新型干樹半潛平臺(tái)凝析油外輸方案分析

韓旭亮,謝文會(huì),文志飛,鄧小康

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028;2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

在實(shí)際海上生產(chǎn)作業(yè)過程中，儲(chǔ)油平臺(tái)需要將產(chǎn)生的凝析油定期外輸，以便騰出艙容從而持續(xù)生產(chǎn)。在當(dāng)前低油價(jià)的嚴(yán)峻形式下，經(jīng)濟(jì)性、安全性等是確定凝析油外輸方案要考慮的影響因素。為此，針對新型干樹半潛平臺(tái)進(jìn)行凝析油外輸方案進(jìn)行對比分析，確定最優(yōu)外輸方案。

1 平臺(tái)概況

新型干樹半潛平臺(tái)見圖1。該平臺(tái)與現(xiàn)有典型深水浮式平臺(tái)不同，綜合了SPAR平臺(tái)、張力腿平臺(tái)和半潛式平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)。針對凝析油天然氣田，該型平臺(tái)適應(yīng)中國南海惡劣環(huán)境條件，運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)良、海上安裝難度低、可以實(shí)現(xiàn)干式采油(氣)、油氣生產(chǎn)處理、凝析油儲(chǔ)存與卸載、鉆修井等多種功能[1-2]。平臺(tái)采用分布式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)進(jìn)行錨泊定位，作業(yè)水深為1 500 m。平臺(tái)設(shè)計(jì)有12個(gè)TTR立管井槽，生產(chǎn)能力見表1。

圖1 新型干樹半潛平臺(tái)示意

表1 新型干樹半潛平臺(tái)生產(chǎn)能力

2 主要外輸方案比選

目前，海洋工程中的外輸方案主要有：懸鏈線外輸浮筒[3]、單錨腿外輸[4]、鉸接塔卸載平臺(tái)外輸[5]、串靠直接外輸、旁靠外輸，以及動(dòng)力定位穿梭郵船外輸[6-8]等。這6種外輸方案在工程經(jīng)驗(yàn)、海況環(huán)境、系泊方式、作業(yè)水深、作業(yè)概率、碰撞風(fēng)險(xiǎn)等不同方面的對比見表2。

表2 主要外輸方案對比

1)方案一，懸鏈線外輸浮筒，見圖2。

圖2 懸鏈線外輸浮筒

該外輸方式由散布系泊纜進(jìn)行固定。在淺水環(huán)境時(shí)，浮筒和海底管匯通過軟管連接，旋轉(zhuǎn)接頭布置在浮筒中央，水深可以涵蓋15～450 m。在深水環(huán)境時(shí)，系泊纜為半張緊式，原油從FPSO輸送至浮筒，再通過外輸軟管輸送到外輸油船。外輸油船通過軟管和外輸系泊纜同浮筒連接，并能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，作業(yè)概率高，風(fēng)險(xiǎn)較小。目前應(yīng)用于深水油田的懸鏈線外輸浮筒主要在西非，南海環(huán)境條件惡劣，懸鏈線外輸浮筒在該海域的適應(yīng)性需要進(jìn)一步研究，其形式需采取針對性的設(shè)計(jì)。

2)方案二，單錨腿外輸，見圖3。

圖3 單錨腿外輸

該外輸采用單點(diǎn)固定浮筒的錨鏈只有1根，整個(gè)系統(tǒng)看起來像倒置的擺，浮筒為細(xì)長形，直徑一般為6～7 m，高度可調(diào)節(jié)。浮筒下方通過1根錨鏈將其固定在海底基盤上，錨鏈與浮筒基盤通過萬向鉸連接。浮筒作用是系泊油船，同時(shí)保證系泊系統(tǒng)有一定的張力。該系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)接頭安裝在海底基盤上，軟管同海底基盤連接，具有較強(qiáng)的避碰能力，但是其可拆卸部件位于水下，檢查維護(hù)較為困難。

3)方案三，鉸接塔卸載平臺(tái)外輸，見圖4。

圖4 鉸接塔卸載平臺(tái)外輸

該外輸平臺(tái)主體是1個(gè)鋼質(zhì)柱體，下端通過萬向接頭與基盤連接，靠近海平面位置有主浮力艙，下部裝備固定壓載。塔頂部裝有直升機(jī)平臺(tái)、輸油臂，以及轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)，原油沿著管道通過萬向接頭升入頂部轉(zhuǎn)塔內(nèi)，然后通過輸油臂和外輸軟管進(jìn)行原油外輸。鉸接塔卸載平臺(tái)外輸適應(yīng)的水深范圍有限，一般為100～500 m，主要用于單點(diǎn)系泊、裝載終端、海底安裝和早期生產(chǎn)設(shè)備等。

4)方案四，直接串靠外輸，見圖5。

圖5 直接串靠外輸

該外輸采用前后串列式原油外輸方式，穿梭油輪船艏通過系泊纜連接于FPSO船艉，經(jīng)漂浮軟管或者跨接軟管將原油輸送到穿梭油船，根據(jù)二者噸位大小，2船之間的系泊距離為60～80 m。串靠系泊方式對2船噸位匹配、裝載工況、海況條件要求較低。串靠系泊纜通常為尼龍纜，兩端配有摩擦鏈。

5)方案五，旁靠外輸，見圖6。

圖6 旁靠外輸

該外輸方式是將穿梭油船的一舷系靠在FPSO一舷進(jìn)行卸油作業(yè)。由于旁靠系泊方式要求的系泊裝置和原油輸送軟管比串靠要少，投資較省。旁靠系泊方式較佳的匹配方式是FPSO與穿梭油船噸位相近。旁靠系泊2船之間采用護(hù)舷隔離，遭遇大風(fēng)浪時(shí)2船的相對運(yùn)動(dòng)較大，容易發(fā)生碰撞，因而旁靠卸油對于海況要求很高。目前旁靠外輸多采用在環(huán)境溫和海域FPSO原油外輸以及FLNG和LNG的卸載方案。由于旁靠對操作員的要求較高，因而目前在FPSO卸載作業(yè)中主要采用串靠外輸。

6)方案六，動(dòng)力定位穿梭油船外輸，見圖7。

圖7 動(dòng)力定位穿梭油船外輸

該外輸方式采用具有動(dòng)力定位功能的穿梭郵船進(jìn)行原油外輸。穿梭郵船通過動(dòng)力定位系統(tǒng)能夠在一定環(huán)境條件下保持船舶海上作業(yè)位置，并使其偏移不超過一定限制。由于失位會(huì)造成嚴(yán)重的后果，動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有高可靠性和一定內(nèi)置冗余度。動(dòng)力定位穿梭油船能夠避免很多干擾因素，可以有效減少危險(xiǎn)情況的發(fā)生，有效保證卸載安全、快速的進(jìn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 適應(yīng)外輸方案經(jīng)濟(jì)性

通過工程經(jīng)驗(yàn)、海況環(huán)境、系泊方式、作業(yè)水深、作業(yè)概率、碰撞風(fēng)險(xiǎn)等不同方面對主要外輸方案進(jìn)行對比分析可以看出方案一、四和六可以應(yīng)用于新型干樹半潛平臺(tái)凝析油外輸。從投資成本、工程建設(shè)量、運(yùn)營支出及作業(yè)概率等方面對比適用于新型干樹半潛平臺(tái)凝析油外輸?shù)?種方案的經(jīng)濟(jì)性見表3。

表3 適用目標(biāo)平臺(tái)凝析油外輸方案經(jīng)濟(jì)性對比

可以看出，懸鏈線外輸浮筒作業(yè)概率高，惡劣環(huán)境適應(yīng)性差，浮筒需要重新設(shè)計(jì)。新建工程量大，安裝費(fèi)用高。直接串靠外輸?shù)臒o動(dòng)力定位油船在輔助船舶的幫助下與平臺(tái)通過外輸系泊纜連接，操作費(fèi)較高，且平臺(tái)需要布置2套外輸設(shè)備。由于油船無動(dòng)力定位能力，需要輔助船舶協(xié)助，對人員執(zhí)行效率要求很高，卸油作業(yè)概率低，風(fēng)險(xiǎn)較高。動(dòng)力定位穿梭油船外輸需要新建1～2艘動(dòng)力定位穿梭油船，由于油船具備動(dòng)力定位能力，卸油作業(yè)概率高，安全性強(qiáng)于直接外輸。外輸作業(yè)不需要輔助船舶協(xié)助，操作費(fèi)較低。同時(shí)，選擇合適噸位的油船可以在卸油間歇期協(xié)助附近的油田進(jìn)行卸油作業(yè)，再利用率較高。經(jīng)過綜合比選分析，認(rèn)為采用動(dòng)力定位穿梭郵船進(jìn)行目標(biāo)平臺(tái)凝析油外輸?shù)姆桨妇C合性能最佳，因而方案六作為最優(yōu)方案。

4 可行性分析

針對新型干樹半潛平臺(tái)凝析油外輸最優(yōu)方案，開展動(dòng)力定位穿梭油船作業(yè)概率計(jì)算分析。外輸油船的主尺度參數(shù)見表4。外輸油船的儲(chǔ)油能力為16 500 m3，船艏艉各有2個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，動(dòng)力定位等級為DP-2。每個(gè)推進(jìn)器最大功率為2 300 kW。

表4 外輸油船的主尺度參數(shù)

當(dāng)?shù)睾r主方向?yàn)闁|北，卸油作業(yè)中動(dòng)力定位穿梭油船船艏0°方向?qū)?yīng)東北方向?？紤]到穿梭油船的作業(yè)概率與環(huán)境條件的方向分布，外輸環(huán)境條件為：波浪有義波高為3.0 m，對應(yīng)全年92.2%的累計(jì)概率；對應(yīng)譜峰周期為9.3 s，波浪譜峰因子取1.4；風(fēng)速為13.0 m/s；表面流速為0.6 m/s。通過模擬計(jì)算分析，對一年中各月份對應(yīng)作業(yè)概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表5。

從表5中可以發(fā)現(xiàn)，動(dòng)力定位穿梭油船在2～9月份可作業(yè)概率均大于95%，在11月份可作業(yè)概率最低為71%，全年可作業(yè)天數(shù)為337 d，占全年天數(shù)的92%?？紤]到平臺(tái)卸油周期較長，為14 d左右，目前的作業(yè)概率可以滿足新型干樹半潛平臺(tái)的凝析油外輸要求。