海工知识普及.docx

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海工知识普及

FPSO（FloatingProductionStorageandOffloading）浮式生产储油卸油船，它兼有生产、储油和卸油功能，油气生产装置系统复杂程度和价格远远高出同吨位油船，FPSO装置作为海洋油气开发系统的组成部分，一般与水下采油装置和穿梭油船组成一套完整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。

韩国船企对FPSO建造具有较强规模效应。

如现代重工专门建有FPSO海洋项目生产厂，已交付了6艘大型FPSO；三星重工手中持有5艘大型FPSO订单；大宇造船海洋工程公司则是全球造船企业中建造海上油气勘探船最多的企业，2005年承接海洋项目设备订单计划指标是17亿美元。

据海事研究机构（DW）预计，未来5年内FPSO新增需求将会达到84座，投资额约为210亿美元。

FPSO主要技术结构表：

FPSO主要技术结构

FPSO主要结构          功能

系泊系统：

          主要将FPSO系泊于作业油田。

FPSO在海域作业时系泊系统多采用一个或多个锚点、一

                      根或多根立管、一个浮式或固定式浮筒、一座转塔或骨架。

FPSO系泊方式有永久系泊和

                      可解脱式系泊两种；

船体部分：

          既可以按特定要求新建，也可以用油轮或驳船改装；

生产设备：

          主要是采油和储油设备，以及油、气、水分离设备等；

卸载系统：

        包括卷缆绞车、软管卷车等，用于连接和固定穿梭油轮，并将FPSO储存的原油卸入穿梭

                      油轮。

其作业原理是通过海底输油管线把从海底开采出的原油传输到FPSO的船上进行处

                      理，然后将处理后的原油储存在货油舱内，最后通过卸载系统输往穿梭油轮。

配套系统：

          在FPSO系统配置上，外输系统是其关键的配套系统。

FPSO主要优点随着海洋油气开发、生产向深海不断进入，FPSO与其它海洋钻井平台相比，优势明显，主要表现在以下四个方面：

（1）生产系统投产快，投资低，若采用油船改装成FPSO，优势更为显著。

而且目前很容易找到船龄不高，工况适宜的大型油船。

（2）甲板面积宽阔，承重能力与抗风浪环境能力强，便于生产设备布置；

（3）储油能力大，船上原油可定期、安全、快速地通过卸油装置卸入穿梭油船中运输到岸上，穿梭油船不仅可与FPSO串联，也可傍靠FPSO系泊。

最新FPSO还具备了海上天然气分离压缩罐装能力，提高了油田作业的经济性。

（4）应用灵活，移动方便，其海上自航能力是其它海洋平台系统所不具备的，因此，FPSO可根据作业需要和实际情况迅速转换工作海域和回厂检修。

FPSO技术发展趋势随着科技发展和海上作业难度加大，海洋油气开采工程装备正在向大型化、自动化、专用化方面发展，同时国际海事组织（IMO）对涉海船舶产品的安全、环保等方面的要求也越来越严格，当前FPSO设备的技术发展主要体现在以下五个方面：

（1）建造技术向模块化发展，周期缩短

早期建造FPSO基本上都是在船体结构建成后，在甲板上安装各种生产设备、主电站和热站等，建造一艘FPSO通常需要20个月或更长时间。

目前，FPSO建造已开始采用了模块化生产工艺，船体结构和上部设施可以同时施工建造，使得FPSO建造周期可缩短至10-14个月。

（2）定位系泊技术创新，动力配置加大

新一代FPSO装置的系泊多为转塔式多点辐射状系泊，有的还在艏艉配备多个侧向推进器，发展了第三代动力定位技术（DPS-3）。

多点系泊采用锚链和钢缆相组合，也有采用高防腐蚀的高强度聚脂纤维和锚链相组合的方式；根据当前FPSO船体尺寸增大以及作业能力增强的特点，新建的FPSO也相应配备了强大的动力系统，并设计采用侧推螺旋桨技术以提高大尺寸船体在强风暴下的生存能力，确保正常航行时的快速性能。

（3）降低油耗、循环利用

过去FPSO生产的原油主要靠穿梭油船外输，油田中生产的天然气在不值得铺设海底管线的情况下，只能将价值昂贵的天然气经分离处理后通过FPSO的火炬将其烧掉；现在，FPSO具有将天然气处理并转换成压缩天然气外输能力，即将海上采集的天然气压缩后用罐装，后用船舶外输，或管道输运。

（4）石油生产能力不断加强

2003年据《maritime—reporterandengineeringnews》杂志报道，新加坡远东利文斯顿船厂为挪威国家石油公司建造的”NORNE”号FPSO，原油日处理能力达到了3.5万立方米（计22万桶）；2005年，大宇接获了世界上规模最大的一艘FPSO船订单，造价9.78亿美元，该船可以储存石油216万桶，将在水深1400米的深海区作业。

（5）FPSO新概念船正在加速研发

为了解决环境污染问题，提高FPSO系统的环保性能，世界上出现了LPGFPSO（浮式液化石油气生产储卸船）新概念船；如日本石川岛播磨重工正在建造世界上第一艘LPGFPSO，一家瑞士公司已和日本三井重工及石川岛播磨重工签订了该船单点系泊技术、采购及建造服务合约。

另外，近海油气工业界也在不断进行探索，试图把油气钻井设备并入FPSO，变为FDPSO。

业内专家分析认为，随着世界各国石油需求量的快速增长，新一代FPSO技术将不断涌现。

我国自主研发的FPSO

FPSO即FloatProductionStorageandOffloading，中文是海上浮式生产储油船。

FPSO是对开采的石油进行油气分离、处理含油污水、动力发电、供热、原油产品的储存和运输，集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性的大型海上石油生产基地。

与其他形式石油生产平台相比，FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储/卸油能力大，以及可转移、重复使用的优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发，目前，已成为海上油气田开发的主流生产方式。

FPSO始于20世纪70年代中期。

它具有两个特点：

一是体型庞大，船体一般从5～30万吨，一艘30万吨的FPSO甲板面积相当于3个足球场。

二是功能较多，FPSO集合了各种油田设施，对油气水实施分离处理和原油储存，故被称为"海上工厂"、"油田心脏"。

FPSO主要由船体、负责油气生产处理的上部模块和水下单点系泊系统三部分组成，一般适用于20～2000米不同水深和各种环境的海况，通过固定式单点或悬链式单点系泊系统固定在海上，可随风、浪和水流的作用进行360度全方位的自由旋转，规避风浪带来的破坏力。

中国船舶工业集团公司第708研究所（以下简称708所）是我国进行FPSO设计的主要单位，建造FPSO的主要造船厂有上海外高桥造船有限公司，上海沪东船厂，上海江南造船厂，大连新船重工船厂等。

目前，FPSO的自主化程度已经很高，压力容器、泵类、吊机、空压机、锅炉、应急/备用发电机、污水处理设备、消防救生设备、高低压盘、电缆、普通仪表、单点主体部分，已经全部实现自主化，主发电机、大型流量计、中央控制系统设备、惰气发生器、单点关键部件等仍依靠进口。

我国第一艘FPSO-52000吨"渤海友谊"号由708所设计、上海外高桥造船有限公司建造，于***7月完工并投入海上油田生产。

上海外高桥造船有限公司建造的30万吨级FPSO"海洋石油117号"，是我国承接吨位最大，造价最高，技术最新的FPSO，造价2.4亿美元，日加工原油19万桶、储油量200万桶。

目前，我国已经成为全球最大的FPSO制造与应用国，所拥有的FPSO数量与总吨位均居世界首位。

Spar平台（深水浮筒平台）

Spar平台（深水浮筒平台）属于顺应式平台的范畴，被广泛应用于人类开发深海的事业中，担负着钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作，成为当今世界深海石油开采的有力工具。

1961年，在北海海域建造的一座浮动式工具平台，主要用于海洋研究工作。

20世纪70年代，RoyalDutchShell公司又在北海的中等水深中建造了一座BrentSpar平台，用作石油的储藏和装卸中心。

不过，早期建造的Spar平台结构与当前深海油气开发使用的Spar平台相比还是有区别的。

一般来讲，现代Spar平台都具有以下几个特征（如下图所示）：

Spar平台示意图

1.现代Spar平台的主体是单圆柱结构，垂直悬浮于水中，特别适宜于深水作业，在深水环境中运动稳定、安全性良好。

Spar平台主体可分为几个部分，有的部分为全封闭式结构，有的部分为开放式结构，但各部分的横截面都具有相同的直径。

由于主体吃水很深，平台的垂荡和纵荡运动幅度很小，使得Spar平台能够安装刚性的垂直立管系统，承担钻探、生产和油气输出工作。

2.Spar平台的中心处开有中央井，中央井内装有独立的立管浮筒，具有良好的灵活性。

生产立管上与平台上体的控井和生产处理设施相连，向下则一直延伸到海底油井。

Spar平台的油气产品有两种输出方式，它既可以通过柔性输油管、SCR立管或顶紧张式立管将油气产品直接输送到海底管道系统，也可以将石油储藏在Spar平台的主体中，然后用油轮将石油向岸上运输。

由于采用了缆索系泊系统固定，使得Spar平台十分便于拖航和安装，在原油田开发完后，可以拆除系泊系统，直接转移到下一个工作地点继续使用，特别适宜于在分布面广、出油点较为分散的海洋区域进行石油探采工作。

SparPlatforms

SparPlatforms,moored停泊totheseabedliketheTLP,butwhereastheTLPhasverticaltensiontethers范围theSparhasmoreconventionalmooringlines.Sparshavebeendesignedinthreeconfigurations:

the"conventional"one-piececylindricalhull,the"trussspar"wherethemidsectioniscomposedoftrusselementsconnectingtheupperbuoyanthull（calledahardtank）withthebottomsofttankcontainingpermanentballast,andthe"cellspar"whichisbuiltfrommultipleverticalcylinders.TheSparmaybemoreeconomicaltobuildforsmallandmediumsizedrigsthantheTLP,andhasmoreinherentstabilitythanaTLPsinceithasalargecounterweightatthebottomanddoesnotdependonthemooringtoholditupright.Italsohastheability,byuseofchain-jacksattachedtothemooringlines,tomovehorizontallyovertheoilfield.

ThefirstSparwasKerr-McGee'sNeptune,whichisafloatingproductionfacilityanchoredin1,930feet（588m）intheGulfofMexico.DominionOil'sDevil'sTowerislocatedin5,610feet（1,710m）ofwater,intheGulfofMexico,andistheworld'sdeepestspar.Thefirst（andonly）cellsparisKerr-McGee'sRedHawk.

SPAR

Oilandgasexplorationindeepwaterhasacceleratedtheneedofoceanstructuressuitableforthesedepths.Asparplatformissuchacompliantfloatingstructureusedfordeepwaterforthedrilling,production,processingandstorageofoceandeposits.Thefollowsgivesareviewonthetechnicaldevelopmentofsparplatform,includingtheresearchondynamicresponse,mooringsystem,fatigueandcoupledanalysisandthedesignofheaveplateandstrakeconfiguration.

深海油气资源的大量开发加速了对适应深水环境的平台结构物的需求。

Spar平台是一种用于深海环油气开采、生产、处理加工和储存的海洋结构物。

下文介绍Spar平台的发展趋势及其关键技术的研究,包括平台动力响应、系泊系统、疲劳分析、耦合分析以及垂荡板和侧板的设计研究。

Thispaperpresentsatypeofminisparplatformindeepwater,whichcanbeusedintheareaofSouthChinaSea.Adetailedstudyofthemotionresponseiscarriedoutinfrequencydomain.Andeffectofwaterdepthandtendonpretensiononthemotionresponsehasbeenanalyzed.Theconclusionobtainedfromthepaperisworthyofreferencetoconceptiondesignofsparplatformindeepwater.

以南海S7海域为背景,提出一种深水轻型单柱平台（mini-sparplatform）,并对其在频域内的运动响应进行了详细的研究,还分析总结了水深及系索预张力的变化对平台运动性能的影响。

所得结论对深水单柱平台的概念设计具有一定的参考价值。

productioninrecent2decades.Specialattentionispaidtothe FPSO （FloatingProductionStorageOffloading）, TLP（TensionLegPlatform）,Spar Platformand FloatingTowerPlatform.

21世纪将更加重视深海石油的开发。

本文回顾了近二十年来有关深海石油开发装置的发展,简要介绍单体浮式生产系统（FPSO）,张力腿平台（TLP）,单柱平台（Spar及FloatingTower）的情况。

随着科学技术的不断发展及深海石油开发经验的积累,浮式生产系统将更趋完善。

这是第一个由非ABSClass的spar,在马来西亚，technip设计，MSE制造，DnVClassed.好像叫Keikh?

海洋采油SPRA平台组件

SPAR是KMG（科麦奇）的，世界上第一个TrussSpar.Truss中间的横隔板可以起到Damper的作用，能显著降低Spar的垂直方向的运动。

取消了大直径的圆筒也改善了整个Spar涡激震动（VIV，vortexinducedvibration）的特性。

随后还出现了cellspar,由多个小圆桶连接在一起，hydrodynamic性能也有提高。

VIV现在是Spar最头痛的问题。

上图中的strake就是用来降低VIV的。

                                                                        TrussSPAR

至今为止，共出现了3种形式的SPAR，分别为：

ClassicSpar（传统Spar）、TrussSpar（桁架式Spar）、CellSpar（多柱式Spar）。

Spar平台（深水浮筒平台）现场组装的图片

海洋钻井平台系统的组成

半潜式的系统，

总的来说，平台的系统有点和普通的船舶相似，它们是：

1，压载系统ballastsystem

2，消防系统，fifisystem,包含firewatersystem,watermistsystem,delugesystem,foamsystem,

    co2extinguishsystem,waterspraysystem按照每个平台基本设计的不同，会有其中的几个。

3，舱底水系统，bilgesystem

4，海水冷却系统，seawatercoolingsystem

5，淡水冷却系统freshwatercoolingsystem

6，燃油系统fueloilsystem

7，润滑油系统luboilsystem

8，主机排烟系统exhaustsystem

9，废油系统,wasteoilandsludgesystem

10，透气溢流系统ventandoverflowsystem

11，测深系统soudingsystem包含manualsoundongsystem或者remotesoundingsystem

12，启动空气系统startingairsystem

13，平台空气系统，rigairsystem

14，仪表与控制空气系统instrumentairsystem

15，饮用水系统，potablesystem

16，生活水排放系统sanitarydischaregesystem

17，生活水供给系统sanitarysupplysystem

18，盐水系统brinesystem

19，钻井水液系统，drillwatersystem

20，钻井基油系统，baseoilsystem

21，泥浆供给系统mudsupplysystem

22，高压泥浆排出系统muddischargesystem

23，泥浆处理系统mudprocesssystem

24，泥浆真空系统mudvacuumsystem

25，井口控制系统subseacontrolsystem

26，分流器，高压管系系统hpmanifoldanddivertersystem

27，灌井系统triptanksystem

28，除气系统mudgasseparatorsystem

29，测井系统welltestsystem

30，隔水套管张紧系统risertensionersystem

31，液压系统hydaulicoilsystem

32，泥浆混合系统mudmixingsystem

33，散货系统，包含bulkcementsystem以及bulkmudsystem

34，高压冲洗系统highpressurewashingdownsystem

35，甲板泄水系统deckdrainsystem

36，快关阀系统quickclosingvavlesystem

37，切屑处理系统cuttinghandlingsystem

38，直升机加油系统helicopterrefuelingsystem

39，排舷外系统overboarddischargesystem

40，刹车冷却系统brakecoolingsystem

41，呼吸空气系统breathairsystem

42，推进器系统，包含thrusterhydraulicoilandluboilsystem

43，泥坑冲洗系统，mudpitwashingsystem

海洋钻井平台的承压系统

按照顺序，我们一个接一个地来解释和阐述上篇列出来的系统。

首先，对于压载系统。

它的作用就是使平台能够相对自由的吃水，保持在深海中的稳性。

简单地来说，就是用泵把船舷外的海水抽到平台里面专门存海水的舱（压载舱）里面去，而且反向也能够把海水从舱里抽出来排到海里去。

这个系统的大致的原理就是这样的。

压载系统包含，

1，海底门，seachest，一个专用的从舷外抽水的地方（钢结构），在平台的最底层。

2，压载泵，ballastpump,离心泵，至少要两台。

3，管路和附件，pipingandfittings

4，压载舱ballasttank装海水的舱室，现在的船舶设计中都会把压载舱放在平台的最外面，并且分成一个一个独立的小舱。

即使一旦有意外发生的话，就算一个舱破了的话，海水涌进来淹掉了，也不至于所有的舱都进水。

泰坦尼克号我记得似乎是6个舱同时进水，整条船也不会沉没。

一样的道理。

怎么来选择压载泵的排量和压头呢？

首先我们得确定我们的压载舱总的容积有多大。

然后根据要求，我们得确定在多少时间内能够把这些压载舱充满海水。

很显然排量X时间=容积，所以排量=容积/时间

通常来说，我们生活在大气压中，初中我们就知道一个大气压可以支持760mm得汞柱，当然换算成水的话，大概有10米的水柱。

我们的压载舱的高度，就能够决定我们压载泵的压头，如果压头是5bar，也就是说可以支持50m的水柱，泵可以把水送到50米高的地方。

注：

一个大气压就是1bar。

这样我们很容易地确定了泵的参数了，

管路呢？

管路的尺寸，可以由它里面的海水的流速来确定。

泵排量=管的横截面级X流速海水在管路中的流水不能太高，海水本身具有腐蚀性，流速高的话很容易造成管路的腐蚀。

为了避免海水管的腐蚀，玻璃钢管广泛应用在压载系统中。

海洋钻井平台之消防系统

消防系统，和陆地上一样，平台上也会着火，一旦失火，不管是对于船舶，还是钻井平台都是一件很严重

的事故。

它可以直接导致平台的沉没。

所以消防系统是平台上面一个关于安全方面的系统。

Firefightingsystem.

各大船级社对消防系统都有比较明确的规定。

首先来谈谈它的组成，

包含：

1，消防泵，其实也是大排量的离心泵，至少两台

2，管路和附件，这个就不说了。

3，保压泵，jockeypump，为什么要有这样一个泵？

大家都知道的，就算是在陆地上，你可以看看你办公大楼上的一些消防栓，它们平常是不用的。

除非

是在失火的情况下才用。

那么现在产生了一个问题，一旦失火的时候，我们的消防栓的