渤海友谊号FPSO解脱与拖航

刘雪宜，孟俊瑜，杨洪所，高秉峰

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

渤海友谊号FPSO解脱与拖航

刘雪宜，孟俊瑜，杨洪所，高秉峰

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

以渤海友谊号FPSO为例，结合近年来多次FPSO解脱拖航的施工经验，论述单点系泊系统，FPSO解脱拖航的方案设计、施工准备以及海上施工流程，对涉及的YOKE下放结构干扰校核，作业方案优化以缩短施工时间，冬季作业窗口的选择以及通航安全评估进行介绍。

单点系泊系统；海上施工；FPSO解脱；FPSO拖航

渤中28-1油气田位于渤海南部海域，水深约22 m，东南距龙口市约100 km，西北距天津市塘沽基地约206 km，油田主要设施包括两座井口平台、“渤海友谊号”FPSO、两条混输海底管线。2013年6月，渤海友谊号FPSO单点系泊系统在年检过程中发现单点左右舷系泊腿存在故障，左舷系泊腿万向铰接头处转动时发出尖锐噪音，同时伴有轻微振动，系泊腿向上窜动约15 mm；右舷系泊腿万向铰接头也存在类似噪音震动问题，初步判断左右舷系泊腿推力轴承损坏。为了排除油田生产的安全隐患，经过方案设计、前期准备等工作，2014年10月将渤海友谊号FPSO解脱、拖航到船厂，完成系泊腿更换后再将FPSO回连复产。渤中28-1油气田停产时间比计划缩短18 d，取得了显著的经济效益，施工技术、项目管理方面的成功经验可供今后类似工程参考。

1 渤海友谊号FPSO与单点系泊系统

渤海友谊号FPSO是渤中28-1油气田的核心油气生产设施，1989年由沪东造船厂建造完工。主要参数：总长217 m，型宽31 m，型深17.6 m，满载吃水10.5 m，压载吃水7.5 m，满载排水量65 530 t，压载排水量46 690 t，储油量5万t。

渤海友谊号单点属于水上软刚臂系泊系统，是塔架式系泊系统的一种，适用于50 m以浅的浅水海域。如图1所示，其结构主要包括：四腿导管架、单点系泊头、YOKE(钢臂)、系泊腿、系泊构架以及跨接系统。导管架用钢桩固定在海底，单点系泊头固定在导管架之上。YOKE和系泊腿连接单点系泊头和FPSO船首的系泊构架，构成单点系泊的软刚臂系统。YOKE的头部有纵摇铰接头、横摇铰接头，系泊腿上下端分别装备了推力轴承、万向铰接头，能够消除单点与FPSO之间的6自由度的相对运动。YOKE末端左右各有一个压载舱，分别灌注173 t防冻液，其作用是为FPSO的位移提供回复力，保证系泊腿角度处于正常的垂直位置。跨接系统包括跨接软管和跨接电缆，用于FPSO与单点之间传输电力、信号、天然气、井液、回注水等。渤海友谊号单点具有风向标效应，允许FPSO围绕单点系泊头作360°自由运动，使FPSO始终处在合外力最小的位置上[2-4]。

图1 渤海友谊号单点系泊系统

2 施工准备

2.1 设计文件编制

FPSO拖航与连接是一项风险高、难度大、投入资源多的大型海上施工作业，优秀的方案设计对于FPSO连接作业至关重要。在方案设计开始之前整理原始设计资料，包括FPSO稳性计算报告、FPSO拖航阻力报告、FPSO船舶证书、FPSO解脱连接指导大纲、FPSO原有拖曳设备证书和单点系统图纸等；其次对FPSO与单点系统进行现场调研，确认关键设备的状态。项目主要的设计文件包括FPSO前期检修程序、跨接软管电缆解脱程序、FPSO解脱程序、FPSO拖航程序、FPSO进港引航方案等。设计文件完成后要提交业主和第三方审批，然后根据批准的设计文件准备施工材料。主要的施工材料包括拖缆、过桥缆、应急拖缆、码头系泊缆、FPSO限位缆、交叉缆、提升缆、液压拉伸器以及其他辅助工机具，所有的材料、工机具要具备相关证书并测试合格。

2.2 适拖检验

根据中国船级社《海上拖航指南》的规定，为了保障海上拖航作业的安全，拖航前应由中国船级社验船师对被拖物和拖船进行检验，并签发《适拖证书》和检验报告。

基于拖航作业的风险性，拖船的选用和检验尤为重要。根据《海上拖航指南》的规定，计算FPSO在规定航速下的静水阻力和限定风速下的风阻力，然后计算FPSO的拖航总阻力，选用拖船的拖力要大于拖船自身和被拖物FPSO的总阻力[4]。渤海友谊号拖航项目选用的主拖船为滨海284(5 900 kW)，系柱拖力910 kN，实际拖力发挥75%的情况下有效拖力为680 kN。

经核算，在静水中拖速6 kn，渤海友谊号阻力为551.6 kN，主拖船阻力为68 kN，拖带组合阻力之和为63.76 kN，小于主拖船有效拖力680 kN；在风速20 m/s(风从船首成30°方向吹来)，船首水流速度为0.5 m/s，有义波高为5 m条件下，渤海友谊号阻力为459 kN，主拖船阻力为160 kN，拖带组合阻力之和为619 kN，小于主拖船有效拖力680 kN，主拖船具有抗风保向保位能力。

拖船的检验包括其航海系统、拖带系统、救生系统、通信系统等，确保拖船有足够的拖力可以安全将FPSO拖到目的地，拖船的拖带系统包括拖缆机、主拖缆、备用拖缆等设施。

2.3 海事手续办理

在FPSO拖航前一定的时间到当地海事机构申请办理拖航相关手续，主要包括通航安全评估报告编制与审查、水上水下活动许可证、航行通告、航行警告等[5]。根据相关海事规定，大型设施和移动式平台拖带属于可能影响通航安全的水上水下活动，《通航安全评估报告》编制完成后经海事机构审查通过后方可办理立项审批、行政许可等。《通航安全评估报告》介绍了渤海友谊号FPSO拖航项目概况以及渤海海区自然环境、蓬莱栾家口等港口环境、长山水道和登州水道等交通环境、海上搜救机构和航经水域的交管设施等安全保障，详细分析拖航方案、拖航航线的规范性以及对自然环境、通航环境和通航安全的影响，认为渤海友谊号FPSO拖航计划、拖船配置满足相关规范要求，航线设计合理可行，拖航水域和自然自然环境满足拖航需要，可以顺利地完成渤海友谊号FPSO拖航任务[6]。根据项目的进度，适时发布航行通告、航行警告，告知此次FPSO拖航的时间、起始港、航速、拖带长度、航线和目的港等信息，请过往船舶注意并提前采取避让措施。

2.4 拖航协调工作

FPSO拖航项目管理界面复杂，主要的参与方包括FPSO船东、FPSO操作方、承包商、拖船方、中国船级社、气象保障、定位方、船厂、引航站和海事局等单位。根据拖航需要，建立拖航组织机构和通信指挥程序，根据实际各方情况划分工作界面，明确拖航中各方职责，定期召开会议检查、通报各方工作的进展。拖航前3 d由拖航组织单位主持召开拖航协调会议，组织拖航参与方对拖航准备工作进行联合检查，检查的重点包括拖航方案的合规性、拖航手续办理进展、FPSO适拖检验、拖船资源、关键岗位人员到位情况、材料工机具及拖航窗口与气象预报等；设立拖航领导小组，编制24 h人员值班表，负责拖航作业的现场指挥，负责拖航指挥作业的组织协调；制定拖航汇报机制，约定通信联络方式，定时以及在关键时刻及时汇报船舶动态，与陆地联系应急资源。

3 海上施工

渤海友谊号FPSO解脱与拖航的海上施工主要包括前期检修、跨接软管/电缆解脱、FPSO解脱、FPSO拖航及FPSO进港靠泊四大阶段。

3.1 前期检修

由于被拖物“渤海友谊号”FPSO在渤中28-1油气田服役至今超过10年，FPSO解脱拖航所需关键设备的状态不确定，一般需要尽早启动FPSO拖航关键设备的前期检修。前期检修的范围主要包括四个方面的工作。

1)检查FPSO的相关证书的完整性和有效性，如入级证书、国籍证书、所有权证书、国际吨位证书、国际载重线证书、适航证书/船舶航行安全证书、国际防止油污染证书及最低安全配员证书等(每艘FPSO的证书存在差别)。

2)检修拖带系统如拖点、导缆孔、带缆桩、龙须链、拖缆及备用拖缆，测试FPSO自身消防系统、救生系统、通信系统及航海系统等并取证。

3)确保FPSO解脱作业相关的各种设备如绞车、排载空压机的状态，检修液压系统、刹车系统、底座焊道，用水袋做绞车动静载荷试验。

4)检查单点平台新增、改造设备是否干扰FPSO解脱时的YOKE下放，根据原始设计资料在100年一遇的工况下YOKE下放入水后与水平面的夹角37.8°，将干扰设备现场标记、FPSO解脱时拆除、FPSO回连后原样恢复，确保FPSO解脱期间单点设备和YOKE的安全。

3.2 跨接软管/电缆解脱

在FPSO停产之后，完成跨接软管清洗、电缆放静电工作。由于跨接软管/电缆需要重复再利用，故在跨接软管/电缆拆除时，需要保证跨接软管/电缆的最小弯曲半径要求，在FPSO船艏系泊支架横梁焊接临时吊点，将跨接软管/电缆在单点侧的端头解脱，利用单点绞车和FPSO船艏主绞车正反两个方向的牵引配合，使拆除后的跨接软管电缆在系泊支架处以“U”形悬挂，同时要避免FPSO拖航拖缆与软管发生摩擦，见图2。

图2 跨接软管/电缆解脱后的布置

为了减轻跨接软管的重量，避免跨接软管内可能存在残液污染海洋环境，在单点侧跨接软管端口法兰解除后，需利用离心泵抽取管内残液至FPSO闭排系统。跨接电缆的解脱与跨接软管类似。

3.3 FPSO解脱

为了降低FPSO限位的风险和避免YOKE入水后的剧烈升沉，FPSO解脱一定要选择良好气象窗口，要求有效波高小于1 m，风速小于10 m/s，流速小于1 kn，能见度大于3 n nile。

如图3所示，跨接软管/电缆解脱后，按照正常的FPSO的解脱程序，提前拴挂提升缆、系泊缆并限位拖船，然后排放YOKE压载液，解除系泊腿法兰螺栓，用提升缆下放YOKE入水后，FPSO在限位拖船的拖曳下后撤，同时解除船艏缆绳完成FPSO解脱开始拖航[7]。为确保YOKE压载液最大程度排放，在压载液排放管线安装流量计，监测瞬时排放流量和累积排放流量。

图3 FPSO解脱示意

由于系泊腿存在故障，而且FPSO解脱作业是冬季施工，可以作业的天气窗口非常短，现场施工采取了如下技术措施确保FPSO解脱作业顺利完成。

1)密切关注天气预报，及时调整作业步骤，将FPSO货油舱惰化作业后移到FPSO拖航期间，抓住了有利的天气窗口减少作业风险。

2)通过计算校核，证明在良好海况条件下每条系泊腿法兰保持4个螺栓就可以承担YOKE以及压载液的重量，为此将其他16个法兰螺栓拆除与YOKE压载液排放并行作业，缩短作业时间。

3)提前对系泊腿法兰螺栓进行预拆卸，即逐个对螺栓拆卸、保养、回装，检验施工人员的作业效率，对无法拆卸的螺栓做出标记，准备应急方案。

3.4 FPSO拖航

渤海友谊号FPSO从BZ28-1油气田拖航至蓬莱中柏京鲁船厂，航程总计63 n nile，拖航主拖船滨海284，负责清障、预警的护航拖船为民生008 (4 440 kN)(见图4)，并由专业的拖航指挥小组负责FPSO拖航指挥工作。

图4 FPSO拖航示意

为确保拖航安全，拖航途中需安排专人定期巡检，检查拖航相关设施状态。为降低FPSO拖航过程中的偏荡，FPSO艏艉吃水需保持一定的吃水差，并调整主拖缆长度，保持一定的悬垂量，降低拖航途中拖航冲击负荷[8]。拖航过程要向陆地定时汇报，并根据天气、进港时间及时调整拖航速度。

3.5 FPSO进港靠泊

由于主拖船对于目的港水域、水深、航道及水流等情况不熟悉，FPSO到达目的港外锚地后，一般需要向当地港口引航机构申请提供引航服务。渤海友谊号FPSO在无动力状态下由拖船协助进港，船舶操纵受限避让困难，而且FPSO主尺度超大，受风流影响较大，进港存在较大的作业难度与风险[9]，需要的船舶资源为主拖船再加4艘大功率港作拖船，港作拖船连接方式如图5所示。

图5 港作拖船连接方式

进港作业之前，FPSO将拖航吃水7.5 m调载为进港吃水6.0 m，按10%富余水深计算，确保航道、港池通航水深超过6.6 m；FPSO提前准备码头系泊缆和系解缆人员。蓬莱港引航员登临FPSO与拖航指挥小组进行交接，熟悉FPSO相关设施和状态，指挥港作拖船拴挂，引航员负责指挥港作拖船拖曳FPSO完成靠泊。

4 结论

FPSO的解脱与拖航是一项高风险的海上施工，前期需要编制详细的施工方案，实施过程中需要FPSO船东、拖船方、中国船级社、引航站和海事局等单位密切配合。通过周密的施工准备和精细化的施工管理，于2014年10月18日完成渤海友谊号FPSO解脱，10月20日完成FPSO拖航和进港靠泊。实践表明，渤海友谊号FPSO解脱与拖航的基本方案成熟可行，对于水上软刚臂单点系泊FPSO的解脱与拖航具有普遍指导意义，但是此次渤海友谊号FPSO的解脱是在FPSO服役十余年、系泊腿存在故障的情况下实施，而且作业的时间在冬季，对涉及的YOKE下放结构干扰校核、作业方案优化缩短施工时间、冬季作业窗口的选择以及通航安全评估进行了专门研究，这对于今后类似工程具有借鉴意义。系泊腿法兰螺栓的拆卸是FPSO解脱的难点与风险点，对于系泊腿法兰螺栓孔错位导致螺栓无法拆卸以及FPSO解脱过程中天气突然恶化的应急措施要予以重视。

[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程FPSO与单点系泊系统设计[M].北京：石油工业出版社，2007.

[2] 刘雪宜.FPSO在YOKE损坏时的应急解脱[J].石油工程建设，2013,39(3):26-30.

[3] 谭耀模.FPSO单点系泊检测系统设计[J].船海工程，2014,43(5):25-28.

[4] 中国船级社.海上移动平台入级与建造规范[S].北京：人民交通出版社，2005.

[5] 姜进方,吴砚春，秦 勇，等.大型FPSO储油轮拖航探述[J].中国海洋平台，2012，27(2)：1-5.

[6] 大连海事大学.渤海友谊号FPSO拖航作业通航安全评估报告[R].大连：大连大学.2014

[7] 田 冰，刘雪宜，孙丕松.BZ油田单点系泊系统海上解脱[C]∥中国海洋工程学会.第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集，北京：海洋出版社，2009：1473-1477.

[8] 洪碧光，李 强，高孝日，等.拖航系统偏荡情况的仿真研究[C]∥中国航海，2009,32(3):106-111.

[9] 王艳杰，刘 佳，刘敬贤，等.FPSO港区拖带航行安全保障技术研究[J].武汉理工大学学报：交通科技与工程版，2013，37(3)：562-565.

Disconnection and Towing of the Bohai Youyi FPSO

LIU Xue-yi, MENG Jun-yu, YANG Hong-suo, GAO Bing-feng

(China Offshore Oil Engineering Company, Tianjin 300461, China)

Taking Bohai Youyi FPSO as an example, combining the experiences gained through the recently FPSO disconnection and towing project, the Single Point Mooring system, procedure development, preparation and offshore installation workflow are discussed about. Problems of interference check of lowering YOKE structure, procedure optimization to shorten operation time, weather window choosing in winter and navigation safety assessment are also researched.

single point mooring; offshore installation; FPSO disconnection; FPSO Towing

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.035

2015-06-01

刘雪宜(1980-)，男，硕士，工程师

U674.38

A

1671-7953(2015)06-0149-05

修回日期：2015-06-24

研究方向:FPSO解脱连接、单点维修改造技术

E-mail: liuxueyi@mail.cooec.com.cn