海上石油企業(yè)兩點(diǎn)系泊作業(yè)案例分析及方案優(yōu)化

兩點(diǎn)系泊具備系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、造價(jià)低、安裝便捷、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，有效降低了試采油田、小型油田的開發(fā)成本，也是目前渤海區(qū)域邊際油田開發(fā)過程中的優(yōu)選外輸方案。在實(shí)際操作實(shí)踐中，也發(fā)現(xiàn)了一些局限性，即：需要2臺(tái)拖輪現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助作業(yè)、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高的穿梭油罐車靠離泊作業(yè)需要較長(zhǎng)時(shí)間；油輪船頭向固定，沒有風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，對(duì)船舶橫向環(huán)境荷載的抵御能力較差，對(duì)環(huán)境條件要求較高；原油在平臺(tái)與穿梭油船之間通過漂浮的軟管外輸而過駁，在冬季有冰情時(shí)容易造成軟管的碰撞損壞和破裂，存在溢油的風(fēng)險(xiǎn)，因此仍具有優(yōu)化和提升空間。

一、兩點(diǎn)系泊案例簡(jiǎn)介

新開發(fā)的渤海海域油田位于北緯 38 ° 45 ′00 ″～39 ° 10 ′ 00 ″， 東經(jīng) 119 ° 15 ′ 00 ″～119 ° 23 ′ 00 ″之間，西距天津市塘沽約145km，東距遼寧省大連旅順約165km，西北距秦皇島32-6油田約35km。油田范圍內(nèi)水深24.0m～25.0m。

該油田屬于邊際油田，年產(chǎn)量相對(duì)較小，周邊沒有現(xiàn)投產(chǎn)油田作為依靠，井口區(qū)在棧橋上與移動(dòng)采油平臺(tái)相連，棧橋上鋪設(shè)各種管道和電纜。移動(dòng)式采油平臺(tái)具有提供生產(chǎn)生活動(dòng)力、原油處理、儲(chǔ)油外輸、人員居住等功能，其安全系統(tǒng)與隔水套管支撐井口一體化設(shè)計(jì)布置，具有動(dòng)力系統(tǒng)、生產(chǎn)處理系統(tǒng)、儲(chǔ)油艙、船用設(shè)備和生活設(shè)施等功能。

采用兩點(diǎn)系泊方案，是在綜合考慮油田所處海域環(huán)境條件及相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)各方論證，最終確定的系泊方案。在外輸油作業(yè)時(shí)，利用柔性輸油管線與移動(dòng)輸油平臺(tái)相連接，通過兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)將穿梭油船錨泊在移動(dòng)式采油平臺(tái)的一端，隨后開展原油外輸，如圖1所示。

二、兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)特性

案例中，油田采用雙點(diǎn)系泊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原油外輸，該系統(tǒng)將油輪的船首與船首兩個(gè)相同的單錨腿浮筒系在兩個(gè)單錨腿系泊的船首和船尾兩端形成雙點(diǎn)系泊。單錨腿固定在海床上，由系泊鏈連接浮橋，通過吸力錨（或樁錨，或重力錨）將船通過尼龍系纜在浮橋頂端系泊。

以上系泊系統(tǒng)是一個(gè)非常大的彈性系統(tǒng)，主要的彈力貢獻(xiàn)者是水下的浮筒，系統(tǒng)中的尼龍索次之，其特點(diǎn)是：水下浮筒提供浮力，除了要克服自身重力和水下系泊鏈和摩擦鏈的重量外，還具有剩余的浮力，也就是凈浮力，當(dāng)浮筒和其他系泊構(gòu)件連接在一起后，全部浸到水下的時(shí)候，它在系泊系統(tǒng)中，這種浮力能使系泊油輪在受到外力作用時(shí)，使油輪恢復(fù)原位，即浮筒起到系統(tǒng)彈性的作用。

三、兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)外輸操作難點(diǎn)

1.受環(huán)境限制條件苛刻。①系泊時(shí)對(duì)于海況要求為：風(fēng)力小于10.7米/秒，海況小于3級(jí)，能見度大于1000米高（或低）平潮前。②外輸時(shí)對(duì)于波浪角為45°～135°之間以及225°～315°之間時(shí)：風(fēng)速15m/s（1小時(shí)內(nèi)平均）， 穩(wěn)定流速1m/s，能見度大于1000米，有義波高1.3m。③其他外輸工況下波浪角的限定環(huán)境為風(fēng)速15m/s（1小時(shí)內(nèi)平均），穩(wěn)定流速1m/s 能見度大于1000米 ，有義波高2.5m。

2.外輸資源支持龐大。按照外輸作業(yè)程序的設(shè)計(jì)，在正式啟動(dòng)外輸前，油輪需要由拖輪分別進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作。①打撈掛靠在系泊纜繩上的浮纜，并將浮纜傳遞至油輪上；②協(xié)助完成第一根纜繩系泊后，轉(zhuǎn)向開展近端系泊點(diǎn)的定位，進(jìn)行尾纜系泊作業(yè)；③外輸軟管接接送和拖帶作業(yè)。

在功能要求上，配合外輸作業(yè)的拖船除具備3用工作艇的基本功能外，還應(yīng)具備以下幾個(gè)方面的功能：① 為克服作業(yè)時(shí)的風(fēng)浪影響，船在具備首側(cè)推能力的同時(shí)，動(dòng)力至少要達(dá)到 3800 馬力以上；② 甲板空間要有漂浮的軟管，既要符合打撈的需要，又要有系著纜繩的拖帶；③ 絞車應(yīng)具備足夠的拉力；④ 帶浮筒固定拖拽要有輔助機(jī)械；⑤ 拖帶外輸軟管的拖輪船艉必須是開式且?guī)D(zhuǎn)滾筒機(jī)構(gòu)；⑥ 2個(gè)拖輪中有 1 個(gè)拖輪應(yīng)具有全回轉(zhuǎn)功能。

3.引纜打撈難度大。兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)共計(jì)有兩條漂浮引纜，每次外輸系泊時(shí)均需要進(jìn)行先后兩次漂浮引纜打撈工作。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作過程中，不僅對(duì)海況條件要求苛刻，還對(duì)船舶操控技術(shù)和人員打撈技術(shù)具有較高的要求，核心難點(diǎn)如下。①海況要求極為苛刻，漂浮引纜由于始終漂浮于海面上，隨著風(fēng)浪流不斷變化，一旦海況不好，漂浮引纜變動(dòng)范圍較廣，拖輪打撈時(shí)需要來回跟蹤其位置。因?yàn)楹Ｉ洗暗亩ㄎ贿h(yuǎn)比陸地相關(guān)交通工具定位困難，所以打撈時(shí)難度非常高。②拖輪在打撈漂浮引纜時(shí)為了便于操作和防止纜繩纏繞拖輪螺旋槳，均采用頂流倒車靠近漂浮引纜。實(shí)際操作時(shí)發(fā)現(xiàn)，倒車時(shí)螺旋槳倒退水流，當(dāng)拖輪靠近漂浮引纜一定范圍內(nèi)時(shí)，倒退的水流同時(shí)會(huì)將漂浮引纜推離原位置。漂浮引纜的位置隨拖輪的逐步靠近來回變化，甚至可能會(huì)因?yàn)榈雇怂鬟^強(qiáng)而被推動(dòng)浮于水面以下的位置。此種情況，不利現(xiàn)場(chǎng)打撈作業(yè)。

4.外輸軟管接放困難。外輸軟管在非外輸工況下，按原設(shè)計(jì)程序存放在平臺(tái)上，外輸作業(yè)時(shí)由滾輪下放到海面， 這時(shí)需要一艘拖輪接住浮動(dòng)管，并將其牽引到油船上進(jìn)行連接。在海況條件變差時(shí)（高于 3 級(jí)風(fēng)），由于油輪系泊后占據(jù)一定的空間， 同時(shí)在風(fēng)浪流作用下，在一定區(qū)域內(nèi)漂移，致使拖輪進(jìn)入平臺(tái)的回旋空間受到限制，拖輪不能靠近漂浮軟管的下放點(diǎn)，從而導(dǎo)致油田即使在符合原設(shè)計(jì)外輸海況要求的工況下，也無法完成原油外輸，從而對(duì)油田的安全生產(chǎn)造成威脅。

5.漂浮引纜長(zhǎng)度不合適。由于潮汐的影響，浮纜長(zhǎng)度的精確計(jì)算比較困難，可能存在以下問題。浮纜長(zhǎng)度選擇過長(zhǎng)：①由于漂浮的引索長(zhǎng)度過長(zhǎng)，容易纏繞在主要系帶或纜線上的摩擦鏈上，造成作業(yè)拖輪無法打撈而對(duì)外部系帶的輸送產(chǎn)生影響；②如果漂浮的引索長(zhǎng)度過長(zhǎng)，打撈時(shí)作業(yè)拖輪可能會(huì)將拖輪螺旋槳纏繞起來。

如果漂浮引纜長(zhǎng)度選擇過短：①漂浮引纜隨主系纜緊急拋下后沉入海底，作業(yè)拖輪在恢復(fù)外系泊作業(yè)時(shí)，因觀察不到引纜具體位置而無法對(duì)系纜進(jìn)行打撈；②引纜長(zhǎng)度不足，纜繩在拖輪絞車拖帶時(shí)斷裂拉力不足，造成拖輪拖帶引纜時(shí)，對(duì)海況條件要求十分苛刻，以防因拖輪起伏導(dǎo)致纜繩斷裂。

四、兩點(diǎn)系泊關(guān)鍵因素優(yōu)化方案

1.系泊點(diǎn)先后順序的選擇。該系泊方式有兩個(gè)系泊點(diǎn)，選擇系泊點(diǎn)的先后順序是在滿足外輸系泊的前提下，還需要考慮以下因素：海水的流向、船首點(diǎn)系泊時(shí)間、拖輪的配合時(shí)間、船尾點(diǎn)系泊的作業(yè)時(shí)間、輔助拖輪的回旋空間等，結(jié)合實(shí)際案例，油輪系泊點(diǎn)的選擇順序依次是：先系泊遠(yuǎn)離平臺(tái)的點(diǎn)，再系泊近平臺(tái)的點(diǎn)，并始終要求油船船頭離站臺(tái)方向較遠(yuǎn)。

2.關(guān)鍵系泊程序設(shè)計(jì)。系泊作業(yè)的成功與風(fēng)浪流的影響、船舶的性能、作業(yè)時(shí)間的限制等多種因素有關(guān)。經(jīng)綜合分析，確定了系泊作業(yè)是否成功的油輪系泊作業(yè)的關(guān)鍵程序?yàn)椋孩僭诘谝幌挡袋c(diǎn)（即遠(yuǎn)離平臺(tái)的系泊點(diǎn)）附近，當(dāng)海水流向偏向遠(yuǎn)離平臺(tái)方向時(shí)，油輪起錨采用頂部氣流方法。② A拖輪打撈第一系泊點(diǎn)，拖曳系泊線至艦甲板。③A拖輪將系好纜線的纜車送到油罐車上，罐車則系在船的第一根纜線上。上了船頭纜線后，在風(fēng)流的作用下，船可以迅速地順風(fēng)流運(yùn)動(dòng)，油船可以在船頭頂部風(fēng)流不長(zhǎng)時(shí)間，并在系索和浮筒的作用力限制下，使船頭頂部保持平衡。④拖輪A 級(jí)頂推式油罐車靠向 2 系?？奎c(diǎn)。⑤B拖船在2系泊點(diǎn)打撈引索，并在船甲板上拖拽 B 系纜繩。B拖船將系好的系泊纜遞到油輪，油輪系船尾的纜繩。油輪對(duì)船首、船尾的纜繩長(zhǎng)度、受力等進(jìn)行了調(diào)整，進(jìn)而完成系泊作業(yè)。

3.漂浮軟管接入油輪的方式選擇及關(guān)鍵程序設(shè)定。漂浮軟管接入提油輪有兩種方式，一種是直接將輸油口連接在油輪中部；第二種方式是通過接入輸油口的油輪，將油污通過這條管道輸送到輸油口，這是專門設(shè)計(jì)的撓性過渡管道。①油管連接（方案1） 。油輪應(yīng)以船尾朝向外輸平臺(tái)系泊；油輪將6至8米長(zhǎng)的“連接軟管”與船舶的貨物系統(tǒng)管線相連接；拖輪到平臺(tái)接收輸油管。要求：輸油管長(zhǎng)度約10米，放在拖輪甲板上并在拖輪船尾處固定； 拖輪平靠油輪見下圖；油輪用吊車連接輸油管頭部，并將輸油管通過油輪船舷欄桿的開口后順船長(zhǎng)方向平放到甲板；油輪將輸油管在欄桿開口處固定并將輸油管頭部固定； 油輪在甲板將“連接軟管”與輸油管連接；拖輪離開，接管完畢。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于操作方便快捷，難度不大；缺點(diǎn)是外輸管曲率過大，受風(fēng)流沖撞，易受損傷。②油管連接（方案2）。拖輪到平臺(tái)接收輸油管。要求：輸油管放到拖輪甲板長(zhǎng)度不少于40米，在距管頭40米左右進(jìn)行固定； 拖輪以與油輪相同的船首向平靠油輪，油輪接管口距管頭的縱向距離保持在15米左右，見下圖；油輪用吊車在距輸油管頭3米左右位置吊起輸油管；調(diào)整吊車位置使輸油管頭法蘭與油輪接管口法蘭保持平齊；連接好法蘭螺栓；油輪將輸油管在欄桿處綁扎固定；拖輪離開，接管完畢。

此方案優(yōu)點(diǎn)是受風(fēng)流影響，外輸管彎曲度不會(huì)很大，缺點(diǎn)是運(yùn)行起來會(huì)比較吃力。經(jīng)過對(duì)比，第一種方式可以在保護(hù)輸油管的前提下，減少因曲率過大而受損的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗?jiǎn)單，操作方便，適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用。

4.改變系泊引纜常設(shè)位置。由前述可知，漂浮引纜的打撈成功與否是外輸能否順利進(jìn)行最關(guān)鍵的前提條件。系泊浮纜原設(shè)計(jì)為經(jīng)常漂浮在海面上的狀態(tài)，每次依靠拖輪進(jìn)行外輸作業(yè)時(shí)進(jìn)行打撈，如此不僅存在安全風(fēng)險(xiǎn)，還較為浪費(fèi)時(shí)間。為了解決漂浮引纜這一系列問題，制定了如下的改進(jìn)方法：①變更引纜打撈方式：將兩條引纜各牽引一條，通過附加的一條纜繩直接拉到平臺(tái)上，這樣每次外輸作業(yè)前拖輪就不需再到海面去打撈，只需靠近平臺(tái)，平臺(tái)將附加引纜送給拖輪。此舉將大大減小打撈作業(yè)的時(shí)間，減小對(duì)海況的依賴程度。 ②選擇合適的系掛地點(diǎn)：為便于外輸前拖輪靠近平臺(tái)接收附加纜繩，且考慮油輪就位先后順序的選擇。遠(yuǎn)端系泊纜的附加引纜選擇系掛在平臺(tái)左舷艏部，長(zhǎng)度約為200米直徑φ20mm。近端系泊纜的附加引纜系掛在平臺(tái)左舷中部位置，長(zhǎng)度約為100米直徑φ20mm。

通過改變漂浮引纜的打撈方式和系掛點(diǎn)的選擇，將相同海況條件下原始設(shè)計(jì)時(shí)不能外輸變成了可能。

五、結(jié)語

本論文選取海上原油兩點(diǎn)系泊外輸?shù)湫桶咐?，針?duì)兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)的特性、兩點(diǎn)系泊案例在實(shí)際操作中的難點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并針對(duì)性地推出了4點(diǎn)優(yōu)化建議，持續(xù)提升海上原油外輸?shù)陌踩裕瑸楣竞罄m(xù)海上原油外輸協(xié)調(diào)項(xiàng)目提供技術(shù)支撐。