FPSO在位不停產(chǎn)整體更換單點系泊系統(tǒng)技術(shù)

馬 超 高 原 陳 池 楊天笑 劉耀江

(1. 深圳海油工程水下技術(shù)有限公司 深圳 518067； 2. 中海石油(中國)有限公司番禺作業(yè)公司 深圳 518067)

FPSO在位不停產(chǎn)整體更換單點系泊系統(tǒng)技術(shù)

馬 超1高 原1陳 池1楊天笑2劉耀江1

(1. 深圳海油工程水下技術(shù)有限公司 深圳 518067； 2. 中海石油(中國)有限公司番禺作業(yè)公司 深圳 518067)

馬超,高原,陳池，等.FPSO在位不停產(chǎn)整體更換單點系泊系統(tǒng)技術(shù)[J].中國海上油氣，2017,29(2)：147-151.

MA Chao,GAO Yuan,CHEN Chi,et al.Technology for replacement of the whole single point mooring system with FPSO being operating in place[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(2):147-151.

為保證“海洋石油111”FPSO服役的南海番禺4-2/5-1油田的安全生產(chǎn)，提出了FPSO在位不停產(chǎn)整體更換單點系泊系統(tǒng)的方法。該方法改變了更換單點系泊系統(tǒng)的傳統(tǒng)做法，通過設(shè)計施工方案并進行優(yōu)化，分析施工船舶的資源選擇、施工環(huán)境條件及風險，研究大型吸力錨的安裝、施工船不偏移貼近FPSO直接進行錨點張緊作業(yè)、精確測量調(diào)整鏈長度和上錨纜快速更換等多項關(guān)鍵技術(shù),最終成功實施了FPSO不解脫、油田不停產(chǎn)狀態(tài)下快速更換整個單點系泊系統(tǒng)。本文方法的成功應(yīng)用填補了我國FPSO在位不停產(chǎn)整體更換單點系泊系統(tǒng)技術(shù)的空白，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效應(yīng)，對今后類似工程具有較高的使用價值。

番禺4-2/5-2油田；“海洋石油111”FPSO；FPSO不解脫;油田不停產(chǎn);整體更換單點系泊系統(tǒng)；方案設(shè)計及優(yōu)化；環(huán)境風險分析

“海洋石油111”FPSO服役的番禺4-2/5-1油田于2003年10月建成投產(chǎn)，其單點系泊系統(tǒng)設(shè)計壽命為10 a，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)存在多處錨鏈配重塊脫落和上錨纜斷絲的情況。為保證油田安全生產(chǎn)，須更換包括吸力錨在內(nèi)的整個單點系泊系統(tǒng)。新的單點系泊系統(tǒng)按百年一遇的海況進行設(shè)計，設(shè)計壽命為20 a。新單點系泊系統(tǒng)相對原單點系泊系統(tǒng)順時針旋轉(zhuǎn)2.5°，原軟管、電纜、基盤和中水浮筒等水下設(shè)施的位置保持不變。更換單點系泊系統(tǒng)的常規(guī)做法是將油田停產(chǎn)、FPSO解脫后，拆除舊系泊系統(tǒng)后再安裝新系泊系統(tǒng)，但考慮到本項目中的油田日產(chǎn)原油量(7萬桶/d)較大，停產(chǎn)對油田產(chǎn)量影響很大，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟論證，決定采用油田不停產(chǎn)、FPSO不解脫進行整體更換單點系泊系統(tǒng)的方案,但FPSO在位不停產(chǎn)整體更換作業(yè)在海洋工程界沒有相關(guān)案例，施工難度高，風險大。本文通過對FPSO在位不停產(chǎn)整體更換單點系泊系統(tǒng)的工程方案進行設(shè)計及優(yōu)化，分析項目施工的環(huán)境及風險以及方案實施的關(guān)鍵技術(shù)，最終成功實施了FPSO不解脫、油田不停產(chǎn)情況下快速更換單點系泊系統(tǒng)，取得了顯著的經(jīng)濟、社會效益。

1 工程方案設(shè)計及優(yōu)化

1.1 安裝資源選型分析

資源選型須考慮吸力錨安裝質(zhì)量和錨系鋪設(shè)后的錨點預(yù)張緊力，國內(nèi)已有案例是采用浮吊船安裝吸力錨，在浮吊船前加拖輪輔助進行錨點預(yù)張緊。但本項目中FPSO為在位不停產(chǎn)狀態(tài)，施工空間有限，若采用已有案例的實施方案，會出現(xiàn)FPSO干擾輔助拖輪路由的情況，因此須采用專業(yè)的錨系處理船進行錨系鋪設(shè)和錨點張緊作業(yè)。結(jié)合吸力錨安裝方法，施工前期提出了3種資源選型方案[1-4]，各方案安裝資源及優(yōu)缺點對比見表1。綜合考慮工期、風險及成本等因素，最終選用了方案1。

1.2 整體安裝方案優(yōu)化

為了充分利用船舶資源各自的專業(yè)特點，在整體方案的基礎(chǔ)上又進行了二次優(yōu)化，將工程方案分為3個階段。第1階段安裝吸力錨、鋪設(shè)下錨纜。因浮吊船甲板面積較大，在安裝吸力錨時直接把下錨纜一同鋪至海底，減少飽和潛水支持船水下連接下錨鏈和下錨纜的工作；采用柔性鋪設(shè)系統(tǒng)鋪設(shè)下錨纜，降低錨纜受損風險。第2階段張緊錨系、鋪設(shè)調(diào)整鏈和配重鏈。所有錨鏈一次裝入錨系處理船的錨鏈艙，120個配重塊一次性放在甲板上[5]，選用系柱拉力270 t的錨系處理船，滿足張緊錨系至230 t的技術(shù)要求。第3階段是更換上錨纜。選用帶3人鐘飽和潛水支持船，提高錨纜和錨鏈水下連接效率，上錨纜與單點系泊浮筒連接選用空氣潛水支持船。

表1 “海洋石油111”FPSO單點系泊系統(tǒng)更換安裝資源 選型對比Table 1 Comparison of construction resources for “HYSY 111” FPSO single point mooring system replacement

1.3 交叉作業(yè)方案優(yōu)化

用拖輪對FPSO進行首向控制的施工風險高，既要減少作業(yè)風險，又要保證在臺風季節(jié)到來前完成系泊系統(tǒng)的更換，這是巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這個難題，根據(jù)過去10 a番禺4-2/5-1油田FPSO位置統(tǒng)計，得到不同時間FPSO的首向范圍(圖1)，據(jù)此安排吸力錨的安裝順序，減少了穩(wěn)控FPSO的難度，降低了施工風險，同時經(jīng)過詳細的交叉作業(yè)分析，實現(xiàn)了吸力錨安裝作業(yè)船和錨鏈鋪設(shè)船同時進行作業(yè)，保障了施工進度[6]。

2 施工環(huán)境及風險分析

2.1 施工環(huán)境條件

本更換作業(yè)主要包括吸力錨安裝、錨系張緊和上錨纜更換三大部分，其中上錨纜更換又分為飽和潛水和空氣潛水施工2個部分，各項工作需要的海況條件見表2。

圖1 “海洋石油111”FPSO在不同季節(jié)的首向范圍Fig .1 “HYSY 111” FPSO heading in different seasons表2 “海洋石油111”FPSO單點系泊系統(tǒng)更換施工條件Table 2 Operation limitation for “HYSY 111” FPSO single point mooring system replacement

工作內(nèi)容船舶有義波高/m流速/節(jié)吸力錨安裝浮吊船2.21.5錨系張緊錨系處理船2.51.5上錨纜整體更換飽和潛水施工2.50.5空氣潛水施工1.51.8

2.2 風險識別及應(yīng)對措施

所有作業(yè)均在FPSO 1 000 m范圍內(nèi)，甚至頻繁貼近FPSO“零距離”作業(yè)，要保證FPSO及原有錨系不受任何損傷；大型吸力錨就位貫入受地質(zhì)影響大、不確定因素多，船上安裝新型配重塊工序多、工藝復(fù)雜，帶張力懸空水下連接上錨纜和錨鏈的操作難度大、風險高。通過詳細的風險分析，準確識別出風險，并采取應(yīng)對措施，為項目成功實施提供了保障(表3)。

表3 “海洋石油111”FPSO單點系泊系統(tǒng)更換施工作業(yè)風險 識別、應(yīng)對措施和實際效果Table 3 Risk assessment,mitigation and actual result for “HYSY 111”FPSO single point mooring system replacement

3 不停產(chǎn)整體更換單點系泊系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 大型吸力錨安裝技術(shù)

在大型吸力錨安裝方面，國內(nèi)已有方案為采用泵橇塊模式安裝，但泵橇塊體積龐大，安裝和回收需要施工人員爬到吸力錨上端，耗時費力，施工風險高，且泵橇塊控制纜在水下容易與ROV臍帶纜纏繞。新吸力錨直徑7.5 m，高13.2 m，質(zhì)量150 t，高度和質(zhì)量分別是舊吸力錨的1.25、1.67倍，如采用已有方案則需更大的泵橇塊，導(dǎo)致方案實施難度大大增加[7-8]。為了解決上述問題，提高施工效率，采用ROV搭載吸力泵模式安裝大型吸力錨的技術(shù)方案，此方案是泵橇塊與ROV合為一體，ROV為泵橇塊提供液壓動力，無需施工人員爬上吸力錨上端安裝和回收泵橇塊，此外泵橇塊與ROV共用一條控制纜，也解決了臍帶纜水下纏繞問題。

3.2 錨系張緊技術(shù)

FPSO不解脫減少了施工作業(yè)空間，與新建系泊系統(tǒng)安裝相比增加了錨鏈鋪設(shè)和張緊的難度。原張緊方案采用300 t張緊器一端連接新鋪設(shè)的錨鏈，另一端連接舊上錨纜附近的舊錨鏈進行張緊，水下操作難度大，每根錨系張緊需6 d，工期不滿足要求。經(jīng)研究采用專業(yè)錨系處理船在水上偏移新錨系路由5°進行張緊方案，避免張緊過程中船舶與FPSO的碰撞，但偏移5°張緊時又存在新錨系與舊錨系的摩擦干擾問題。經(jīng)過OrcaFlex 軟件模擬分析，結(jié)合施工船舶操縱回轉(zhuǎn)性能，優(yōu)化為使用錨鏈鋪設(shè)船沿著新錨系路由直接張緊，張緊時距離FPSO最近168 m，滿足安全操作的要求。

3.3 調(diào)整鏈長度測量技術(shù)

設(shè)計要求新舊系泊浮筒的完工中心點位置距離小于0.5 m，須在系泊浮筒正下方海底布設(shè)一個LBL(Long Baseline 長基線)定位陣列，按常規(guī)方案還須在3簇吸力錨點分別布置一個LBL陣列，在吸力錨位置確定后即可計算出調(diào)整鏈切割長度，但須假設(shè)所有錨頭鏈入泥長度一致，且錨鏈和錨纜出廠長度足夠準確，如這3項數(shù)據(jù)不準，會影響錨系整體精度。本項目通過技術(shù)創(chuàng)新采用Gyro-USBL(Ultra Short Baseline 超短基線)和單個LBL替代3個LBL陣列，僅在系泊浮筒中心點布設(shè)1個LBL陣列(圖2)，張緊錨系后用LBL測距確定調(diào)整鏈切割長度，由此保證了吸力錨安裝精度，減少布陣時間，且測量長度誤差影響更小，規(guī)避了錨鏈入泥和下錨纜(鏈)出廠長度等對錨系切割精度的影響。其中調(diào)整鏈需切割的長度C=A(理論計算的調(diào)整鏈末端鏈環(huán)到系泊浮筒中心點的距離)-B(實測調(diào)整鏈末端鏈環(huán)到系泊浮筒中心點的距離)[9-10]，調(diào)整鏈測量和計算見圖3。

圖2 “海洋石油111”FPSO新單點系泊系統(tǒng)的LBL陣列Fig .2 Spread a LBL array around the center of new “HYSY 111” FPSO single point mooring system

圖3 “海洋石油111”FPSO新單點系泊系統(tǒng)調(diào)整鏈 測量和計算Fig .3 Measurement and cutting of adjustment chain for new “HYSY 111” FPSO single point mooring system

3.4 上錨纜整體更換技術(shù)

2010年國內(nèi)首次在FPSO不解脫狀態(tài)下實現(xiàn)對“海洋石油115”FPSO的單條上錨纜更換作業(yè)，采用的方案是水下張緊器張緊、放松錨鏈，飽和潛水員切割錨鏈，施工作業(yè)效率低，風險高；且當時采用的水下連接是通過卡環(huán)連接2段鏈環(huán)，屬于臨時更換，施工相對簡單。本項目中的水下連接是下錨鏈上卡環(huán)直接與上錨纜索接頭連接，屬于永久更換，卡環(huán)銷軸與上錨纜索接處三角板銷孔的間隙僅1 mm，組對難度大。通過采用Orcaflex軟件進行方案模擬分析，證明切割后錨纜回彈對FPSO水下設(shè)施沒有損傷，使用DWCS(鉆石線切割鋸)直接切割錨鏈，既節(jié)省了飽和潛水安裝和拆除水下張緊器的時間又降低了飽和潛水員切割錨鏈的施工風險。通過對FPSO吃水和偏移對錨纜回接的定性和定量分析，得出吃水越淺回接力越小，在施工中通過調(diào)整壓載將FPSO船頭壓低，為回接提供了方便；此外，偏移越大回接力越大，通過減小FPSO尾部限位拖輪的拖帶力和用拖輪在FPSO頭部朝回接錨腿方向拖拉，減小FPSO的偏移，進而降低回接張力。通過采用200 t的水下張緊器連接新錨纜與錨鏈，同時設(shè)計了一個變徑銷軸過渡結(jié)構(gòu)，確?？ōh(huán)銷軸順利穿過索接頭銷孔，成功完成了錨纜和錨鏈之間的銷軸連接。

4 現(xiàn)場實施效果

“HYSY 111” FPSO單點系泊系統(tǒng)自2014年7月完成更換至今，先后經(jīng)歷了多次臺風襲擊，其中“威馬遜”臺風是我國有氣象記錄以來的最強臺風，臺風過后油田依然安全運營，證明了此次系泊系統(tǒng)更換作業(yè)非常成功。

5 結(jié)束語

現(xiàn)場實踐表明，F(xiàn)PSO在位整體更換單點系泊系統(tǒng)是切實可行的，其技術(shù)最大優(yōu)勢在于油田不用停產(chǎn)，更換速度快。本文研究成果可為油田不停產(chǎn)狀態(tài)下FPSO在位整體快速更換單點系泊系統(tǒng)提供一定借鑒意義。

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(編輯：呂歡歡)

Technology for replacement of the whole single point mooring system with FPSO being operating in place

MA Chao1GAO Yuan1CHEN Chi1YANG Tianxiao2LIU Yaojiang1

(1.COOECSubseaTechnologyCo.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong518067,China;2.CNOOCPanyuOperatingCompany,Shenzhen,Guangdong518067,China)

In order to ensure the safe operation of “HYSY 111” FPSO which serves in PY 4-2/5-1 oilfield in South China Sea, the technology for replacement of the whole single point mooring system with FPSO being operating in place was proposed. This technology changed the traditional practices of replacing the single point mooring system, based on the optimized design and construction, analysis on the selection of construction resources, environmental limitations and risk assessment. Some key techniques were established, such as huge suction anchor installation, tensioning mooring line with FPSO in position, accurate measurement and adjustment of chain length, and efficient top mooring wirerope replacement. Finally the technology for replacement of the whole single point mooring system with FPSO being operating in place was applied successfully. The successful application of this method makes a new record in single point mooring system replacement in China and has achieved remarkable economic and social benefits, showing a high application potential in future similar projects.

PY 4-2/5-1 oilfield; “HYSY 111”FPSO; FPSO in place; continuous production; replacement of whole single point mooring system; design and optimal project；environmental limitations and risk assessment

馬超，男，工程師，2007年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶與海洋工程專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，主要從事海洋工程及海上安裝工作。地址：廣東省深圳市南山區(qū)蛇口工業(yè)六路1057號科技大廈二期B座2樓(郵編：518067)。E-mail:machao@mail.cooec.com.cn。

1673-1506(2017)02-0147-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.02.021

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