原油外輸作為海上油田產(chǎn)儲(chǔ)銷全流程、全產(chǎn)業(yè)鏈必不可少的一環(huán)，是持續(xù)助力海上原油穩(wěn)定生產(chǎn)、原油貿(mào)易平穩(wěn)推進(jìn)過程中必不可少的一環(huán)。在原油實(shí)際外輸過程中，為確保穿梭油輪與作業(yè)平臺(tái)保持相對(duì)穩(wěn)定位置，需要借助科學(xué)合理的系泊定位系統(tǒng)對(duì)作業(yè)設(shè)施進(jìn)行限位。近年來(lái)，中國(guó)海油持續(xù)推進(jìn)海上油田開發(fā)，進(jìn)一步探索邊際油田的深度開采，在此過程中，利用穿梭油輪進(jìn)行原油外輸時(shí)，對(duì)整個(gè)系泊系統(tǒng)的選型具有嚴(yán)格的技術(shù)需求，目的是選擇安全性高、經(jīng)濟(jì)性好、實(shí)踐操作性強(qiáng)的系泊方案，保障原油外輸工作順利開展。本論文通過論證分析多點(diǎn)系泊的選型、影響因素及適用工況，其分析結(jié)果可以更加客觀、準(zhǔn)確地支持指導(dǎo)海上油田非常規(guī)外輸可行性研究及項(xiàng)目評(píng)估。

一、前言

多點(diǎn)系泊形式隨著海洋油氣開發(fā)逐漸走向遠(yuǎn)海而變得越來(lái)越多樣化，在我國(guó)海洋油氣資源開發(fā)中，這種系泊形式的實(shí)際應(yīng)用也越來(lái)越廣。系泊系統(tǒng)在系泊方案設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到每一個(gè)影響因素，包括實(shí)際工作區(qū)域、浮體設(shè)備類型、油藏油田類型、發(fā)展模式等，而設(shè)計(jì)過程又是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)過程。結(jié)合當(dāng)前多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用案例，可重點(diǎn)考慮當(dāng)浮體長(zhǎng)寬尺度相近，或海洋環(huán)境條件較好，或環(huán)境力方向較為一致時(shí)的作業(yè)工況。在多點(diǎn)系泊過程中，其系泊系統(tǒng)和立管系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的，包括系泊電纜等可以直接與浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪直接連接，相反，它的立管一般與舷側(cè)的管匯連接，這種方案沒有完全的風(fēng)標(biāo)效應(yīng)，但是可以通過控制錨鏈來(lái)調(diào)節(jié)它的張緊程度和松弛程度，在一定情況下，具有適當(dāng)?shù)娘L(fēng)標(biāo)效應(yīng)，這也目前是部分工況下外輸作業(yè)最為常用的系泊方式。

二、多點(diǎn)系泊系統(tǒng)類型

多點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，簡(jiǎn)單可以分為兩類：多浮筒系泊（Multiple Buoy Mooring）和擴(kuò)展式系泊系統(tǒng)（Spread Mooring system），該系統(tǒng)中絕大部分系泊部件都是常規(guī)船舶工業(yè)的技術(shù)與裝備。與單點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)比，多點(diǎn)系泊系統(tǒng)制造技術(shù)更為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，同時(shí)專利技術(shù)較少，當(dāng)前并未被國(guó)際某些國(guó)家或公司壟斷，其主要用于環(huán)境條件溫和、方向相對(duì)固定的海上平臺(tái)原油外輸?shù)仍屯廨旑l率相對(duì)較低的海域。

1.懸鏈?zhǔn)蕉帱c(diǎn)系泊系統(tǒng)。通常情況下，多點(diǎn)系泊系統(tǒng)是為了限制浮體只能進(jìn)行微小的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而將一組系泊電纜固定在平臺(tái)的角落處。多點(diǎn)系泊系統(tǒng)由于其無(wú)法根據(jù)環(huán)境變化而調(diào)整自身的方向，因此其多適用于對(duì)環(huán)境方向不敏感的浮體類型，例如深吃水立柱平臺(tái)或者半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，或者在定向性較高的海況條件下，對(duì)環(huán)境方向敏感的浮體設(shè)施。

從名稱上看，懸鏈線系泊系統(tǒng)是由于錨鏈的自重作用，使系泊線自然形成類似于懸鏈線的形狀，在距離浮體較遠(yuǎn)的海底錨點(diǎn)上固定多條系泊線的系統(tǒng)。系泊線所提供的回復(fù)力隨著浮臺(tái)位移的增加而改變，其系泊線長(zhǎng)度及與浮臺(tái)連接處的夾角也在懸鏈系泊系統(tǒng)中發(fā)生變化，從而達(dá)到限制其位移的目的，為保證浮體保持穩(wěn)定的首尾方向，系泊電纜被固定在浮體的角上。綜合分析，半潛式平臺(tái)在受到環(huán)境載荷影響時(shí)，其方向變化是不敏感的，因此我們可以在不考慮環(huán)境方向的前提下，根據(jù)實(shí)際工況，設(shè)計(jì)搭建一套能使船舶穩(wěn)定地固定在某個(gè)海上區(qū)域的分散系泊系統(tǒng)。

2.張緊式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)。如上所述，懸鏈系泊系統(tǒng)（Systemsystem）在一般深水水域可以普遍采用，但是在海上深超深水域，懸索系已無(wú)法滿足系泊工作需要。這是由于懸索線會(huì)隨著水深的增加而增加，從而使懸索線系泊系統(tǒng)的整體重量增加，而系泊系統(tǒng)對(duì)系索線的強(qiáng)度有要求。同時(shí)，系泊系統(tǒng)對(duì)水平位移的限制作用將隨著水深的增大而降低，尤其在惡劣海況中更加不能使用，而是采用張緊系泊系統(tǒng)（TLP），如張力腿平臺(tái)，其自身浮力小于自身重力，同時(shí)借助固定在海底的張力筋來(lái)實(shí)現(xiàn)系泊，這將作為超深水未來(lái)發(fā)展的主要系泊方式。系泊系統(tǒng)將會(huì)隨著深度的增加有更大的拉伸剛性，每一根拉筋都有更大的拉力，因此在縱向上剛性特征十分明顯，將縱向的運(yùn)動(dòng)限制在較小范圍內(nèi)才是最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。相反，在橫向上TLP提供韌性僅僅是依靠系泊線的合力和浮力，因此它更靈活地表現(xiàn)在這一方向上，導(dǎo)致其橫向移動(dòng)幅度更大。結(jié)合多點(diǎn)系泊與張力筋，能有效控制水平方向 TLP的走位，使平臺(tái)在操控性與可靠性方面均有不錯(cuò)的提升。

3.順應(yīng)式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)。順應(yīng)式多點(diǎn)系泊系統(tǒng)是一種分散式的系泊方式，其中最典型的是最早應(yīng)用于巴西海域浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置的DICAS（Differentiated Compliance Anchoring System）系泊系統(tǒng)，這套系統(tǒng)由 3 組人馬組成，共15條系纜，兩隊(duì)分在船首，一隊(duì)分在船尾，由于船尾的水平剛性較低，因此FPSO在環(huán)境因素租用下，可以做輕微的甩動(dòng)動(dòng)作。DICAS系泊系統(tǒng)正是較好地利用船首和船尾剛性不同的特點(diǎn)，使得船舶可以根據(jù)環(huán)境作用力的方向。

三、多點(diǎn)系泊纜構(gòu)型

點(diǎn)系纜的形態(tài)也根據(jù)水深和工況的不同而有所區(qū)別，主要分為3種構(gòu)型，分別為半張緊式、張緊式、懸鏈線，如圖所示。

1.懸鏈線（Catenary）。懸鏈線是指系泊錨鏈在自身重力作用下，在減少安裝作業(yè)周期和費(fèi)用的同時(shí)，能夠采用拖錨的優(yōu)點(diǎn)，呈現(xiàn)自然形狀，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，但不適用于深水區(qū)和超深水區(qū)。懸鏈線系統(tǒng)是根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)變化，調(diào)整系泊鏈的懸掛重量，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的穩(wěn)定性，利用錨鏈在自身重力作用下提供復(fù)原力，是淺水系泊中最常用的系泊構(gòu)型。

2.張緊式（Taut-leg）。張緊系泊是深水系泊的一種有效形態(tài)。在最初安裝時(shí)系統(tǒng)的系泊纜時(shí)，同步預(yù)先施加了很大的拉力，保證纜繩一直處于緊繃的狀態(tài)。通常在拉緊系泊過程中，將系纜與海底的接觸角控制在 30度至45度的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)錨固裝置在承受橫向和縱向兩種拉力的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)錨固裝置的作用。 因此，在這種情況下，要實(shí)現(xiàn)張緊系泊，就需要使用樁錨或吸力錨。張緊系泊的優(yōu)缺點(diǎn)比較明顯，它的優(yōu)點(diǎn)是系泊半徑比較小、本身質(zhì)量比較輕、系泊整體剛性比較大，但是缺點(diǎn)是安裝起來(lái)比較困難、工藝比較復(fù)雜，所以一般只局限在永久系泊系統(tǒng)中。

3.半張緊式（Semi-Taut）。半張緊系泊系統(tǒng)（semulatedselectionsystem）既有懸鏈線系泊系統(tǒng)的特點(diǎn)，又有懸垂部分和臥底段的懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)的特點(diǎn)。比較而言，半張緊系泊與張緊系泊較為相似，其優(yōu)點(diǎn)是自身質(zhì)量輕、經(jīng)濟(jì)性好，實(shí)際操作種系泊半徑受限。因?yàn)榕P底段是懸鏈線系泊，所以通過盡量延長(zhǎng)底錨鏈條的長(zhǎng)度，使拖錨得到充分的利用，達(dá)到半張緊系泊工況，這也使得半張緊系泊能夠廣泛應(yīng)用于非永久系泊領(lǐng)域。

四、選型影響因素

1.水深影響。懸鏈線系泊在淺水區(qū)域優(yōu)勢(shì)明顯，但是深水區(qū)域、超深水區(qū)域，相較而言，適用性并不容樂觀，相反，張緊和半張緊的系泊形式可以廣泛應(yīng)用于深水領(lǐng)域。這也充分說明水深對(duì)于系泊選型的影響是關(guān)鍵的。

在極淺水域、極深水域或者超深水域均難以形成良好的懸鏈線，浮體在外部載荷作用下允許出現(xiàn)的偏移量與其立管系統(tǒng)有關(guān)，這就要求系泊線具有較大的預(yù)張力，在極淺水域條件下， 過大的預(yù)張力會(huì)使整個(gè)系泊系統(tǒng)具有較大的剛性，系泊線在浮體劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)也會(huì)有較大的動(dòng)張力，為了避免張力引起系泊鏈斷裂的情況發(fā)生，往往在選擇錨鏈的時(shí)候，會(huì)盡量挑選較粗的錨鏈，這也導(dǎo)致錨鏈單位長(zhǎng)度重量增加，從而影響系泊的線型。為削去線性的微弱變化對(duì)系泊穩(wěn)定性的影響，只能不斷地增加預(yù)張力，周而復(fù)始，形成惡性循環(huán)。因此，極淺水域的懸鏈線系泊一般應(yīng)用在海況環(huán)境較溫和的水域。反之，在極淺水域，其替代方案通常選擇軟鋼臂系泊，這種系泊往往會(huì)發(fā)生惡劣的海況。

在深水和超深水區(qū)域中，懸鏈線系泊的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差，同時(shí)也會(huì)影響浮體的可變載荷，因此懸鏈線系泊并不適合在這些區(qū)域中使用，建議采用鏈-纜-鏈形式的張緊或半張緊系泊作為替代方案，它的應(yīng)用性能較好。當(dāng)水深超過千米時(shí)，如果使用鋼絲繩作為鏈-纜-鏈的系泊形式的中間段，仍然會(huì)出現(xiàn)重量過大的問題，所以建議采用質(zhì)量較輕的纖維電纜進(jìn)行代替。

2.環(huán)境條件。環(huán)境條件對(duì)于多點(diǎn)系泊選型的影響也是尤為重要，在考慮多點(diǎn)系泊選型時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注環(huán)境的惡劣程度以及方向性兩個(gè)問題，同時(shí)要結(jié)合浮體進(jìn)行綜合考慮和評(píng)價(jià)。如果環(huán)境較為溫和，則浮體的偏移限制條件是比較容易滿足的，在實(shí)際選型過程中，其限制條件也相對(duì)較少，此時(shí)可重點(diǎn)關(guān)注實(shí)際作業(yè)區(qū)域的海水深度、外輸裝載方案等，建議綜合選擇經(jīng)濟(jì)性較好的方案。如果所處的環(huán)境比較惡劣，浮體受環(huán)境影響運(yùn)動(dòng)比較劇烈，就需要綜合浮體的運(yùn)動(dòng)特性，選擇比較合適的方案或系泊類型，在這種條件下滿足各種偏移限制條件，相對(duì)來(lái)說比較難。

3.浮體類型。多點(diǎn)系泊選型受浮體類型的影響僅從浮漂本身來(lái)看，在已有工程實(shí)例中，有如下觀察結(jié)果： 兩種浮漂都采用了多點(diǎn)系泊的形式——鏈條鏈，分別是（下轉(zhuǎn)第192頁(yè)）（上接第165頁(yè)）Spar和 Sevan。由于系泊線所承受的懸掛力完全由浮體承擔(dān)，因此SPAR平臺(tái)上的水線面積相對(duì)較小，這就造成了它的垂直運(yùn)動(dòng)靜水剛度不高。多點(diǎn)系泊采用鏈索、鏈條形式，能減少系泊線對(duì)浮體的負(fù)荷，使浮筒直徑過大的問題在浮體上得以避免。

多點(diǎn)系泊從結(jié)合浮體和環(huán)境條件綜合來(lái)看，要求浮體不能過度地進(jìn)行搖晃運(yùn)動(dòng)（除DICAS外），因此，在海況惡劣的海域作業(yè)，浮體必須滿足至少其中一個(gè)條件，一是環(huán)境方向性強(qiáng)，二是對(duì)環(huán)境方向性不敏感。除了船型FPSO外，對(duì)于諸如SPAR平臺(tái)之類的環(huán)境載荷走向，浮體都不敏感。因此，在海況惡劣的海域作業(yè)，選擇適合SPAR平臺(tái)等類型浮體的多點(diǎn)系泊方案，只需考慮水深、成本等因素即可。針對(duì)于船型FPSO，例如作業(yè)工況為環(huán)境惡劣、方向不穩(wěn)定的海域，應(yīng)該避免適用多點(diǎn)系泊定位，規(guī)避其對(duì)環(huán)境敏感存在的問題。在海洋條件溫和的地區(qū)，為了使FPSO全年大部分時(shí)間在多點(diǎn)系泊時(shí)都能面向風(fēng)向和海浪方向，F(xiàn)PSO的多點(diǎn)系泊設(shè)計(jì)必須考慮環(huán)境的風(fēng)向和海浪方向。

4.作業(yè)內(nèi)容。浮體的施工計(jì)劃也會(huì)對(duì)多點(diǎn)系泊的選擇產(chǎn)生影響，其核心在于對(duì)自己在某個(gè)區(qū)域的定位時(shí)間產(chǎn)生影響。例如鉆井平臺(tái)，它的特點(diǎn)是定位時(shí)間短，作業(yè)區(qū)域需要頻繁更換，它更適合非永久系泊的系泊系統(tǒng)。布纜作業(yè)的難易程度是我們?cè)谠O(shè)計(jì)臨時(shí)錨泊時(shí)比較看重的因素，如鉆井平臺(tái)作業(yè)區(qū)域?yàn)闇\水區(qū)域，建議選用系泊懸掛線方式。

對(duì)于生產(chǎn)平臺(tái)而言，一般都會(huì)采用系泊定位，因?yàn)榭紤]到動(dòng)力定位初期在經(jīng)濟(jì)性方面并不占優(yōu)勢(shì)，因此在實(shí)際操作中，長(zhǎng)期固定在某個(gè)特定的區(qū)域是有必要的。永久多點(diǎn)系泊起錨、拋錨或收纜、布纜等一系列作業(yè)，與非永久系泊相比，無(wú)需頻繁地進(jìn)行。在淺水區(qū)域，懸鏈線系泊具有明顯優(yōu)勢(shì)，其具有耐磨性和抗腐蝕性、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單；在深水區(qū)和超深水區(qū)均可采用半張緊或張緊系泊形式解決系泊半徑問題。

對(duì)于生產(chǎn)平臺(tái)而言，其實(shí)際作業(yè)中，需要長(zhǎng)期固定在某一位特定區(qū)域，鑒于動(dòng)力定位前期經(jīng)濟(jì)型不占優(yōu)勢(shì)，因此一般采用系泊定位。相比非永久系泊而言，永久多點(diǎn)系泊不需要頻繁的進(jìn)行起錨、拋錨或者收纜、布纜等一系列作業(yè)。在淺水區(qū)域，懸鏈線系泊具有耐磨性、耐腐蝕性，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，是一種優(yōu)勢(shì)較為明顯的系泊方案；在深水區(qū)域、超深水區(qū)域，可以采用半張緊或張緊式系泊的形式，用于解決系泊半徑問題。

五、結(jié)語(yǔ)

本文以海上原油外輸作業(yè)為研究背景，著重對(duì)多點(diǎn)系泊外輸模式進(jìn)行分析，包括多點(diǎn)系泊系統(tǒng)類型、設(shè)施設(shè)備構(gòu)型及核心選型影響因素，客觀全面剖析了幾種作業(yè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用的作業(yè)場(chǎng)景，其能夠?yàn)楣緦?shí)際業(yè)務(wù)開展過程提供技術(shù)支撐，確保海上原油平穩(wěn)外輸。

（作者單位：中海油能源發(fā)展股份有限公司銷售服務(wù)分公司）