新型干树半潜平台凝析油外输方案分析

韩旭亮,谢文会,文志飞,邓小康

(1.中海油研究总院有限责任公司，北京 100028;2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

在实际海上生产作业过程中，储油平台需要将产生的凝析油定期外输，以便腾出舱容从而持续生产。在当前低油价的严峻形式下，经济性、安全性等是确定凝析油外输方案要考虑的影响因素。为此，针对新型干树半潜平台进行凝析油外输方案进行对比分析，确定最优外输方案。

1 平台概况

新型干树半潜平台见图1。该平台与现有典型深水浮式平台不同，综合了SPAR平台、张力腿平台和半潜式平台的优点。针对凝析油天然气田，该型平台适应中国南海恶劣环境条件，运动性能优良、海上安装难度低、可以实现干式采油(气)、油气生产处理、凝析油储存与卸载、钻修井等多种功能[1-2]。平台采用分布式多点系泊系统进行锚泊定位，作业水深为1 500 m。平台设计有12个TTR立管井槽，生产能力见表1。

图1 新型干树半潜平台示意

表1 新型干树半潜平台生产能力

2 主要外输方案比选

目前，海洋工程中的外输方案主要有：悬链线外输浮筒[3]、单锚腿外输[4]、铰接塔卸载平台外输[5]、串靠直接外输、旁靠外输，以及动力定位穿梭邮船外输[6-8]等。这6种外输方案在工程经验、海况环境、系泊方式、作业水深、作业概率、碰撞风险等不同方面的对比见表2。

表2 主要外输方案对比

1)方案一，悬链线外输浮筒，见图2。

图2 悬链线外输浮筒

该外输方式由散布系泊缆进行固定。在浅水环境时，浮筒和海底管汇通过软管连接，旋转接头布置在浮筒中央，水深可以涵盖15～450 m。在深水环境时，系泊缆为半张紧式，原油从FPSO输送至浮筒，再通过外输软管输送到外输油船。外输油船通过软管和外输系泊缆同浮筒连接，并能够实现风向标效应，作业概率高，风险较小。目前应用于深水油田的悬链线外输浮筒主要在西非，南海环境条件恶劣，悬链线外输浮筒在该海域的适应性需要进一步研究，其形式需采取针对性的设计。

2)方案二，单锚腿外输，见图3。

图3 单锚腿外输

该外输采用单点固定浮筒的锚链只有1根，整个系统看起来像倒置的摆，浮筒为细长形，直径一般为6～7 m，高度可调节。浮筒下方通过1根锚链将其固定在海底基盘上，锚链与浮筒基盘通过万向铰连接。浮筒作用是系泊油船，同时保证系泊系统有一定的张力。该系统旋转接头安装在海底基盘上，软管同海底基盘连接，具有较强的避碰能力，但是其可拆卸部件位于水下，检查维护较为困难。

3)方案三，铰接塔卸载平台外输，见图4。

图4 铰接塔卸载平台外输

该外输平台主体是1个钢质柱体，下端通过万向接头与基盘连接，靠近海平面位置有主浮力舱，下部装备固定压载。塔顶部装有直升机平台、输油臂，以及转塔机构，原油沿着管道通过万向接头升入顶部转塔内，然后通过输油臂和外输软管进行原油外输。铰接塔卸载平台外输适应的水深范围有限，一般为100～500 m，主要用于单点系泊、装载终端、海底安装和早期生产设备等。

4)方案四，直接串靠外输，见图5。

图5 直接串靠外输

该外输采用前后串列式原油外输方式，穿梭油轮船艏通过系泊缆连接于FPSO船艉，经漂浮软管或者跨接软管将原油输送到穿梭油船，根据二者吨位大小，2船之间的系泊距离为60～80 m。串靠系泊方式对2船吨位匹配、装载工况、海况条件要求较低。串靠系泊缆通常为尼龙缆，两端配有摩擦链。

5)方案五，旁靠外输，见图6。

图6 旁靠外输

该外输方式是将穿梭油船的一舷系靠在FPSO一舷进行卸油作业。由于旁靠系泊方式要求的系泊装置和原油输送软管比串靠要少，投资较省。旁靠系泊方式较佳的匹配方式是FPSO与穿梭油船吨位相近。旁靠系泊2船之间采用护舷隔离，遭遇大风浪时2船的相对运动较大，容易发生碰撞，因而旁靠卸油对于海况要求很高。目前旁靠外输多采用在环境温和海域FPSO原油外输以及FLNG和LNG的卸载方案。由于旁靠对操作员的要求较高，因而目前在FPSO卸载作业中主要采用串靠外输。

6)方案六，动力定位穿梭油船外输，见图7。

图7 动力定位穿梭油船外输

该外输方式采用具有动力定位功能的穿梭邮船进行原油外输。穿梭邮船通过动力定位系统能够在一定环境条件下保持船舶海上作业位置，并使其偏移不超过一定限制。由于失位会造成严重的后果，动力定位系统设计应当具有高可靠性和一定内置冗余度。动力定位穿梭油船能够避免很多干扰因素，可以有效减少危险情况的发生，有效保证卸载安全、快速的进行，提高经济效益。

3 适应外输方案经济性

通过工程经验、海况环境、系泊方式、作业水深、作业概率、碰撞风险等不同方面对主要外输方案进行对比分析可以看出方案一、四和六可以应用于新型干树半潜平台凝析油外输。从投资成本、工程建设量、运营支出及作业概率等方面对比适用于新型干树半潜平台凝析油外输的3种方案的经济性见表3。

表3 适用目标平台凝析油外输方案经济性对比

可以看出，悬链线外输浮筒作业概率高，恶劣环境适应性差，浮筒需要重新设计。新建工程量大，安装费用高。直接串靠外输的无动力定位油船在辅助船舶的帮助下与平台通过外输系泊缆连接，操作费较高，且平台需要布置2套外输设备。由于油船无动力定位能力，需要辅助船舶协助，对人员执行效率要求很高，卸油作业概率低，风险较高。动力定位穿梭油船外输需要新建1～2艘动力定位穿梭油船，由于油船具备动力定位能力，卸油作业概率高，安全性强于直接外输。外输作业不需要辅助船舶协助，操作费较低。同时，选择合适吨位的油船可以在卸油间歇期协助附近的油田进行卸油作业，再利用率较高。经过综合比选分析，认为采用动力定位穿梭邮船进行目标平台凝析油外输的方案综合性能最佳，因而方案六作为最优方案。

4 可行性分析

针对新型干树半潜平台凝析油外输最优方案，开展动力定位穿梭油船作业概率计算分析。外输油船的主尺度参数见表4。外输油船的储油能力为16 500 m3，船艏艉各有2个全回转推进器，动力定位等级为DP-2。每个推进器最大功率为2 300 kW。

表4 外输油船的主尺度参数

当地海况主方向为东北，卸油作业中动力定位穿梭油船船艏0°方向对应东北方向。考虑到穿梭油船的作业概率与环境条件的方向分布，外输环境条件为：波浪有义波高为3.0 m，对应全年92.2%的累计概率；对应谱峰周期为9.3 s，波浪谱峰因子取1.4；风速为13.0 m/s；表面流速为0.6 m/s。通过模拟计算分析，对一年中各月份对应作业概率进行统计，见表5。

从表5中可以发现，动力定位穿梭油船在2～9月份可作业概率均大于95%，在11月份可作业概率最低为71%，全年可作业天数为337 d，占全年天数的92%。考虑到平台卸油周期较长，为14 d左右，目前的作业概率可以满足新型干树半潜平台的凝析油外输要求。