海上油田有哪些具体设备

Ⅰ 海上石油平台设备

一种岛状空间结构物，具有一个高出海面的水平台面，供进行生产作业或其他活动用的海上工程设施。按其结构特点和工作状态分为固定式和浮式两大类。

固定式平台 在整个使用寿命期内位置固定不变，其形式有桩式、绷绳式和重力式等(图1)。

桩式平台 是由承台(上部甲板)和桩基构成，按桩的材质又分为木桩平台、钢桩平台和钢筋混凝土桩平台。20世纪40年代末出现了导管架平台，它是先在陆上用钢管焊成一个锥台形空间框架，然后驳运或浮运至海上现场，就位后将钢桩从导管内打入海底，再在顶部安装甲板而成。70年代出现的塔架平台，是由一个垂直的导管架和若干组底桩构成，底桩沿导管架外围打入海底。桩式平台已广泛应用于建造海上码头、灯塔、雷达台、水文气象观测站等。其中导管架平台和塔架平台则多用于钻采海底石油或天然气。这种结构的主要优点是波浪及水流荷载小，但造价随水深成指数倍增长，使用水深受限制。

绷绳式平台 亦称系索塔平台，是将一个预制的钢质塔身安放在海底基础块上，四周用钢索锚定拉紧而成。它适用于水深较大的海域。 重力式平台 是靠平台自身重量稳坐在海底坚实土层之上。这种平台的底部是一个或多个钢筋混凝土沉箱组成的基座，基座上有钢立柱或钢筋混凝土立柱支撑上部甲板。由于整个结构比较大，一般先在岸边开挖的泥坞中建造基座，再拖往有掩护的深水区接高，然后浮运至现场，加载下沉。目前这种平台一般是作为海底贮油罐或用于钻采海底石油。其主要特点是抵御风暴及波浪袭击的能力强，结构耐久和维护费用低，但需开挖岸边坞坑，并要有近岸深水施工水域，结构高度因此受到限制。

浮式平台 是一种大型浮体，有的可以迁移，有的不迁移。

可迁移的浮式平台 又称活动平台，它是为适应勘探、施工、维修等海上作业必须经常更换地点的需要而发展起来的。现有的活动平台分坐底式、自升式、半潜式和船式4种（图2）。①坐底式平台（亦称沉浮式平台）多用于水深较浅的水域，其上部为工作甲板，下部为兼作沉垫的浮箱，中间用立柱或桁架支撑。作业时，往浮箱内注水使之座落海底；作业后，把箱内水抽出，平台依靠自身的浮力升起。②自升式平台适应水深范围较大，在漂浮状态时为一艘驳船，它的四侧装有若干根圆柱式或桁架式桩腿，用齿轮、齿条或液压机构控制升降。作业时，放下桩腿并插入海底一定深度，从而将船底托出水面，成为工作甲板。作业后，降下船体，拔起桩腿，即可拖航至新地点。桩腿底部带箱形沉垫的称沉垫自升式平台，不带沉垫的称插桩自升式平台。③半潜式平台多用于水深较大的海域，也是由上层工作甲板、下层浮体结构、中间立柱或桁架3 部分组成。下层浮体结构又分下船体式和浮箱式两种，下船体式更利于航行，故新建造的自航半潜式平台多采用双下船体式。这种平台作业时处于半潜状态，采用锚泊定位或动力定位。作业后，排出压载舱内的水，上浮至拖航吃水线，即可收锚移位。过去建造的少数半潜式平台兼有坐底式的功能，也可以在浅水区座落海底进行作业（见彩图）。④船式平台（即钻井船）是在普通的船舶上加一个作业平台，船舶有单体和双体之分，一般可以自航，作业时采用锚泊定位或动力定位（见彩图）。目前可迁移的浮式平台在海底石油与天然气勘探中应用得最多。

不迁移的浮式平台 在整个使用期间或较长使用期间固定系泊于海上作业位置(图3)。靠近岸边或海况较好海域使用的平台，一般采用普通驳船结构；置于海况较恶劣海域的平台多采用半潜式结构。系泊采用锚定法。为了控制平台的摇荡而将索链拉紧，使平台处于半潜状态的称张力式平台，又称张力腿平台。70年代出现的铰接式平台,由甲板、塔柱和底座组成,塔柱与底座之间用万向节铰接。不迁移的浮式平台造价比固定式平台低，适应水深大，最初多用于开采海底石油，近20年来，已扩大应用于建造海上浮式工厂（如发电厂、海水淡化厂、天然气液化厂、纸浆厂等）和海上浮式贮库（如贮油槽、毒品及危险品库等），使一些传统在岸边或陆上进行的经济活动转移到海上。这些生产设施和装置可以先在加工工业发达的地区制造安装完毕，然后拖运到计划使用的地点系泊固定。例如在浮式平台上建成的海上天然气液化厂（图4）,将从海底开采出来的天然气在工厂中进行液化，然后装罐运往陆地。这种生产系统代替了敷设长距离的海底管线，可以节省大量投资。

建造海上平台，除采用先进技术、选择高效小型设备，以尽量压缩平台面积之外，还要对影响生产作业的各种因素，如海洋环境条件与动力荷载、结构和地基响应、安全措施、环境保护以及原料和产品的运输等进行充分的研究。随着海洋开发的发展，将会出现类型更多的海上平台。

海上平台

offshore platform

高出海面且具有水平台面的一种桁架构筑物 。供进行生产作业或其他活动用。有固定式平台和浮式平台两类。①固定式平台。有桩式、绷绳式和重力式等。桩式平台由承台和桩基构成。桩基有木桩、钢桩和钢筋混凝土桩等种，构筑时将它打入海底，其上安装了承台。绷绳式平台又称系索塔平台，将一个预制的钢塔安放在海底基础块之上，用钢索沿不同方向锚定拉紧而成。重力式平台是靠平台自身的重量稳坐在海底坚实土层之上的，抵御风暴及波浪袭击的能力强。②浮式平台。有可迁移的和不迁移的两种。可迁移的浮式平台又称活动平台，有坐底式、自升式、半潜式和船式等4种，多用于海底石油和天然气的钻探。不迁移的浮式平台常建于靠近岸边或海况较好的海域，常用普通的驳船结构，系泊采用锚定法，先用于开采海底石油，后用于建造海上浮式工厂和浮式贮库等。

Ⅱ 　海上浮式生产储油装置

FPSO是Floating Proction,Storage and Offloading system的英文缩写，意为浮式生产储油装置。这种装置是集油气处理、储油与卸油、生活、发电等为一体的海上油气开采装置。浮式生产储油装置（FPSO）始于20世纪50年代末，大规模发展于90年代。到目前为止，全世界已有近80条FPSO在服役，它们主要分布在北海、巴西沿岸、西非沿岸、东南亚和中国。由于FP-SO具有海域适应性强、经济性好、可靠性高和可重复再利用等特点，它已被石油界广泛地用于海上油气田开发。

中国海油经过20多年的大力发展，FPSO已成为海上油田开发的关键设施之一。目前有11条FPSO在服役，还有2条FPSO正在建造之中，我国已成为世界上少数大量使用FPSO的国家。11条FPSO分布于渤海和南海，作业海域的水深从20～330m不等；FPSO的载重吨位从5万吨级至25万吨级，总载重吨位已达到140×10⁴t。FPSO根据不同海域的环境要求，有抗冰型、浅吃水型和抗台风型；根据不同油田的使用要求，FPSO采用了新建、改造和租用的方案。现有新建FPSO的设计寿命都在20～30年以上，并能做到在20～30年的海上作业期间不解脱进坞维护，可以做到长期连续安全生产。

中国海油自从20世纪80年代的改革开放以来，于1987年为渤海BZ28-1油田建造了5万吨级的“渤海友谊”号FPSO（图13-1）；为渤海BZ34油田建造了“渤海长青”号FPSO；在南海W10-3油田上，将18万吨级旧油轮改造成了“南海希望”号FPSO，该FPSO于1998年退役；为惠州油田群改造了25万吨级“南海发现”号FPSO。在90年代中期，渤海与南海各油田上相继投产了另外5条FPSO，它们是“渤海明珠”（图13-2）、“南海盛开”、“南海开拓”（图13-3）、“南海胜利”（图13-4）和“睦宁”。“渤海明珠”FPSO是国内第一次依靠自己的技术力量，按国际标准设计建造的58000t的FPSO，用于自营油田开发，它具有冰区作业功能，设计寿命达20年，该FPSO设计建造荣获国家科技进步奖。

从1999年起，中国海油依靠自己的技术力量，独立规划设计，国内船厂建造的高标准16万吨级和2条15万吨级大型FPSO，它们是“渤海世纪”（图13-5）、“南海奋进”和“海洋石油111”（图13-6）。这3条FPSO均用于中外合作油田开发上，受到油田合作伙伴的高度评价，开创了FPSO新的里程碑。

在20多年时间内，中国海油走过了由国外规划设计FPSO到完全由国内设计建造的过程。中国海油对FPSO规划、设计、建造、操作等已积累了相当长期的实践经验，可以根据不同油田开发的使用要求和经济效益选择新建、改造和租用FPSO的方案。目前，FPSO已成为中国海油一个新兴产业，我们将以合理价格、安全可靠、优质服务向外方提供油田开发的FPSO设施。随着中小油田及边际油田开发的需求，中国海油将会出现多种多样和全新概念的FPSO。

一、浮式生产系统分类

从海上油气田开发应用方面，浮式生产系统可分为以下3种基本类型。

a．油田开发系统：油田开发系统的用途是为了经济地开采储层流体直到经济的耗损点为止，其使用期限一般都超过5年。

b．早期的、试验性的或前期油田开采系统：该系统的用途是生产储层流体，为预测油藏长期产能和最终采收率提供可靠的生产经验及数据。而这种分类的初衷并不是开采到油层枯竭，其使用期限一般为60天到2年不等，通常不超过5年。

c．钻杆测试系统及油井或油藏的延长测试系统：该系统的用途是收集关于油井产能、介质特性、油层生产特征、油藏大小及动力、生产问题、油层连续性、油井的维护以及短期油藏维护的数据，使用期限一般测试达120天。

二、浮式生产储油装置的功能

浮式生产储油装置主甲板以下的舱室主要储存生产的原油，主甲板以上的生产甲板主要布置生产处理设施、公用设施和生活模块。

1．原油和生产污水的处理

在浮式生产储油装置主甲板以上，根据生产工艺的要求设置生产甲板。生产甲板就相当于一座陆地处理厂，在生产甲板上设置油气生产和污水处理所不可缺少的设备，如加热器、分离器、冷却器、污水脱油装置、压缩机、输送泵、安全放空装置等和生产需要的其他配套设施。处理合格的原油进舱储存；处理达标的生产污水直接排海或作为油田注水的水源；分离出来的天然气作为发电机和加热锅炉的燃料，或输送到陆地供客户使用。

2．供电和供热

开发一个油田需要大量的机械设备，而要维持这些设备和生产流程的正常运转，离了电和热是不行的。FPSO利用生产过程中分离出来的废气作为燃料进行发电和加热锅炉，锅炉产生的热量供生产流程加热，而所发的电力除供给FPSO本身生产和照明用电外，还可通过海底电缆输送到各井口平台，向井口平台提供电力所需。这样，可以减少井口平台上的设备和重量，简化井口平台的布置，节约工程费用和操作费用。

3．生活基地和生产指挥中心

在FPSO上除了布置生产设施以外，还布置有供生产操作人员生活和休息的住房。FPSO主尺度较大，为布置住房提供了有利条件，住房定员从几十人到上百人。住房内除设置卧室和餐厅外，还配备了专门的会议室、娱乐室、办公室、报房和中央控制室，不但为FPSO上的操作人员提供宽敞、舒适的生活和休息环境，还可以监控整个生产流程的运转情况，为附近平台提供支援和服务，成为油田名副其实的生产指挥中心。生活住房作为单独的一个模块，可以布置在FPSO的艏部，也可以布置在FPSO的艉部。在住房模块顶部设立直升机甲板，供倒班和应急情况时使用。

4．储存合格的原油

FPSO主甲板下面的舱室，除压载水舱、燃油舱、淡水舱、机泵舱和部分工艺舱室之外，绝大部分舱室都是用来储存处理合格的原油的，其储油量从几万吨到几十万吨，相当于一座海上大油库，与其他只能储存1万～2万吨的全海式开发方案相比，具有独特而明显的优势。FPSO的设计吨位和原油储存能力视油田海域的水深和油田的产能而定，一般应能储存油田10d以上的产量，否则，需要穿梭油轮频繁地停靠外输，受气候影响较大。

图13-1“渤海友谊”号52000tFPSO

图13-2“渤海明珠”号58000tFPSO

图13-4“南海胜利”号144000tFPSO

图13-5“渤海世纪”号160000tFPSO

图13-6“海洋石油111”号150000tFPSO

5．外输合格原油

FPSO还可兼做海上输油码头，供穿梭油轮停靠，通过输油泵、计量系统和输油软管将合格的原油输送到穿梭油轮上外运销售。穿梭油轮可以侧靠也可以串靠 FPSO，选用哪一种方式，取决于油田的环境条件和操作要求。侧靠对穿梭油轮的吨位和环境条件有较大的限制，因此，在无冰海区，采用串靠输油比较灵活。串靠输油时，需配备几百米长的输油软管和相应的一些机械设备。

三、浮式生产储油装置生产系统的特点

从水深几百米、风大浪高的南海到最大水深只有30多米、冬季有海冰作用的渤海，中国海油广泛地使用了浮式生产储油装置FPSO开发海上油田，采用FPSO生产的原油产量，目前已占到中国海油国内原油产量的一大半，充分显示了这种开发装置具有诱人的特点和优势。

1．对水深和环境条件的适应性强

从水深几十米到几百米，甚至更深都可以使用这种生产系统。水浅的海域，采用固定式的结构比较经济，水深的海域采用更具灵活性的悬链式系泊结构。不论是渤海高纬度海冰地区，还是夏季受台风袭击、波涛汹涌的南海都已得到成功的应用。

2．具有风飘作用，受力条件最佳

由于浮式生产储油装置采用旋转部件与单点系泊系统相连，FPSO基本处于自由漂浮状态，不但可以自由地纵横摇摆和升沉起伏，还可以在风、浪、流、冰等环境力的共同作用下，绕单点作360°的自由旋转，使FPSO处于受力面积最小的最佳受力状态，使单点结构设计最为经济。

3．具有充裕的面积和空间

在浮式储油装置的主甲板上加设生产甲板，使浮式生产储油装置的所有面积和空间得到充分的利用，为储存原油、布置生产处理设施和公用设备以及操作人员住房提供了良好的条件。另外，还兼做海上输油码头，供穿梭油轮系泊和停靠，成为一座集生产、生活、储油和运油多功能为一体的海上综合基地。工程费用相对较低。

4．灵活机动

浮式生产储油装置常通过一些特殊部件与单点相连，在必要的时候，也可从这些连接部件方便地解脱。渤海绥中36-1油田试验区的抗冰单点，在遇到严重冰情时，可以在数小时之内完成FPSO的计划解脱，将FPSO拖到安全地点。根据环境状况和生产需要，也可以将FP-SO设计成能抵抗百年一遇最恶劣的环境条件，永不解脱。

5．可重复利用

可重复利用是浮式生产储油装置的另一大特点。这一特点特别适用于开发期较短的边际油田。当一个油田开发完成后，可以针对下一个油田的要求，对生产设施进行适当的改造和维修即可再次使用。由于改造的工作量相对较少，不但可以争取油田尽快投产，还可大大减少油田的一次性投入，提高油田的经济效益。

渤海绥中36-1油田试验区的明珠号经改造又用到了蓬莱19-3油田，而BZ28-1油田的友谊号曾搬迁到CFD1-6油田服役，目前又在进行设备的维修和局部改造，然后再回到原来的位置，为渤南油田群的开发继续使用20年。

6．施工周期较短

通过10多年的工程实践，有关浮式生产储油装置的设计和建造，国内已有了相当成熟的经验。建造一座10多万吨的浮式生产储油装置，一般只需1～1.5年的时间，与一座大型组块的施工周期差不多。另外，由于对FPSO的船型没有其他额外的要求，在油田急需投产的情况下，可以选用合适的旧油轮进行改造，在其甲板上增加生产工艺模块，然后与单点系泊系统相连，即可投入使用，这样，施工周期可以更短一些。像南海几个油田，旧油轮的改造时间大都在1年之内即可完成。

Ⅲ 　海上浮式生产储油装置系泊系统

在海上油气田开发中，海上浮式生产储油装置（FPSO）被系泊设施定位于某一海域，进行长期的油气开采作业。FPSO的定位不同于常规运输船舶的抛锚定位，它需要抵抗一定条件的环境力，海上定位时间长达十几至二十几年，而且需要与其他海上设施之间进行井流、电力和通讯等传输，保证一定海况条件下的连续安全生产。

系泊系统装置从型式上可划分为两大系列，即单点系泊系统和多点系泊系统。单点系泊系统是针对浮体而言的，即系泊连接点为一个点，适合长宽比较大的浮体（如油轮、FPSO、运输船舶等），突出特点是具有风向标的作用，可以使浮体围绕系泊点作360度旋转，使浮体总是处于受力最小的方向位置上；它的另一特点是使用旋转接头，能进行井流、电能和通讯等传输。单点系泊系统因具有很多优点而被石油工业界广泛采用，但它的工程投资也非常高，技术上被几家单点公司所垄断。多点系泊系统不同于单点系泊系统，浮体上有多个系泊连接点，没有风向标的功能，也不需要旋转接头，适合于浮体长宽尺度接近且海上环境条件平缓的工程中。动力定位也是浮体系泊的一种型式，它完全或部分借助浮体上的推进器和侧推器，由计算机统一管理和操纵，使浮体处在最小环境力方向上，并将浮体定位于某一定点海域。

世界上有多种多样的系泊系统型式，中国海洋石油总公司自从采用FPSO进行海上油气开发以来，就伴随着从国外引进系泊系统装置。主要型式有：塔架软刚臂单点系泊系统装置（亦称为Tower Soft Yoke Sing1e Mooring system）如图13-7所示，主要在渤海浅水海域使用，适用小于40m水深，具有抗冰与可解脱功能，目前已有4套该装置在使用；悬链式浮筒单点系泊系统装置（亦称为CALM系泊系统），见图13-8，在南海W12-1油田的原油外输终端上使用了这套系泊系统装置；内转塔式系泊系统装置（称为Internal Turret Mooring system），共7套该装置在南海油田上使用，适用50～400m水深，其中有5套装置在旧油轮改造的FPSO方案中使用，2套在新建FPSO中使用，如图13-9所示，该装置有解脱式与不解脱式之分，可以抵抗台风等恶劣的环境条件，图13-10为内转塔的旋转机构，世界上多数深水FPSO均采用这种系泊系统装置。

由于海上石油开发的需要，曾出现几十种系泊系统的设计方案，但真正被实际应用的仅十几种。自世界上出现FPSO以来，各相关公司就致力于研究开发各种型式的系泊系统装置，目的就是针对不同海域、不同使用周期、不同功能及降低工程投资等进行广泛研究。目前，单点系泊系统装置的技术被几个单点制造商所垄断。最近几年中国海洋石油总公司不断从国际上引进先进的单点系泊系统，以适合抗强台风、永久系泊、降低工程投资等要求。

图13-12“睦宁”号FPSO内转塔系泊与辅助动力定位系统

2．系泊头

系泊头指将军柱上的旋转机构向上，随FPSO可自由转动的部分。这一部分主要包括固定旋转轴承的转盘、油气水旋转密封通道和跨接软管支撑结构。转盘是一个铸钢件，在系泊头转盘的侧面设置连接机构，作为软刚臂和系泊头的连接支撑，当软刚臂在海上与单点连接完之后，来传递FPSO引起的系泊力。系泊头的顶部为一个钢支架，作为跨接软管的支撑结构，通过立柱与转盘连接在一起，使跨接软管支架与转盘一起转动。

3.A字形连接软刚臂（YOKE)

A字形连接软刚臂是FPSO与单点的主要连接部件，一般由大直径的圆管组成。其顶部通过万向转动接头与系泊头转盘相连，底部两侧通过万向联轴节吊挂在系泊腿上与FPSO上的系泊支架相连。尽管其结构本身是一个钢结构，但通过旋转机构和系泊腿一起组成一套柔性系泊系统，它可以不受限制地适应FPSO各种运动状态，因此又将这一部分称为软刚臂。软刚臂在海上与单点系泊头转盘连接，在FPSO尚未就位或解脱时，可下放到海面自由运动，承受海上的环境力。在软刚臂的底部设有压载舱，内部注入适量的防冻液，用以改善和调节整个系统的运动状态。

4．系泊腿

系泊腿是FPSO和YOKE的连接部件，共有2根，分设在FPSO系泊支架的两侧，系泊腿上端与FPSO上的系泊支架相连，下端与软刚臂相连，两端均有旋转机构，以适应FPSO的运动。一般情况下，先将系泊腿与FPSO系泊支架在陆地上连接好，待FPSO拖到油田现场后，将软刚臂底端吊起与系泊腿下端连接起来，完成整个浮式生产储油装置系泊系统的最后一道工序。如果FPSO需要解脱时，也通过这一部分机构的逆向操作，将FPSO从单点解开。这部分连接机构的设计方案，在很大程度上决定了FPS0海上连接和解脱所需的时间。系泊腿和软刚臂是整个系泊系统运动幅度最大的部件。

5．管线系统

为了将井口平台生产的原油和天然气输送到浮式生产储油装置上，或根据生产需要实现流体或气体反向输送，则需要通过海底管线、旋转密封滑环和FPSO与单点之间的跨接软管以及相应的配套管线来完成。跨接软管和密封通道的尺寸和数量依据生产需要而定。为实现海底管线的清管作业，在单点上需布置清管球发射和接收装置。

由于单点系泊系统各部件受力的复杂性，从FPSO系泊支架开始，连同整个系泊系统的设计，目前大都由国外专门的公司来承担。各部分的旋转部件也都由国外公司作为专利件供货。但其中的钢结构部分，如导管架、系泊头、系泊支架和软刚臂的施工建造，从一开始就是全部由中国海油承担的。