南海自航FLNG台风期间解脱方案设计

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

我国海上天然气资源传统开发方式为井口平台+海底管道，海底天然气资源通过井口、海管到达平台，脱除大部分水、CO2、SO2、汞、重组分等杂质，经压缩机加压后输入海底管道送达陆地终端。该模式因为适应水深浅、依托海底管网等特点不适用于中远海气田和深水气田开发。据统计70%以上的资源因为水深、远离陆地和管道、气田规模、开发年限等原因，无法得到有效的开发，而浮式生产存储液化天然气设施(LNG floating production storage and floating unit，FLNG)具备可适应深水开发、无需依托固有设施、重复利用等优点，特别适合于中远海气田和深水气田开发[1-3]。本公司从2013年开始将FLNG开发模式作为气田开发的手段之一，但一直未实现FLNG进行工程化，本文提出了一种自航FLNG设计，针对避台进行解脱方案分析。

1 方案概述

以我国南海某气田为目标，南海夏季多台风，中国海油南海运营大部分海上设施在面临台风正面袭击时，通常采用不解脱、只撤人的避台策略，但由于FLNG液货舱储存超低温且性质不稳定的LNG，如果FLNG采用不解脱方案设计，在温度升高过程中会产生大量的BOG，而持续低温和BOG都会对船体结构带来较大影响[4]。

因此，提出一种台风期解脱单点系泊系统且具备航行能力的新型FLNG设计方案。目标气田位于南海琼东南盆地，水深约1 300 m，以一年一遇台风条件为生存工况，环境条件见表1。

表1 环境条件

主风向为NE，该海域季风特征明显，冬季盛行偏NE风，夏季盛行偏S风。主浪向为ENE。主流向为W～E。

气田开发采用FLNG+水下生产系统的开发方式，水下生产设施与FLNG之间通过海管和脐带缆连接，见图1。

图1 气田开发方案

水下生产系统采出的原料气经由海管通过单点滑环送至FLNG上部处理设施处理，天然气和凝析油处理合格后分别进行储存和外输，生产污水进入生产水处理系统处理达标后排海。

新建FLNG装置艏部设内转塔单点系泊定位于目标海域，系泊系统设计条件为一年一遇台风条件，系泊方式为3×3，具备快速解脱能力，FLNG解脱后系泊浮筒下沉至水面以下约40 m处，可抵御百年一遇的海流作用。FLNG主布置图和主尺度见图2和表2。

图2 FLNG总布置示意

表2 FLNG主尺度

FLNG船体部分采用双甲板、双底、双舷侧的结构型式，主船体包括艏部(包括生活楼和内转塔)、货舱区(包括工艺舱和污油舱)、机舱和尾部。自首向尾被水密横舱壁划分为首尖舱、单点舱、货舱区、机舱和尾尖舱。货舱区被划分为1对凝析油货舱、4对LNG货舱和1对污油水舱，LNG液货舱采用双排舱，货舱之间设有隔离空舱，横舱壁和中心纵舱壁均为平面舱壁。在主甲板与中纵舱壁之间设置贯穿货舱区的防火逃生安全通道。火炬塔设在船尾右侧，向船尾方向倾斜，高度约80 m。

FLNG配备尾部吊舱式推进装置和艏侧推，台风到来前与单点系泊系统解脱实现自航避台，台风过后，尾部吊舱推进器与首侧推配合进行FLNG安装定位，回接系泊系统和立管。在LNG外输作业时，通过尾部吊舱推进器配合与穿梭LNG船进行定位和系泊。

2 南海台风情况分析

台风影响范围情况如下。

1)内圈，又称台风眼区，其直径一般为5～30 n mile，大的超过50 n mile，小的不到5 n mile，绝大多数呈圆形，也有椭圆形或不规则的。

2)中圈，又称涡旋区，也叫云墙区，由一些高大的对流云组成，直径一般为100 n mile有时可达200 n mile；

3)外圈，又称为大风区，自台风边缘到涡旋区外缘，直径为200～300 n mile，有时可达400～550 n mile，其主要特点是风速向中心急增，风力可达7级以上。经统计7级大风已经开始影响船舶航行和作业，南海固定平台一般认为应在7级风影响前完成避台准备工作[5-6]。

经统计1994—2013年期间途经目标气田及附近海域的台风共计81个，7级风影响半径参见图3。

图3 途经目标气田及附近海域台风外圈半径统计

外圈半径最小54 n mile，最大500 n mile，77.8%的台风外圈半径在100～300 n mile范围内。其平均半径计算如下：

(1)

式中：Rn为台风台风外圈半径的算数平均数，单位n mile；R1～R81为81个台风的大圈半径，单位n mile；n为台风个数，设为81。

由式1,可得出：Rn=198.08 n mile，取整选取Rn=200 n mile

台风的移动速度：经统计台风的平均移动速度VT约为10.8～16.2 kn，保守选取VT=16.2 kn。

据统计，影响目标海域的超强台风优势路径为由东向西，强台风的优势路径为由东南向西北，台风的优势路径为由东向西，强热带风暴的优势路径有由东向西和由东南向西北两条。

由统计可知，海南岛东部沿海和广东沿海部分区域为台风登陆显著区域。

3 FLNG撤离

中海油针对南中国海域多台风的情况，提出了台风撤离的应急响应计划和红、黄、绿三色报警区域，以目标海上设施为中心从内向外依次划分为FLNG撤离避台区域(红色报警)、FLNG解脱(黄色报警)和台风报警区域(绿色报警)。

3.1 区域计算

3.1.1 FLNG解脱时间确定

因部分工作可以同时作业，FLNG解脱作业总时间T1=24 h。

表3 FLNG解脱时间统计

3.1.2 撤离区域计算

假设FLNG避台区域为海南三亚港，而且台风外圈经过三亚，则FLNG的撤离最小距离的计算过程如下。

T2=L三亚/VF

(2)

LT1=(T2+T3)×VT

(3)

LF1=LT1-L三亚

(4)

式中：T2为FLNG从FLNG系泊点到达三亚泊地所需时间，h；L三亚为FLNG系泊定位点到三亚泊地的直线距离，设为80 n mile，位置见图4；VF为FLNG的航行速度，设为9 kn；LT1为台风在FLNG撤离和迎台准备时间内经过的路程，n mile；T3为FLNG在泊地做好迎接台风准备时间，设为11 h；LF1为FLNG撤离时距离台风的最小距离，n mile。

由式(2)～(4)可得出：LT1=324 n mile，LF1=244 n mile，大于台风的外圈平均半径Rn，出于方便计算和保守原则，选取LT1、LF1和Rn较大者并取整，所以FLNG撤离距离R撤离=330 n mile。

R解脱=T1×VT+R撤离

(5)

式中：R解脱为FLNG解脱距离，n mile。

由式(5)可得出：R解脱=718.8 n mile，取整选取R解脱=720 n mile。

由于台风路径的不确定性(见图5)，应该根据气象服务部门发布的可能路径及移动速度等台风信息提前报警，做好撤离解脱准备工作，台风报警距离计算如下。

LT4=T4×VT

(6)

R报警=LT4+R撤离

(7)

式中：T4为台风发生初期天气预报时间间隔，设为9 h。LT4为T4时间内台风经过的路程，n mile；R报警为FLNG台风报警距离。

由式(6)～(7)可得出：R报警=865.8 n mile，取整选取R报警=870 n mile。

综上，将FLNG台风报警范围设为720～870 n mile，FLNG解脱范围设为250～720 n mile，FLNG撤离范围设为250 n mile，见图6。

图4 FLNG避台路线示意

图5 2004年12月飓风南马多尔前往南海某FPSO台风影响范围

图6 FLNG台风报警、解脱和撤离范围

3.2 避台作业

当台风的外圈进入台风报警区域时，FLNG就会接到陆地气象部门发布的台风预警，并将持续报告台风位置和移动路径，以便FLNG作业人员作出正确的判断。FLNG现场作业人员将使用绿、黄、红的报警系统来通告全船人员。

1)台风报警。当台风进入台风报警区域时，工作人员全船通报台风情况并发出绿色报警，FLNG工作人员不撤离，将在大风条件下安全作业，和附近平台、守护船舶沟通协调，做好迎台准备。FLNG总监和陆地办公室沟通，确定现场应急响应计划-台风撤离，允许采取适当的措施如减产、紧急外输、调节液货舱液位、疏散非必要人员等。

2)FLNG解脱。工作人员持续接收陆地提供的天气报告，跟踪台风运动轨迹，向FLNG总监和安全总监汇报并评估台风进入撤离区域的可能性，向FLNG全船发出黄色警报。

FLNG总监对FLNG和船上人员的安全负最终责任，在此阶段根据情况下达关闭生产并与系泊系统断开连接命令，工作人员根据撤离程序完成关井、生产系统停车、回收海水提升系统软管和提升泵、系泊系统解脱，展开解脱作业。如情况持续恶化，在与陆地沟通确定后，允许提前下达避台撤离指令。

3)撤离避台。当台风进入FLNG撤离区域，工作人员经FLNG总监许可后，发出红色警报，由FLNG总监下达避台撤离指令，FLNG依据台风撤离计划向避台目的地航行，航行过程中和达到目的地后工作人员做好迎台准备工作，等待台风。

4)恢复生产。台风离开后，FLNG自航到油田区域，在拖轮和工程船辅助下，打捞系泊浮筒，回接系泊系统和海管。

根据南海某FPSO避台经验，台风经过，准备撤离或撤离的停产平均天数为3.5 d。以该FPSO经历台风最多的1999年为例，共经历2次台风准备撤离，3次台风撤离，按照统计时间，约17.5 d因台风停产。

常规FPSO台风来临时，也需要面临一次台风停产3 d左右，且人员还需借助直升机撤离。考虑到自航FLNG经历台风期间，人员不撤离，可以进行相关维修工作，因此，FLNG与常规FPSO一年的作业天数相近，按照330 d作业考虑。

4 结论

FLNG作为未来我国南海深远海天然气开发的必要设施，预计会在未来5～10年内出现，自航FLNG解决了FLNG台风自存的关键问题。本文提出了完整的FLNG避台策略，包括台风报警、解脱和撤离区域的计算方法；通过确定完整合理的解脱时间和解脱作业程序，保证FLNG 330 d的生产时率。综上所述，自航FLNG应用于南海气田开发是可行的。