FPSO的聚类分析管理

郑秋生，刘丽明

（1.中海油能源发展采油服务公司，天津 300452；2.渤海石油水电服务公司，天津 300452）

FPSO的聚类分析管理

郑秋生1，刘丽明2

（1.中海油能源发展采油服务公司，天津 300452；2.渤海石油水电服务公司，天津 300452）

通过对目前在渤海和南海相关海域作业的10艘具有代表性的FPSO的船型、油气处理功能、系泊系统三个重要组成部分的17个参数进行聚类对比分析计算，将10艘FPSO聚类为四大类：海洋石油101、海洋石油102、海洋石油105一类；海洋石油109、海洋石油112、海洋石油113二类；海洋石油111、海洋石油115和海洋石油116三类；海洋石油104四类。从而为同类中不同FPSO个体的维护、管理提供参照。

FPSO；聚类分析；类别

0 引言

FPSO（浮式生产、储油、卸油装置）是海洋油气开发系统的重要组成部分，其本身由船体、油气处理模块（上部模块）和单点系泊系统三部分组成（图1）。FPSO与水下采油系统和穿梭油轮构成了完整的由原油开采至外运的系统。随着中国海洋石油深水战略的不断推进，FPSO已经成为面向不同水深、不同环境条件的海上油气开发的主要手段。截止2007年底，世界范围内FPSO有118条，占世界浮式生产系统的60%，中国海油已拥有17艘FPSO，成为世界上拥有FPSO数量最多的油公司之一，其设计、建造、项目管理总体水平已达到国际先进水平，其中包括我国第一艘使用的FPSO“南海希望号”，我国第一艘自行设计建造的FPSO“渤海友谊号”，现阶段在我国海域服役的吨位最大、技术最新、造价最高的“海洋石油117”（服役于蓬莱19-3油田）[1-5]。

FPSO是集油气生产、储卸油、生活、安全、消防、救生、向井口平台供电、注水及接受来自井口的温度、压力信号，对井口进行监控的多功能于一体的海上浮士装置，因此其性能的稳定是关系到海上油田安全、高效生产的前提条件。不同FPSO具备自身特点，通过对其参数的对比计算分析将性能状况相近的FPSO归为一类，从而为同类中不同FPSO个体的维护、管理提供可参照性。

图1 FPSO示意图

1 参数比较

本文对目前在渤海和南海相关海域作业的10艘具有代表性的FPSO的船型、油气处理功能、系泊系统三个重要组成部分的17个参数（表1）[5]进行了聚类对比分析，通过聚类对比分析，确定出不同FPSO之间的综合性能参数的相近程度，便于对其进行维护、管理。

表1 10条FPSO参数比较表

2 聚类分析计算

2.1 Ward聚类方法[6,7]

Ward聚类方法的基本思想是：先将n个样品各自成一类，此时W=0；然后每次将其中某两类合并为一类，因为每缩小一类离差平方和就要增加，每次选择使W增加最小的两类合并，直至所有样品合并为一类为止。

Ward法把某两类合并后增加的离差平方和看成为类间的平方距离，即令：

2.2 10艘FPSO聚类分析

2.2.1 系统聚类表及聚类树形图

根据式（1）～（7），对10艘FPSO的17项指标进行聚类分析，系统聚类分析过程和聚类树形图分别如表2和图2所示。

表2 系统聚类表

图2 系统聚类的树形图

系统聚类表中的群集1和群集2定性地说明了不同FPSO之间的性能状况接近程度，而聚类系数则定量说明了不同FPSO之间的性能状况接近程度。

2.2.2 结果分析

根据1972年Bemirmen提出的根据实际研究目的确定分类的谱系图分析准则[6]，结合表2及图2可以看出：当分为四类时，聚类系数为3.336；当分为三类时，聚类系数达到5.723。聚类系数过大，概括的范围过广，不利于揭示出不同FPSO之间的真实接近程度，所以将10艘FPSO大致分为以下4种大类：

1）I类主要包括海洋石油101、海洋石油102、海洋石油105。这一大类最突出的特点是在分析的10艘FPSO中属于比较小型、比较老旧、系泊力较小的。其中101和102性能状况更为接近，其船体基本参数一致，油、水处理能力和主电站、热电站功率相近，已使用年限相近，均属于超期服役，因此这两条船在维护和管理方面具备可参照性；海洋石油105与101和102在船体基本参数方面基本一致，但其油、水处理能力及主电站功率等功能参数要优于101和102，已使用年限相对较小，同时其也是目前中国海域服役FPSO中唯一使用旁靠外输的船。

2）II类主要包括海洋石油109、海洋石油112、海洋石油113。这一大类在10艘FPSO中具备船体、货油舱容最大，油、水处理能力较强，系泊力、主机功率较大等共性。同时，到目前为止其使用年限只有设计寿命年限的1/2～1/3，各项性能指标均较优。其中109和113的性能状况最为接近，其船体参数一致，油水处理能力和其它参数基本一致；而海洋石油112的油水处理能力要优于113，但两者同年建造、同年开始投入使用。因此，该三艘船在维护和管理方面具备可参照性。

3）III类主要包括海洋石油111、海洋石油115和海洋石油116，三艘船均服役于南海海域，相近的海域环境基础使得其具备的性能在10艘FPSO中最接近，均采用内转塔单点系泊方式。其中海洋石油115和海洋石油116是在所有参与比较的船中性能最接近的，其聚类系数仅为0.008，被称为“姊妹船”。海洋石油111在船体、油、水处理能力、主机功率等参数方面均大于115和116，但由于115和116的建造时间较晚，因此考虑的安全系数较高，系泊力相对于海洋石油111要高约53%。

4）IV类只有海洋石油104。海洋石油104是10艘FPSO中唯一一艘由二手油轮改造而成的FPSO，其船体参数与海洋石油111相近，载重量与海洋石油115和海洋石油116相当，但油水处理能力和系泊力相对要低得多，同时船龄较老。因此，其与海洋石油111、115、116的可参比性不是很大，单独列为一类进行维护管理。

3 结束语

虽然不同FPSO各有其本身特点，通过综合聚类分析将性能相近的聚类划分为一类，为同类中不同FPSO个体的维护、管理提供参照。

[1] 周守为, 曾恒一, 范模. 我国浮式生产储油装置的研制与开发[J]. 中国海上油气, 2006(2): 73-76.

[2] 赵耕贤. 我国浮式生产储油装置技术的发展现状[J].上海造船, 2009(2): 48-52.

[3] 吴家鸣. FPSO的特点与现状[J]. 船舶工程, 2012(S2): 1-4.

[4] 陈进娥, 何顺利. 我国海洋石油勘探开发装备现状及发展趋势[J]. 油气藏评价与开发, 2012(6): 67-71.

[5] 金晓剑. FPSO最佳实践与推荐做法[M]. 山东东营:中国石油大学出版社, 2012: 1-9, 268-274.

[6] 高惠璇. 应用多元统计分析[M]. 北京: 北京大学出版社, 2005: 216-259.

[7] 何晓群. 多元统计分析[M]. 北京: 中国人民大学出版社, 2008: 57-95.

Cluster Analysis and Management of FPSO

Zheng Qiu-sheng1, Liu Li-ming2

(1.CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Co., Tianjin 300452, China; 2.Bohai Oil Water and Electricity Service Company, Tianjin 300452, China）

In this paper, 17 parameters of the 10 FPSOs located in Bohai Sea and South China Sea are selected and studied by clustering method. Results show that 10 FPSOs are clustered into four categories. I class includes FPSO101, FPSO 102, FPSO 105. II class includes FPSO 109, FPSO 112, FPSO 113. III class includes FPSO 111, FPSO 115, FPSO 116. IV class includes FPSO 104. At last a reference for the maintenance and management of different FPSOs in the same category is provided in this research.

FPSO; cluster analysis; category

U674.38+4

A

1005-7560 (2014) 05-0047-04

中国海洋石油总公司重大科技项目（项目编号“CNOOC-KJ 125 ZDXM 26 THY NFCY 2014-01”）

郑秋生（1983-），男，机械工程师，主要从事海上采油生产设备项目建造、管理工作。