浮式生产储油装置(FPSO)造价影响分析及综述

张广磊, 杨小龙, 蔡元浪, 刘 波

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

浮式生产储油装置(FPSO)造价影响分析及综述

张广磊, 杨小龙, 蔡元浪, 刘 波

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

根据浮式生产储油装置(FPSO)基本构成，对影响各个组成部分(主要包括船体、系泊系统和上部模块三部分)造价的因素逐一归纳分析；举例对比南海和渤海FPSO造价，总结分析整体FPSO中船体、系泊系统和上部模块三部分所占造价比例，并对比分析不同海域的典型FPSO的造价，从整体上对FPSO的造价因素进行阐述，为海上油田开发采用FPSO方案提供参考和指导。

FPSO；船体；系泊系统；上部模块；造价

0 引言

浮式生产储油装置(Floating Production Storage and Offloading， FPSO)是海洋油田开发方案的一种，目前全世界已有160 多艘FPSO服役，主要分布在英国北海、巴西沿海、西非沿海、澳大利亚海域和中国渤海与南海，作业水深分布从15～2 500 m,其水深跨度比较大；该装置兼有生产和储油的作用，储油能力可达40万吨，兼具小至几千立方米，大到几百万立方米的油气处理能力，可称为海上的油气厂。从其经济性上考虑，主要有以下三个优点[1-3]：

(1) FPSO有非常强的储油能力，可间隙用穿梭油轮运输油气，省去铺设价格昂贵的海底管道；

(2) 设计重现期高，抗风能力强，可长期系泊、连续工作，减少停产时间，工作效率较高；

(3) 与固定式导管架平台结合海底管道方案相比，具有投资少、见效快、可重复使用、风险小等特点，特别适用于远离海岸的中、深海及边际油田的开发。

现在受油价低迷的影响，研究使用FPSO作为开发方案是海上油气开发的主流方式。其中，论证降低油田开发成本和减少工程投资已经成为油田开发方案论证的重点工作。该文的主要内容是对影响FPSO各个组成部分的造价因素进行分析，为FPSO的设计和建造方案比选提供帮助。

1 FPSO主要组成部分费用分析

FPSO是目前海洋工程船中的高技术产品，这种外形类似油船的海上油气生产储油装置其系统的复杂程度和价格远远高于同吨位的油船。其主要组成部分包括船体、上部模块和系泊系统三大部分，造价主要由设计费、项目管理费、材料采办费、建造费、安装费、保险及认证费和不可预见的费用等组成。其中船体、上部模块和系泊系统分别包含每一项造价内容，三者之间还相互影响，比如船体增加容量会增加油气处理能力，导致上部模块重量和设备数量的增加，也会增加系泊系统的数量[4]。同时，各部分又受其他条件的影响，比如环境条件的恶劣程度会影响船体设计、材料费用等造价，同时也会提高系泊系统的能力。

1.1 上部模块

上部模块的功能为满足生产工艺流程要求，需要进行油、气、水等生产处理，定义FPSO的主要油气处理功能等来决定上部模块数量和设施数量，即最终决定模块重量。上部模块影响造价的因素包括主结构钢材量、主要设备、支座等。

上部模块中的主结构钢材量在不同模块中所占比例差距较大。以30万吨级FPSO为例，介绍三个代表模块中主结构钢材含量及估价。估价是按照国产钢材进行估价，不包括设计费、材料加工费等，因为不同厂家的设计费和材料加工费价格有较大差别。

表1 上部模块钢结构价格估算

模块支座是FPSO生产工艺流程模块与船体之间的连接结构。可采用如单跨简支梁形式,一排焊接、一排沿船梁的纵向可以相互滑动，这样既有利于施工,甲板模块也可同时开工,节省了船厂工期,目前已成为标准模式，减少一部分生产费用。如果船体长度及模块个体尺度的增加，为减少船体变形对模块结构的影响，支墩和模块之间会增加一套缓冲装置，该缓冲装置为国外专利产品，需要成品购买，费用较高。一艘30万吨级FPSO上部模块支架总费用在1 000～1 500万元。

上部模块还包括许多系统，有公用系统和专用系统。许多公用系统，如燃料气、海水供应、压载水、燃油、润滑油、压缩空气、HVAC、甲板设备等系统与常规油船相同，同时增加了与生产工艺流程之间的界面与接口问题，比较复杂，同时成本增加。而专用系统主要是指生产工艺流程中一些特殊的系统，如火炬系统、化学药剂注入系统、闭式排放系统、开放式系统，以及与常规船舶基本相同的储油系统，如货油系统、货油加热系统、货油注入系统、扫舱系统、洗舱系统、惰性气体系统、透气系统等，关键在于选择厂商。

FPSO特殊的外输油系统从布置位置，可分为首尾部纵向外输油气系统与船舷的横向外输油系统。纵向外输油系统又有漂浮软管式、卷筒式、滑道式之分。FPSO外输油系统中的软管卷车、输油漂浮软管、万向接头、液压快速接头是少数国际公司的垄断技术，购置费用较高。设计中通常只能向外国公司提出要求，然后根据外国公司所提供的资料加以布置及其船体加强分析，也大大增加了设计费用。

除了上述提及的一些FPSO的技术问题外，FPSO的通信系统、电站及自动化系统也占用一定比例的费用。

1.2 船体

浮式生产储油装置可新建，也可以用旧油轮改造，截止到2015年7月，全世界共有161艘FPSO，其中新建的有49艘，改造的有112艘。在油田寿命较长的情况下，新建油轮优于旧油轮改造，这是因为新建油轮具有较长的使用期限，而改建油轮花费的结构改建费和维修费大大超过了已有船体的经济收益。然而对于早期开发的油田来说，由于改建油轮费时少，改建油轮更为适用。国际上FPSO的建造周期为20个月或更长，近来FPSO的建造已开始采用模块化生产工艺，实现了船体结构和上部设施同时建造施工，目前国外建造FPSO的周期可缩短至10～14个月。

图1 圆形FPSO模型图

影响新建FPSO造价主要包括设计费、钢材费、建造费、安装费等，还包括部分项目管理费及保险和入级费。其中，影响设计和建造费的因素主要是选型，如果选用常规船型，甚至有母性船，则大大降低设计费用，如果选用特殊船型，比如复杂型线的船体或者特殊船体，如图1所示，也会大大增加船体设计费和建造费。在船体费用中，主要为钢材采办费。影响钢材量的因素分别是船体的主尺度和所服务海域的环境条件。

1.2.1 主尺度

FPSO船体主尺度主要取决两个因素：布置(特别是生产工艺流程模块)及载油量。

布置：一般来说，FPSO的船宽是由生产工艺流程模块的宽度及甲板两边的安全通道决定的，船长需要考虑生产工艺流程模块长度加上单点系泊系统、堆场、生活楼、火炬塔及首尾外输油系统的范围。同时，油田油品的不同也会导致工艺流程的改变，增加部分工艺处理模块，进而增加上部模块的重量，同时也会增加油舱舱容。

载油量：FPSO的船长和船宽还必须满足储油舱的容积要求。FPSO的船体是容积型设计，常规先确定装载舱容，后定载重量(DWT)，而储油舱容积R所占比重较大(约85%～93%)。目前两种计算方法：

方法

(1)

式中：P为油田日产量；S为穿梭油轮的吨位；W为影响外输作业的连续坏天气数；D为适量不可泵出的死舱油。

方法

(2)

式中：P为油田日产量；D1为外输一次的生产天数；D2为穿梭油轮的受载期；W为影响外输作业的连续坏天气数；D为适量不可泵出的死舱油。

其中，方法1适用于穿梭油轮吨位确定，定点运输；方法2适用运输油轮大小变化，运输路线多变，目前国内多采用此方法。船体的总吨位(DWT)的确定主要包含5个方面。第1是储油舱、柴油舱、淡水舱容积；第2是污水处理舱、原油沉降舱、撇油舱等容积；第3是滑油、液压油等舱容容积；第4是人员行李备用品供应品；第5是垂向系泊载荷。同时，储油舱的划分应考虑稳性和特殊的船体强度要求。操作工况对人员配置的影响会对淡水舱的大小有影响。

图2 软钢臂系泊系统

图3 内转塔形式

图4 多点系泊形式

1.2.2 环境条件

所在海域环境条件中，风、浪、流对船体的影响较大。风是影响船体稳性的重要外部因素，在较高风速的海域，需要更大的船体主尺度保持船体的稳定，增加了船体钢材和设计费用；波浪浪高的增加和流速的增大产生的环境载荷增加了船体结构设计难度，并增大了船体的重量，大大增加了船体的费用；船体服务海域环境条件会影响船体的海上安装难度，增加了安装的费用。

1.3 系泊系统

FPSO是被系泊约束的船，系泊系统是FPSO的关键技术之一，按照系泊方式不同可分为3大类[5]：

(1) 单点系泊。单点系泊也称为塔式系泊，其分类众多，主要有4类：悬链锚腿系泊系统(CALM)、单锚腿系泊系统(SALM)、转塔式系泊系统(分为内转塔和外转塔式)和塔架软钢臂系泊系统。

(2) 多点系泊。多点系泊系统也称为分布式系泊，其允许FPSO系泊在固定位置。与单点系泊的区别在于，该系统的系泊和传输功能不是一个整体，而是各自独立的，系泊链直接与FPSO相连。

(3) 动力定位。FPSO使用全动力定位系统进行定位。

选用不同的系泊系统，其价位也不相同。而决定系泊系统方式的主要因素为海域的环境条件及水深。在环境较好或方向性明确的海域，广泛采用经济性好的传统多点系泊形式。对于水深较浅的渤海，其水深从18～40 m，多点系泊方案难以实施，目前全部采用的是外转塔形式的软钢臂单点系泊系统，该系泊系统包括系泊导管架、系泊系统。其设计主要包括:支点位置、软刚臂及系泊腿长度、软刚臂结构形式和压载重量等参数，也是决定系泊系统造价的主要设计内容。

南海水深在40～400 m，且环境恶劣，易受台风影响，大部分采用内转塔式系泊系统，允许FPSO在水平面内做360°自由转动，可产生风向标效应，使船体始终处于最小环境力位置，为最佳系泊方式。例如，南海流花11-1油田服役的胜利号FPSO，采用内转塔系泊系统，由浮筒、锚链和吸力锚组成，有镶嵌在船体内部的浮筒和船体连接，有锚链连接吸力锚和浮筒。而在南海存在台风的状况，系泊设计时需要考虑解脱和非解脱。如果在台风来临时考虑解脱撤离，台风过后再回到原来位置，一次撤离耽误生产造成的损失常常在8 000万元左右。

在其他海域，例如巴西海域，其海域环境条件较好，环境的方向性具有明确的特点，多采用多点系泊系统。其多点系泊系统使用的缆绳数量、长度、尺寸及布置形式会有较大差别，也大大影响了系泊系统的造价。

在表2中，对七种典型的系泊形式进行列举对比，可以看出造价随着水深的增加而增加。不同的环境及要求特点是选择不同系泊形式的主要原因，也是影响造价的主要原因。

表2 系泊系统方式介绍

此外，单点上立管是连接水面浮式平台和水下设施的导管。单点系泊方式的FPSO，立管是通过单点连接FPSO和水下设施；多点系泊的FPSO是立管直接连接船体和水下设施。影响立管的设计和安装的费用主要包括环境条件、油田布置形式、生产介质特性、水下回接和立管连接系统、安装方式(J-铺设法、S-铺设法、卷管法、拖管法等)和服役期间的完整性管理要求等。

2 总造价对比

其中国内有17艘FPSO，其资料见表3。

表3 国内FPSO统计

渤海油田新建15万吨级FPSO费用构成，船体、上部设施和单点系统大概比例为2∶2∶1。南海新建15万吨级FPSO费用构成中，船体、上部设施和单点系统大概为1∶1∶1的组成。新建南海15万吨级船体部分大概在7.9亿元，改造油轮费用为8.3亿元。10万吨级和15万吨级的总投资费用相差约2.23亿元，主要体现在船体上。

其中，渤海和南海费用构成中存在较大差异的地方有两点：

(1) 渤海地区油品性能差，FPSO处理设施复杂，工艺舱室多；

(2) 南海水深比渤海大，单点投资高。

图5 渤海新建15万吨级FPSO费用构成 图6 南海新建15万吨级FPSO费用构成

现针对不同海域，和不同操作方及建造方，对三条FPSO进行对比,对比结果如见表4。

表4 不同海域FPSO造价对比

海洋石油117所在海域为渤海，海洋环境条件较低，设计载荷小，船体强度要求低，同时，不同国家的材料购置费和建造费用差距较大，造成船体和上部模块造价差距较大。系泊方式相同的AGBAMI和P67的水下设施及系泊相比，由于水深差距达700 m，长度差距较大，同时水深会造成水下设施及系泊费用成倍的增加。从整个FPSO投资的趋势来看，船体费用增加缓慢，受钢材及加工费用的影响较大，甚至会出现降低，单点和上部设施的投资增加较快。

3 结语

FPSO主要有船体、上部模块和水下设施及系泊系统组成，分析结果表明：影响各个组成部分造价的主要因素各不相同，三者之间又相互影响。下一步可利用QUESTOR软件，从各个主要因素对FPSO上部模块、船体和系泊系统的质量及造价产生的影响等方面逐一进行归纳和量化分析，以期准确的为FPSO设计和建造方案比选提供更有利的指导和帮助。

[1] 赵耕贤.FPSO设计综述[J].中国海洋平台, 2006,21(1):1-5.

[2] 刘生法.单点系泊系统关键技术探讨[J].中国海洋平台, 2012,(27):39-43.

[3] 周楠,刘波,张阳,等.内转塔式FPSO系泊系统疲劳分析研究[J].中国造船, 2014,55(Z2):233-238.

[4] 蔡元浪,杨小龙,李俊汲,等.浅水塔架式单点系泊系统低频响应试验研究[J].船舶工程, 2015, 37(2):81-84.

[5] 范模.南海浮式生产储油装置总体设计与关键技术研究-以恩平油田新建FPSO为例[J].中国海上油气, 2013,25(5):70-72.

Summary and Analysis of Cost Factors of Floating Production Storage and Offloading

ZHANG Guanglei, YANG Xiaolong, CAI Yuanlang, LIU Bo

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China)

Based on consist of the Floating Production Storage Offloading Unit (FPSO), main factors which might affect cost of main parts of FPSO (contains hull, mooring system and topside) has been studied, respectively. Illustrating and comparison of FPSO in South China Sea and the Bohai Bay, cost ratio of hull, mooring system and topside in whole FPSO will be summarized. And cost of construction and affect factor of typical FPSO in different sea area will be analyzed. Moreover, these analyses could provide reference and guidance when FPSO plan using in offshore oil development.

FPSO; hull; mooring system; topside; cost of production

2016-07-12

张广磊(1984-)，男，工程师

1001-4500(2017)02-0008-06

P75

A