大型FPSO拖航技术与工期计划分析研究*

陶付文 宋青武 王圣强 高本金 张子硕

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引言

随着海洋油气产业的快速发展，海上油气装备也日趋现代化、数字化和智能化。在选择油气田开发模式和工程设施时，安全可靠、技术可行、经济适用、水深、地理位置及地形条件等是首要考虑的问题。浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)是集油气生产、处理、储存、外输于一体的可移动式综合性大型海上油气生产处理设施，具有生产处理和储油能力强、抗风浪性能好、适应水深范围广、可移动等特点，技术成熟、经济性和适应性好，被广泛应用于世界各油气富集海域[1]，可与固定平台和水下生产系统组成全海式开发模式，生产处理后的合格原油通过穿梭油轮运输至陆地。

由于FPSO通常不具备自航能力，在陆地建造完成后需整体运输至油气田作业现场，进行就位回接和海上连接调试工作，以最终实现投产。拖航运输是衔接FPSO陆地建造与海上连接调试的关键环节，具有承上启下的作用。在完成陆地建造和调试工作，通过相关船舶入级和法定检验以及倾斜试验、大舱强度试验、海试，清理完毕船体海生物等之后，即可开始拖航运输。FPSO拖航运输属于重大风险作业，尤其是远洋拖航既是工程项目实施的难点和重点，也是油田按时投产的关键。

1 FPSO拖航运输方法

拖航是指将结构物由建造场地拖运到海上安装现场。FPSO拖航运输应根据建造地点到油田的距离和航线情况(如水深、海底地形、海况和气象条件、台风或季风情况、避台地点)、拖航季节等选择合适的拖航方案，包括干拖和湿拖两种。这两种方法各有利弊：干拖运输速度快、稳定性高[2-3]；湿拖操作流程简单，作业风险相对较低。需根据项目实际情况，综合考虑整体工期要求、经济性、安全性等，选择最优方案。在拖航前需制订妥善的拖航方案和应急方案等，对FPSO及拖轮进行适拖检验，取得拖航检验证书，召开拖航作业相关方共同参加的拖航协调会[4-6]。

1.1 湿拖

湿拖是指直接使用拖轮将FPSO拖带至作业地点，用到的主要船舶资源包括主拖轮、辅助拖轮、港作拖轮以及海事守护船等。FPSO在完成所有的陆地建造调试工作并取得适拖证书、按规定完成各项拖航准备工作、具备出港条件后，即可开始拖航作业。拖航前应对拖拽设备进行全面细致的检查[7]，FPSO调载至拖航设计吃水位置、连接拖带系统，与港作拖轮、主辅拖轮连接，拖带出港后在外锚地解脱港作拖轮，由主拖轮拖带FPSO至现场附近海域，现场更换拖轮为安装作业拖轮，开始回接安装准备工作。倾斜试验可在出港后外锚地统筹进行，以节约项目工期和船天费用。FPSO湿拖一般步骤如图1所示。

图1 FPSO湿拖一般步骤

在方案设计阶段，应根据所需湿拖作业的FPSO实际情况，进行拖带系统及临时系泊点的设计；根据流速、风速以及航速等准确估算被拖物的拖航阻力，分析各种情况下阻力的改变，计算极端海况下的拖航阻力是保证拖航安全的必要条件，对拖航方案的确定和拖轮选型具有重要的指导作用[8-11]，并据此配备与设计参数匹配的拖轮资源，提前开展相应的拖航性能模型试验，以验证拖轮选取的合理性和适用性；进行湿拖过程中FPSO稳性和运动分析，确保湿拖过程中FPSO始终处于安全状态。考虑到湿拖航速较慢、船队机动性差、对天气敏感性高，须在非台风季完成湿拖作业。

1.2 干拖

干拖是海洋工程结构物常用的运输方式，常规海洋工程结构物装船是从陆地建造场地通过吊装、拖拉或小车装船等方式装载到驳船上，运输至现场后通过吊装、滑移、浮托等安装方式进行安装。FPSO干拖与常规海洋工程结构物运输方式的不同在于装船和卸船，先将FPSO湿拖出港后在锚地进行浮装作业，半潜船下潜至设计位置，避免半潜船和FPSO发生碰撞，将FPSO整体装载到半潜式驳船上，经过固定作业后，采用船背船的方式运输至油田附近海域，FPSO经过卸船作业实现“两船分离”，再湿拖至作业地点进行就位。由此可见，干拖包含两段短距离的湿拖工作(码头至装船位置、卸船位置至现场就位点)，其一般步骤如图2所示。

图2 FPSO干拖一般步骤

浮装装船作业和卸船作业是干拖运输中的关键环节，其一般步骤如图3和图4所示，作业难度和风险均较高，尤其是FPSO船底和左右两舷以及上部模块往往存在大量的突出结构，在作业过程中很可能与半潜船本身的结构发生干涉碰撞而直接影响FPSO上驳或下驳，从而引发巨大的安全碰撞风险。因此，在FPSO建造后期，需对照设计图样详细核实突出结构情况，通过现场实测、潜水员水下探摸等方式，准确摸清具体突出结构的实际尺寸，作为干拖装卸船方案设计的基础。对于超出最大允许突出尺寸的结构，需提前进行适应性改造或移除，确保装卸船作业风险在可控范围内。

图3 FPSO干拖装船一般步骤

图4 FPSO干拖卸船一般步骤

2 拖航计划与工期分析

工程项目进度计划工作在项目管理中居于重要地位，是项目管理的龙头，以项目全生命周期的工作为管理对象，其他管理工作应围绕如何实现工程总体进度计划所制定的目标展开，计划管理与进度控制对于EPC总承包项目能否顺利完成起到十分重要的作用[12-14]。拖航作业是FPSO建设全生命周期内十分关键的环节，拖航计划须与陆地建造计划、现场回接计划及投产计划相匹配，统筹考虑。

对于湿拖方案，湿拖至现场附近所需时间是拖航工期确定的关键，其余步骤工期根据经验和以往项目实际执行情况往往比较固定。湿拖至现场附近所需时间取决于拖航速度和航线距离，并根据航线和季节适当考虑一定的待机系数，包括天气待机和故障待机等，其工期d的计算见式(1)

d=[L/(24×v)]×(1+c)

(1)

式中，L为锚地至现场航线距离(单位：海里)；v为拖航正常速度(单位：节)；c为根据航线海况情况选取的待机系数。(注：1海里约为1.852km)。

在此基础上，加上其余步骤工期即为整个湿拖作业所需工期，如调载至拖航设计吃水、连接拖带系统、拖带准备工作按3～5天考虑，出港、湿拖FPSO至外锚地、倾斜试验按2天考虑，现场换拖、回接准备工作按1～2天考虑。

对于干拖方案，FPSO浮装和浮卸作业以及半潜船航行至浮卸地点所需时间是拖航工期确定的关键，其余步骤工期与湿拖方案类似。FPSO浮装装船和卸船属于专项作业，工期相对固定，一般按3～5天考虑。半潜船航行至浮卸地点所需时间取决于选定的半潜船航速和航线距离，并根据航线和季节适当考虑一定的待机系数，其工期d的计算公式与式(1)相同，区别在于L为浮装地点至现场卸船地点航线距离(单位：海里)；v为半潜船航行正常速度(单位：节)。在此基础上，加上其余步骤工期即为整个干拖作业所需工期。

天气条件是安装施工计划能否正常进行的决定性因素[15]。无论是湿拖还是干拖，在选择拖航季节时都应尽可能避开台风多发季，如果拖航路线海域和季节有历史台风统计数据，还应在拖航工期中考虑适当的台风待机天数，同时在拖航路线上设置若干个避台点和应急避风港，确保不管船队在任何位置都能及时到达。

3 工程应用实例

巴西FPSO P67/P70项目P70 FPSO总重约8万t，是目前世界上最先进、最复杂、最大的FPSO之一，船体全长316m，最大吃水22.6m，作业水深2200m，最大产油量15万桶/天，储油量160万桶，含17个功能模块。海油工程公司作为集成总承包商，负责部分模块的建造、整船集成调试、拖航运输、海上连接调试及投产保运等工作。由于该FPSO的服役地点为巴西桑托斯盆地盐下油田，需要将FPSO整体拖航至巴西里约湾进行临时系泊，在里约湾完成专项交接工作后再湿拖至油田现场进行连接调试工作。整个航线途经太平洋、印度洋、大西洋，航行12 000海里，拖航运输难度和风险非常大。在前期拖航方案选择时，基于使用大马力拖轮进行湿拖和使用目前世界上最大的半潜船进行干拖分别制订了拖航运输计划，如图5所示。

图5 FPSO P70运输计划

由此可见，采用干拖运输方式较湿拖运输方式节省运输工期约55天，有效降低了长距离拖航过程中的安全风险，大大减少了湿拖带来的长时间海水冲击对FPSO船体的损害，保障了FPSO的建造质量和使用寿命，同时大幅缩短了项目实施周期，能够为油田尽早投产创造有利条件，提前为油田带来产量和收益。因此，综合考虑经济性和安全性，最终确定采用干拖方式运输。

该FPSO于2019年12月4日实现陆地建造完工，12月5日开始浮装装船作业，12月10日正式出航，于2020年1月23日抵达巴西瓜纳巴拉湾，1月30日完成浮卸作业并湿拖至临时锚泊位置，整个干拖仅用时57天，较计划缩短3天。

浮卸作业前，总包项目组通过精心组织，细化分解作业流程，与业主、当地分包商、引水单位、海军等密切合作，不断优化卸船技术方案，成功排除了卸船作业可能发生的安全风险，圆满完成了P70里约湾卸船工作，为提前投产奠定了坚实基础。

4 结语

大型FPSO拖航运输是FPSO工程建设过程中极其重要的环节，作业风险等级高、难度大，尤其是干拖运输方式中浮装和浮卸过程。在进行项目整体工期计划安排时，应综合考虑拖航季节、油田投产里程碑需求选择合适的拖航方式，将安全性放在首位，做好陆地建造与海上连接调试的合理衔接。对于短距离拖航来说，比如国内油田FPSO的拖航，两种拖航方式工期差异较小，需要重点针对船天投入和经济可行性选择最佳方案；而对于远洋运输，工期是进行方案选择时必须要考虑的因素。本文通过对FPSO湿拖和干拖两种运输方式的一般步骤进行研究，确定FPSO拖航运输工期评估方法，并通过实际工程项目应用实例验证该工期评估方法可行。