陳 峰

(中海石油(中國)有限公司 番禺作業(yè)公司， 廣東 深圳 518067)

FPSO單點系泊系統(tǒng)完整性管理及失效模式研究

陳 峰

(中海石油(中國)有限公司 番禺作業(yè)公司， 廣東 深圳 518067)

近年來，隨著臺風(fēng)的日益侵襲，南海海域作業(yè)的FPSO系泊系統(tǒng)不同程度都出現(xiàn)了功能缺失和損壞的情況，雖然目前還沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的損毀失效事件，但整個中海油系統(tǒng)都高度重視FPSO單點系泊系統(tǒng)完整性管理及失效模式。本文闡述了系泊系統(tǒng)安全管理的意義，深入對比了國內(nèi)國外的管理方式和技術(shù)手段，并研究了內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)失效模式，希望能夠給中海油系泊系統(tǒng)安全管理提供參考依據(jù)。

單點系泊；完整性管理；失效模式

全球65%的FPSO定位系泊系統(tǒng)都是轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)[1]，它們遍布在如南中國海、墨西哥灣、北海和挪威大陸架等全球風(fēng)浪條件最惡劣的海域。目前，在南中國海域作業(yè)的FPSO均采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)，其典型的布置設(shè)施如圖1所示。近年來，隨著臺風(fēng)的日益侵襲，南海海域作業(yè)的FPSO系泊系統(tǒng)不同程度都出現(xiàn)了功能缺失和損壞的情況，雖然目前還沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的損毀失效事件，但整個中海油系統(tǒng)都高度重視FPSO單點系泊系統(tǒng)完整性管理及失效模式研究。

圖1 南中國海典型系泊系統(tǒng)示意圖

1 系泊系統(tǒng)安全管理的意義

傳統(tǒng)的油田作業(yè)者在安排生產(chǎn)維修保養(yǎng)時，通常都會習(xí)慣性地忽略處于水下的系泊系統(tǒng)，認(rèn)為系泊系統(tǒng)是永不失效的裝置，但事實并非如此。系泊系統(tǒng)由于安裝損傷、運(yùn)行疲勞和設(shè)計冗余度不足等原因，通常會存在著先天的缺陷，應(yīng)引起高度的重視。做好系泊系統(tǒng)安全管理工作有以下3點意義。

1)構(gòu)成油田安全生產(chǎn)最基本的保障。由于FPSO擔(dān)負(fù)著一個作業(yè)區(qū)塊內(nèi)供電、原油儲存和原油處理等重要職能，處于中心位置，所以加強(qiáng)FPSO的系泊安全，是整個作業(yè)區(qū)塊的最基本要求[2]。

2)環(huán)境保護(hù)和國際聲譽(yù)的需要。系泊系統(tǒng)利用質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，使FPSO的位移保持在能夠承受的范圍內(nèi)，如果在流、浪、風(fēng)的作用下，使FPSO的位移超出范圍，那么電纜和生產(chǎn)管線就會由于拉力過大而出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，F(xiàn)PSO船體也有可能會由于不平衡力的作用而出現(xiàn)傾覆；所以，系泊系統(tǒng)在維護(hù)作業(yè)者良好的國際聲譽(yù)、避免出現(xiàn)海上溢油等重大事故方面，發(fā)揮著極為重要的作用。

3)國際保險市場重要的參保依據(jù)。單點系泊系統(tǒng)、上部設(shè)施工藝模塊和FPSO船體在油田設(shè)施投資上各占1/3，但單從投資比和規(guī)模來看，系泊系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是資金投入?yún)s較大，由此可見系泊系統(tǒng)的重要性和高技術(shù)難度。在國際保險市場上也是如此，通常認(rèn)為整個油田設(shè)施保險的主要環(huán)節(jié)之一就是單點系泊系統(tǒng)的安全，所以往往會提出更加嚴(yán)格、詳細(xì)的監(jiān)測和維護(hù)要求。加強(qiáng)系泊系統(tǒng)安全管理，既能夠降低維護(hù)成本，又可在國際保險談判中占到更有利的位置。

2 國內(nèi)國外管理方式和技術(shù)手段對比

2.1 管理方式對比

2.1.1 國內(nèi)現(xiàn)有管理方式

目前，南海FPSO單點系泊系統(tǒng)的管理基本都采用水下檢驗，檢驗標(biāo)準(zhǔn)以船級社入級管理程序為準(zhǔn)。通常會由機(jī)械維護(hù)人員來檢測、維護(hù)FPSO單點系泊系統(tǒng)的水上部位，而水下部位則由于費用高、維修難度大等原因，每2.5年水下檢驗1次。

2.1.2 國外管理方式

國外作業(yè)者(以北海內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點系統(tǒng)為例)除了采用船級社檢驗入級管理程序檢驗正常生產(chǎn)狀態(tài)外，還實現(xiàn)了全生命周期內(nèi)管理。目前，國外作業(yè)者為了進(jìn)一步增加系泊系統(tǒng)安全性，已經(jīng)將單點系泊系統(tǒng)的設(shè)計海況重現(xiàn)期調(diào)整到萬年一遇海況，而不再是過去百年一遇海況。作業(yè)者在安全評估FPSO單點系泊系統(tǒng)時有3條路線：1)用于日常監(jiān)控的在線監(jiān)測系統(tǒng)；2)用于定期檢測的船級社入級管理；3)用于申報國際保險的獨立第三方評估，以便能夠?qū)ο挡聪到y(tǒng)安全進(jìn)行最大限度地保證。

2.2 技術(shù)手段對比

2.2.1 國內(nèi)技術(shù)手段

1)常規(guī)潛水。主要是用于檢測單點浮筒、單點艙的船底板等水面以下較淺位置，操作時間較短。

2)飽和潛水?；趪H慣例來看，當(dāng)潛水作業(yè)時間>1 h，潛水深度>120 m時，推薦采用飽和潛水。飽和潛水多用于檢查水下的鋼纜。

3)ROV檢測。主要是用于檢測配重塊、海底錨鏈和系泊鋼纜等水下較深部位。

2.2.2 國外技術(shù)手段

1)單點系泊在線檢測系統(tǒng)。多用于實時監(jiān)控系泊線的張力，檢測儀器采用傾角儀或應(yīng)變檢測儀器，利用設(shè)定報警值的方法將檢測信息反饋給陸地控制部門或FPSO。

2)系泊線三維成像技術(shù)。有多個水下攝像頭，能夠?qū)﹀^鏈環(huán)和鋼纜的局部腐蝕進(jìn)行精確檢測，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后即可評估剩余系泊力。

3)系泊線疲勞壽命評估。這是系泊線三維成像技術(shù)的延伸，系泊線的疲勞壽命可以通過三維圖像進(jìn)行分析[3]。

3 內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)失效模式研究

失效模式研究是系泊系統(tǒng)完整性管理中較為重要的一個環(huán)節(jié)，通過系統(tǒng)化地預(yù)判和梳理系泊系統(tǒng)所可能出現(xiàn)的問題，能夠提高管理監(jiān)控的精度和范圍。本文結(jié)合中國南海FPSO實際情況及國外的文獻(xiàn)資料，系統(tǒng)性地概括了典型的失效模式。

3.1 系泊分析數(shù)據(jù)輸入不足

系泊分析貫穿于整個系泊系統(tǒng)生命周期，也是系泊系統(tǒng)設(shè)計的第一步，雖然其應(yīng)用日益成熟，但是仍然存在著輸入數(shù)據(jù)缺失和不準(zhǔn)確的問題，具體見表1。

表1 系泊分析數(shù)據(jù)不足具體形式

3.2 設(shè)計分析方法不當(dāng)

設(shè)計分析方法不當(dāng)具體形式見表2。

表2 設(shè)計分析方法不當(dāng)具體形式

3.3 強(qiáng)度不足引起失效

由于不能及時修補(bǔ)、監(jiān)控處于海水中的各系泊組件，很容易出現(xiàn)強(qiáng)度不足引起失效問題。

3.4 磨損問題

系泊系統(tǒng)組件與海底、組件之間以及各組件內(nèi)部都在一定程度上存在著磨損問題，應(yīng)及時更換，定期檢測。常出現(xiàn)的磨損有：錨鏈磨損，主要原因包括錨鏈松弛、異物進(jìn)入鏈環(huán)、錨鏈彎曲、拉力突然變化和錨鏈扭曲等；卸扣或其他螺栓聯(lián)接磨損，主要原因包括螺栓清理不足，卸扣的形狀、大小和型號選擇不當(dāng)?shù)?；?dǎo)輪、套筒磨損主要原因包括繩索偏角過高、凹槽太小造成磨損和凹槽太大造成滑脫等；內(nèi)部損傷，主要原因包括由于細(xì)小沙粒磨損而造成纖維退化等；其他磨損，包括鄰近系泊線、彎曲墊、海床、喇叭口、導(dǎo)纜器、立管和纜繩筒等。

3.5 疲勞問題

由于系泊線長時間都處于周期性運(yùn)動的狀態(tài)，很容易出現(xiàn)系泊線斷裂失效的現(xiàn)象，見表3。

表3 疲勞問題

3.6 腐蝕問題

系泊系統(tǒng)尤其是錨鏈、系泊纜部分長期浸泡于海水中，不可避免地會發(fā)生腐蝕。腐蝕是自然規(guī)律，不可能做到百分之百防腐，但對宜腐蝕部位加強(qiáng)監(jiān)控，可以有效降低此類風(fēng)險。

3.7 其他

還有可能會由于安裝、制造、運(yùn)動和觸碰等原因而造成系泊系統(tǒng)失效。

4 結(jié)語

隨著全球海況不斷惡化，包括中國在內(nèi)的世界各國都不同程度地遇到了海洋工程系泊安全問題。我國應(yīng)充分吸收國外先進(jìn)的技術(shù)手段和管理理念，將其應(yīng)用于南海FPSO單點系泊系統(tǒng)的完整性管理中，以使事故發(fā)生率最小化。我國南海地區(qū)蘊(yùn)藏著極為豐富的油氣資源，系泊系統(tǒng)的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，極有必要以現(xiàn)有的系泊系統(tǒng)為基礎(chǔ)，逐步提高技術(shù)手段和管理理念，以便能夠為未來海況更復(fù)雜、水深更深的系泊系統(tǒng)應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗。

[1] 曾驥,陳剛,唐文勇.30萬噸FPSO單點系泊系統(tǒng)整體吊裝技術(shù)研究[J]. 船舶工程，2009，21(6):134-136.

[2] 古才榮.茂名單點系泊系統(tǒng)接卸超巨型油輪的安全論證[J]. 安全、健康和環(huán)境，2006,22(6):104-106.

[3] 夏運(yùn)強(qiáng),唐筱寧,蔣凱輝,等.防風(fēng)單點系泊系統(tǒng)系泊力理論計算公式研究[J]. 水運(yùn)工程， 2010，31(4):14-20.

責(zé)任編輯李思文

FPSOSinglePointMooringSystemIntegrityManagementandFailureMode

CHEN Feng

(Panyu Operating Company, CNOOC (China) Co., Ltd., Shenzhen 518067, China)

In recent years, with the increasing typhoons, the south China sea FPSO mooring systems have more or less missing and damaged emerged job function, although there is no serious damaged failure events, but the whole system attaches great importance to CNOOC FPSO single point mooring system integrity management and failure mode. The paper firstly described the significance of the mooring system security management, and secondly, did in-depth comparison of domestic and international management methods and techniques, and studied within the turret mooring system in failure modes. The paper hopes to provide a reference to the CNOOC mooring system security management.

single-point mooring, integrity management, failure mode

U 661

：A

陳峰(1984-)，男，設(shè)施工程師，主要從事海洋石油油田設(shè)施工程及設(shè)備管理等方面的研究。

2014-10-21