晏　莱，高秉峰，秦　勇海洋石油工程股份有限公司，天津300461

STP式内转塔单点系泊系统FPSO连接

晏莱，高秉峰，秦勇
海洋石油工程股份有限公司，天津300461

STP式内转塔单点系泊系统海上安装连接是一项高难度和高风险技术，目前世界上仅有少数海洋工程专业公司具备安装能力。针对恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO的现场连接工程项目，从STP式内转塔单点系泊系统FPSO出港、海上拖航、上线就位、连接方法和具体步骤等方面进行了详细论述，指出了对“海洋石油118”FPSO连接作业所做的改进，包括FPSO就位连接方式优化、预布提升牵引缆绳及单拖轮高精度限位方法等，这些可借鉴的工程经验对后续类似工程具有指导意义。

单点系泊系统；浮式生产储/卸油装置；STP；浮筒；连接

单点系泊系统作为海上油气集输的重要生产设施，因其水深适应范围广，抵御环境能力强，能系泊超大型FPSO，且经济效益好而受到广泛青睐。内转塔单点系泊系统是近年来使用最为频繁的单点系统，我国现有8套，均在南中国海服役。

STP（Submerged Turret Production） 式内转塔单点系泊系统主要由水下锚系、STP浮筒、滑环堆栈、FPSO和水下跨接系统五大部分组成（如图1所示）。该系统海上安装连接是一项高难度技术且风险大，目前世界上仅有少数海洋工程专业公司具备其安装能力。

恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO是目前国内非自航FPSO拖航距离最远，连接用时最短的内转塔单点系泊系统。本文结合恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO现场实际，对其连接方法进行论述。

1FPSO拖航

图1　STP式内转塔单点系泊系统组成

FPSO一般无自航能力，建造周期一般为两年左右［1］。FPSO在船厂建造完成后，由大马力拖轮拖带，港作拖轮协助出港，辅助拖轮护航至海上油田，与STP浮筒连接投产使用。恩平24-2油田“海洋石油118”FPSO在大连船舶重工建造，总长261.6 m，出港时由一艘20 000 HP（1 HP=735.5 W）主拖轮，一艘13 000 HP辅拖轮及四艘5 000 HP全回转港作拖轮在引水人员指挥下共同完成。拖航分为出港和海上拖航两部分。

1.1出港

1.1.1出港限制条件［2］

（1）环境限制条件。因受港口水深、航道类型、防波堤尺寸等环境因素的影响，所以FPSO出港需对环境条件进行限制。一般为：风速≤10 m/s、流速≤1kn、浪高≤1 m、能见度≥1 n mile。“海洋石油118”FPSO出港时风速6～8 m/s、流速0.4 kn、浪高0.5 ～1 m、能见度2 n mile。

（2）出港吃水。因受港池水深、靠泊码头位置水深、船厂吊机、FPSO最小吃水等因素影响，所以FPSO出港吃水应在保证最小吃水的前提下，底部到海底泥面间距应≥1 m。“海洋石油118”FPSO出港平均吃水6 m。

1.2海上拖航［3］

“海洋石油118”FPSO由大连外锚地起拖，跨越黄海、东海、南海海域，历经1 340 n mile、历时12 d拖航至恩平24-2油田预设的滞航区。

2　FPSO连接

在FPSO拖航到达油田现场前，内转塔单点系泊系统水下锚系就已经通过锚桩固定在海底，锚系系统与STP浮筒完成连接，STP浮筒通过配载位于水面以下设计位置。

2.1上线就位

FPSO拖航至油田现场预设的滞航区后，根据潮流潮汐表，绘制流玫瑰图，确定FPSO上线时间及方位［4］，依据STP浮筒安装坐标，在就位指挥及DGPS定位系统的辅助下，依靠就位拖轮控制FPSO全浮态上线、就位至STP浮筒正上方。但是由于海洋环境条件的复杂多变，依靠就位拖轮全浮态长时间控制FPSO在STP浮筒正上方进行施工作业，技术难度高，风险大，为了解决此问题，采取措施如下：

2.1.1多艘拖轮联合作业

在FPSO艏部设置1艘大马力拖轮，在艉部两舷各设置1艘大马力拖轮，3艘拖轮和FPSO组成全浮态就位系统，最大限度控制和保持FPSO的航向和位置使其艉部顶流上线。如图2所示。

“海洋石油118”FPSO连接作业中，原设计使用3艘拖轮拖带FPSO艏部顶流上线，但艏部拖轮马力大，自身控制效果较差，同时受海洋环境的影响，艏部顶流就位较难保证FPSO艏向达到就位精度需求；为了保证FPSO顺利连接，设计优化为FPSO艉部顶流方式上线，此方式艉部2艘就位拖轮对FPSO位置控制灵活，且FPSO总长261.6 m，艉部较大动作变化对FPSO艏部影响小，有效保证了FPSO就位精度，降低了作业风险，节约了施工工期。

图2　FPSO上线拖轮布置

2.1.2DGPS定位系统

为了直观地观察FPSO上线到达STP浮筒的距离以及各拖轮的位置和航向，在FPSO和各就位拖轮均安装了DGPS卫星定位系统，并用无线联网显示在FPSO艏部指挥中心电脑上，指挥人员可随时观察系统的状态，指挥各拖轮的动作。

2.1.3CCTV监控系统

因原设计的CCTV监控系统位于单点舱室内部，不便于施工观察和指挥，为使STP浮筒提升过程中，指挥中心和提升绞车操作人员能够直观地观察单点舱室STP浮筒提升缆绳的位置，指挥各拖轮的动作及STP浮筒提升控制，分别在指挥中心和提升绞车操作台增设了CCTV监控系统，使单点舱室状况能够直接显示在显示屏上，便于施工指挥操作及沟通。

增设CCTV监控系统，有效解决了因STP浮筒锁紧位置、提升位置和工程指挥位置不同而存在的指挥盲区。

2.1.4上线就位操作步骤

（1）将预先布置的就位索具与各拖轮相连接。

（2）通过就位拖轮调整FPSO航向，使其缓慢朝STP单点系泊航行。

（3）沿途3 n mile内，由指挥中心的就位指挥人员指挥各拖轮保持FPSO正确航向。

（4）当FPSO横向距离STP浮筒50～60 m时，3艘就位拖轮控制FPSO保持位置，由另外1艘拖轮将预先打捞的STP浮筒牵引缆绳传递至FPSO主甲板与预布提升牵引缆连接，然后将连接完成的缆绳引至FPSO舷外。“海洋石油118”FPSO预布提升牵引缆绳采用的是尼龙缆绳。

（5）启动提升绞车快速回收牵引缆绳，同时根据潮流方向和定位系统的显示位置，通过3艘就位拖轮控制FPSO缓慢靠近STP浮筒，直至FPSO到达STP浮筒正上方。如图3所示。

图3　FPSO就位示意

（6）随后就位指挥人员随时下达指令，根据定位系统的显示不断调整各拖轮的航向和转速，保持并稳定FPSO航向和位置，使其保持在STP浮筒正上方，以便进行连接作业。

在提升绞车牵引缆绳与STP浮筒牵引缆连接作业中，原设计采用APL公司提供的“静水压力释放器”进行连接，但此方式作业风险大，效率低。设计优化为“预布提升牵引缆”方式，可有效降低作业风险，提高作业效率。

2.2FPSO连接

FPSO通过STP浮筒与单点舱室锁紧装置连接，连接时须将STP浮筒从水下设计位置提升至单点舱室，为此专门设计液压动力绞车。该绞车通过与STP浮筒提升头连接的高强度迪尼玛缆绳提升STP浮筒，当STP浮筒提升至连接位置时，启动液压机械锁紧装置，锁紧STP浮筒，使单点系泊系统完成安全系泊。FPSO连接具体操作步骤如下：

（1）启动单点舱室内的通风系统，使其完全通风，达到施工需求。

（2）打开单点舱室内的CCTV和照明系统，选择调整摄像头的合适位置；打开指挥中心CCTV监控系统。

（3）检查确认每一个锁紧装置的手动阀处于打开状态。

（4）拆掉上方中心机构的锁紧块，检查锁紧螺母位置，允许锁紧机构能够完全上升，并确认STP控制柜操作盘上的STP浮筒没有锁紧。

（5）启动提升绞车提升STP浮筒，当提升力达到100 kN时，切换提升绞车至“低速”档继续提升，直至STP浮筒完全拉进FPSO月池内。如图4所示。

图4　STP浮筒提升

（6）激活STP控制柜操作盘上“锁紧”按钮。等待锁紧指示器的反馈信息，当对应的绿灯亮时，每一个锁紧装置锁紧到位。

（7）分别激活STP控制柜操作盘上的“预紧按钮1”、“预紧按钮2”、“预紧按钮3”对锁紧装置进行预张紧，使其张紧力达到设计要求。

（8）激活STP控制柜操作盘上的按钮关闭冲水阀，同时启动开排泵，对单点舱室进行排水。

（9）操作人员进入单点舱室，检查锁紧装置，安装锁紧销，预紧锁紧装置锁紧螺母，关闭隔离阀。

（10）激活STP控制柜操作盘上的“压力释放”按钮，直至压力缓慢降至0 MPa。

（11）拆除STP浮筒提升头，安装浮筒间隙块和密封。

（12）指挥3艘就位拖轮对STP浮筒进行旋转试验，当旋转试验达到要求后，解除FPSO艏部和艉部右舷两艘拖轮，完成FPSO连接作业。

“海洋石油118”FPSO从上线至STP浮筒提升完成锁紧达到安全系泊仅用5 h，创国内非自航内转塔单点系泊系统FPSO连接用时最短记录。如图5所示。

3　柔性软管和动力电缆的提升及永久系挂

柔性软管和动力电缆是海上油田单点系泊系统原油和电力传输的必然途经，可利用提升绞车对其进行提升及永久系挂。在软管和电缆提升过程中，需要2艘拖轮对FPSO进行限位。

图5　“海洋石油118”FPSO连接

3.1柔性软管提升及永久系挂操作步骤

（1）将提升缆绳从绞车下放至提升头，使用宽体卸扣与软管提升头相连。

（2）启动提升绞车，提升柔性软管，将临时系挂设施和锥形导向拆除，安装永久系挂支撑块和支撑螺栓。

（3）启动提升绞车下放柔性软管，将软管重量转移至支撑块，释放提升绞车，拆除提升缆绳和软管提升头。

（4）安装悬挂圆环、扭转环和带密封圈的顶部圆环，完成柔性软管的提升及永久系挂。

3.2动力电缆提升及永久系挂操作步骤

（1）将提升缆绳从绞车下放至提升头，使用宽体卸扣与电缆提升头相连。

（2）启动提升绞车提升动力电缆，拆除导向管顶部的临时顶板。

（3）安装密封及永久系挂部件。

（4）启动提升绞车下放动力电缆，将电缆重量转移至系挂结构。

（5）安装悬挂环、隔离垫片、隔离套及螺栓，拆除电缆提升头，完成电缆提升及永久系挂。

柔性软管系挂完成后，需对管道进行压力试验；动力电缆系挂完成后需进行做头、接线及绝缘耐压测试。

柔性软管和动力电缆提升过程中，原设计采用2艘拖轮对FPSO进行限位，“海洋石油118”FPSO因现场船舶资源和气象窗口的影响，无法满足设计要求。现场设计了“单拖轮高精度限位方案”，有效地保证了工程实施。

4　滑环堆栈安装

柔性软管和动力电缆提升作业完成后，即进行滑环堆栈的安装工作，滑环堆栈是油气输运的重要通道，是单点系泊系统连接的核心部件之一。滑环堆栈的安装主要是通过液压系统对其顶升、滑移、旋转、对中后，将其由运输位置转移至安装位置，然后进行螺栓安装及紧固工作。

5　可供借鉴的经验

（1）采用FPSO艉部顶流方式上线，此方式利用艉部2艘就位拖轮对FPSO位置进行灵活控制，且FPSO总长261.6 m，艉部较大动作变化对FPSO艏部影响小，有效保证了FPSO就位精度，降低了作业风险，缩短了施工工期。

（2）采用“预布提升牵引缆”方式连接提升绞车牵引缆与STP浮筒提升牵引缆时，操作简单、快捷、高效、风险低，有效规避了“静水压力释放器”连接方式存在与水下锚系缠绕造成作业中断的风险，且降低了作业环境条件要求，大大缩短了作业时间。

（3）提升牵引缆采用尼龙缆绳代替钢缆，避免了钢缆与FPSO船体磨擦造成油漆脱落所导致的船体腐蚀；同时防止了密封圈受损，影响密封效果。但应注意尼龙缆绳耐磨效果较差，需在磨擦位置增加保护套。

（4）“单拖轮高精度限位方案”减少了项目资源的投入，有效地控制项目成本，但存在一定安全隐患。后续类似项目在条件许可的情况下应设置2艘拖轮进行限位，降低作业难度，保证作业安全。

［1］姜进方，吴砚春，秦勇，等.大型FPSO储油轮拖航探述［J］.中国海洋平台，2012，27（2）：1-5.

［2］姜进方.孤立塔柱式水下软钢臂单点系泊系统安装连接［J］.中国造船［J］，2006，47（S）：452-459.

［3］中国船级社.海上拖航指南［M］.北京：中国船级社，2011.

［4］姜进方.大型FPSO拖航连接（解脱）作业指南［M］.天津：海洋石油工程股份有限公司，2008.

Connection ofSTP InternalTurret Single Point Mooring System with FPSO

YAN Lai，GAO Bingfeng，QIN Yong
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300461，China

Connection of STP internalturret single point mooring system with FPSO is a difficult and risky technology.Only a few offshore engineering companies in the world have the ability to do it.In this paper，according to the connection project of“HYSY118”FPSO in Eenping 24-2 Oilfield，the FPSO departure，towing，positioning and connection with the turret are described in detail.The technicalimprovements of the connection operation are also presented，such as optimization of FPSO positioning and connection，presetting lift ropes and using single tugboat to precisely controlFPSO position.

single point mooring system；FPSO；STP；buoy；connection

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.008

晏莱（1982-），男，湖北随州人，工程师，2008年毕业于西安石油大学化工过程机械专业，硕士，现从事FPSO解脱、拖航、连接及单点系泊系统安装、维修改造方面的工作。

Email：yanlai@mail.cooec.com.cn

2015-05-06；

2015-09-28