)FPSO月池內(nèi)。如圖4所示。

圖4　STP浮筒提升

（6）激活STP控制柜操作盤上“鎖緊”按鈕。等待鎖緊指示器的反饋信息，當(dāng)對應(yīng)的綠燈亮?xí)r，每一個(gè)鎖緊裝置鎖緊到位。

（7）分別激活STP控制柜操作盤上的“預(yù)緊按鈕1”、“預(yù)緊按鈕2”、“預(yù)緊按鈕3”對鎖緊裝置進(jìn)行預(yù)張緊，使其張緊力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（8）激活STP控制柜操作盤上的按鈕關(guān)閉沖水閥，同時(shí)啟動(dòng)開排泵，對單點(diǎn)艙室進(jìn)行排水。

（9）操作人員進(jìn)入單點(diǎn)艙室，檢查鎖緊裝置，安裝鎖緊銷，預(yù)緊鎖緊裝置鎖緊螺母，關(guān)閉隔離閥。

（10）激活STP控制柜操作盤上的“壓力釋放”按鈕，直至壓力緩慢降至0 MPa。

（11）拆除STP浮筒提升頭，安裝浮筒間隙塊和密封。

（12）指揮3艘就位拖輪對STP浮筒進(jìn)行旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)達(dá)到要求后，解除FPSO艏部和艉部右舷兩艘拖輪，完成FPSO連接作業(yè)。

“海洋石油118”FPSO從上線至STP浮筒提升完成鎖緊達(dá)到安全系泊僅用5 h，創(chuàng)國內(nèi)非自航內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)系泊系統(tǒng)FPSO連接用時(shí)最短記錄。如圖5所示。

3　柔性軟管和動(dòng)力電纜的提升及永久系掛

柔性軟管和動(dòng)力電纜是海上油田單點(diǎn)系泊系統(tǒng)原油和電力傳輸?shù)谋厝煌窘?jīng)，可利用提升絞車對其進(jìn)行提升及永久系掛。在軟管和電纜提升過程中，需要2艘拖輪對FPSO進(jìn)行限位。

圖5　“海洋石油118”FPSO連接

3.1柔性軟管提升及永久系掛操作步驟

（1）將提升纜繩從絞車下放至提升頭，使用寬體卸扣與軟管提升頭相連。

（2）啟動(dòng)提升絞車，提升柔性軟管，將臨時(shí)系掛設(shè)施和錐形導(dǎo)向拆除，安裝永久系掛支撐塊和支撐螺栓。

（3）啟動(dòng)提升絞車下放柔性軟管，將軟管重量轉(zhuǎn)移至支撐塊，釋放提升絞車，拆除提升纜繩和軟管提升頭。

（4）安裝懸掛圓環(huán)、扭轉(zhuǎn)環(huán)和帶密封圈的頂部圓環(huán)，完成柔性軟管的提升及永久系掛。

3.2動(dòng)力電纜提升及永久系掛操作步驟

（1）將提升纜繩從絞車下放至提升頭，使用寬體卸扣與電纜提升頭相連。

（2）啟動(dòng)提升絞車提升動(dòng)力電纜，拆除導(dǎo)向管頂部的臨時(shí)頂板。

（3）安裝密封及永久系掛部件。

（4）啟動(dòng)提升絞車下放動(dòng)力電纜，將電纜重量轉(zhuǎn)移至系掛結(jié)構(gòu)。

（5）安裝懸掛環(huán)、隔離墊片、隔離套及螺栓，拆除電纜提升頭，完成電纜提升及永久系掛。

柔性軟管系掛完成后，需對管道進(jìn)行壓力試驗(yàn)；動(dòng)力電纜系掛完成后需進(jìn)行做頭、接線及絕緣耐壓測試。

柔性軟管和動(dòng)力電纜提升過程中，原設(shè)計(jì)采用2艘拖輪對FPSO進(jìn)行限位，“海洋石油118”FPSO因現(xiàn)場船舶資源和氣象窗口的影響，無法滿足設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場設(shè)計(jì)了“單拖輪高精度限位方案”，有效地保證了工程實(shí)施。

4　滑環(huán)堆棧安裝

柔性軟管和動(dòng)力電纜提升作業(yè)完成后，即進(jìn)行滑環(huán)堆棧的安裝工作，滑環(huán)堆棧是油氣輸運(yùn)的重要通道，是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)連接的核心部件之一?；h(huán)堆棧的安裝主要是通過液壓系統(tǒng)對其頂升、滑移、旋轉(zhuǎn)、對中后，將其由運(yùn)輸位置轉(zhuǎn)移至安裝位置，然后進(jìn)行螺栓安裝及緊固工作。

5　可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)

（1）采用FPSO艉部頂流方式上線，此方式利用艉部2艘就位拖輪對FPSO位置進(jìn)行靈活控制，且FPSO總長261.6 m，艉部較大動(dòng)作變化對FPSO艏部影響小，有效保證了FPSO就位精度，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了施工工期。

（2）采用“預(yù)布提升牽引纜”方式連接提升絞車牽引纜與STP浮筒提升牽引纜時(shí)，操作簡單、快捷、高效、風(fēng)險(xiǎn)低，有效規(guī)避了“靜水壓力釋放器”連接方式存在與水下錨系纏繞造成作業(yè)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，且降低了作業(yè)環(huán)境條件要求，大大縮短了作業(yè)時(shí)間。

（3）提升牽引纜采用尼龍纜繩代替鋼纜，避免了鋼纜與FPSO船體磨擦造成油漆脫落所導(dǎo)致的船體腐蝕；同時(shí)防止了密封圈受損，影響密封效果。但應(yīng)注意尼龍纜繩耐磨效果較差，需在磨擦位置增加保護(hù)套。

（4）“單拖輪高精度限位方案”減少了項(xiàng)目資源的投入，有效地控制項(xiàng)目成本，但存在一定安全隱患。后續(xù)類似項(xiàng)目在條件許可的情況下應(yīng)設(shè)置2艘拖輪進(jìn)行限位，降低作業(yè)難度，保證作業(yè)安全。

［1］姜進(jìn)方，吳硯春，秦勇，等.大型FPSO儲(chǔ)油輪拖航探述［J］.中國海洋平臺(tái)，2012，27（2）：1-5.

［2］姜進(jìn)方.孤立塔柱式水下軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)安裝連接［J］.中國造船［J］，2006，47（S）：452-459.

［3］中國船級(jí)社.海上拖航指南［M］.北京：中國船級(jí)社，2011.

［4］姜進(jìn)方.大型FPSO拖航連接（解脫）作業(yè)指南［M］.天津：海洋石油工程股份有限公司，2008.

Connection ofSTP InternalTurret Single Point Mooring System with FPSO

YAN Lai，GAO Bingfeng，QIN Yong
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300461，China

Connection of STP internalturret single point mooring system with FPSO is a difficult and risky technology.Only a few offshore engineering companies in the world have the ability to do it.In this paper，according to the connection project of“HYSY118”FPSO in Eenping 24-2 Oilfield，the FPSO departure，towing，positioning and connection with the turret are described in detail.The technicalimprovements of the connection operation are also presented，such as optimization of FPSO positioning and connection，presetting lift ropes and using single tugboat to precisely controlFPSO position.

single point mooring system；FPSO；STP；buoy；connection

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.008

晏萊（1982-），男，湖北隨州人，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事FPSO解脫、拖航、連接及單點(diǎn)系泊系統(tǒng)安裝、維修改造方面的工作。

Email：yanlai@mail.cooec.com.cn

2015-05-06；

2015-09-28