旧油船改造FPSO工程项目的选船方法

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(中海油能源发展采油服务公司技术中心,天津 300452)

1976壳牌公司(Shell)第一次将一艘旧油船改造为5.9万DWT的FPSO，服役于地中海卡斯特伦(Castellon)油田，该油田水深约117 m，位于距离塔拉戈拉(Tarragona)约 64 km处。1986年，我国第一艘“南海希望”号FPSO服役于北部湾涠洲10-3油田，是由17万DWT旧油船改造而来，是由法国道达尔公司负责设计和新加坡吉宝船厂负责建造[1]。

自上世纪90年代开始，FPSO呈现出不同形式的快速发展，例如圆形或多边形FPSO，FLNG及FDPSO等，但船型FPSO仍占主导地位[2]。据Offshore Magazine 统计，截止2017年12月，全世界有约200多艘FPSO，其中在役FSPO为178艘，利用旧油船改造的FPSO为126艘，约占70%。已有5艘旧油船改造FPSO曾在中海油服役，但这些旧油船改造设计都是由国外作业者完成，我国缺少主导油船改造设计相关经验。在低油价大环境下，尤其是在作业海域环境条件相对温和的地区(如西非，东南亚和巴西)，有大量的旧油船改造FPSO市场的需求[3]。

快速锁定性价比高的油船决定了油船改造FPSO项目成本、施工进度和改造工作量等，但国内相关研究[4-5]仅初步探讨了FPSO 吨位与环境条件之间关系，缺少对其他选船影响因素的综合考虑。因此，综合考虑油田环境条件、油田日产量、油船的载重量、系泊选择、船龄、船体状态和价格等因素，结合国外油船改造FPSO成功经验，建立经济适用的旧油船选取方法。

1 旧油船选取的流程

所述油船改造指通过对现有的运输船舶(一般是运输油船)进行改造，建成浮式生产储卸油装置(FPSO)，同时也适用于油船改造成其他类型的装置，如浮动存储和卸载装置(FSO)，浮动生产和卸载装置(FPO)，浮式储存及再气化装置(FSRU)。

用于改造的油船需要满足一系列要求，比如,目标布置位置适用性，储油能力、船上空间和重力分布能否接收布置所需要增加的设备[6]。汲取国外油船改造典型案例经验，编制油船选取流程见图1。

图1 油船选取流程

2 油船吨位的选取方法

2.1 油船选取主要影响因素

2.1.1 船体主尺度影响因素

1)上部模块的布置。通常情况下，甲板的中间及两边安全通道宽度和生产工艺系统的总宽度决定了FPSO设计船宽。生活楼、吊货甲板、生产工艺模块、系泊系统、船艏艉的原油外输系统和火炬塔等长度之和即为FPSO的船长。同时，油田油品的不同也会导致工艺流程的改变，增加部分工艺处理模块，将增加上部模块的质量，同时也会增加油舱舱容。

2)船体储油量。FPSO的船体是容积型设计，常规先确定装载舱容，后定载重量吨，而储油舱容积所占比重约为85%～93%。

2.1.2 预估上层模块重量

根据油田预期的FPSO日处理原油和天然气的目标产量估算上部模块质量。需要根据FPSO日产量目标选配上层模块各工艺设备。油船改造FPSO设计时，针对上部模块各部分不断修正设计参数，以将上部模块整体重量控制在一定范围内。

2.1.3 环境条件对船体载重吨的影响

FPSO所在海域环境条件中，风、浪、流是影响FPSO 载重吨的重要因素。统计数据显示，在环境条件方面，西非海域最为温和，巴西，澳大利亚/东南亚和墨西哥湾为中等情况，英国北海、中国南海和加拿大海域最恶劣。海域环境条件良好的地区，FPSO载重吨一般较大，如巴西与西非海域的FPSO载重吨大部分为25万t～40万t级。

风是影响船体稳性的重要外部因素，在风速较高、波浪浪高较大和流速较快的海域，船体海上安装难度增加，需要较大的船体主尺度保持船体的稳定，因此会增加船体钢材和安装费用，如珠江口海域FPSO载重吨不宜小于10万t级。

当FPSO载重吨过大时，恶劣的环境条件会产生巨大的系泊力，造成对诸如钢缆、主轴承、锚链等提出更高的技术要求，显著增加成本。故恶劣环境条件的海域存在FPSO最大载重吨限制，如在英国北海环境条件恶劣， FPSO载重吨不超过25万t级，一般为10万t～20万t级。在我国南海北部FPSO载重吨除了南海发现号为25.5万t外，均为10万t ～15万t级。

2.2 油船吨位估算方法

油田开发对FPSO的最基本需要是储油量要求，所以对油船改造FPSO选取方法第一步是确定FPSO的储量需求。油田最大日产量、影响外输作业的连续坏天气、外输作业周期、穿梭油船吨位等因素决定了FPSO设计储油量大小。

目标油田的日产量在油田开发前期已预估，为了使外输量与储油量相匹配，要根据预期的穿梭油船吨位和缷油周期确定FPSO的储量。统计资料显示，多数油田的缷油周期约7 d。

通过式(1)或(2)进行改造FPSO储油量估算[7]。

Q=w+(t+1)q+β

(1)

Q=(t+t1+t2)q+β

(2)

G=Q+λ

(3)

式中:Q为FPSO储油量，t；w为穿梭油船载重吨，t；t为影响外输作业的连续坏天气时间，d；t1为外输一次的生产时间常取7～10 d；t2为穿梭油船受载期国内为2 d，国际为5 d；q为油田原油日产量，t/d；β为不可泵处的舱底油，t；G为FPSO载重吨，t；λ为油气处理设施、工艺处理舱质量和系泊荷载等，取7 000～15 000 t。

式(1)适用于穿梭油船吨位确定，定点运输；式(2)适用运输油船大小变化，运输路线多变，目前国内多采用此方法。

2.3 选定油船载重吨级

考虑到转塔安装、舱室调整以满足稳性要求及对载重量的影响，相同产油量的情况下，旧油船改造FPSO一般比新建FPSO的载重量大一些,在旧油船选取时要留一定的余量。

根据不同油船载重吨范围，目标FPSO载重吨约为5万t，选取巴拿马型油船；目标FPSO载重吨在10万t左右，选取阿芙拉型油船；目标FPSO载重吨在15万t左右，选取苏伊士型油船；如果目标FPSO载重吨达到20万t及以上量级，则应选择VLCC进行改装。

3 船体状况评估

评估船体的状态是油船选取阶段最重要的工作，最终选择的油船要满足油田设计的使用寿命要求。若有多艘候选油船，应注意整船及其结构部件的强度检验结果，基于现有船体状况评估疲劳寿命，并根据船级社疲劳寿命安全系数要求进行评估，考量其是否满足FPSO设计服役年限。

评估船体状态的理想做法是，首先，对所有候选油船的船体结构进行详细检查；其次，对船体结构的设计文件进行审核和评估；最后，基于有限元分析方法进行详细船体结构评估，掌握船体结构潜在危险区域。但这种方法通常耗时超过3个月，不符合在投标阶段中快速锁定旧油船的要求。故考虑以定性方式为主来审查船体各方面特点，并基于丰富的工程经验来定义相关参数，进行初步的结构定量评估，最终作出对候选油船状态的合理评估。

3.1 定性评估

船体状态影响因素[8-11]，船体状态定性评估指基于改造FPSO设计寿命需求和工程经验，在船体初选阶段对各影响因素划分权重比，实行百分制评估。根据分数高低进行排序，筛选出评分高的2、3条油船作为候选船舶，见表1。

表1 油船选择定性评估内容

3.2 定量评估

考虑到FPSO的特性：固定于海上一个区域，受到特定环境载荷；永久性系泊，10年不进船坞维修及检测；系泊系统、上部模块及立管系统产生的附加载荷；持续地装载及卸载货油，吃水随之变化，承受载荷比运输油船复杂的多。在选船阶段评估分析FPSO 的船体结构时，必须对相关船体构件进行强度分析，分析内容见表2。

表2 需要结构强度分析的构件

选船阶段的船体状态定量评估是指根据船级社的结构校核软件(如必维船级社的MARS软件)，以二维建模形式来主要校核有：①船体梁强度，包括船体梁剖面模数，惯性矩，屈曲以及极限强度等。②船体构件尺寸，包括板材，加强筋，疲劳节点等。③其他参数，如横截面剪力分布，压力分布等计算结果查看。通过以上校核方法对2、3艘候选船只状态进行定量评估，再综合价格因素，最后锁定性价比最佳的1艘油船作为目标油船。