杜慶貴, 沈曉嬋, 檀國榮, 劉 聰, 付東明

[1. 中海油研究總院，北京 100028； 2. 中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200335；3. COTEC，得克薩斯 休斯敦 77079，美國]

FPSO應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢淺析

杜慶貴1, 沈曉嬋2, 檀國榮1, 劉 聰1, 付東明3

[1. 中海油研究總院，北京 100028； 2. 中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200335；3. COTEC，得克薩斯 休斯敦 77079，美國]

浮式生產(chǎn)儲油外輸裝置(FPSO)由于其經(jīng)濟性和適應(yīng)性好，被廣泛應(yīng)用于世界各油氣富集海域。我國目前有13座FPSO在役。研究總結(jié)了FPSO發(fā)展歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀，剖析了不同型式FPSO的結(jié)構(gòu)組成，梳理了常用的開發(fā)模式和工程方案，分析了發(fā)展趨勢。研究可為我國FPSO的設(shè)計應(yīng)用提供參考。

浮式生產(chǎn)儲油外輸裝置；發(fā)展歷程；開發(fā)模式；工程方案

0 引 言

浮式生產(chǎn)儲油外輸裝置(FPSO)是一型廣泛應(yīng)用于海上油氣田開發(fā)的浮式生產(chǎn)裝置(占在役浮式生產(chǎn)裝備總量的60%以上)。FPSO可以對海上開采的石油進行處理、儲存、外輸，并可以進行動力發(fā)電、供熱，提供人員居住處所等。由于其技術(shù)成熟、經(jīng)濟性好、適用性好，已廣泛應(yīng)用于北海、南中國海、墨西哥灣、巴西海域、澳大利亞西北海域等海上油氣富集的海域。

世界范圍內(nèi)共有168艘FPSO在役，其中我國有13艘。我國在FPSO領(lǐng)域已經(jīng)積累了豐富的設(shè)計、建造、安裝和運維經(jīng)驗，隨著我國深海油氣資源開發(fā)步伐的加快和國外擴張的提速，F(xiàn)PSO將會得到越來越多的應(yīng)用。

本文重點討論了FPSO的發(fā)展歷程、應(yīng)用現(xiàn)狀、船型結(jié)構(gòu)、工程模式、工程方案、運作模式及發(fā)展趨勢[1—2]。

1 發(fā)展歷程

20世紀(jì)70年代，國外一些海上油田采用浮式儲油裝置(FS)和浮式儲油外輸裝置(FSO)用于海上油氣開采。FS和FSO的成功應(yīng)用為FPSO的誕生積累了技術(shù)和經(jīng)驗。1977年，世界第一艘FPSO在地中海Castellon油田投入生產(chǎn)運營，該FPSO由Shell經(jīng)舊油輪改造而成，載重量為5.9萬噸；1986年，我國海域第一艘FPSO“南海希望號”在潿洲10-3投產(chǎn)，該FPSO由舊油輪改造而成，載重量為17萬噸，作業(yè)者為道達爾，于1998年退役；1989年，我國自主設(shè)計的第一艘FPSO“渤海友誼”在渤中28-1投產(chǎn)，載重量為5.2萬噸，實現(xiàn)了我國建造FPSO零的突破；2009年，我國自主設(shè)計建造的最大噸位的FPSO “HYSY117”(見圖1)在蓬萊19-3投產(chǎn)，載重量為30萬噸。

從誕生到現(xiàn)在，F(xiàn)PSO作為一種成功的海上油氣田生產(chǎn)裝備已經(jīng)歷時40年。在我國，F(xiàn)PSO已歷時30余年，為我國海上油氣生產(chǎn)提供了重要保障。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

FPSO具有抗風(fēng)浪能力強、適應(yīng)水深范圍廣、儲/卸油能力大、可轉(zhuǎn)移(重復(fù)使用)等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于世界各油氣富集海域。根據(jù)最新統(tǒng)計，世界各地現(xiàn)役FPSO有168艘(其中118艘為舊油輪改造而成，59艘為新建FPSO)[3]。具體分布情況如圖2所示。

中國海域共有13艘FPSO在役，另有5艘已經(jīng)退役(具體見表1)。在役的FPSO中渤海海域5艘，南海8艘[4]。

中國海域曾經(jīng)服役及現(xiàn)役的18艘FPSO中，6艘由舊油輪改造而成(其中,南海睦寧號是從外方租用的FPSO)，12艘為新建FPSO。現(xiàn)役的13艘FPSO中，3艘由舊油輪改造而成，10艘為新建FPSO?，F(xiàn)役FPSO新建比例為77%，遠(yuǎn)高于國際水平(35%)。

3 船型及結(jié)構(gòu)

FPSO按照船體形狀不同分為船型[見圖3(a)]和圓筒形[見圖3(b)]兩種，其關(guān)鍵指標(biāo)的對比如表2所示。船型FPSO應(yīng)用早，目前在役164艘。圓筒形FPSO為今年開發(fā)的新型式，最早服役于2007年，目前在役4艘。

表2 船型和圓筒形FPSO對比Table 2 Contrast between ship-shaped FPSOand cylindrical FPSO

FPSO按系泊系統(tǒng)種類不同分為多點系泊FPSO和單點系泊FPSO。單點系泊FPSO又包括內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊FPSO、外轉(zhuǎn)塔系泊FPSO、軟鋼臂單點系泊FPSO等。多點系泊多用于環(huán)境條件比較好的海域(如西非海域)，而單點系泊用于其他海域。

FPSO通常分為三大部分： 上部生產(chǎn)設(shè)施、船體部分和錨泊系統(tǒng)，如圖4所示。

4 工程模式

選用FPSO的油氣田開發(fā)工程模式主要有三種[5]。

(1) A模式： FPSO+導(dǎo)管架平臺(見圖4)。應(yīng)用于淺海油氣田開發(fā)，此類油氣田產(chǎn)出原油經(jīng)FPSO處理后由穿梭油輪外輸，所產(chǎn)氣可作為燃料或回注地下或經(jīng)由外輸管線上岸。FPSO主要用作油氣生產(chǎn)處理及生活支持。我國渤海海域及南海淺海海域多采用此類開發(fā)工程模式。此類工程模式適應(yīng)于海底管網(wǎng)不發(fā)達的淺海油氣田開發(fā)。

(2) B模式： FPSO+浮式平臺(見圖5)。

(a) 船型FPSO

(b) 圓筒型FPSO圖3 兩型典型FPSO組成Fig.3 Main components of two typical FPSOs

圖4 “FPSO+導(dǎo)管架平臺”模式Fig.4 Development mode A： FPSO+jacket platform

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

應(yīng)用于深海及超深海油氣田開發(fā)，此類油氣田產(chǎn)出原油經(jīng)FPSO處理后由穿梭油輪外輸，所產(chǎn)氣可作為燃料或回注地下或經(jīng)由外輸管線上岸。此類油氣田產(chǎn)量一般比較大，浮式平臺多用于油氣分離、氣的處理外輸及油的初步處理；FPSO主要用作原油的二級或三級處理(至合格原油外輸)及生活支持。此類工程模式適應(yīng)于海底管網(wǎng)不發(fā)達的深海及超深海油氣田開發(fā)或用于區(qū)域聯(lián)合開發(fā)，如巴西海域、西非海域。

(3) C模式： FPSO+水下生產(chǎn)系統(tǒng)(見圖6)。應(yīng)用于深海及超深海油氣田開發(fā)，此類油氣田產(chǎn)出原油經(jīng)FPSO處理后由穿梭油輪外輸，所產(chǎn)氣可作為燃料或回注地下或經(jīng)由外輸管線上岸。FPSO主要用作油氣生產(chǎn)處理、水下生產(chǎn)系統(tǒng)控制及生活支持。此類工程模式適應(yīng)于海底管網(wǎng)不發(fā)達的深海、超深海油氣田及深遠(yuǎn)海油氣田開發(fā)，如南海深海海域、西非海域、澳大利亞西北海域。

圖6 “FPSO+水下生產(chǎn)系統(tǒng)”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、租用方案和舊油輪改造方案[6]。

(1) 新建方案。根據(jù)目標(biāo)油氣田的配產(chǎn)數(shù)據(jù)、油氣組分、環(huán)境條件及業(yè)主要求新設(shè)計、建造FPSO。新建方案油田適應(yīng)性好、維護維修費用低、利于與周邊區(qū)塊回接，但是前期投資高，建設(shè)周期長，適用于大型整裝油氣田開發(fā)及區(qū)域開發(fā)。鑒于國內(nèi)多家船廠擁有成熟的FPSO建造與管理經(jīng)驗，現(xiàn)建造周期已越來越短，近年建造費用增長并不顯著，因此國內(nèi)更傾向于使用新建方案。

(2) 租用方案。根據(jù)目標(biāo)油氣田的配產(chǎn)數(shù)據(jù)、油氣組分、環(huán)境條件及業(yè)主要求租賃已建成的FPSO。租用方案油田適應(yīng)性差，但是前期投資小，可以大幅縮短投產(chǎn)時間，比較適合用于邊際油氣田及合作油氣田開發(fā)。租用方案的首要條件是有合適的目標(biāo)FPSO，由于國內(nèi)對世界可租用FPSO的信息掌握不全，很少采用此方案?；谫Y本運作和公司經(jīng)營考慮，中國海洋石油有限公司近幾年新建的FPSO多有海能發(fā)承建并出租給作業(yè)者，當(dāng)然此類出租為“定制出租”只是國際上常用租用方案的一類。

(3) 改造方案。根據(jù)目標(biāo)油氣田的配產(chǎn)數(shù)據(jù)、油氣組分、環(huán)境條件及業(yè)主要求從市場上購買二手油輪改建成FPSO。改造方案油田適應(yīng)性良好，前期投資尚可，可以在一定限度上縮短投產(chǎn)時間，也是國際上最常用的方案。改造方案的首要條件是有合適的目標(biāo)油輪，由于國內(nèi)對世界可購置二手油輪信息掌握不全，缺少相應(yīng)的評估改造經(jīng)驗，只有前期的合作油田應(yīng)用過改造方案(外方主導(dǎo)完成改造)，現(xiàn)在很少采用。

對于上述三種不同方案從技術(shù)要求適應(yīng)性、單點兼容性、建造施工、維護維修、安全風(fēng)險、工程投資等方面進行的對比分析如表3所示。

綜上所述，新建方案便于生產(chǎn)運維，租用方案利于靈活融資，改造方案便于控制工期。上述每個方案都有自身的優(yōu)勢和特點，工程方案的選擇最終取決于投資費用、工程周期和風(fēng)險，只有因地制宜，因項目而擇方案，方能發(fā)揮所選方案的最大優(yōu)勢。近幾年中國石油企業(yè)一直在國外擴張，要作為一個綜合性的國際化油公司，就需要國際化的視野，只有熟悉各個方案的優(yōu)劣，才能在國內(nèi)外油氣田的開發(fā)中做出最經(jīng)濟、最有效的選擇。

6 運作模式

國際上FPSO運營一般有兩種模式： 獨立運營模式和合同租賃模式。

(1) 獨立運營模式。油公司自己建造運營FPSO(有80艘，占比48%)。擁有FPSO數(shù)量比較多的油公司包括： 中國海洋石油有限公司13艘、Petrobras(巴西國家石油公司)14艘、Total(法國道達爾公司)7艘。

(2) 合同租賃模式。工程服務(wù)公司出資建造FPSO，以服務(wù)合同租賃給油公司(有88艘，占比52%)。目前最大的幾家服務(wù)公司包括： SBM OFFSHORE(美國SBM海洋工程公司)13艘、MODEC(三井海洋開發(fā)及工程有限公司)13艘、BW Offshore(挪威BW海洋工程公司)13艘。

表3 三方案對比Table 3 Differences among 3 schemes

中國海洋石油有限公司新建的FPSO的運營模式介于兩者之間，中國海洋石油總公司旗下中海油能源發(fā)展股份有限公司發(fā)負(fù)責(zé)新建FPSO籌資建造，然后租賃給中國海洋石油有限公司。

國外FPSO運營商一般會引入幾家公司合作經(jīng)營，如Turritella FPSO由三家公司共同出資，其中，SBM Offshore占比55%、Mitsubishi Corp.(日本三菱商事)占比30%、 Nippon Yusen Kabushiki Kaisha(日本郵船株式會社)占比15%。此方案可以減少項目投資風(fēng)險及現(xiàn)金流占用。國內(nèi)FPSO新建項目也可以參考此模式，引入社會資本。

7 發(fā)展趨勢

(1) 應(yīng)用穩(wěn)定增長。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)[3]，自2008年以來FPSO的在役數(shù)量維持在160艘左右。尤其在2013年以來FPSO數(shù)量呈逐年遞增(見圖7)。隨著油價的基本企穩(wěn)，一些深水油氣田項目將被提上開發(fā)日程，F(xiàn)PSO作為一種技術(shù)成熟、經(jīng)濟有效的生產(chǎn)裝備前景廣闊。

(2) 適用范圍越來越廣。2016年投產(chǎn)的Turritella FPSO(見圖8)作業(yè)水深達2896m，成為世界上作業(yè)水深最深的浮式生產(chǎn)裝置，縱向拓展了FPSO的適用水深[7]。

圖7 FPSO數(shù)量變化趨勢Fig.7 Change of quantity of FPSO

圖8 Turritella FPSOFig.8 Turritella FPSO

2016年投產(chǎn)的Goliat FPSO(見圖9)作業(yè)于北海冰區(qū)海域，成為世界上第一座作業(yè)于極地海域的浮式生產(chǎn)裝置，橫向拓展了FPSO的適用海域。至此，F(xiàn)PSO在世界各海域都有了成功的應(yīng)用。

圖9 Goliat FPSOFig.9 Goliat FPSO

2016年投產(chǎn)的SATU LNG-FPSO(LNG-FPSO是專用于氣田開發(fā)，進行LNG的生產(chǎn)、儲存和外輸?shù)母∈缴a(chǎn)裝置，見圖10)作業(yè)于馬來西亞Kanowit氣田，打開了FPSO在遠(yuǎn)海氣田應(yīng)用的開發(fā)篇章。

圖10 SATU LNG-FPSOFig.10 SATU LNG-FPSO

基于40多年的成功應(yīng)用經(jīng)驗，F(xiàn)PSO近年在業(yè)界的應(yīng)用得到爆發(fā)式發(fā)展，為今后FPSO更多的應(yīng)用拓展了空間。

(3) 安全裕量越來越高。近年，船東對FPSO設(shè)計海況條件的選取越來越高。國內(nèi)南海海域FPSO現(xiàn)在通常取500年一遇環(huán)境條件來校核穩(wěn)性、樁基及單點可靠性[8]；Prelude LNG-FPSO和SATU LNG-FPSO更是選用10000年一遇環(huán)境條件作為生存海況設(shè)計條件[9]。上述情況是船東基于惡劣海況條件可能造成破壞而提出的特別要求，尚未上升到行業(yè)層面，但是，可能會給行業(yè)帶來一定的示范效應(yīng)。設(shè)計環(huán)境條件選取越嚴(yán)苛，F(xiàn)PSO安全性、可靠性越高，但是，設(shè)計環(huán)境條件的提高將大幅提高經(jīng)濟成本。由此，應(yīng)該以經(jīng)濟性和安全性為基本原則，針對特定海域特定的環(huán)境特點，選取合理的設(shè)計環(huán)境條件，而不能一味地追求安全裕量。

8 結(jié) 語

經(jīng)過40多年的實踐積累，F(xiàn)PSO技術(shù)已經(jīng)日臻完善，基于其經(jīng)濟性、適應(yīng)性等系列優(yōu)勢，F(xiàn)PSO在未來油氣田開發(fā)(特別是超深水油氣田開發(fā))中仍會發(fā)揮主導(dǎo)作用。我國已經(jīng)擁有30年的FPSO運營經(jīng)驗，在中國海洋石油有限公司的帶動下國內(nèi)形成了完整的FPSO設(shè)計、建造、安裝、運維工業(yè)技術(shù)體系，為我國深海油氣資源的開發(fā)打下了堅實基礎(chǔ)。但是，我們需要清醒地認(rèn)識到，與國外同行相比，我國在FPSO船型設(shè)計研發(fā)、關(guān)鍵裝備裝置制造、國際化經(jīng)營運作等方面仍有一定差距。我們需要充分借鑒國內(nèi)外成功經(jīng)驗，適時進行有針對性的研究，為中國大舉走向深水、邁出國門、走向海外提供強有力的保障。

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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

杜慶貴(1983—)，男，碩士，高級工程師，主要從事海洋工程裝備技術(shù)、服務(wù)及市場研究。