春節(jié)剛過，隆冬的寒意尚未褪去，圓筒型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置(FPSO)流花11-1迎著海油工程青島場地凜冽的海風，從平面走向立體，從圖紙走進現(xiàn)實……
兩個月前，另一個大家伙圓筒型FPSO殼牌“企鵝”從這里“畢業(yè)”?！捌簌Z”經(jīng)歷了60多天的長途跋涉，抵達英國北海作業(yè)區(qū)。
中國建造的最大圓筒型FPSO今日在山東青島成功啟航 海油工程供圖
“深海一號”能源站的主設計師、中海油研究總院工程研究設計院結(jié)構(gòu)總師李達親眼見證了這位“畢業(yè)生”的成長。相比于傳統(tǒng)的船型FPSO，圓筒型FPSO建造周期長已成為業(yè)內(nèi)共識。目前全球在役的圓筒型FPSO最長建造周期是5.5年，“企鵝”用了4年多。“流花的建造周期至少要縮短一半!”李達心里想，“一定要在設計初期就拿出適合中國海域和中國船廠的方案，解決工期長的難題，讓這個‘應屆生’提前畢業(yè)?！?/p>
“深海一號”能源站的投產(chǎn)標志著我國深水氣田自主開發(fā)能力從300米走到了1500米，但油田自主開發(fā)能力還處于水深300米以內(nèi)的水平。探索新型開發(fā)模式和開發(fā)裝備成為我國海洋油氣勘探開發(fā)的迫切需要。自主設計建造一座圓筒型FPSO，吸取“世界碗”的經(jīng)驗，打造“中國碗”裝自己的油，對于提升油田自主開發(fā)能力意義重大。
給“大碗”穿上“裙子”
2018年，流花11-1/4-1二次開發(fā)項目計劃采用“浮式平臺+導管架平臺”的模式進行開發(fā)。采用什么樣的浮式平臺?中海油研究總院項目團隊有著完美的憧憬。
這個家伙要“胃口大”，油田的開采要求FPSO具有一定規(guī)模儲油能力。
這個家伙還要經(jīng)濟劃算。為了進一步提高邊際油田開發(fā)效益，圓筒型FPSO相比同樣功能的南海船型FPSO鋼材用量下降，同時不必采用船型FPSO所必需的單點定位系統(tǒng)，因為這種定位系統(tǒng)的造價十分高昂。
這個家伙適應性也要強。在臺風多發(fā)、海況惡劣的南海深水海域，傳統(tǒng)的船型FPSO需要使用單點內(nèi)轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)來固定裝置。圓筒型FPSO擁有更緊湊的結(jié)構(gòu)外形設計。它體積小、水線面積大、水動力性能復雜，對穩(wěn)定性要求更高，在深海復雜環(huán)境下能夠應對自如。
可國內(nèi)雖然建造過，但從未有人設計過這樣的FPSO。
它如同一個“大碗”，又高又笨重，如何能夠穩(wěn)穩(wěn)扎根在每年臺風肆虐的南海呢?
“只有找到最本質(zhì)的設計原理，才能設計出符合國內(nèi)海洋特點的浮式裝置?！崩钸_帶領團隊從圓筒型FPSO的設計原理入手，從國外與國內(nèi)海域的波浪差異入手，開展基礎研究，最終找到了解決問題的答案。
主尺度是每一個浮式裝置的第一套參數(shù)，而直接和它相關(guān)的是運動機理和固有周期。設計團隊規(guī)劃了多個尺度方案，同時進行周期和運動評估。他們試圖避開波浪主頻，獲得更好的船體運動，但屢試屢敗。
“為什么不在阻尼板上做文章?如果儲油量決定了它是一個又笨又重的‘大碗’，那我們給它增加阻尼，構(gòu)建阻尼對波浪激勵的壓倒性優(yōu)勢，做一個穩(wěn)固的碗底，不就可以站穩(wěn)了?”李達把想法分享給團隊成員，他像一個時裝設計師，給這個“大碗”穿上了鋸齒形花邊的裙子。
項目組設計了不同形狀的阻尼板形式，并進行數(shù)值模擬，最終鎖定圓筒型FPSO的船體尺度方案。讓這個“大碗”在實現(xiàn)儲油6萬立方米的同時，仍然能夠平穩(wěn)地屹立于南海之中。
要穿就穿“中國裙”
確定了圓筒型FPSO的主尺度和形式之后，如何定位成了第二道坎兒。這是南海第一個承受如此大載荷的巨型結(jié)構(gòu)。它直徑72米，是南海常規(guī)船型FPSO船寬的1.5倍，所受載荷是常規(guī)船型FPSO的兩倍還要多。
解決問題的常規(guī)方法是給“大碗”系上“裙帶”。常規(guī)船型FPSO只需要9根系泊纜，“大碗”想要采用常規(guī)的鋼纜系泊，就需要20根系泊纜。這將導致工程造價大幅上漲。
換一種材質(zhì)做“裙帶”怎么樣?設計團隊又開始了“燒腦”的設計循環(huán)。在不同的位置調(diào)整參數(shù)設置、結(jié)合環(huán)境條件的特點進行評估后，設計團隊最終決定西北側(cè)的系泊纜全部使用國產(chǎn)的聚酯纜，為“大碗”穿上“中國裙”。聚酯纜的應用不是沒有基礎的，在“深海一號”項目曾試用了單根國產(chǎn)聚酯纜，此次項目進一步擴大了應用范圍，在關(guān)鍵區(qū)域應用了整組4根聚酯纜。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，團隊開展了廠家國產(chǎn)化論證，建立測試標準，對產(chǎn)品制造、測試等多個環(huán)節(jié)進行嚴格把關(guān)。
“裙帶”問題解決后，設計團隊順勢打開全新的思路——開展錨鏈、監(jiān)測控制設備、工藝處理設備、泵、電纜等10余套國產(chǎn)化設備的定向攻關(guān)，力爭讓“中國碗”穿“中國裝”，將流花11-1/4-1全油田工程設施自主化率從80%提高到90%。
這一舉措不僅有效控制了成本，還將帶動包括鋼鐵行業(yè)、高端新材料研發(fā)、重大裝備和高端設備制造等領域20余家企業(yè)、研究院所、高校在國內(nèi)海洋油氣開發(fā)工程產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展。
吾家“大碗”立南海
歷經(jīng)3年多的設計，我國第一艘圓筒型FPSO流花11-1終于從圖紙走到了建造場地，在青島開工建造。流花11-1圓筒型FPSO，是中海油自主研發(fā)設計的第一座圓筒型FPSO，也是亞洲區(qū)域應用的首座圓筒型FPSO，是名副其實的“中國碗”。它的作業(yè)海域水深約300米，載重量約6.3萬噸，平臺最大直徑達90米。
有了“企鵝”這只“世界碗”的經(jīng)驗，“中國碗”有了更大的發(fā)揮空間。從外觀上看，其直徑比“企鵝”略大。但“中國碗”采用了上部模塊與船體生產(chǎn)甲板一體化設計理念，船體主甲板與生產(chǎn)甲板之間的設備、管線布置更加合理有序，降低了建造集成施工難度。通過優(yōu)化工藝流程設計，項目團隊將上部模塊數(shù)量降低至9個，相比“世界碗”的20個模塊，“中國碗”的建造集成難度進一步降低。
為了縮減建造和合龍周期，“中國碗”創(chuàng)新提出船體與組塊合龍關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設計新理念，可以實現(xiàn)模塊與船體的整體合龍，顯著提升建造效率。
還能不能更高效?項目團隊通過進一步優(yōu)化建造集成方案，將船體總裝、上部模塊集成作業(yè)全部集中于船塢內(nèi)完成，“中國碗”完全擺脫了對浮吊資源的依賴，節(jié)省了時間成本和資源成本。
“中國碗”的成功研發(fā)建造，讓流花11-1/4-1項目成為國際首個采用深水導管架+圓筒型FPSO開發(fā)模式的油田開發(fā)項目，不僅盤活了已經(jīng)生產(chǎn)幾十年的老油田，更讓中海油成為第二個可以獨立完成圓筒型FPSO設計和建造工程的公司。
（中國化工報 馮建悅 房瑗 張婧文）
