一, 浮式生产储卸油装置浮式生产储卸油装置 (Floating Production,storage and offloading, 简称 FPSO) 是由锚系到海底的大型油轮型驳船构成 FPSO 通常与井口平台或海底采油系统组成一个完整的采油原油处理储油和卸油系统其作业原理是通过海底输油管

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紧屐刘
4 years ago
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1 一, 浮式生产储卸油装置浮式生产储卸油装置 (Floating Production,storage and offloading, 简称 FPSO) 是由锚系到海底的大型油轮型驳船构成 FPSO 通常与井口平台或海底采油系统组成一个完整的采油原油处理储油和卸油系统其作业原理是通过海底输油管线接受从其他海上设施的海底油井中收集采出的原油, 并在船上应用油气处理设备进行处理注水或注气, 然后储存原油在货油舱内, 最后通过尾卸载系统输往穿梭油船浮式生产储油卸油装置 FPSO 作为一种浮式生产系统, 它集生产储油及外输油为一体, 具有装置投资省建造周期短迁移方便可重复使用等优点, 尤其适用于海上油气储量有限地层构造复杂或边远地区中小型边际油气田的开发 ;FPSO 适应水深条件范围非常广泛, 又具有风标效应, FPSO 的应用可以说是遍布世界各大海域, 尤其是在巴西, 北海及西非海域得到了广泛的应用由于非技术原因, 目前 FPSO 在墨西哥湾还没有应用但美国的国家矿产资源管理署 (MMS) 已经批准了 FPSO 在美国海上油气开发中的应用, 尤其是今年在远离正在开发油田区域的超深水海域 (Walker Ridge) 中新开发的区域中, 如 STMARLO,CASCADE 等, 都在考虑用 FPSO 作为浮式结构平台 FPSO 之所以得到广泛的应用其经济性是一主要因素, 而且大部分的 FPSO 都是从现有大型油轮改装而成, 用于相对良好的海域环境, 如东南亚, 西非及巴西海域 FPSO 可以作为与海底湿式采油树或于干式采油树或远程油井控制装置相连的独立的生产系统在后一种情况下,FPSO 将通过海底或悬浮管线与其它浮式井口平台相连 FPSO 通常具备大型的储油能力及较高的稳定性的优越性, 但其运动在波能谱周期区段 (3s 一 25s) 及较慢变化的周期区段 (>50s) 都不可避免地很大, 这主要是由于其大水线面所决定的因此, FPSO 的运动特性对其系泊系统及立管系统的设计提出了更高的挑战也正因为如此才会有不同的系泊系统及立曾系统诞生经过多年发展应用,FPSO 被证实是一种通用生产系统目前运行的 FPSQ 涵盖了大范围的环境条件船体尺寸生产速度工作水深和立管数量川 FPSO 主要包括系泊系统船体部分油生产设备尾卸载系统等几个部分系泊系统 : 这种系统可以有一个或多个锚点, 一根或多根立管, 一只浮式或固定式浮筒, 一座转塔或扼架, 主要用于将 FPSO 系泊于作业油田船体部分 : 这部分既可以按特定要求新建, 也可以用油船或驳船改装生产设备 : 主要是采油设备和储油设备, 以及油气水分离设备等尾卸载系统 : 包括卷缆绞车软管绞车等, 用于连接和固定穿梭油船, 并将 FPSO 储存的原油卸入穿梭油船 FPSO 系泊方式有单点系泊多点系泊动力定位系泊单点系泊系统主要有浮筒式系泊系统转塔式系泊系统及塔架式系泊系统浮筒式单点系泊系统是将浮筒锚泊在海上, 作为系泊点与具有风标效应的 FPSO 相连转塔式单点系泊系统是一种可以集系泊油气和电力输送为一体的系泊系统, 包括外转塔及内转塔两种系泊方式塔架式单点系泊系统是将固定塔结构固定在海床上, 为 FPSO 提供一个锚点多点系泊与单点系泊的区别在于, 该系统系泊和传输系泊功能不是一个整体, 而是各自独立二,FPSO 船体系统依据项目不同的具体情况,FPSO 的船体系统来源于两种 : 全新建造现有大型油轮改装

2 在选择船体来源, 主要考虑如下参数 : 油田的设计寿命项目的时间要求市场现有可供改装的且设计要求油轮的可用性油田经济性评估船厂的建造政装能力通常, 一条完整的 FPSO 主要由壳体, 甲板, 上层建筑设施, 处理系统, 系泊及立管系统构成其壳体及甲板通常可以采用传统的造船工业技术来完成, 而系泊及立管系统往往是 FPSO 中的关键技术三,FPSO 系泊系统 FPSO 的关键设计问题之一就是如何选择经济有效的系泊系统来满足特定的操作要求, 尤其是对深水及超深水 FPSO 的在位系统的费用 ( 包括安装 ) 随水深的增加而急剧上涨, 此外, 水下的拥挤, 交差的地质条件, 较短的油田寿命都使得传统的系泊系统不再是优化解目前世界各地的即 50 根据当地的海况条件, 主要采用如下的系泊系统 : 伸展系泊系统 (Spread mooring) 转塔系泊系统 (Turret mooring) 动力定位系统 (Dynamic positioning) 在锚链结构和材料的选择中, 需要考虑下列事项 : 锚链结构 - 悬链线或拉紧结构材料选择 - 钢制系泊系统或合成材料系泊系统在悬链线系统中, 在常规操作条件下锚链的一部分位于海底目的是提供额外的顺从性以适应船体随波运动浅海应用中, 悬链线方案是最常见的结构在拉紧锚链系统中, 锚链完全悬挂在锚和导缆器之间如果可行的话推荐使用拉紧锚链系统, 原因如下 : 较大的水平强度 / 更小的偏移量去除锚链位于海底的部分从而缩短了锚链长度较小的锚基占地面积在良好海况下, 如西非, 或者具有高度定向性的环境下, 如巴西海洋的特定区域,FPS0 可以伸展系泊在世界上大多数 FPSO 应用中, 如墨西哥湾, 南中国海等, 必须采用转塔系泊, 在这种情况下,FPSO 可以根据风向调节它的对地静止的转塔以使环境载荷最小

3 3.1 伸展系泊系统传统的系泊系统是等间距伸展开的, 如图 1 示但由于 FPSO 要悬挂很多立管, 其潜在的和系泊线之间的碰撞是一大担心, 于是以组划分的系泊就提了出来, 并被广泛地用于 FPSO 中, 如图 2 示图 1, 等间距伸展系泊系统图 2, 以组划分的伸展系泊系统

4 3.2 转塔系泊系统该系统主要分为内外转塔两种形式, 如图 3,4 所示图 3, 内转塔系泊系统

5 图 4, 外转塔系泊系统 (APL 许可 ) 除锚链外, 转塔也是系泊系统中的关键技术之一目前, 这项专利技术主要由 APL 及 SBM 所控制图 5 展示了 APL 潜式转塔生产系统 (STP), 该系统曾用于中国南海的流华油田的开发图 5, 潜式转塔生产系统 (APL 许可 )

同时, 也使得某些立管概念不再适用于 FPSO 另一方面, 深水立管上部较大的张力对 FPSO 终结系统也提出了更高的要求在选择 FPSO 的立管时, 要考虑水深, 立管口径,

6 四,FPSO 立管系统作为深水开发的关键技术之一, 海洋立管的选型, 设计, 制造及安装很具有挑战性和其他浮式机构相比 FPSO 的运动性能较差, 尤其是垂荡和纵摇, 这是由其水线面面积所决定, 它们与波浪激励周期的重叠导致了相对较大的垂向运动, 这对立管的强度及疲劳设计都更具有挑战性. 同时, 也使得某些立管概念不再适用于 FPSO 另一方面, 深水立管上部较大的张力对 FPSO 终结系统也提出了更高的要求在选择 FPSO 的立管时, 要考虑水深, 立管口径, 立管数量, 转塔类型及位置, 海况数据等因素表 1 选择了部分世界各地的 FPSO 所采用的立管概念此外, 还有很多的立管概念在研发当中表 1, 部分深水 FPSO 已采用的立管概念图 6 至图 9 给出了 FPSO 在实际中已经采用的四种立管概念

7 图 6,TOTAL 西非 Girassol- 塔式立管图 7,Shell 西非 Bonga 一钢悬链立管图 8,Exxon 西非 Kizomba 一单腿偏移立管

8 图 9,Petrobras 巴西 Barracuda 一柔性立管 FPSO 的运动性能对海洋立管系统的影响很大, 尽管可以有不同的立管可以选择, 影响立管工程设计的因素却很多总的来说, 如下因素的合理综合考虑应该是 FPSO 立管选型及工程设计的关键技术 : FPSO 的服务海域水深及海况 FPSO 的系泊系统 FPSO 的运动响应井口数量立管口径热保温要求. 服务功能要求油田的水下布置制造及安装的条件项目的时间安排技术的可行性及风险性海上石油工业的现状工期及经济性作业者的喜好及业绩从技术可行性来讲, 所选择的 FPSO 立管应该具备较好的顺应性 (compliant), 尽量减少船体的运动影响的传递, 这样可以改善立管的动力响应, 尤其是立管的强度及疲劳因此, 从这一角度而言, 塔式立管, 柔性立管, 以及耐波型的钢悬链立管应该是很好的选择当然, 从经济性角度来讲, 自由悬挂的钢悬链立管是最优的选择因此, 只要其技术上可行, 立管的顶部终结系统能够承受其张力, 钢悬链立管将是首选的立管概念这也是近年来, 自由悬挂的钢悬链立管比较流行的重要原因但对中国南海而言. 由于台风的影响, 塔式立管及柔性立管将更加适合于中国的 FPSO 五,FPSO 在中国海域开发中的地位探讨 FPSO 在中国的海洋油气的开发生产过程中, 其作用应该是很独特的这主要是因为 : FPSO 很早就用于海上油气开发, 尤其是在渤海及南海中国积累了较为丰富的 FPSO 海上运营及管理经验中国具备了 FPSO 的总体设计及建造的能力中国的海上油气田缺少管网和某些浮式结构相比,FPSO 总体概念不存在专利权问题 FPSO 具备投资少, 见效快的优点中国是造船大国, 而 FPSO 有采用及延续了许多的造船技术及经验 FPSO 已发展成中海油系统的支柱产业并拥有了专营管理公司 FPSO 用于中国浅海及中深海域油气开发技术及产品以趋成熟 FPSO 在中国深海油气开发中, 其核心技术是系泊定位系统, 立管系统记卸载系统实际上, 中海油将 FPSO 用于开发近海油田始于 80 年代后期 1986 年, 中海油首次将旧油船改造成 FPSO, 命名为南海希望号用于我国北部湾围洲 10-3 油田的开发这是我

9 国海上油气开发应用 FPSO 的开始在我国南海, 紧接着南海发现号南海盛开号南海开拓号南海胜利号睦宁号南海奋进号和海洋石油 111 陆续交付使用渤海友谊号是我国自己建造的第一艘 FPSO, 于 1989 年投产, 用于开发渤海湾 BZ28-1 油田紧随着渤海长青号渤海明珠号渤海世纪号海洋石油 112 和海洋石油 113 相继在渤海湾投人使用中海油 FPSO 的建造基本情况如下 : 1986 年南海希望号 FPSO 投产用于开发北部湾围洲 10-3 油田 (2000 年已退役 ); 1989 年 5 月 25 日渤海友谊号 FPSO 投产用于开发渤海 BZ28-1 油田 ( 在役 ); 1990 年 6 月 10 日渤海长青号 FPSO 投产用于开发渤海 BZ34 油田 ( 在役 ); 1990 年南海发现号 FPSO 投产用于中海油与 ACT 集团合作开发的惠州 21-1 油田 ( 在役 ); 1993 年渤海明珠号 FPSO 投产用于渤海绥中 36-1 油田,2002 年 12 月经改造后用于 PL19-3 油田 ( 在役 ); 2001 年 7 月 28 日渤海世纪号 FPSO 投产用于秦皇岛 32-6 油田 ( 在役 ); 2003 年 8 月海洋石油 111FPSO 投产用于南海番禺油田 ( 在役 ); 2004 年 7 月海洋石油 112FPSO 投产用于渤海湾 CFDll 油田 ( 在役 ); 2004 年 8 月海洋石油 113FPSO 投产用于渤海湾 BZ25-1 油田 ( 在役 ); 到目前为止, 在中国海域内服役的 FPSO 已经有 13 艘, 其中有 7 艘 FPSO 的资产属于海油总,20054 年还有 3 艘 FPSO 正在筹建中, 预计 2007 年底 2008 年初 2008 年底这 3 艘 FPSO 将陆续投产它们分别用于南海西江油田和文昌油田, 以及渤海蓬莱 19-3 油田的 n 期开采中海油 FPSO 舰队规模已初步形成,FPSO 在中国海域开发海上油气田的地位已不可替代很显然,FPSO 在开发渤海及南海已探明的中小及边际油田方面将发挥十分积极有效的作用 ; 在中国深水海域特别是争议海域的开发中,FPSO 以其特有的优势也将更有用武之地就世界范围而言, 在 FPSO 关键技术的掌握方面我们还比较欠缺, 但 FPSO 在中国海域开发中的应用前景是广泛的,FPSO 产业也如旭日东升

大型LNG储罐拱顶气升关键技术研究

大型LNG储罐拱顶气升关键技术研究自由站立式混合立管原理样机及其缩比设计孙金丽, 王伟, 王波, 吴志星 ( 海洋石油工程股份有限公司, 天津 300452) 摘要 : 针对我国深水油气田发展的现状, 研究西非深水油气田开发状况和工程模式, 提出采用浮式生产储油卸油船 FPSO+ 自由站立式立管 FSHR+ 水下生产系统 SPS+ 穿梭油轮 Shuttle 的组合模式来开发南海自由站立式混合立管以其降低 FPSO 和刚性立管的运动耦合度的优势在西非深水油气开发中得到广泛应用,