FPSO应用现状及发展趋势浅析

杜庆贵, 沈晓婵, 檀国荣, 刘 聪, 付东明

[1. 中海油研究总院，北京 100028； 2. 中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200335；3. COTEC，得克萨斯 休斯敦 77079，美国]

FPSO应用现状及发展趋势浅析

杜庆贵1, 沈晓婵2, 檀国荣1, 刘 聪1, 付东明3

[1. 中海油研究总院，北京 100028； 2. 中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200335；3. COTEC，得克萨斯 休斯敦 77079，美国]

浮式生产储油外输装置(FPSO)由于其经济性和适应性好，被广泛应用于世界各油气富集海域。我国目前有13座FPSO在役。研究总结了FPSO发展历程和应用现状，剖析了不同型式FPSO的结构组成，梳理了常用的开发模式和工程方案，分析了发展趋势。研究可为我国FPSO的设计应用提供参考。

浮式生产储油外输装置；发展历程；开发模式；工程方案

0 引 言

浮式生产储油外输装置(FPSO)是一型广泛应用于海上油气田开发的浮式生产装置(占在役浮式生产装备总量的60%以上)。FPSO可以对海上开采的石油进行处理、储存、外输，并可以进行动力发电、供热，提供人员居住处所等。由于其技术成熟、经济性好、适用性好，已广泛应用于北海、南中国海、墨西哥湾、巴西海域、澳大利亚西北海域等海上油气富集的海域。

世界范围内共有168艘FPSO在役，其中我国有13艘。我国在FPSO领域已经积累了丰富的设计、建造、安装和运维经验，随着我国深海油气资源开发步伐的加快和国外扩张的提速，FPSO将会得到越来越多的应用。

本文重点讨论了FPSO的发展历程、应用现状、船型结构、工程模式、工程方案、运作模式及发展趋势[1—2]。

1 发展历程

20世纪70年代，国外一些海上油田采用浮式储油装置(FS)和浮式储油外输装置(FSO)用于海上油气开采。FS和FSO的成功应用为FPSO的诞生积累了技术和经验。1977年，世界第一艘FPSO在地中海Castellon油田投入生产运营，该FPSO由Shell经旧油轮改造而成，载重量为5.9万吨；1986年，我国海域第一艘FPSO“南海希望号”在涠洲10-3投产，该FPSO由旧油轮改造而成，载重量为17万吨，作业者为道达尔，于1998年退役；1989年，我国自主设计的第一艘FPSO“渤海友谊”在渤中28-1投产，载重量为5.2万吨，实现了我国建造FPSO零的突破；2009年，我国自主设计建造的最大吨位的FPSO “HYSY117”(见图1)在蓬莱19-3投产，载重量为30万吨。

从诞生到现在，FPSO作为一种成功的海上油气田生产装备已经历时40年。在我国，FPSO已历时30余年，为我国海上油气生产提供了重要保障。

2 应用现状

FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储/卸油能力大、可转移(重复使用)等优点，被广泛应用于世界各油气富集海域。根据最新统计，世界各地现役FPSO有168艘(其中118艘为旧油轮改造而成，59艘为新建FPSO)[3]。具体分布情况如图2所示。

中国海域共有13艘FPSO在役，另有5艘已经退役(具体见表1)。在役的FPSO中渤海海域5艘，南海8艘[4]。

中国海域曾经服役及现役的18艘FPSO中，6艘由旧油轮改造而成(其中,南海睦宁号是从外方租用的FPSO)，12艘为新建FPSO。现役的13艘FPSO中，3艘由旧油轮改造而成，10艘为新建FPSO。现役FPSO新建比例为77%，远高于国际水平(35%)。

3 船型及结构

FPSO按照船体形状不同分为船型[见图3(a)]和圆筒形[见图3(b)]两种，其关键指标的对比如表2所示。船型FPSO应用早，目前在役164艘。圆筒形FPSO为今年开发的新型式，最早服役于2007年，目前在役4艘。

表2 船型和圆筒形FPSO对比Table 2 Contrast between ship-shaped FPSOand cylindrical FPSO

FPSO按系泊系统种类不同分为多点系泊FPSO和单点系泊FPSO。单点系泊FPSO又包括内转塔系泊FPSO、外转塔系泊FPSO、软钢臂单点系泊FPSO等。多点系泊多用于环境条件比较好的海域(如西非海域)，而单点系泊用于其他海域。

FPSO通常分为三大部分： 上部生产设施、船体部分和锚泊系统，如图4所示。

4 工程模式

选用FPSO的油气田开发工程模式主要有三种[5]。

(1) A模式： FPSO+导管架平台(见图4)。应用于浅海油气田开发，此类油气田产出原油经FPSO处理后由穿梭油轮外输，所产气可作为燃料或回注地下或经由外输管线上岸。FPSO主要用作油气生产处理及生活支持。我国渤海海域及南海浅海海域多采用此类开发工程模式。此类工程模式适应于海底管网不发达的浅海油气田开发。

(2) B模式： FPSO+浮式平台(见图5)。

(a) 船型FPSO

(b) 圆筒型FPSO图3 两型典型FPSO组成Fig.3 Main components of two typical FPSOs

图4 “FPSO+导管架平台”模式Fig.4 Development mode A： FPSO+jacket platform

图5 “FPSO+浮式平台”模式Fig.5 Development mode B： FPSO+floating platform

应用于深海及超深海油气田开发，此类油气田产出原油经FPSO处理后由穿梭油轮外输，所产气可作为燃料或回注地下或经由外输管线上岸。此类油气田产量一般比较大，浮式平台多用于油气分离、气的处理外输及油的初步处理；FPSO主要用作原油的二级或三级处理(至合格原油外输)及生活支持。此类工程模式适应于海底管网不发达的深海及超深海油气田开发或用于区域联合开发，如巴西海域、西非海域。

(3) C模式： FPSO+水下生产系统(见图6)。应用于深海及超深海油气田开发，此类油气田产出原油经FPSO处理后由穿梭油轮外输，所产气可作为燃料或回注地下或经由外输管线上岸。FPSO主要用作油气生产处理、水下生产系统控制及生活支持。此类工程模式适应于海底管网不发达的深海、超深海油气田及深远海油气田开发，如南海深海海域、西非海域、澳大利亚西北海域。

图6 “FPSO+水下生产系统”模式Fig.6 Development mode C： FPSO+subsea production system

5 工程方案

FPSO工程方案主要包括新建方案、租用方案和旧油轮改造方案[6]。

(1) 新建方案。根据目标油气田的配产数据、油气组分、环境条件及业主要求新设计、建造FPSO。新建方案油田适应性好、维护维修费用低、利于与周边区块回接，但是前期投资高，建设周期长，适用于大型整装油气田开发及区域开发。鉴于国内多家船厂拥有成熟的FPSO建造与管理经验，现建造周期已越来越短，近年建造费用增长并不显著，因此国内更倾向于使用新建方案。

(2) 租用方案。根据目标油气田的配产数据、油气组分、环境条件及业主要求租赁已建成的FPSO。租用方案油田适应性差，但是前期投资小，可以大幅缩短投产时间，比较适合用于边际油气田及合作油气田开发。租用方案的首要条件是有合适的目标FPSO，由于国内对世界可租用FPSO的信息掌握不全，很少采用此方案。基于资本运作和公司经营考虑，中国海洋石油有限公司近几年新建的FPSO多有海能发承建并出租给作业者，当然此类出租为“定制出租”只是国际上常用租用方案的一类。

(3) 改造方案。根据目标油气田的配产数据、油气组分、环境条件及业主要求从市场上购买二手油轮改建成FPSO。改造方案油田适应性良好，前期投资尚可，可以在一定限度上缩短投产时间，也是国际上最常用的方案。改造方案的首要条件是有合适的目标油轮，由于国内对世界可购置二手油轮信息掌握不全，缺少相应的评估改造经验，只有前期的合作油田应用过改造方案(外方主导完成改造)，现在很少采用。

对于上述三种不同方案从技术要求适应性、单点兼容性、建造施工、维护维修、安全风险、工程投资等方面进行的对比分析如表3所示。

综上所述，新建方案便于生产运维，租用方案利于灵活融资，改造方案便于控制工期。上述每个方案都有自身的优势和特点，工程方案的选择最终取决于投资费用、工程周期和风险，只有因地制宜，因项目而择方案，方能发挥所选方案的最大优势。近几年中国石油企业一直在国外扩张，要作为一个综合性的国际化油公司，就需要国际化的视野，只有熟悉各个方案的优劣，才能在国内外油气田的开发中做出最经济、最有效的选择。

6 运作模式

国际上FPSO运营一般有两种模式： 独立运营模式和合同租赁模式。

(1) 独立运营模式。油公司自己建造运营FPSO(有80艘，占比48%)。拥有FPSO数量比较多的油公司包括： 中国海洋石油有限公司13艘、Petrobras(巴西国家石油公司)14艘、Total(法国道达尔公司)7艘。

(2) 合同租赁模式。工程服务公司出资建造FPSO，以服务合同租赁给油公司(有88艘，占比52%)。目前最大的几家服务公司包括： SBM OFFSHORE(美国SBM海洋工程公司)13艘、MODEC(三井海洋开发及工程有限公司)13艘、BW Offshore(挪威BW海洋工程公司)13艘。

表3 三方案对比Table 3 Differences among 3 schemes

中国海洋石油有限公司新建的FPSO的运营模式介于两者之间，中国海洋石油总公司旗下中海油能源发展股份有限公司发负责新建FPSO筹资建造，然后租赁给中国海洋石油有限公司。

国外FPSO运营商一般会引入几家公司合作经营，如Turritella FPSO由三家公司共同出资，其中，SBM Offshore占比55%、Mitsubishi Corp.(日本三菱商事)占比30%、 Nippon Yusen Kabushiki Kaisha(日本邮船株式会社)占比15%。此方案可以减少项目投资风险及现金流占用。国内FPSO新建项目也可以参考此模式，引入社会资本。

7 发展趋势

(1) 应用稳定增长。根据相关统计数据[3]，自2008年以来FPSO的在役数量维持在160艘左右。尤其在2013年以来FPSO数量呈逐年递增(见图7)。随着油价的基本企稳，一些深水油气田项目将被提上开发日程，FPSO作为一种技术成熟、经济有效的生产装备前景广阔。

(2) 适用范围越来越广。2016年投产的Turritella FPSO(见图8)作业水深达2896m，成为世界上作业水深最深的浮式生产装置，纵向拓展了FPSO的适用水深[7]。

图7 FPSO数量变化趋势Fig.7 Change of quantity of FPSO

图8 Turritella FPSOFig.8 Turritella FPSO

2016年投产的Goliat FPSO(见图9)作业于北海冰区海域，成为世界上第一座作业于极地海域的浮式生产装置，横向拓展了FPSO的适用海域。至此，FPSO在世界各海域都有了成功的应用。

图9 Goliat FPSOFig.9 Goliat FPSO

2016年投产的SATU LNG-FPSO(LNG-FPSO是专用于气田开发，进行LNG的生产、储存和外输的浮式生产装置，见图10)作业于马来西亚Kanowit气田，打开了FPSO在远海气田应用的开发篇章。

图10 SATU LNG-FPSOFig.10 SATU LNG-FPSO

基于40多年的成功应用经验，FPSO近年在业界的应用得到爆发式发展，为今后FPSO更多的应用拓展了空间。

(3) 安全裕量越来越高。近年，船东对FPSO设计海况条件的选取越来越高。国内南海海域FPSO现在通常取500年一遇环境条件来校核稳性、桩基及单点可靠性[8]；Prelude LNG-FPSO和SATU LNG-FPSO更是选用10000年一遇环境条件作为生存海况设计条件[9]。上述情况是船东基于恶劣海况条件可能造成破坏而提出的特别要求，尚未上升到行业层面，但是，可能会给行业带来一定的示范效应。设计环境条件选取越严苛，FPSO安全性、可靠性越高，但是，设计环境条件的提高将大幅提高经济成本。由此，应该以经济性和安全性为基本原则，针对特定海域特定的环境特点，选取合理的设计环境条件，而不能一味地追求安全裕量。

8 结 语

经过40多年的实践积累，FPSO技术已经日臻完善，基于其经济性、适应性等系列优势，FPSO在未来油气田开发(特别是超深水油气田开发)中仍会发挥主导作用。我国已经拥有30年的FPSO运营经验，在中国海洋石油有限公司的带动下国内形成了完整的FPSO设计、建造、安装、运维工业技术体系，为我国深海油气资源的开发打下了坚实基础。但是，我们需要清醒地认识到，与国外同行相比，我国在FPSO船型设计研发、关键装备装置制造、国际化经营运作等方面仍有一定差距。我们需要充分借鉴国内外成功经验，适时进行有针对性的研究，为中国大举走向深水、迈出国门、走向海外提供强有力的保障。

[1] 杜庆贵,冯玮,时忠民，等.半潜式生产平台发展现状及应用浅析[J].石油矿场机械，2015，44(10)： 72.

[2] 李清平.我国海洋深水油气开发面临的挑战[J].中国海上油气,2006,18(2)： 130.

[3] Barton C, Hambling H, Albaugh E K, et al. Global floating production storage and offloading (FPSO) market professional survey report 2016 [R]. 2016.

[4] 《海洋石油工程设计指南》编委会．海洋石油工程FPSO与单点系泊系统设计[M]．北京： 石油工业出版社，2007．

[5] 杜庆贵.半潜式生产平台选型及尺度规划技术研究[J].海洋工程装备与技术，2016，3(3)： 145.

[6] 范模.浮式生产储油船设计方案论证的基本思路[J].中国海上油气(工程)，2001，13(2)： 9．

[7] Tippee J, Beckman J. Top 5 projects for 2016 [J]. Offshore，2016，76(12)： 20．

[8] 范模.南海大型FPSO面临的挑战与思考[J].船海工程，2015，44(5)： 1．

[9] 杜庆贵,谢彬,谢文会，等.FLNG发展及应用初探[J].石油矿场机械，2016，45(8)： 1.

PreliminaryStudyonDevelopmentandApplicationofFPSO

DU Qing-gui1, SHEN Xiao-chan2, TAN Guo-rong1, LIU Cong1, FU Dong-ming3

(1.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China;2.CNOOCChinaLtd.-Shanghai,Shanghai200335,China;3.COTEC,Houston,Texas77079,USA)

Floating production storage and offloading system (FPSO) has been widely used in different oil and gas field offshore owing to its excellent economics and good adaptability. There are 13 FPSOs in service in China. In this paper, the development history and engineering application of FPSO is firstly summarized. Then the composition of FPSO with different shape is described. Furthermore, the development modes and engineering schemes frequently used are fully listed. Lastly the development trend of FPSO is analyzed. This research may provide good references for the design and application of FPSO in China.

floating production storage and offloading system; development history; development mode; engineering scheme

P751

A

2095-7297(2017)02-0063-06

2017-01-10

杜庆贵(1983—)，男，硕士，高级工程师，主要从事海洋工程装备技术、服务及市场研究。