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在海上油氣田開發(fā)中,，海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置（FPSO）被系泊設(shè)施定位于某一海域，進(jìn)行長(zhǎng)期的油氣開采作業(yè),。FPSO的定位不同于常規(guī)運(yùn)輸船舶的拋錨定位,，它需要抵抗一定條件的環(huán)境力，海上定位時(shí)間長(zhǎng)達(dá)十幾至二十幾年,，而且需要與其他海上設(shè)施之間進(jìn)行井流,、電力和通訊等傳輸，保證一定海況條件下的連續(xù)安全生產(chǎn),。

系泊系統(tǒng)裝置從型式上可劃分為兩大系列,，即單點(diǎn)系泊系統(tǒng)和多點(diǎn)系泊系統(tǒng)。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)是針對(duì)浮體而言的,，即系泊連接點(diǎn)為一個(gè)點(diǎn),，適合長(zhǎng)寬比較大的浮體（如油輪、FPSO,、運(yùn)輸船舶等）,，突出特點(diǎn)是具有風(fēng)向標(biāo)的作用，可以使浮體圍繞系泊點(diǎn)作360度旋轉(zhuǎn),，使浮體總是處于受力最小的方向位置上,；它的另一特點(diǎn)是使用旋轉(zhuǎn)接頭，能進(jìn)行井流,、電能和通訊等傳輸,。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)因具有很多優(yōu)點(diǎn)而被石油工業(yè)界廣泛采用，但它的工程投資也非常高,，技術(shù)上被幾家單點(diǎn)公司所壟斷,。多點(diǎn)系泊系統(tǒng)不同于單點(diǎn)系泊系統(tǒng),，浮體上有多個(gè)系泊連接點(diǎn)，沒有風(fēng)向標(biāo)的功能,，也不需要旋轉(zhuǎn)接頭,，適合于浮體長(zhǎng)寬尺度接近且海上環(huán)境條件平緩的工程中。動(dòng)力定位也是浮體系泊的一種型式,，它完全或部分借助浮體上的推進(jìn)器和側(cè)推器,，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理和操縱，使浮體處在最小環(huán)境力方向上,，并將浮體定位于某一定點(diǎn)海域,。

世界上有多種多樣的系泊系統(tǒng)型式，中國(guó)海洋石油總公司自從采用FPSO進(jìn)行海上油氣開發(fā)以來(lái),，就伴隨著從國(guó)外引進(jìn)系泊系統(tǒng)裝置,。主要型式有：塔架軟剛臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置（亦稱為Tower Soft Yoke Sing1e Mooring system）如圖13-7所示，主要在渤海淺水海域使用,，適用小于40m水深,，具有抗冰與可解脫功能，目前已有4套該裝置在使用,；懸鏈?zhǔn)礁⊥矄吸c(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置（亦稱為CALM系泊系統(tǒng)）,，見圖13-8，在南海W12-1油田的原油外輸終端上使用了這套系泊系統(tǒng)裝置,；內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)裝置（稱為Internal Turret Mooring system）,，共7套該裝置在南海油田上使用，適用50～400m水深,，其中有5套裝置在舊油輪改造的FPSO方案中使用,，2套在新建FPSO中使用，如圖13-9所示,，該裝置有解脫式與不解脫式之分,，可以抵抗臺(tái)風(fēng)等惡劣的環(huán)境條件，圖13-10為內(nèi)轉(zhuǎn)塔的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),，世界上多數(shù)深水FPSO均采用這種系泊系統(tǒng)裝置,。

由于海上石油開發(fā)的需要，曾出現(xiàn)幾十種系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,，但真正被實(shí)際應(yīng)用的僅十幾種,。自世界上出現(xiàn)FPSO以來(lái)，各相關(guān)公司就致力于研究開發(fā)各種型式的系泊系統(tǒng)裝置,，目的就是針對(duì)不同海域,、不同使用周期、不同功能及降低工程投資等進(jìn)行廣泛研究,。目前,，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置的技術(shù)被幾個(gè)單點(diǎn)制造商所壟斷。最近幾年中國(guó)海洋石油總公司不斷從國(guó)際上引進(jìn)先進(jìn)的單點(diǎn)系泊系統(tǒng),，以適合抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng),、永久系泊、降低工程投資等要求,。

圖13-7 塔架軟剛臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置

圖13-8 懸鏈?zhǔn)礁⊥矄吸c(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置

圖13-9 內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置

從20世紀(jì)80年代起,，中國(guó)海洋石油總公司就致力于系泊系統(tǒng)開發(fā)研究，90年代中期,，先后在渤海3個(gè)延長(zhǎng)測(cè)試項(xiàng)目中,，使用了自主研究開發(fā)的兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置，見圖13-11所示,。在今后邊際油田開發(fā)中,，我們還將利用現(xiàn)有手段和技術(shù)水平，逐步地將部分系泊裝置實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,，以提高油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益,。

南海陸豐22-1油田FPSO是使用輔助動(dòng)力定位的，見圖13-12,。

圖13-10 內(nèi)轉(zhuǎn)塔的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

圖13-11 兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)裝置

1．單點(diǎn)導(dǎo)管架

單點(diǎn)導(dǎo)管架是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)受力的基礎(chǔ),，設(shè)計(jì)時(shí)，不但要考慮風(fēng),、浪,、流、冰和地震各種不利環(huán)境因素和可能形成的荷載組合對(duì)導(dǎo)管架的作用,，還應(yīng)同時(shí)考慮這些環(huán)境力作用在FPSO上產(chǎn)生的系泊力對(duì)導(dǎo)管架的作用,，應(yīng)進(jìn)行靜力、動(dòng)力,、地震和疲勞等各種工況的計(jì)算,，以確保單點(diǎn)在使用期內(nèi)的安全可靠。FPSO作用在單點(diǎn)上的力是一個(gè)復(fù)雜的過程,，除用理論公式計(jì)算分析外,，還可以通過模型試驗(yàn)求得作用在單點(diǎn)上的最大系泊力和力隨時(shí)間的變化過程，以滿足設(shè)計(jì)的需要,。BZ28-1單點(diǎn)導(dǎo)管架設(shè)計(jì)時(shí),，由極端環(huán)境條件引起的最大水平系泊力達(dá)到455t，同時(shí)引起的最大垂直系泊力為160t,。

單點(diǎn)導(dǎo)管架通過打入鋼樁固定到海底,。鋼樁的尺寸由設(shè)計(jì)確定，入泥深度可達(dá)70～80m,。在導(dǎo)管架的頂部設(shè)一支撐立柱,，俗稱將軍柱,，與導(dǎo)管架的腿柱牢固相連，作為系泊頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的支座和固定結(jié)構(gòu),，是傳遞系泊力荷載的主要部件,。其內(nèi)部作為布置油氣管線的通道。

圖13-12 “睦寧”號(hào)FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊與輔助動(dòng)力定位系統(tǒng)

2．系泊頭

系泊頭指將軍柱上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)向上,，隨FPSO可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的部分,。這一部分主要包括固定旋轉(zhuǎn)軸承的轉(zhuǎn)盤、油氣水旋轉(zhuǎn)密封通道和跨接軟管支撐結(jié)構(gòu),。轉(zhuǎn)盤是一個(gè)鑄鋼件,，在系泊頭轉(zhuǎn)盤的側(cè)面設(shè)置連接機(jī)構(gòu)，作為軟剛臂和系泊頭的連接支撐,，當(dāng)軟剛臂在海上與單點(diǎn)連接完之后,，來(lái)傳遞FPSO引起的系泊力。系泊頭的頂部為一個(gè)鋼支架,，作為跨接軟管的支撐結(jié)構(gòu),，通過立柱與轉(zhuǎn)盤連接在一起，使跨接軟管支架與轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng),。

3.A字形連接軟剛臂（YOKE)

A字形連接軟剛臂是FPSO與單點(diǎn)的主要連接部件,，一般由大直徑的圓管組成。其頂部通過萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)接頭與系泊頭轉(zhuǎn)盤相連,，底部?jī)蓚?cè)通過萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)吊掛在系泊腿上與FPSO上的系泊支架相連,。盡管其結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)，但通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和系泊腿一起組成一套柔性系泊系統(tǒng),，它可以不受限制地適應(yīng)FPSO各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),，因此又將這一部分稱為軟剛臂。軟剛臂在海上與單點(diǎn)系泊頭轉(zhuǎn)盤連接,，在FPSO尚未就位或解脫時(shí),，可下放到海面自由運(yùn)動(dòng)，承受海上的環(huán)境力,。在軟剛臂的底部設(shè)有壓載艙,，內(nèi)部注入適量的防凍液，用以改善和調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),。

4．系泊腿

系泊腿是FPSO和YOKE的連接部件,，共有2根，分設(shè)在FPSO系泊支架的兩側(cè),，系泊腿上端與FPSO上的系泊支架相連,，下端與軟剛臂相連，兩端均有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)FPSO的運(yùn)動(dòng),。一般情況下,，先將系泊腿與FPSO系泊支架在陸地上連接好，待FPSO拖到油田現(xiàn)場(chǎng)后,，將軟剛臂底端吊起與系泊腿下端連接起來(lái),，完成整個(gè)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置系泊系統(tǒng)的最后一道工序。如果FPSO需要解脫時(shí),，也通過這一部分機(jī)構(gòu)的逆向操作，將FPSO從單點(diǎn)解開,。這部分連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案,，在很大程度上決定了FPS0海上連接和解脫所需的時(shí)間。系泊腿和軟剛臂是整個(gè)系泊系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)幅度最大的部件,。

5．管線系統(tǒng)

為了將井口平臺(tái)生產(chǎn)的原油和天然氣輸送到浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置上,，或根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)流體或氣體反向輸送，則需要通過海底管線,、旋轉(zhuǎn)密封滑環(huán)和FPSO與單點(diǎn)之間的跨接軟管以及相應(yīng)的配套管線來(lái)完成,。跨接軟管和密封通道的尺寸和數(shù)量依據(jù)生產(chǎn)需要而定,。為實(shí)現(xiàn)海底管線的清管作業(yè),，在單點(diǎn)上需布置清管球發(fā)射和接收裝置。

由于單點(diǎn)系泊系統(tǒng)各部件受力的復(fù)雜性,，從FPSO系泊支架開始,，連同整個(gè)系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目前大都由國(guó)外專門的公司來(lái)承擔(dān),。各部分的旋轉(zhuǎn)部件也都由國(guó)外公司作為專利件供貨,。但其中的鋼結(jié)構(gòu)部分，如導(dǎo)管架,、系泊頭,、系泊支架和軟剛臂的施工建造，從一開始就是全部由中國(guó)海油承擔(dān)的,。