多点系泊FPU的系泊系统方案

张宝雷,杨晓波,刘中柏,刘 昊

(中海油能源发展采油服务公司，天津 300457)



多点系泊FPU的系泊系统方案

张宝雷,杨晓波,刘中柏,刘 昊

(中海油能源发展采油服务公司，天津 300457)

根据印尼Madura海域的环境条件分布和入级要求，确定多点系泊系统设计的标准和规范，针对Madura海域环境条件特性，以及当地制造能力和操作习惯，提出了既安全可靠，又经济性较强的系泊系统设计方案，总结印尼Madura及其周边海域多点系泊系统的研究思路和方法。

印尼Madura；浮式处理装置；多点系泊系统；海洋环境条件

印尼Madura MDA & MBH气田位于东爪哇岛的Madura海峡，位于现有Pagerungan的以西180 km，泗水市以东约200 km，距离西北部Madura岛约75 km，气田所在海域水深约80 m。根据气田地理位置、环境条件特点及油藏开发参数，进行了气田开发方案研究，最终确定如下设施进行气田开发：①新建2座钻井平台，分别为MDA及MBH，平台带模块钻机，MDA采出气汇集至MBH平台，设计寿命20年；②新建1条FPU，FPU带主电站、天然气脱水及脱汞设施、天然气压缩机，设计年限20年；③1条20″海底混输管道，将MDA气输至MBH平台；3条跨接软管，负责MBH与FPU之间的气混输；1条14″海底混输管道，将处理好的成品天然气输至国民管网，最终上岸至东爪哇岛，设计年限20年；④1条跨接复合电缆，从FPU向MDA&MBH平台供电，以及实现平台与FPU间通信，设计年限20年。

印尼Madura MDA气田开发思路如图 1所示，Madura FPU位于MBH平台北偏东80 m，其位置主要基于环境条件方向、设施方位及地质条件等因素来确定。FPU所在区域水深为80 m，FPU具备定位系泊、天然气生产处理、天然气压缩、外输计量等功能，该Madura FPU船体主要特点和参数见表1。由于Madura海峡所在海域风、浪、流等环境参数较为温和，且环境条件具有较为明显的方向性，结合当地多年的操作习惯及制造能力，带可解脱装置的永久型多点系泊系统是Madura FPU较为理想的选择，多点系泊系统可有效控制FPU漂移量，带可解脱功能为该FPU灵活的应用于其他气田提供可能。

表1 FPU主要设计特点和参数

多点系泊系统在浮式钻井船和工程船舶上的应用较为广泛，多为临时性多点系泊系统，在我国的设计、制造和应用已较为成熟，但浮式生产系统在中国的渤海、东海及南海均未采用过永久式多点系泊系统。原因主要是这3个海域的环境条件较为恶劣且方向性不确定。然而，印尼Madura海峡的环境条件较为固定，而永久式多点系泊系统在确保FPU的安全前提下，有更有较好的经济性。永久式多点系泊系统在设计时不仅需要考虑在恶劣海况下抵抗100年一遇的极端工况，同时还需着重考虑锚桩、系泊链的铺设，FPU回接时的回接方式的便利性，这就给永久式多点系泊系统的设计提出了较高的要求。

在借鉴以往项目经验的基础上，从印尼Madura FPU多点系泊系统研究和设计工作出发，进行大量的技术论证和设计分析工作，提出行之有效的解决办法。针对今后永久式多点系泊系统的技术问题，提出有建设性的技术工作建议。

1 FPU多点系泊系统方案研究

1.1 多点系泊系统型式介绍

多点系泊系统根据其应用海域来区分，通常分为用于深水区域系泊和用于浅水区域系泊两类，其构造简图分别见图2、3。用于深水区域的多点系泊系统通常使系泊链穿过布置于舷侧底部的导链器，提升至位于主甲板的止链器。用于浅水区域的多点系泊系统通常使系泊链直接登船至位于主甲板的止链器，而取消了舷侧水线以下的导链器，这样可有效在浅水区域最大限度的提高系泊系统的回复力。

图2 带舷侧导链器

图3 不带舷侧导链器

按照系泊链提升装置的不同来区分，可分为锚绞机提升、系泊绞车提升、液压缸提升3种主要提升方式。锚绞机提升系统如图4，在浮式钻井船和工程船舶上应用较为广泛，具备快速收放的特点；系泊绞车提升系统如图5，具备较好的经济性，但需要占用较大的甲板面积，同时在浮体回接时需要更为复杂的回接工序；液压缸提升系统如图6，具备占用甲板面积小、经济性好等特点，但是提升速度不及前2种。

图4 锚绞机

图5 系泊绞车

1.2 提升系统比选

3种不同提升装置特点见表2。

图6 液压缸提升

对比项锚绞机系泊绞车液压缸不可移动式可移动式方案特点描述 1)可实现多根系泊链同时收紧 2)可实现系泊链的连续快速收紧和放松 1)每次只能提升一根系泊链 2)可实现系泊链的快速收紧和放松 1)可实现多根系泊链同时收紧 2)可连续提升系泊链,但速度较慢 1)每次只能提升每组一根系泊链 2)可连续提升系泊链,但速度较慢导链器舷侧需布置导链器 舷侧可选择是否布置导链器 舷侧可选择是否布置导链器 舷侧可选择是否布置导链器提升介质直接提升系泊链通过缆绳间接提升系泊链直接提升系泊链直接提升系泊链设备投资最高最低较高较低FPU回接工作 提前预布置回接链,便于FPU回接时的操作 需提前预布置较多系泊缆绳,在FPU回接时需频繁换缆 提前预布置回接链,便于FPU回接时的操作 需提前预布置回接链,合理安排回接工序可有效提高回接速度比选推荐不推荐不推荐不推荐推荐

印尼Madura海峡海域环境条件较为温和，无极端天气情况，在整个气田开发周期的10年内，永久系泊在该位置，不需要频繁的移位;同时,发生系泊链因极端天气引起破损或移位的概率小，因此不存在需频繁收、放系泊链的功能需求。在海上安装及FPU回接时，除系泊绞车形式需频繁换缆，其余3种形式均可有效节约海上作业工期。因此，锚绞机形式、系泊绞车形式及不可移动式液压缸形式在此不做推荐。

2 多点系泊系统设计

2.1 系泊链布置

系泊链的作用在于，在恶劣海况下，将FPU限制在一定偏移范围内，保证包括跨接软管、跨接电缆、FPU船体等在内的工程设施安全。多点系泊系统主要采用分组式系泊，通常包括4组系泊链，每组2～4根，船艏和船艉左右舷各布置1组，每组系泊链内的相互夹角通常在4°～6°，分组式系泊相对均布式可以有效降低系泊链受力，更好地限制FPU偏移，目前已被工业界普遍接受和采用[1]。通常来说，从每组系泊链来的极端环境条件(in-line方向)导致较大的系泊链受力，从2组系泊链间来的极端环境条件(between-line方向)导致较大的船体偏移。

考虑到印尼Madura FPU水深只有80 m，接近系泊链所适用的最浅水深，这给系泊系统和跨接软管及电缆设计带来极大的挑战：①系泊链悬链线效应不明显，系泊回复力较难控制；②FPU偏移量可能较大，由于FPU与MBH平台距离只有80 m，悬跨其间的跨接软管及电缆受FPU偏移的敏感度非常大，极易出现软管与电缆、软管与船体的碰撞风险[2]。为最大限度的提高系泊链的悬链线效应，控制FPU最大偏移量，同时保证系泊系统的刚度不至于过大，考虑采用系泊链直接上主甲板的方案。

2.2 系泊锚点选取

根据已探明的Madura MBH区块的地质条件，发现该区域存在较多断层，同时还有浅层气及麻坑存在，这给系泊锚点的选取带来极大的困难。在确保FPU中心位置与MBH平台的距离相对不变，且船体朝向更有利的环境条件方向，尽量使系泊锚点避开浅层气及麻坑。如图7所示，12个系泊锚点的位置虽有6个在浅层气附近[3]，但都有效的避开了浅层气和麻坑的潜在风险。

图7 Madura FPU系泊缆布置

2.3 系泊链选取

根据给定的环境条件和规范要求，进行系泊系统分析后，确定了系泊链整体采用锚链进行布置，每组系泊链数量为3根，锚链直径为117 mm(R3S级)，考虑到海上安装及FPU回接的便利性，在距离钢桩约200 m处的锚链处增加1个H-Link。在海上安装期间，FPU未到达现场时，在每根系泊链端部连接1个相同规格的长约20 m的提升链，便于FPU回接时使用。

根据分析结果，百年一遇完整工况下系泊链最小安全系数为2.48，大于规范要求的1.67；百年一遇1根破断工况下系泊链最小安全系数为1.78，大于规范要求的1.25。

2.4 跨接软管及电缆布置

跨接软管及电缆设计时需考虑FPU与MBH平台的距离，软管与电缆间距，FPU最大偏移等因素。对于如印尼Madura MDA&MBH气田水深较浅的海域，FPU的最大偏移量较大，且FPU与MBH平台的距离仅为80 m，因此对跨接软管及电缆的动态设计提出较高要求。为避免软管及电缆端部的疲劳磨损，由于喇叭口未能有效限制软管及电缆的运动，且软管及电缆与喇叭口之间的摩擦较严重，推荐采用限弯器的连接形式，见图8。

图8 FPU跨接软管及电缆布置图(侧视图)

3 结论

1)带可解脱装置永久型多点系泊系统是目前为止印尼Madura海域FPU系泊的最佳解决方案；

2)鉴于多点系泊方案与船体主尺度等参数高度相关，建议在更早期(如概念设计)阶段就启动多点系泊系统初步布置和设计分析工作，以便于FPU保证最佳的总体性能，同时在设计过程中充分考虑海上安装及FPU回接方案的合理性及可操作性；

3)目前我国在永久式多点系泊系统的单体设备、构件制造能力是完全具备的，但是核心技术的系统设计分析、集成调试依然依靠国外系泊公司。建议中国的油公司和工程公司自主开展多点系泊技术研究设计工作，这样有助于增加对多点系泊技术的深入了解，逐步掌握系泊系统设计技术，最大限度契合中国海域的实际需求。

[1] 吴嘉蒙,赵耕贤.FPSO内转塔式系泊系统的接触载荷研究.中国造船[J].2004：153-159.

[2] 内转塔式系泊装置(Turret)的受力分析和相关结构的设计，60万桶灵便型浮式生产储油船设计与建造技术研究，中国船舶工业第七○八研究所，2003.

[3] 杨川恒,潘和顺,刘铁树.国外深水领域油气勘探新进展及我国南海北部陆坡深水区油气勘探潜力[J].地学边缘，2000,7(3):247-256.

Research and design on spreading mooring system of FPU in Indonesia Madura

ZHANG Bao-lei, YANG Xiao-bo, LIU Zhong-bai, LIU Hao

(CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Tianjin 300457, China)

According to the environmental condition distribution of Indonesia Madura Strait and classification requirements, the standards and rules of spreading mooring system design were confirmed. In light of the environmental condition in Madura strait, local manufacturing capability and the habit of operation, the safe, reliable and reasonable spreading mooring system design was proposed. The thought and methods for research and design of the spreading mooring system in Indonesia oil and gas field were summarized.

Indonesia Madura; FPU; spreading mooring system; offshore environmental condition

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.024

2016-07-10

印尼Madura FPU项目

张宝雷(1988—)，男，学士，工程师

U653.2

A

1671-7953(2016)05-0094-05

修回日期：2016-08-10

研究方向:浮体系泊

E-mail:zhangbl8@cnooc.com.cn