第46卷第4期2017年8月
船海工程
SHIP &OCEAN ENGINEERING
Vol.46 No.4
Aug.2017
D O I：10. 3963/j. issn. 1671-7953.2017.04.035
闫斌，刘雪宜，姜学录，谭巍
(海洋石油工程股份有限公司，天津30CH52)
摘要：以渤海海域海洋石油112 F P S O的解脱为例，设计大抓力锚与大功率拖船配合的新方法对F P S O 进行精确控位，建立水下Y O K E排载系统以提高F P S O与Y O K E分离所需的提升能力，设计水下软刚臂单点 系泊系统的解脱工艺。实践表明，解脱工艺和方案安全可靠，实现了世界首例水下软刚臂单 点系泊系统海洋 石油112F P S O的解脱。
关键词：单点系泊系统；水下软刚臂；解脱；控位;F P S O
中图分类号：U674.38 文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)04-0151-05
水下软刚臂式单点系泊系统是塔架软刚臂单 点系泊系统中的一种[1]，是挪威A P L公司2000 年前后开发的新的单点形式，世界上共有2例工 程使用的案例[2]，均在中国海域的渤海湾地区，分别于2004年在曹妃甸油田和BZ25 - 1油田正 式投入使用[3]。2014年，因曹妃甸油田的水下软 刚臂式单点系泊系统出现故障，必须将该系统中 的海洋石油112 FPS0与单点解脱，并对原有单点 进行改造。以渤海海域海洋石油112FPS0的解 脱为例，设计大抓力锚与大功率拖船配合的新方 法对FPS0进行精确控位，建立水下Y O K E排载 系统以提高FPS0与Y O K E分离所需的提升能 力，设计水下软刚臂单点系泊系统的解脱工艺。1项目背景
水下软刚臂式单点系泊系统是挪威A P L公 司设计开发的可解脱形式单点系泊系统，主要由 带有孤立塔柱的水下基盘、水下旋转Y O K E、单点 上部组块、系泊链系统、一艘浮式生产储卸油装置 (FPS0)和悬空跨接软管、电缆6大部分组成，适 合最大水深为50 m。水下基盘通过3跟钢粧固 定到海底，水下旋转Y O K E通过挂钩结构与水下 基盘连接。上部组块安装在基盘上的孤立塔柱内 套筒的顶部，用法兰连接。上部组块导向柱插入 孤立塔柱外套筒的导向套筒中，这样，上部组块的 收稿日期:2016-11 -25
修回日期:2016-12-21
第一作者：闫斌（1981—)，男，硕士，工程师
研究方向：海洋石油工程旋转框架、外套筒以及Y O K E通过系泊链与FPS0 连接，呈风向标效应，绕单点基盘及孤立塔柱进行 360度旋转。介于孤立塔柱式下水粧基础单点和 FPS0之间的Y O K E和系泊锚链，通过万向铰接 头实现软刚臂功能，依靠Y O K E压载舱配重提供 合适的恢复力，以保证弹性系泊的需要。见图1。
曹妃甸油田位于渤海湾西部海域，油田水深 约26 m，系泊的FPS0为海洋石油112 FPS0，具 体参数为：总长276. 82 m，垂线间长262 m，型宽 51 m，型深23.6 m，满载吃水15.6 m，设计寿命 25年。2014年，曹妃甸油田为解决单点系泊系统 存在的故障，计划在原有单点附近新建一座单点，将海洋石油112FPS0与原有单点解脱后，直接与 新建单点连接，以尽快恢复油田生产。
图1水下软刚臂式单点系泊系统示意
2设计方案
2.1基本要求
1)要保护水下基盘连接的海底管道、海底电
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缆以备后续使用，要求F P S O解脱时水下Y O K E
必须下放至位于海床指定位置，即F P S O船艏向
蓝血人作品为296°，且在Y O K E下放至海床时F P S O船艏左
右偏移不超过3 m。
2) 根据作业计划，完成F P S O与单点解脱的 所有施工步骤用时近72 h，需要采用可靠的方法
实现F P S O的长时间船位控制，既不能对原单点
结构造成次生损害，影响对原单点结构故障的后
续调查；又能迅速应对气象水文条件突变带来的
康莱特不利影响，使F P S O解脱后迅速从现场撤离。
3) F P S O与单点解脱必须将F P S O与Y O K E
连接的系泊链拆除，因此需要使用F P S O船艏提
升绞车将Y O K E先提升至指定高度，然后拆除系
泊链与F P S O的链接，最后将Y O K E下放至海床。但是，Y O K E及其附件自重为1 109 k N，考虑海水 浮力，提升绞车对Y O K E施加的向上的提升力至 少应不小于8 15.5 k N，这对于安装使用近11年、设计提升能力为8 000 k N的绞车已超出其工作 负荷。
2.1 FPSO船位控制设计碱血症
为满足F P S O船位的精确控制，同时考虑FP-S0解脱后迅速撤离作业海域，采用了大功率三用 工作拖船与大抓力锚相互配合的F P S O船位控制 方案，见图2。
FPSO船艏采用 2 条 8 940 k W(12 000 H P)、系柱拖力1 050 k N的三用工作拖船分布左右，使 用拖船拖缆与F P S O船館甲板上的拖点连接；米 用1条8 940 k N、系柱拖力1 200 k N的三用工作 拖船布置在F P S O船艉。这种方式可实现FPSO 一定范围内的船位控制，并在风向流改变时，能够 及时调整F P S O船艏受力的方向和大小。在FP-S0与单点解脱后，将有这3艘大功率拖船采用艉 拖方式拖带F P S O快速撤离现场。
F P S O船艉采用布置2个临时大抓力锚的方 式实现F P S O船位的精确控位。由于F P S O实现 与单点解脱前，F P S O船艏2根系泊锚链仍与水下 Y O K E连接，使其仍可通过Y O K E提供的回复力 保持在系泊状态，在2个临时大抓力锚的辅助控 位下，F P S O船艉的大功率拖船只需保持自持而不 需对F P S O施加向船艉方向的力，避免F P S O船艉 的大功率拖船拖力不稳定造成单点结构损伤。
中国国民党
F P S O船艉布置的临时大抓力锚采取自重为
三讲一落实
7 t的M K5型大抓力锚、中56 x25 m锚链、妒0 m m x485 m钢缆的组合布置，见图3。锚缆与FPSO 拖点间的连接采用安全工作载荷85 t导向滑轮的 与小50 m m X300 m回头钢缆组合的形式连接，见 图4。通过F P S O船艉的工作绞车对锚缆张紧程 度进行控制，实现对F P S O船艏向的精确控制和 动态微调。
在设定的作业环境条件下，即风速<11 m/S，流速<0.8 m/S，有义波高<0.75 m，采用M O S E S 软件对F P S O船位控制布置进行动态校核[4_6]，以上布置满足F P S O解脱的要求。
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2.2 YOKE压载舱浮力提升设计
Y O K E压载舱分为左翼压载舱、中间压载舱 和右翼压载舱等3个部分，见图5。左翼和右翼 的压载舱填充有密度为3. 18〜3.3 t/m3的混合 砂浆，剩余共计68 m3的空间充满海水。中间压 载舱中与海水环境连通，体积为122 m3。为注入 常压空气将压载舱中海水排出，将压载舱原有人 孔更换为带有进气口和出水口的人孔盖，见图6。人孔盖上的进气口与从F P S O船艏引至Y O K E的空压机管线连接，见图7、8。
图6带有进气口、出水口的人孔盖
在实践操作中，以海水上浮大量气泡为
图7左翼、右翼压载舱排载
图8中间压载舱排载
Y O K E压载舱排载完成、获得浮力提升的标志，可 提供1 947 k N浮力，从而使Y O K E提升所需的提 升力由8 155 k N降至6 208 k N，处于F P S O船艏 提升绞车的设计能力范围内。
3 FPSO的解脱作业
F P S O与水下Y O K E的连接是通过系泊链和 提升链构成的，因此，在F P S O解脱时，首先要使 用F P S O船艏的提升绞车通过提升链将水下Y O K E向上提升约4 m，将嵌入F P S O船艏系泊支 架的系泊锚万向铰接头移除并置于F P S O之外，然后释放提升链将Y O K E下放至指定位置并将 提升链拋放至海床上，解除F P S O与水下Y O K E 的最后连接，最后断开临时大抓力锚对F P S O的控制，在3条F P S O控位拖船的控制下，拖带FP-S0撤离作业海域，完成解脱作业。
3.1临时大抓力锚的预布
在预定的锚位位置沿设定的锚缆走向下锚。由于F P S O船艉导向滑轮和工作绞车对锚缆张紧 度的调整有限制，实际锚位不能超出以设定锚位 为中心、半径为20 m的设定区域。
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临时大抓力锚下锚和锚缆放缆后，使用系柱 拖力不小于700 k N的三用工作拖船对大抓力锚 进行拉力试验，拉力试验应沿设定的锚缆走向进 行，试验拉力为500 k N，持续保持15 min，试验3 次，若发生溜锚或是走锚情况，应按上述步骤和要 求重新拋锚。试验合格后，在锚缆端挂上标识浮 标后铺放在海床上。
3.2控位拖船的挂拖
在选定的气象窗口内，先将8 940 k W、系柱 拖力1 200 k N的三用工作拖船与F P S O船艉的拖 点连接；然后连接船艏处于上风向的8 940 k W、系柱拖力1 050 k N的三用工作拖船，最后连接下 风向的拖船。拖船挂拖时，应选择流向比较稳定 的时段，并应注意已预布的临时大抓力锚锚缆和 浮标。分布左右，使用拖船拖缆与F P S O船艏甲 板上的拖点连接；采用1条8 940 k W、系柱拖力 1 200 k N的三用工作拖船布置在F P S O船艉。
3.3锚缆与导向滑轮的连接
3条控位拖船拖带F P S O旋转至艏向为296° 的位置，并保持F P S O船位。辅助拖船艉应先连 接F P S O船艉上风向侧的导向滑轮，再连接下风 向侧的导向滑轮。
辅助拖船船艉傍靠F P S O船艉，将预先连接 好的导向滑轮移放至辅助拖船甲板并采取可靠固 定。F P S O船艉工作绞车逐渐放松，辅助拖船携带 导向滑轮和绞车钢缆靠近锚缆浮标位置，并在辅 助拖船甲板上完成滑轮与锚缆的连接，见图9。随着F P S O船艉工作绞车的钢缆逐步收紧，辅助 拖船缓慢释放导向滑轮，直至锚缆带力、滑轮处于 水面以上。
为避免导向滑轮在与锚缆连接及张紧过程中 发生反转而使绞车钢缆缠绕，应选择能够对钢缆 154进行导向、限位的滑轮，F P S O工作绞车应选择防 转钢丝绳，辅助拖船在释放滑轮时应张紧有度、缓 慢释放。
3.4 FPSO与单点的解脱
3条控位拖船和2个临时大抓力锚的控制 下，使F P S O位于设定的解脱区域，S卩：F P S O船艏 向为296°左右。
应先对水下Y O K E压载舱进行排载，直至有 大量气泡从Y O K E压载舱位置翻滚冒出；同时启 动F P S O船艏800 t提升绞车，将Y O K E向上提升 约4 m。然后启动F P S O船艏左右舷的工作绞车，将系泊链万向铰接头从F P S O船艏系泊支架挂接 点移置于舷外，并充分释放，解除F P S O与水下 Y O K E连接的系泊链，见图10。
最后再次启动F P S O船艏800 t绞车将Y O K E 下放至海床泥面以上2 m，通过2个临时大抓力 锚和3条控位拖船将F P S O船艏向准确定位在 296°、左右偏移<3m，直至Y O K E完全下放至海 床。解除F P S O与提升链的连接，实现F P S O与单 点的解脱。
在这一过程中，为缩短F P S O解脱时间，在 F P S O船位进行调整时即可开展Y O K E压载舱的 排载工作；在Y O K E位于海床泥面以上2 m时，应 对F P S O进行准确的控位并实时监测，确保Y O K E 坐落在预定位置，同时，还应格外注意F P S O与单 点之间的距离，避免因提升链的解除造成FPSO 突然向后移动，进而导致F P S O船位位置的短暂 失控。另外，一旦Y O K E完全坐落在海床上，应 快速断开排载管线，断开F P S O与单点或是Y O K E 间的任何连接。
3.5 FPSO撤离作业海域
F P S O与单点解脱后，F P S O船艉的控位拖船 应逐渐增加拖力，控制F P S O向
296°方向缓慢后
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撤，撤离距离应在20 m 范围内。同时，F P S O 船艉 的2台工作绞车应快速释放，直至连接导向滑轮 的300 m 回头钢缆呈松弛状态，使用氧气乙炔切 割工具将回头钢缆从F P S O 船舷侧切断，从而断 开F P S O 与大抓力临时锚的连接。最后，在3条 控位拖船的控制下，以F P S O 尾拖方式拖带FPSO 离开作业区域，完成F P S O 解脱作业。
需要注意，在初始后撤的20 m 范围内，FPSO 后撤速度不宜过快，尤其是导向滑轮的300 m 回 头钢缆的切断作业要快速果断，避免因不及时造 成F P S O 撤离受阻。
4
结论
1)
作为世界首例水下软刚臂式单点系泊系
统的解脱作业，其解脱过程精度要求高、环境条件
要求严格、作业持续时间长，需要多船舶、多体系、
全方位协同配合，尽管技术难度高、作业风险大，
但海洋石油112FPS 0的成功、顺利解脱，不仅从
理论上和实践上证明了该形式单点系泊系统解脱 的可行性，而且为今后该形式单点系泊系统的设 计和改进提供了技术参考。2) 采用大抓力锚配合3条大功率三用工作 拖船对F P S O 实施精确控位，虽然在方案设计和 施工准备阶段难点重重、工作繁多，但其可靠和精 确的控位能力有效降低了海洋工程作业对环境的
依赖和限制。
3) 水下Y O K E 排载系统简单实用，不仅抵消
了海生物附着
YOKE 的不利影响，而且有效降低
了 FPSO 与YOKE 分离对YOKE 提升绞车工作能 力的要求，保证了 FPSO 解脱作业的正常开展。
4)在水下软刚臂式单点系泊系统的解脱过 程中，FPSO 船位控制、YOKE 提升和下放、解除系
泊链与FPSO 的机械连接、断开临时大抓力锚对 FPSO 的控制、FPSO 快速撤离等关键作业点要求
准确到位、一气呵成，任何一个步骤的失误都可能 造成FPSO
解脱作业的失败。降低天气、水文条
件的不利影响，采取合理易行、简单果断的施工操 作，是实现水下软刚臂式单点系泊系统中
FPSO
与单点解脱的关键控制点。
参考文献
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YAN Bin, LIU Xue-yi, JIANG Xue-lu, TAN Wei
(Offshore Oil Engineering Co. Ltd. , Tianjin 300452, China)
Abstract ： Taking the Haiyang Shiyou 112 F P S O disconnection in Bohai sea as an example, a new method was designed to
precise control the position by tugs cooperating with high holding power anchor. The underwater yoke exhaust system was set up to enhance the hoisting capacity during F P S O separate from und
临床代谢组学
erwater yoke, the disconnection process of underwater soft yoke S P M (single point mooring) system was developed. Practice showed that the disconnection process are safe and reliable, and successfully achieved the f i r s t disconnection case of underwater soft yoke S P M system in the world.
Key words ： single point mooring ； underwater soft yoke ； disconnection ； station keeping ； F P S O
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