如何减小恶劣海况下FPSO船体晃动对工艺流程的冲击

李强

（秦皇岛32-6/渤中作业公司，天津 300450）

1 研究海上浮式生产储油轮（FPSO）船体晃动的意义

1.1 研究FPSO船体晃动对工艺流程冲击的目的和意义

由井口平台将原油采至地面，通过海管输送到海上浮式生产储油轮（FPSO）进行油气水分离处理和外输是海上最主要的油气生产方式之一。FPSO的构成较为复杂，它需要在不同水深中开展作业，需要适应水下30~2 000 m的各类工况，因此要保证系统控制的效果始终处于最佳状态，这也就需要保证将FPSO船体与单点系泊系统及油气生产模块构成紧密有效的连接，之后借助点泊系统明确自身位置，系统可以实现自由转向，使它受到损坏的可能性大幅度降低。

目前，海上的气候并非处于长期稳定的状态，因此FPSO也会在这一环境下面临诸多变化，所有船只都会因海浪的拍击而发生摇晃，并且此类摇晃是无法避免的，为实现其稳定运行，需要采取一系列保障措施使FPSO可以应对各类风浪的冲击，避免因风浪冲击而导致出现意外报警的情况。

1.2 国内外FPSO的发展现状

自20世纪80年代以来，某石油公司开始进行游轮改装，选择将一艘重量接近58 000 t的油轮改装为FPSO且取得了较好的改装效果，FPSO的应用使得石油行业得到了进一步的发展。FPSO的储油量极高，转移效果较好，并且因其为油轮改装而成，故投资较少，具有极强的应用优势。截至目前，FPSO已经在各海域稳定生产多年，可以抵御极端恶劣天气。近年来，英国生产的FPSO可在1 500 m深的海域中工作，并且可以抵抗18 m高的巨浪，FPSO的技术应用得到了空前的革新和发展。

我国目前拥有FPSO的公司仅有一家，即中国海洋石油公司；1986年，我国首次设计并投入使用的FPSO是“南海希望号”，其同样是由旧油轮改造而成。3年后，由我国自主研发建造的FPSO“渤海友谊号”投入使用，这充分体现了我国对FPSO发展的重视，这也是海洋石油行业发展的重点领域。

1.3 本文主要研究内容

本文针对常见海况下FPSO的运动特点展开分析，对在不同风力和浪高条件下工艺流程中分离器液位、油水界面及各级处理产品的变化进行分析，并研究FPSO船体晃动对原油处理工艺流程的冲击。针对冲击，研究如何在现有工艺流程下，通过采取一系列的措施降低由FPSO船体晃动对流程带来的不良影响。

2 常见海况及FPSO运动特点分析

2.1 风力等级表

表1所列风速是指离地10 m处的风速值。不同的风力将产生不同的海浪浪高，对小型FPSO的稳定性冲击也不一样。本文分析不同的风力产生的涌浪对FPSO上不同设备的影响，通过工艺流程中分离器液位、油水界面及各级处理产品的变化，研究降低风力对工艺流程的不良影响。

表1 风力等级表

2.2 单点系泊FPSO运动特点

综上所述，FPSO具有广阔的发展与应用前景。相对于陆地终端和海上处理平台CEP，FPSO的经济效益和应用效果都具有较大的优势。但从总体来看，其运动性能略逊一筹，以往使用的FPSO不能对自身的工作方向与工作性能进行精准的定位，并且在复杂环境下的联合使用效果也较差，导致FPSO在运动方面存在缺陷。若想进一步扩大单点FPSO的应用优势，使其使用效果进一步凸显，需要对其运动特点进行调整。因此，单点系泊的FPSO应用技术得以开发与应用，可以根据不同的海面变化情况，将自身的运动状态加以调整，其主要可分为3种方式进行运动：一是垂直面运动，垂直面运动分为垂荡运动与纵摇运动，在垂直面运动运动过程中，需要将平台张力的效果与平台设计的要求考虑于其中，以此提高原油工艺流程抵抗液位和油水界面波动等干扰能力，同时化解海浪带来的油水分离问题，FPSO未来的发展变化在此范围内也得到了限制，在各种环境下进行垂直运动都会受到来自浮动效应等因素的干扰。针对于单点系泊FPSO而言，当单点系泊FPSO遇到巨浪时，其甲板设备势必会受到海浪冲击力的影响，因此现场可通过降低设备液位、增加化学药剂注入量等方式，避免FPSO的设备出现处理能力下降而导致产品不合格等问题［1］。二是水平面运动，纵荡、横荡和艏摇等均属于水平面运动，单点波系FPSO采用了水平面内进行共振运动的方式降低其水平区间内的变化，从而降低其出现约束力的可能性。通过计算，当浪高在10 m以内，对于FPSO设备流程的冲击可得到控制，但海浪浪高于10 m以后，其运行的稳定性容易遭到破坏，导致FPSO失去处理终端作用，因此水平面运动并不利于单点系泊FPSO的使用。三是横摇运动，FPSO最初是由油轮改造而来，因此其主体形态与运动方式仍保留着船自身的特点。当风浪不断升高时，FPSO会出现大幅度的横摇，而此类横摇将会对FPSO的工作人员的工作与生活造成不良影响，因此大量的船只都能通过调整其压载舱液位降低其横摇的效果。

船体随风浪晃动会造成设备液位波动、油水界面不稳定、传感器数据失真，是影响FPSO工艺流程稳定性的主要因素，因此如何减小由于船体运动对流程造成的冲击，成为海上生产团队比较重视的一个问题。

3 FPSO船体晃动对原油流程的冲击

FPSO船体晃动会直接影响油、水工艺流程的稳定性，对生产工艺流程的顺利运转造成较大的冲击。现以明珠号FPSO为例，分别对不同浪高条件下，油、水处理工艺流程遭到的冲击进行分析。

3.1 某小型FPSO工艺流程简介

将井口平台的产出油水混合物，经混输海管汇集到“明珠号V-801”进行油、气、水分离，分离出的水会进入生产水舱T-741A/B，从而进行进一步的水处理，而原油脱出的气体将作为燃料气进入F-821A/B被利用。将E-701A/B改至V-801之前，单点来液在进入V-801之前分流一部分来液先进入E-701A/B，通过E-701A/B进行预加热后再进入V-801，主要目的是提高V-801入口介质温度从而提高V-801的处理效果。V-801内62 ℃左右的原油通过两台并联的热处理器换热器，被加热到82 ℃左右后进入V-702，原油进入V-702后进行进一步的脱水和脱气，分离出的水进入E-842冷却后入生产水舱T-741A/B进行进一步的水处理，原油中脱出的气体通过火炬分液罐后到火炬进行燃烧，经过进一步脱水后的原油由原油增压泵P-701D/E、P-801F增压后，进入两台并联的电脱水器预热器E-703-A/B进行进一步加热，达到电脱水器的处理温度。来自原油增压泵的82℃的原油经过该换热器的管程后被加热到110 ℃左右，然后进入电脱水器V-703A/B，原油在进入电脱水器之前会被加热至110 ℃左右，以此降低原油的黏度和提高油水之间的比重差，增强电脱水器脱水的效果。电脱水器脱出的水进入E-841A/B冷却后，通过进入生产水舱T-741A/B进行进一步的水处理，分离出的合格原油（含水率≤0.5%）进入两台并联的合格原油换热器E-701A/B，与单点来液进行换热。换热降温到95 ℃左右的合格原油再进入两台并联的合格原油冷却器E-704C/D，通过冷却海水进行冷却到90℃左右进入下舱原油换热器E-804，经过冷却达到合格下舱温度75 ℃左右进入货油舱［2］。工艺流程图如图1所示。

图1 工艺流程图

3.2 船体晃动对某小型FPSO工艺流程冲击的分析

入口分离器V-801运行状态不稳定，在恶劣的海况下，船体晃动加剧了井液在分离器中的运动，使得分离器很难达到静置沉降的效果。

当原油的乳状液在电场作用下发生水电反应时，会将水滴界面膜的强度降低，实现水滴间的碰撞，从而达到分离原油的目的。原油首先进入弱电场，由于其含水率高，碰撞概率大，分离效果好，大水滴脱除出来，降低了原油的导电率，为原油进入强电场提供了有利的电场条件［3］。当小水滴在中等强度的电场中受到电场力，成为大水滴沉降下来，最后进入最上面的强电场，更小的水滴则会受到更强的电场力，成为大水滴沉降下来。

由于电脱水器V-703A/B是满罐操作，因此船体晃动对于电脱水器的影响并不大。在一定时间范围内，当电脱水器V-703A/B压力和油水界面维持相对稳定时，在不同风级时测量得出口原油含水率及乳化情况。随着风力的升高，原油含水率和乳化数据均呈现上升趋势。

4 减小FPSO船体晃动对工艺流程带来的冲击措施

在确定船体晃动对流程造成的具体冲击后，根据某小型FPSO的实际情况，提出以下方案，确保工艺流程稳定。

（1）在入口分离器V-801和热处理器V-702中保留相对稳定的液位。V-801 中液位高度在2 100 mm左右为宜，这样既能避免由船体晃动、液位不稳定造成的误报警，又能保持较高的油水分离界面。V-702液位高度也尽量保持在2 100 mm，最好不超过2 300 mm。通过LCV8990控制好V-801液位高度，在保证入口分离器液位符合要求的前提下，V-702中液位可以适当浮动。

（2）在大风来临之前（通过表1可知，浪高超过3 m时，船体晃动对流程的影响程度随之升高），可以通过适当提高化学药剂的注入量来降低影响，提高化学药剂的注入量，可以有效提高分离效果，维持流程的稳定性［4］。

（3）加强各级分离器下舱水水质监测。船体晃动对流程造成一定的影响后，原油含水率上升，乳化升高，必然造成下舱水含油率升高，增大了水工艺流程的压力。当发现下舱水水质不符合要求时，可以通过关闭水相出口阀门，从而提高油水界面，保证下舱水水质。若罐内液位上升，而下舱水不满足下舱条件时，可以打开水相闭排，将其放入slop舱进行沉降处理。

（4）加强现场巡检，保证流程运转良好。应确保对火炬分液罐中液位的连续监测，适当时可手动启泵多抽水。

（5）提前与外输部门进行沟通，在大风来临之前，通过转水、倒舱等措施将slop舱的液位尽量降低，保障在大风期间维护流程的稳定性，以及满足随时能向slop舱中放入生产水的需求。

5 结束语

通过分析船体晃动对流程带来的冲击，提前进行干预，调整各级设备液位，调整化学药剂注入量，加强对各级设备参数的监测，预留部分舱容回收未处理合格的原油，有效地维护FPSO流程的稳定性。海上气候复杂多变，为了更好地确保FPSO流程的稳定性，未来还需增大FPSO吨位，尽量减小风浪带来的冲击，同时增强传感器的抗干扰能力，从而确保油、水工艺流程的稳定性、高效性、安全性。