FPSO单点系泊系统完整性管理及失效模式研究

陈 峰

(中海石油(中国)有限公司 番禺作业公司， 广东 深圳 518067)

FPSO单点系泊系统完整性管理及失效模式研究

陈 峰

(中海石油(中国)有限公司 番禺作业公司， 广东 深圳 518067)

近年来，随着台风的日益侵袭，南海海域作业的FPSO系泊系统不同程度都出现了功能缺失和损坏的情况，虽然目前还没有出现严重的损毁失效事件，但整个中海油系统都高度重视FPSO单点系泊系统完整性管理及失效模式。本文阐述了系泊系统安全管理的意义，深入对比了国内国外的管理方式和技术手段，并研究了内转塔系泊系统失效模式，希望能够给中海油系泊系统安全管理提供参考依据。

单点系泊；完整性管理；失效模式

全球65%的FPSO定位系泊系统都是转塔式系泊系统[1]，它们遍布在如南中国海、墨西哥湾、北海和挪威大陆架等全球风浪条件最恶劣的海域。目前，在南中国海域作业的FPSO均采用内转塔式系泊系统，其典型的布置设施如图1所示。近年来，随着台风的日益侵袭，南海海域作业的FPSO系泊系统不同程度都出现了功能缺失和损坏的情况，虽然目前还没有出现严重的损毁失效事件，但整个中海油系统都高度重视FPSO单点系泊系统完整性管理及失效模式研究。

图1 南中国海典型系泊系统示意图

1 系泊系统安全管理的意义

传统的油田作业者在安排生产维修保养时，通常都会习惯性地忽略处于水下的系泊系统，认为系泊系统是永不失效的装置，但事实并非如此。系泊系统由于安装损伤、运行疲劳和设计冗余度不足等原因，通常会存在着先天的缺陷，应引起高度的重视。做好系泊系统安全管理工作有以下3点意义。

1)构成油田安全生产最基本的保障。由于FPSO担负着一个作业区块内供电、原油储存和原油处理等重要职能，处于中心位置，所以加强FPSO的系泊安全，是整个作业区块的最基本要求[2]。

2)环境保护和国际声誉的需要。系泊系统利用质量-弹簧系统，使FPSO的位移保持在能够承受的范围内，如果在流、浪、风的作用下，使FPSO的位移超出范围，那么电缆和生产管线就会由于拉力过大而出现失效的现象，FPSO船体也有可能会由于不平衡力的作用而出现倾覆；所以，系泊系统在维护作业者良好的国际声誉、避免出现海上溢油等重大事故方面，发挥着极为重要的作用。

3)国际保险市场重要的参保依据。单点系泊系统、上部设施工艺模块和FPSO船体在油田设施投资上各占1/3，但单从投资比和规模来看，系泊系统虽然结构简单，但是资金投入却较大，由此可见系泊系统的重要性和高技术难度。在国际保险市场上也是如此，通常认为整个油田设施保险的主要环节之一就是单点系泊系统的安全，所以往往会提出更加严格、详细的监测和维护要求。加强系泊系统安全管理，既能够降低维护成本，又可在国际保险谈判中占到更有利的位置。

2 国内国外管理方式和技术手段对比

2.1 管理方式对比

2.1.1 国内现有管理方式

目前，南海FPSO单点系泊系统的管理基本都采用水下检验，检验标准以船级社入级管理程序为准。通常会由机械维护人员来检测、维护FPSO单点系泊系统的水上部位，而水下部位则由于费用高、维修难度大等原因，每2.5年水下检验1次。

2.1.2 国外管理方式

国外作业者(以北海内转塔单点系统为例)除了采用船级社检验入级管理程序检验正常生产状态外，还实现了全生命周期内管理。目前，国外作业者为了进一步增加系泊系统安全性，已经将单点系泊系统的设计海况重现期调整到万年一遇海况，而不再是过去百年一遇海况。作业者在安全评估FPSO单点系泊系统时有3条路线：1)用于日常监控的在线监测系统；2)用于定期检测的船级社入级管理；3)用于申报国际保险的独立第三方评估，以便能够对系泊系统安全进行最大限度地保证。

2.2 技术手段对比

2.2.1 国内技术手段

1)常规潜水。主要是用于检测单点浮筒、单点舱的船底板等水面以下较浅位置，操作时间较短。

2)饱和潜水。基于国际惯例来看，当潜水作业时间>1 h，潜水深度>120 m时，推荐采用饱和潜水。饱和潜水多用于检查水下的钢缆。

3)ROV检测。主要是用于检测配重块、海底锚链和系泊钢缆等水下较深部位。

2.2.2 国外技术手段

1)单点系泊在线检测系统。多用于实时监控系泊线的张力，检测仪器采用倾角仪或应变检测仪器，利用设定报警值的方法将检测信息反馈给陆地控制部门或FPSO。

2)系泊线三维成像技术。有多个水下摄像头，能够对锚链环和钢缆的局部腐蚀进行精确检测，经过数据处理后即可评估剩余系泊力。

3)系泊线疲劳寿命评估。这是系泊线三维成像技术的延伸，系泊线的疲劳寿命可以通过三维图像进行分析[3]。

3 内转塔系泊系统失效模式研究

失效模式研究是系泊系统完整性管理中较为重要的一个环节，通过系统化地预判和梳理系泊系统所可能出现的问题，能够提高管理监控的精度和范围。本文结合中国南海FPSO实际情况及国外的文献资料，系统性地概括了典型的失效模式。

3.1 系泊分析数据输入不足

系泊分析贯穿于整个系泊系统生命周期，也是系泊系统设计的第一步，虽然其应用日益成熟，但是仍然存在着输入数据缺失和不准确的问题，具体见表1。

表1 系泊分析数据不足具体形式

3.2 设计分析方法不当

设计分析方法不当具体形式见表2。

表2 设计分析方法不当具体形式

3.3 强度不足引起失效

由于不能及时修补、监控处于海水中的各系泊组件，很容易出现强度不足引起失效问题。

3.4 磨损问题

系泊系统组件与海底、组件之间以及各组件内部都在一定程度上存在着磨损问题，应及时更换，定期检测。常出现的磨损有：锚链磨损，主要原因包括锚链松弛、异物进入链环、锚链弯曲、拉力突然变化和锚链扭曲等；卸扣或其他螺栓联接磨损，主要原因包括螺栓清理不足，卸扣的形状、大小和型号选择不当等；导轮、套筒磨损主要原因包括绳索偏角过高、凹槽太小造成磨损和凹槽太大造成滑脱等；内部损伤，主要原因包括由于细小沙粒磨损而造成纤维退化等；其他磨损，包括邻近系泊线、弯曲垫、海床、喇叭口、导缆器、立管和缆绳筒等。

3.5 疲劳问题

由于系泊线长时间都处于周期性运动的状态，很容易出现系泊线断裂失效的现象，见表3。

表3 疲劳问题

3.6 腐蚀问题

系泊系统尤其是锚链、系泊缆部分长期浸泡于海水中，不可避免地会发生腐蚀。腐蚀是自然规律，不可能做到百分之百防腐，但对宜腐蚀部位加强监控，可以有效降低此类风险。

3.7 其他

还有可能会由于安装、制造、运动和触碰等原因而造成系泊系统失效。

4 结语

随着全球海况不断恶化，包括中国在内的世界各国都不同程度地遇到了海洋工程系泊安全问题。我国应充分吸收国外先进的技术手段和管理理念，将其应用于南海FPSO单点系泊系统的完整性管理中，以使事故发生率最小化。我国南海地区蕴藏着极为丰富的油气资源，系泊系统的应用还远远不能满足需要，极有必要以现有的系泊系统为基础，逐步提高技术手段和管理理念，以便能够为未来海况更复杂、水深更深的系泊系统应用积累宝贵经验。

[1] 曾骥,陈刚,唐文勇.30万吨FPSO单点系泊系统整体吊装技术研究[J]. 船舶工程，2009，21(6):134-136.

[2] 古才荣.茂名单点系泊系统接卸超巨型油轮的安全论证[J]. 安全、健康和环境，2006,22(6):104-106.

[3] 夏运强,唐筱宁,蒋凯辉,等.防风单点系泊系统系泊力理论计算公式研究[J]. 水运工程， 2010，31(4):14-20.

责任编辑李思文

FPSOSinglePointMooringSystemIntegrityManagementandFailureMode

CHEN Feng

(Panyu Operating Company, CNOOC (China) Co., Ltd., Shenzhen 518067, China)

In recent years, with the increasing typhoons, the south China sea FPSO mooring systems have more or less missing and damaged emerged job function, although there is no serious damaged failure events, but the whole system attaches great importance to CNOOC FPSO single point mooring system integrity management and failure mode. The paper firstly described the significance of the mooring system security management, and secondly, did in-depth comparison of domestic and international management methods and techniques, and studied within the turret mooring system in failure modes. The paper hopes to provide a reference to the CNOOC mooring system security management.

single-point mooring, integrity management, failure mode

U 661

：A

陈峰(1984-)，男，设施工程师，主要从事海洋石油油田设施工程及设备管理等方面的研究。

2014-10-21