浮式生產(chǎn)儲油裝置(FPSO)造價影響分析及綜述

張廣磊, 楊小龍, 蔡元浪, 劉 波

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

浮式生產(chǎn)儲油裝置(FPSO)造價影響分析及綜述

張廣磊, 楊小龍, 蔡元浪, 劉 波

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

根據(jù)浮式生產(chǎn)儲油裝置(FPSO)基本構(gòu)成，對影響各個組成部分(主要包括船體、系泊系統(tǒng)和上部模塊三部分)造價的因素逐一歸納分析；舉例對比南海和渤海FPSO造價，總結(jié)分析整體FPSO中船體、系泊系統(tǒng)和上部模塊三部分所占造價比例，并對比分析不同海域的典型FPSO的造價，從整體上對FPSO的造價因素進(jìn)行闡述，為海上油田開發(fā)采用FPSO方案提供參考和指導(dǎo)。

FPSO；船體；系泊系統(tǒng)；上部模塊；造價

0 引言

浮式生產(chǎn)儲油裝置(Floating Production Storage and Offloading， FPSO)是海洋油田開發(fā)方案的一種，目前全世界已有160 多艘FPSO服役，主要分布在英國北海、巴西沿海、西非沿海、澳大利亞海域和中國渤海與南海，作業(yè)水深分布從15～2 500 m,其水深跨度比較大；該裝置兼有生產(chǎn)和儲油的作用，儲油能力可達(dá)40萬噸，兼具小至幾千立方米，大到幾百萬立方米的油氣處理能力，可稱為海上的油氣廠。從其經(jīng)濟(jì)性上考慮，主要有以下三個優(yōu)點(diǎn)[1-3]：

(1) FPSO有非常強(qiáng)的儲油能力，可間隙用穿梭油輪運(yùn)輸油氣，省去鋪設(shè)價格昂貴的海底管道；

(2) 設(shè)計重現(xiàn)期高，抗風(fēng)能力強(qiáng)，可長期系泊、連續(xù)工作，減少停產(chǎn)時間，工作效率較高；

(3) 與固定式導(dǎo)管架平臺結(jié)合海底管道方案相比，具有投資少、見效快、可重復(fù)使用、風(fēng)險小等特點(diǎn)，特別適用于遠(yuǎn)離海岸的中、深海及邊際油田的開發(fā)。

現(xiàn)在受油價低迷的影響，研究使用FPSO作為開發(fā)方案是海上油氣開發(fā)的主流方式。其中，論證降低油田開發(fā)成本和減少工程投資已經(jīng)成為油田開發(fā)方案論證的重點(diǎn)工作。該文的主要內(nèi)容是對影響FPSO各個組成部分的造價因素進(jìn)行分析，為FPSO的設(shè)計和建造方案比選提供幫助。

1 FPSO主要組成部分費(fèi)用分析

FPSO是目前海洋工程船中的高技術(shù)產(chǎn)品，這種外形類似油船的海上油氣生產(chǎn)儲油裝置其系統(tǒng)的復(fù)雜程度和價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同噸位的油船。其主要組成部分包括船體、上部模塊和系泊系統(tǒng)三大部分，造價主要由設(shè)計費(fèi)、項(xiàng)目管理費(fèi)、材料采辦費(fèi)、建造費(fèi)、安裝費(fèi)、保險及認(rèn)證費(fèi)和不可預(yù)見的費(fèi)用等組成。其中船體、上部模塊和系泊系統(tǒng)分別包含每一項(xiàng)造價內(nèi)容，三者之間還相互影響，比如船體增加容量會增加油氣處理能力，導(dǎo)致上部模塊重量和設(shè)備數(shù)量的增加，也會增加系泊系統(tǒng)的數(shù)量[4]。同時，各部分又受其他條件的影響，比如環(huán)境條件的惡劣程度會影響船體設(shè)計、材料費(fèi)用等造價，同時也會提高系泊系統(tǒng)的能力。

1.1 上部模塊

上部模塊的功能為滿足生產(chǎn)工藝流程要求，需要進(jìn)行油、氣、水等生產(chǎn)處理，定義FPSO的主要油氣處理功能等來決定上部模塊數(shù)量和設(shè)施數(shù)量，即最終決定模塊重量。上部模塊影響造價的因素包括主結(jié)構(gòu)鋼材量、主要設(shè)備、支座等。

上部模塊中的主結(jié)構(gòu)鋼材量在不同模塊中所占比例差距較大。以30萬噸級FPSO為例，介紹三個代表模塊中主結(jié)構(gòu)鋼材含量及估價。估價是按照國產(chǎn)鋼材進(jìn)行估價，不包括設(shè)計費(fèi)、材料加工費(fèi)等，因?yàn)椴煌瑥S家的設(shè)計費(fèi)和材料加工費(fèi)價格有較大差別。

表1 上部模塊鋼結(jié)構(gòu)價格估算

模塊支座是FPSO生產(chǎn)工藝流程模塊與船體之間的連接結(jié)構(gòu)?？刹捎萌鐔慰绾喼Я盒问?一排焊接、一排沿船梁的縱向可以相互滑動，這樣既有利于施工,甲板模塊也可同時開工,節(jié)省了船廠工期,目前已成為標(biāo)準(zhǔn)模式，減少一部分生產(chǎn)費(fèi)用。如果船體長度及模塊個體尺度的增加，為減少船體變形對模塊結(jié)構(gòu)的影響，支墩和模塊之間會增加一套緩沖裝置，該緩沖裝置為國外專利產(chǎn)品，需要成品購買，費(fèi)用較高。一艘30萬噸級FPSO上部模塊支架總費(fèi)用在1 000～1 500萬元。

上部模塊還包括許多系統(tǒng)，有公用系統(tǒng)和專用系統(tǒng)。許多公用系統(tǒng)，如燃料氣、海水供應(yīng)、壓載水、燃油、潤滑油、壓縮空氣、HVAC、甲板設(shè)備等系統(tǒng)與常規(guī)油船相同，同時增加了與生產(chǎn)工藝流程之間的界面與接口問題，比較復(fù)雜，同時成本增加。而專用系統(tǒng)主要是指生產(chǎn)工藝流程中一些特殊的系統(tǒng)，如火炬系統(tǒng)、化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)、閉式排放系統(tǒng)、開放式系統(tǒng)，以及與常規(guī)船舶基本相同的儲油系統(tǒng)，如貨油系統(tǒng)、貨油加熱系統(tǒng)、貨油注入系統(tǒng)、掃艙系統(tǒng)、洗艙系統(tǒng)、惰性氣體系統(tǒng)、透氣系統(tǒng)等，關(guān)鍵在于選擇廠商。

FPSO特殊的外輸油系統(tǒng)從布置位置，可分為首尾部縱向外輸油氣系統(tǒng)與船舷的橫向外輸油系統(tǒng)?？v向外輸油系統(tǒng)又有漂浮軟管式、卷筒式、滑道式之分。FPSO外輸油系統(tǒng)中的軟管卷車、輸油漂浮軟管、萬向接頭、液壓快速接頭是少數(shù)國際公司的壟斷技術(shù)，購置費(fèi)用較高。設(shè)計中通常只能向外國公司提出要求，然后根據(jù)外國公司所提供的資料加以布置及其船體加強(qiáng)分析，也大大增加了設(shè)計費(fèi)用。

除了上述提及的一些FPSO的技術(shù)問題外，F(xiàn)PSO的通信系統(tǒng)、電站及自動化系統(tǒng)也占用一定比例的費(fèi)用。

1.2 船體

浮式生產(chǎn)儲油裝置可新建，也可以用舊油輪改造，截止到2015年7月，全世界共有161艘FPSO，其中新建的有49艘，改造的有112艘。在油田壽命較長的情況下，新建油輪優(yōu)于舊油輪改造，這是因?yàn)樾陆ㄓ洼喚哂休^長的使用期限，而改建油輪花費(fèi)的結(jié)構(gòu)改建費(fèi)和維修費(fèi)大大超過了已有船體的經(jīng)濟(jì)收益。然而對于早期開發(fā)的油田來說，由于改建油輪費(fèi)時少，改建油輪更為適用。國際上FPSO的建造周期為20個月或更長，近來FPSO的建造已開始采用模塊化生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了船體結(jié)構(gòu)和上部設(shè)施同時建造施工，目前國外建造FPSO的周期可縮短至10～14個月。

圖1 圓形FPSO模型圖

影響新建FPSO造價主要包括設(shè)計費(fèi)、鋼材費(fèi)、建造費(fèi)、安裝費(fèi)等，還包括部分項(xiàng)目管理費(fèi)及保險和入級費(fèi)。其中，影響設(shè)計和建造費(fèi)的因素主要是選型，如果選用常規(guī)船型，甚至有母性船，則大大降低設(shè)計費(fèi)用，如果選用特殊船型，比如復(fù)雜型線的船體或者特殊船體，如圖1所示，也會大大增加船體設(shè)計費(fèi)和建造費(fèi)。在船體費(fèi)用中，主要為鋼材采辦費(fèi)。影響鋼材量的因素分別是船體的主尺度和所服務(wù)海域的環(huán)境條件。

1.2.1 主尺度

FPSO船體主尺度主要取決兩個因素：布置(特別是生產(chǎn)工藝流程模塊)及載油量。

布置：一般來說，F(xiàn)PSO的船寬是由生產(chǎn)工藝流程模塊的寬度及甲板兩邊的安全通道決定的，船長需要考慮生產(chǎn)工藝流程模塊長度加上單點(diǎn)系泊系統(tǒng)、堆場、生活樓、火炬塔及首尾外輸油系統(tǒng)的范圍。同時，油田油品的不同也會導(dǎo)致工藝流程的改變，增加部分工藝處理模塊，進(jìn)而增加上部模塊的重量，同時也會增加油艙艙容。

載油量：FPSO的船長和船寬還必須滿足儲油艙的容積要求。FPSO的船體是容積型設(shè)計，常規(guī)先確定裝載艙容，后定載重量(DWT)，而儲油艙容積R所占比重較大(約85%～93%)。目前兩種計算方法：

方法

(1)

式中：P為油田日產(chǎn)量；S為穿梭油輪的噸位；W為影響外輸作業(yè)的連續(xù)壞天氣數(shù)；D為適量不可泵出的死艙油。

方法

(2)

式中：P為油田日產(chǎn)量；D1為外輸一次的生產(chǎn)天數(shù)；D2為穿梭油輪的受載期；W為影響外輸作業(yè)的連續(xù)壞天氣數(shù)；D為適量不可泵出的死艙油。

其中，方法1適用于穿梭油輪噸位確定，定點(diǎn)運(yùn)輸；方法2適用運(yùn)輸油輪大小變化，運(yùn)輸路線多變，目前國內(nèi)多采用此方法。船體的總噸位(DWT)的確定主要包含5個方面。第1是儲油艙、柴油艙、淡水艙容積；第2是污水處理艙、原油沉降艙、撇油艙等容積；第3是滑油、液壓油等艙容容積；第4是人員行李備用品供應(yīng)品；第5是垂向系泊載荷。同時，儲油艙的劃分應(yīng)考慮穩(wěn)性和特殊的船體強(qiáng)度要求。操作工況對人員配置的影響會對淡水艙的大小有影響。

圖2 軟鋼臂系泊系統(tǒng)

圖3 內(nèi)轉(zhuǎn)塔形式

圖4 多點(diǎn)系泊形式

1.2.2 環(huán)境條件

所在海域環(huán)境條件中，風(fēng)、浪、流對船體的影響較大。風(fēng)是影響船體穩(wěn)性的重要外部因素，在較高風(fēng)速的海域，需要更大的船體主尺度保持船體的穩(wěn)定，增加了船體鋼材和設(shè)計費(fèi)用；波浪浪高的增加和流速的增大產(chǎn)生的環(huán)境載荷增加了船體結(jié)構(gòu)設(shè)計難度，并增大了船體的重量，大大增加了船體的費(fèi)用；船體服務(wù)海域環(huán)境條件會影響船體的海上安裝難度，增加了安裝的費(fèi)用。

1.3 系泊系統(tǒng)

FPSO是被系泊約束的船，系泊系統(tǒng)是FPSO的關(guān)鍵技術(shù)之一，按照系泊方式不同可分為3大類[5]：

(1) 單點(diǎn)系泊。單點(diǎn)系泊也稱為塔式系泊，其分類眾多，主要有4類：懸鏈錨腿系泊系統(tǒng)(CALM)、單錨腿系泊系統(tǒng)(SALM)、轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)(分為內(nèi)轉(zhuǎn)塔和外轉(zhuǎn)塔式)和塔架軟鋼臂系泊系統(tǒng)。

(2) 多點(diǎn)系泊。多點(diǎn)系泊系統(tǒng)也稱為分布式系泊，其允許FPSO系泊在固定位置。與單點(diǎn)系泊的區(qū)別在于，該系統(tǒng)的系泊和傳輸功能不是一個整體，而是各自獨(dú)立的，系泊鏈直接與FPSO相連。

(3) 動力定位。FPSO使用全動力定位系統(tǒng)進(jìn)行定位。

選用不同的系泊系統(tǒng)，其價位也不相同。而決定系泊系統(tǒng)方式的主要因素為海域的環(huán)境條件及水深。在環(huán)境較好或方向性明確的海域，廣泛采用經(jīng)濟(jì)性好的傳統(tǒng)多點(diǎn)系泊形式。對于水深較淺的渤海，其水深從18～40 m，多點(diǎn)系泊方案難以實(shí)施，目前全部采用的是外轉(zhuǎn)塔形式的軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，該系泊系統(tǒng)包括系泊導(dǎo)管架、系泊系統(tǒng)。其設(shè)計主要包括:支點(diǎn)位置、軟剛臂及系泊腿長度、軟剛臂結(jié)構(gòu)形式和壓載重量等參數(shù)，也是決定系泊系統(tǒng)造價的主要設(shè)計內(nèi)容。

南海水深在40～400 m，且環(huán)境惡劣，易受臺風(fēng)影響，大部分采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)，允許FPSO在水平面內(nèi)做360°自由轉(zhuǎn)動，可產(chǎn)生風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，使船體始終處于最小環(huán)境力位置，為最佳系泊方式。例如，南海流花11-1油田服役的勝利號FPSO，采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)，由浮筒、錨鏈和吸力錨組成，有鑲嵌在船體內(nèi)部的浮筒和船體連接，有錨鏈連接吸力錨和浮筒。而在南海存在臺風(fēng)的狀況，系泊設(shè)計時需要考慮解脫和非解脫。如果在臺風(fēng)來臨時考慮解脫撤離，臺風(fēng)過后再回到原來位置，一次撤離耽誤生產(chǎn)造成的損失常常在8 000萬元左右。

在其他海域，例如巴西海域，其海域環(huán)境條件較好，環(huán)境的方向性具有明確的特點(diǎn)，多采用多點(diǎn)系泊系統(tǒng)。其多點(diǎn)系泊系統(tǒng)使用的纜繩數(shù)量、長度、尺寸及布置形式會有較大差別，也大大影響了系泊系統(tǒng)的造價。

在表2中，對七種典型的系泊形式進(jìn)行列舉對比，可以看出造價隨著水深的增加而增加。不同的環(huán)境及要求特點(diǎn)是選擇不同系泊形式的主要原因，也是影響造價的主要原因。

表2 系泊系統(tǒng)方式介紹

此外，單點(diǎn)上立管是連接水面浮式平臺和水下設(shè)施的導(dǎo)管。單點(diǎn)系泊方式的FPSO，立管是通過單點(diǎn)連接FPSO和水下設(shè)施；多點(diǎn)系泊的FPSO是立管直接連接船體和水下設(shè)施。影響立管的設(shè)計和安裝的費(fèi)用主要包括環(huán)境條件、油田布置形式、生產(chǎn)介質(zhì)特性、水下回接和立管連接系統(tǒng)、安裝方式(J-鋪設(shè)法、S-鋪設(shè)法、卷管法、拖管法等)和服役期間的完整性管理要求等。

2 總造價對比

其中國內(nèi)有17艘FPSO，其資料見表3。

表3 國內(nèi)FPSO統(tǒng)計

渤海油田新建15萬噸級FPSO費(fèi)用構(gòu)成，船體、上部設(shè)施和單點(diǎn)系統(tǒng)大概比例為2∶2∶1。南海新建15萬噸級FPSO費(fèi)用構(gòu)成中，船體、上部設(shè)施和單點(diǎn)系統(tǒng)大概為1∶1∶1的組成。新建南海15萬噸級船體部分大概在7.9億元，改造油輪費(fèi)用為8.3億元。10萬噸級和15萬噸級的總投資費(fèi)用相差約2.23億元，主要體現(xiàn)在船體上。

其中，渤海和南海費(fèi)用構(gòu)成中存在較大差異的地方有兩點(diǎn)：

(1) 渤海地區(qū)油品性能差，F(xiàn)PSO處理設(shè)施復(fù)雜，工藝艙室多；

(2) 南海水深比渤海大，單點(diǎn)投資高。

圖5 渤海新建15萬噸級FPSO費(fèi)用構(gòu)成 圖6 南海新建15萬噸級FPSO費(fèi)用構(gòu)成

現(xiàn)針對不同海域，和不同操作方及建造方，對三條FPSO進(jìn)行對比,對比結(jié)果如見表4。

表4 不同海域FPSO造價對比

海洋石油117所在海域?yàn)椴澈?，海洋環(huán)境條件較低，設(shè)計載荷小，船體強(qiáng)度要求低，同時，不同國家的材料購置費(fèi)和建造費(fèi)用差距較大，造成船體和上部模塊造價差距較大。系泊方式相同的AGBAMI和P67的水下設(shè)施及系泊相比，由于水深差距達(dá)700 m，長度差距較大，同時水深會造成水下設(shè)施及系泊費(fèi)用成倍的增加。從整個FPSO投資的趨勢來看，船體費(fèi)用增加緩慢，受鋼材及加工費(fèi)用的影響較大，甚至?xí)霈F(xiàn)降低，單點(diǎn)和上部設(shè)施的投資增加較快。

3 結(jié)語

FPSO主要有船體、上部模塊和水下設(shè)施及系泊系統(tǒng)組成，分析結(jié)果表明：影響各個組成部分造價的主要因素各不相同，三者之間又相互影響。下一步可利用QUESTOR軟件，從各個主要因素對FPSO上部模塊、船體和系泊系統(tǒng)的質(zhì)量及造價產(chǎn)生的影響等方面逐一進(jìn)行歸納和量化分析，以期準(zhǔn)確的為FPSO設(shè)計和建造方案比選提供更有利的指導(dǎo)和幫助。

[1] 趙耕賢.FPSO設(shè)計綜述[J].中國海洋平臺, 2006,21(1):1-5.

[2] 劉生法.單點(diǎn)系泊系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國海洋平臺, 2012,(27):39-43.

[3] 周楠,劉波,張陽,等.內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO系泊系統(tǒng)疲勞分析研究[J].中國造船, 2014,55(Z2):233-238.

[4] 蔡元浪,楊小龍,李俊汲,等.淺水塔架式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)低頻響應(yīng)試驗(yàn)研究[J].船舶工程, 2015, 37(2):81-84.

[5] 范模.南海浮式生產(chǎn)儲油裝置總體設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究-以恩平油田新建FPSO為例[J].中國海上油氣, 2013,25(5):70-72.

Summary and Analysis of Cost Factors of Floating Production Storage and Offloading

ZHANG Guanglei, YANG Xiaolong, CAI Yuanlang, LIU Bo

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China)

Based on consist of the Floating Production Storage Offloading Unit (FPSO), main factors which might affect cost of main parts of FPSO (contains hull, mooring system and topside) has been studied, respectively. Illustrating and comparison of FPSO in South China Sea and the Bohai Bay, cost ratio of hull, mooring system and topside in whole FPSO will be summarized. And cost of construction and affect factor of typical FPSO in different sea area will be analyzed. Moreover, these analyses could provide reference and guidance when FPSO plan using in offshore oil development.

FPSO; hull; mooring system; topside; cost of production

2016-07-12

張廣磊(1984-)，男，工程師

1001-4500(2017)02-0008-06

P75

A