南海开拓号FPSO应用于东海某油田的可行性分析

时晓华 王栋 刘建华 龚玉林

（中海油能源发展采油服务深圳分公司广东深圳518067）

南海开拓号FPSO应用于东海某油田的可行性分析

时晓华 王栋 刘建华 龚玉林

（中海油能源发展采油服务深圳分公司广东深圳518067）

本文基于南海开拓号FPSO潜在利用价值、东海某油田的开发需求，结合该FPSO退役搁置前后所做的状态评估和延寿方案结果，分析该FPSO再利用的技术可行性、存在的主要风险及影响再利用决策的主要因素，为今后的类似老旧FPSO再利用的评估、分析和决策奠定一定基础。

浮式生产储油外输装置；再利用；状态评估；延寿；可行性分析

1 概述

1.1 背景

南海开拓号FPSO（以下简称开拓号）（Floating Production Storage Offloading，简称FPSO，是一种海上浮式生产储油卸油装置）是一艘2010年从南海东部海域某油田退役并暂时搁置的FPSO。鉴于开拓号退役前，处于正常运营状态，还具备潜在利用价值。

开拓号拟再利用的目标油田为东海某油田高凝油项目（以下简称该项目），该项目包括西湖凹陷宝云亭气田的油藏、武云亭油气田等5个油气构造，油田范围内水深约90m。在项目预可研阶段，项目开发方处于工期、油田产油能力等因素考虑，考虑利用南海开拓号FPSO进行油田的开发，用于油田产出原油的处理、储存及外输。

南海开拓号FPSO管理者针对该项目开发潜在市场需求，开展了开拓号再利用可行性研究和分析。

本论文主要基于开拓号结构评估现状，对开拓号应用于该项目进行可行性分析。

1.2 开拓号简介

开拓号FPSO前身始建于1970年7月，为212,000DWT的油轮。1980年将长度为101英尺的平行舯体割除，载重吨减至150000DWT，并作为原油轮一直运营至1992年。1993/1994年Phillips石油公司购买此船并在新加坡吉宝船厂改造为FPSO，并命名为“南海开拓号”，并从ABS（美国船级社）船级转为DNV（挪威船级社）船级。自1994年11月，开拓号一直在南中国海西江油田服役，共计15年，该油田距香港东南沿海大约140km，水深约为100m。2010年6月退役停靠码头，作保留船级搁置处理。

开拓号船级为DNV，总长285.3m，型宽48.7m，型高26.7m，吃水深8m～16m；设计载重量为15×104t，储油能力为100万桶。具有自航能力，最大航速10节。

南海开拓号采用船首内转塔可解脱式单点系泊系统（BTM），为SBM公司产品，结构设计寿命为20年。单点系泊系统具有2个10寸通道，并预留了一个加装10寸通道的空间。船体由8根锚链系泊，最大系泊力为900t。当浪高大于8.2m（台风）时，需停产撤离。

2 开拓号评估简介

因开拓号为旧油轮改造而成的FPSO，按照DNV船级社规范要求，运营期间需每5年做一次结构现状评估和延寿计划，以确保下一个5年的安全运营。

2008年，在运营期间开拓号管理者邀请DNV对开拓号进行了船体CAP评估和延寿计划（LEP）。

2014年，基于开拓号潜在再利用需求，开拓号管理者邀请DNV针对目标油田海况条件，进行了开拓号极限强度评估和疲劳分析。

3 DNV CAP评级和LEP

3.1 CAP评级

CAP，即Condition Assessment Programme，是船级社开发的一种船舶或类似海上设施（以下统称船舶）结构状态评估方案，是对运营到一定年限的船舶的主要结构件（包括油舱、水舱、空舱、外板等）的涂层、腐蚀、板厚及结构强度进行近观检查和分析计算，并依据一定的评级标准、原则和近观检查、分析计算结果，对主要结构件进行分项和总体状况判断和评级。

3.1.1 DNV CAP评级标准

A.船体评级标准[1]

1-Very good condition

1-状况极好：检查和测量项目发现，较新船或按现行规范要求仅发现表面微小缺陷，无须保养或修理（无遗留项）

2-Good condition

2-状况良好：检查和测量项目发现有轻微缺陷，但无需修理

3-Satisfactory condition

3-状况符合：检查和测量项目发现有缺陷，但无需即时进行修理

4-Poor condition

4级-状况差，低于船级社标准：所检查和测量的项目，发现其不足，存在影响保留船级的潜在风险，或某些区域的结构构件的厚度，已在或船级社可接受换新的准则以下。

B.船体结构涂层状况分级标准[2]

表1 船体结构涂层状况分级标准

C.船体板厚腐蚀状况分级标准[3]

表2 船体板厚腐蚀状况分级标准

3.1.2 船体评级判断

A.船体评级判断必须涵盖以下范围：（1）船壳板：包括主甲板、外壳板以及底板；（2）舱室（包括压载舱、货油舱及空舱）：需基于压载舱的主要结构件进行评级，包括边、底、内底、纵向和横向舱壁及内部结构等；（3）结构强度。

B.船体评级应综合考虑以下检查、检测结果：（1）近观检查结果：主要关注结构局部腐蚀和缺陷，并依据检查结果给出被检查结构件的整体评级；（2）板厚测量结果：对测厚数据进行统计分析，给出结构件腐蚀评级；（3）压载舱涂层状况：应按涂层状况分级标准给出评级。

3.2 LEP及标准

DNV LEP（Life Extension Programme，延寿方案）是基于船体评级结果对船舶在未来一时间段内继续安全运营应满足的船体状况标准所需维修改造的工作安排。DNV基于船体评级的船体主要结构剩余寿命标准如下表3所示。

表3 船体结构可继续使用年限等级[4]

4 DNV2008年船体评估结论

4.1 船体CAP评估主要发现和结论

DNV2008年船体CAP评估给出的结论和主要发现如下：（1）船体总体结构强度很好；（2）船壳板状况良好；（3）船体压载舱除部分缺陷和板厚超限外，整体结构状况良好，涂层整体状况良好；（4）油舱除部分缺陷和板厚超限外，整体结构状况符合要求。主要结构整体评级情况如表4所示。

表4 结构整体评级情况

船体整体评级4级的规范解释如下[5]：船体的整体评级按不高于任何油舱、压载舱、空舱的任何结构构件的强度、超声波测量（UTM）、目测与涂层的评级确定。

4.2 船体疲劳评估主要结论

DNV疲劳分析报告给出的主要结论如下：（1）大部分疲劳分析点的剩余疲劳寿命超过30年，满足继续运营的要求；（2）前次疲劳分析结果显示状况良好的部位，本次分析结果显示仍然良好；前次疲劳分析结果显示状况差的部位（不满足规范要求）没有得到改进；前次疲劳分析结果显示状况一般的部位（当时满足规范要求），有进一步恶化的趋势；（3）疲劳分析发现的热点区域（剩余疲劳寿命不满足规范要求），近观检查没有发现裂纹；（4）疲劳损害程度较高的区域，产生疲劳裂纹的风险较高；运营过程中，需要予以关注。

疲劳分析选取的一个横框架疲劳分析点分布如图1所示，疲劳分析点的疲劳损伤和剩余寿命计算结果如表5所示。

图1 横框架疲劳分析点分布图[6]

表5 疲劳分析点疲劳损伤和剩余寿命计算结果[7]

4.3 DNV2008年延寿方案

DNV CAP&LEP报告指出[8]：本报告所建议的改造将使得FPSO可以继续安全运营5年。此后，建议再次进行CAP/LEP检验，以决定运营5年后，结构状况产生多大程度的变化。

同时，报告指出[9]：更新替换的钢料重量大约为550t（仅仅对检查区域/油舱/压载舱/空舱）。

5 DNV2014年对开拓号的强度评估和疲劳分析

开拓号退役搁置后，基于其潜在的利用价值，2014年邀请DNV就开拓号应用于东海某油田进一步做了可行性评估。主要评估工作包括船体梁纵向极限强度评估和疲劳分析。

此次评估的主要结论如下[10]：（1）大部分的疲劳分析点的剩余寿命均超过20年，小部分疲劳分析点剩余寿命为不满足要求；（2）船长1/4处，舷侧和纵舱壁的剪切应力超过了许用值，需要进行加强以增强剪切承载能力，或者该船需要给定一些营运的限制条件；船中甲板上的弯曲应力超过了许用值；一些甲板和底部的纵桁屈曲失效。

评估认为，船中甲板上的弯曲应力超过了许用值可能是的静水极限曲线是否过于保守所致；一些甲板和底部的纵桁屈曲失效是因其上的纵骨是不连续的，可以通过对这些纵骨进行连续而进一步加强。

评估还给出了针对剪切应力和弯曲应力超过许用值的方案以及消除疲劳剩余寿命不足的典型维修建议。

6 开拓号再利用的可行性分析

6.1 技术风险

6.1.1 虽然评估结果显示，开拓号船体总纵强度很好，但也还是存在诸多结构上的缺陷。比如甲板强横梁屈曲严重（也即甲板弯曲应力超标）、船侧和纵舱壁剪切应力超过许用值，部分结构腐蚀超限，部分舷侧纵骨和纵舱壁纵骨与横向强框架、横舱壁的连接节点抗疲劳能力较弱且多年来没有得到改善。虽然结构上的缺陷和连接节点抗疲劳能力较弱的问题，可以通过改造维修予以修复，但也只能延缓，不能根本性的改变持续恶化的趋势。而且，连接节点抗疲劳能力较弱和应力超限带来的产生裂纹的风险也是不容忽视的。

6.1.2 开拓号陈旧的结构设计，将会导致产生新的疲劳破坏的风险。开拓号FPSO是由第一代超大型油轮改造而成，基础结构设计比较陈旧，产生新的疲劳破坏的风险的可能性不容忽视。主要体现在：（1）横向强框架设计均采用早期的独立肘板型式，并非今天第四代超大型油轮及21世纪FPSO的整体式肘板，且原来肘板趾端也没有考虑采用抗疲劳的软趾设计，它所产生疲劳裂缝的概率较高。（2）货舱区永久性检验通道是为了对进行检查结构和节点质量状态而设置的。开拓号缺失了这一通道，将使许多区域人员无法到达检查，势必导致结构疲劳安全系数应根据规范要求放大至5.0甚至更高（比如开拓号若再利用10年，其剩余疲劳寿命应不低于50年），带来的结果是更多疲劳节点无法满足疲劳寿命的要求。

6.1.3 船体结构修复改造中，对船体结构中不合格的旧有结构更换方式，已不同于原来建造时的方式，已由平地作业转为高空作业，不安全的因素呈直线上升。同时，施工方式的变更，存在下列风险：（1）大量的旧构件拆除过程中，由于原有构造中内应力释放，极易造成板平面的新的翘曲。除了高空的火工矫正工作，远比想象的复杂外，还会使构件内产生新的内应力存在。（2）更新的纵骨及横向强框架（强横梁、垂直桁材）与甲板、舱壁、舷侧的装配、定位，已由平地转向高空。原本在平地采用自动俯焊方式，改为高空作业的手工的仰焊与垂直焊方式。不仅仅是施工人员的安全，以及产生焊缝质量返修问题，而是随着焊接方式的变更，极易存在焊接结构疲劳寿命有限的风险。

6.1.4 船体构造存在严重不协调的风险。南海开拓FPSO作为一艘老旧FPSO，船体结构几曾大修改造，整个船体的结构材料有上世纪60年代、80年代、90年代和21世纪的产品，焊接也是不同时期的技术。又严重缺失构件修复变更的原始记录和焊缝记录，整个船体的结构材料与焊接存在严重的不协调。疲劳损伤是累积的概念，整个船体结构疲劳寿命处于不同水平状态。特别是几次大修改造中修补的焊缝，处于低水平状态，极易产生新裂缝。

6.2 经济合理性方面

对于结构缺陷和疲劳弱点的修复，按2008年DNV的估计，仅是评估区域所需要更换的钢板量为550t，如果扩展到全船，可能至少会增加至800t。而且通过这样的修复，还只能保证安全运营5年，之后还需要通过评估和延寿分析，确定进一步的维修工作量。

此外，有关单点、轮机、甲板和工艺设备的改造和修复，也需要投入大量的成本，以满足新的油田的生产需要。

首期改造的成本以及后期船体技术状况和改造维修成本的不确定性，也加大了经济方面决策的难度。

6.3 老旧FPSO法规风险

开拓号是一艘可解脱的具备自航能力的FPSO，生产期间固定于单点系泊系统上；躲避台风或进船坞维修时，可自航行至目的地。

虽然目前国际国内法规没有对FPSO的强制报废要求，但鉴于国内外对于这种带自航能力的FPSO是更偏重于海洋工程装置属性还是偏向于船舶的属性，还存在不小的争议。

从防止海洋污染以及海洋油气装置本身的安全，会否像我国交通运输部14号令针对老旧海船和老旧江船那样，今后会出台有关老旧海洋工程装置使用年限的限制；会否因为开拓号具备自航能力及存在自航机会，要参照执行14号令，予以强制报废。这些政策风险，也难以完全排除。

6.4 管理层的风险偏好

比较新建FPSO，老旧FPSO改造再利用最大的优势在于工期短、改造成本较低；对于产量不高、开发寿命不长的油田，老旧FPSO改造再利用确实存在无可比拟的优势，甚至存在只有通过老旧FPSO改造再利用模式进行开发，油田才具备开发价值。

但是对于船龄过大的FPSO，其改造维修后残余的技术风险客观存在，管理层对于残余风险的偏好，很大程度上影响了最后的决策。

7 结语

综上所述，开拓号用于东海高凝油油田是技术上是可行的，无论是再使用5年或10年，在不考虑改造维修成本的前提下，技术上的问题是可以解决的。开拓号最终能否应用于目标油田，取决于油田的开发情况、经济评价结果以及管理层的风险偏好。

[1]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:2.

[2]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F，E.4.

[3]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSION PROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F，E.3.

[4]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F:123.

[5]DNV.CONDITIONASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSION PROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178,Appendix F:7.

[6]DNV.UPDATED FATIGUE ANALYSISOF FPSO“NANHAIKAI TUO”,DNV ID NO:18167,Page C.

[7]DNV.UPDATED FATIGUE ANALYSISOF FPSO“NANHAIKAI TUO”,DNV ID NO:18167,Page D.

[8]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:135.

[9]DNV.CONDITION ASSESSMENTPROGRAMMEAND LIFEEXTENSIONPROGRAMMEHULL，REPORTNO.2008-9178:130.