圆筒形FPSO在南海的作业效率分析
唐坤 陆家尉 谢兰江 孙钢 徐化奎
摘要：圆筒形FPSO（Floating Production Storage and Offloading），即浮式生产储油卸油装置，已在国外多个海况恶劣油田投入使用。该装置通过相关试验，其在恶劣海况下的运动性能非常好，适合油田生产。我国南海海域海况恶劣，冬季受强烈东北季风影响，夏季受内波流影响。对我国南海海域圆筒形FPSO进行投入前期研究，尤其是针对圆筒形和船型这两种FPSO在目前南海海域的外输可作业率比较，得出相对客观的研究结果，将会给决策层起到重要参考作用。
关键词：圆筒形FPSO 外输 可作业率
1 作业效率分析
针对圆筒形FPSO外输方案设计，结合天气海况因素计算出可作业率，并对外输方案的作业效率进行分析。计算可作业率需要引入不利风向的概念。所谓不利风向，是指圆筒形FPSO 两个设计外输点（根据南海第一主导风向和第二主导风向，本别在东北和西南方位设立外输点）方位±90°左右方向来风。不利风向会造成提油轮靠泊或在泊困难。本文通过对设计基础和外输现场记录的风向、风速数据进行统计分析，统计出双外输点不利风向出现概率，结合相关计算以及实际观测，计算出具体外输可作业率，分析其最低可作业率是否能满足油田生产的需求，确保油田的顺利生产。
1.1风向风速与可作业率之相互关系
为便于计算分析，这里将风速分为三个范畴：小于8 m/s、8～16 m/s、大于16 m/s。
（1）风速小于8 m/s
依据实际操作经验，当风速小于8m/s（4～5级风）时，外输作业可以不受影响地正常进行。
理论计算也表明，当海域风速8m/s（4～5级风）时（风流涌同向作用）即便出在最不利的正横方向下，也不会对外输安全带来影响，可视为正常作业。
为了方便阐述，我们引入南海部分油田的作业现场记录，将某些具体油田分别称呼为油田1、油田2、油田3、油田4以及FPSO。经过4个海上油田的作业现场实际统计数据表明，当海域风速8m/s时（4～5级风），风向与艏向夹角大于30°的出现概率为42.24%，远远大于风速10m/s时的19.97%。而油田2作业区所属FPSO的航海日志显示，其概率分别为48.46%和21.39%。两方的现场记录印证了8m/s的风速对船舶的影响较小，与理论计算结果相符。
通过理论计算和海上实际观测，当风速小于8 m/s时，海上外输可正常进行。
（2）风速大于16 m/s
按外输方案设计要求，以及海上外输作业相关安全管理规定，风速大于16 m/s为不作业范畴，视同为不可作業概率。
（3）风速8～16 m/s
由于圆筒形FWPSO双外输点位置固定（分别在圆筒形的东北和西南方位），按其位置设置方位，风向135°、292.5°、315°、337.5°为不利风向（偏正横风）。当风速为8至16 m /s时，且风向为不利风向会对圆筒形外输造成困难，为不可作业概率
2 可作业率计算
A： 可作业率；
B： 各个风向在风速小于等于16 m/s的出现概率，因为船型FPSO受到风标效应的影响，风速大于8m/s时不利风向出现概率极少，所以B值可视为等同的船型FPSO外输可作业率。
考虑到不同的季风期有其各自的特点，为保证该季风期外输可满足油田生产的需求，以下按年度、夏季（为5至8月）、冬季（10月至次年3月）和转风季节（分别为4月和9月）分别进行计算。
①年度可作业率
首先分析南海海域的年度风向风速
按平均值计算，圆筒形外输年度可作业率为：
98.42%-0.68%-0.06%-0.11%-0.02%=97.55%
②5至8月可作业率
鉴于风速大于16m/s不作业，因此适合南海海域船型FPSO外输5至8可作业率为99.63%。
按平均值计算，圆筒形外输5至8可作业率为：
99.63%-1.53%-0.10%-0.18%-0.01%=97.81%、
③10月至次年3月可作业率
鉴于风速大于16m/s不作业，因此适合南海海域船型FPSO外输10月至次年3月可作业率为97.18%。
按平均值计算，圆筒形外输10月至次年3月可作业率为：
97.18%-0.10%-0.05%-0.07%-0.02%=96.94%、
④4月和9月可作业率
鉴于风速大于16m/s不作业，因此适合南海海域船型FPSO外输4月和9月可作业率为99.80%。按平均值计算，圆筒形外输4月和9月可作业率为：
99.80%-0.73%-0.03%-0.09%-0.03%=98.92%、
从计算结果可知：
圆筒形外输年度可作业率为97.55%；
圆筒形外输夏季可作业率为97.81%；
圆筒形外输冬季可作业率为96.94%；
圆筒形外输转风季节可作业率为98.92%。
其中圆筒形外输冬季可作业率96.94%为最低值，是因为冬季风速大于16m/s的概率较其它季节高的原因。
3相对于船型FPSO的作业效率计算
计算结果表明冬季风速小于等于16m/s的统计概率为97.18%，也就是船型FPSO外输的最低可作业率。在历年南海外输的实践中，并未影响油田生产，因此视为可接受的外输作业率。而圆筒形外输年度、夏季和转风季节可作业率均高于97.18%，仅冬季可作业率96.94%较船型略低0.24%。
因此，圆筒形FWPSO在南海目标油田现有外输作业环境条件下，相对船型FPSO外输的作业效率为：
4远景展望
由于圆筒形的筒体对风浪具有良好的遮蔽效应，其下风侧可提供更可靠的靠泊外输作业。另外，如果圆筒形FPSO外输模式采用相关辅助设备，如提油轮配置艏装载、增加艏侧推等可大大缩短外输时间，增加作业成功率， 但其真实效果需在实际操作中再进行具体统计总结。
参考文献：
[1]中海石油（中国）有限公司深圳分公司，《提油安全作业程序》.
[2]DNV-GL，《Feasibility analyses for Offloading from a Cylindrical FWPSO-Additional Study》.
[3]陆家尉，孙钢 .《圆筒形FWPSO在中国南海海域的适用性分析》.《中国造船》2016.
摘要：圆筒形FPSO（Floating Production Storage and Offloading），即浮式生产储油卸油装置，已在国外多个海况恶劣油田投入使用。该装置通过相关试验，其在恶劣海况下的运动性能非常好，适合油田生产。我国南海海域海况恶劣，冬季受强烈东北季风影响，夏季受内波流影响。对我国南海海域圆筒形FPSO进行投入前期研究，尤其是针对圆筒形和船型这两种FPSO在目前南海海域的外输可作业率比较，得出相对客观的研究结果，将会给决策层起到重要参考作用。
关键词：圆筒形FPSO 外输 可作业率
1 作业效率分析
针对圆筒形FPSO外输方案设计，结合天气海况因素计算出可作业率，并对外输方案的作业效率进行分析。计算可作业率需要引入不利风向的概念。所谓不利风向，是指圆筒形FPSO 两个设计外输点（根据南海第一主导风向和第二主导风向，本别在东北和西南方位设立外输点）方位±90°左右方向来风。不利风向会造成提油轮靠泊或在泊困难。本文通过对设计基础和外输现场记录的风向、风速数据进行统计分析，统计出双外输点不利风向出现概率，结合相关计算以及实际观测，计算出具体外输可作业率，分析其最低可作业率是否能满足油田生产的需求，确保油田的顺利生产。
1.1风向风速与可作业率之相互关系
为便于计算分析，这里将风速分为三个范畴：小于8 m/s、8～16 m/s、大于16 m/s。
（1）风速小于8 m/s
依据实际操作经验，当风速小于8m/s（4～5级风）时，外输作业可以不受影响地正常进行。
理论计算也表明，当海域风速8m/s（4～5级风）时（风流涌同向作用）即便出在最不利的正横方向下，也不会对外输安全带来影响，可视为正常作业。
为了方便阐述，我们引入南海部分油田的作业现场记录，将某些具体油田分别称呼为油田1、油田2、油田3、油田4以及FPSO。经过4个海上油田的作业现场实际统计数据表明，当海域风速8m/s时（4～5级风），风向与艏向夹角大于30°的出现概率为42.24%，远远大于风速10m/s时的19.97%。而油田2作业区所属FPSO的航海日志显示，其概率分别为48.46%和21.39%。两方的现场记录印证了8m/s的风速对船舶的影响较小，与理论计算结果相符。
通过理论计算和海上实际观测，当风速小于8 m/s时，海上外输可正常进行。
（2）风速大于16 m/s
按外输方案设计要求，以及海上外输作业相关安全管理规定，风速大于16 m/s为不作业范畴，视同为不可作業概率。
（3）风速8～16 m/s
由于圆筒形FWPSO双外输点位置固定（分别在圆筒形的东北和西南方位），按其位置设置方位，风向135°、292.5°、315°、337.5°为不利风向（偏正横风）。当风速为8至16 m /s时，且风向为不利风向会对圆筒形外输造成困难，为不可作业概率
2 可作业率计算
A： 可作业率；
B： 各个风向在风速小于等于16 m/s的出现概率，因为船型FPSO受到风标效应的影响，风速大于8m/s时不利风向出现概率极少，所以B值可视为等同的船型FPSO外输可作业率。
考虑到不同的季风期有其各自的特点，为保证该季风期外输可满足油田生产的需求，以下按年度、夏季（为5至8月）、冬季（10月至次年3月）和转风季节（分别为4月和9月）分别进行计算。
①年度可作业率
首先分析南海海域的年度风向风速
按平均值计算，圆筒形外输年度可作业率为：
98.42%-0.68%-0.06%-0.11%-0.02%=97.55%
②5至8月可作业率
鉴于风速大于16m/s不作业，因此适合南海海域船型FPSO外输5至8可作业率为99.63%。
按平均值计算，圆筒形外输5至8可作业率为：
99.63%-1.53%-0.10%-0.18%-0.01%=97.81%、
③10月至次年3月可作业率
鉴于风速大于16m/s不作业，因此适合南海海域船型FPSO外输10月至次年3月可作业率为97.18%。
按平均值计算，圆筒形外输10月至次年3月可作业率为：
97.18%-0.10%-0.05%-0.07%-0.02%=96.94%、
④4月和9月可作业率
鉴于风速大于16m/s不作业，因此适合南海海域船型FPSO外输4月和9月可作业率为99.80%。按平均值计算，圆筒形外输4月和9月可作业率为：
99.80%-0.73%-0.03%-0.09%-0.03%=98.92%、
从计算结果可知：
圆筒形外输年度可作业率为97.55%；
圆筒形外输夏季可作业率为97.81%；
圆筒形外输冬季可作业率为96.94%；
圆筒形外输转风季节可作业率为98.92%。
其中圆筒形外输冬季可作业率96.94%为最低值，是因为冬季风速大于16m/s的概率较其它季节高的原因。
3相对于船型FPSO的作业效率计算
计算结果表明冬季风速小于等于16m/s的统计概率为97.18%，也就是船型FPSO外输的最低可作业率。在历年南海外输的实践中，并未影响油田生产，因此视为可接受的外输作业率。而圆筒形外输年度、夏季和转风季节可作业率均高于97.18%，仅冬季可作业率96.94%较船型略低0.24%。
因此，圆筒形FWPSO在南海目标油田现有外输作业环境条件下，相对船型FPSO外输的作业效率为：
4远景展望
由于圆筒形的筒体对风浪具有良好的遮蔽效应，其下风侧可提供更可靠的靠泊外输作业。另外，如果圆筒形FPSO外输模式采用相关辅助设备，如提油轮配置艏装载、增加艏侧推等可大大缩短外输时间，增加作业成功率， 但其真实效果需在实际操作中再进行具体统计总结。
参考文献：
[1]中海石油（中国）有限公司深圳分公司，《提油安全作业程序》.
[2]DNV-GL，《Feasibility analyses for Offloading from a Cylindrical FWPSO-Additional Study》.
[3]陆家尉，孙钢 .《圆筒形FWPSO在中国南海海域的适用性分析》.《中国造船》2016.
