新概念海洋浮式平台技术进展与政策建议
  
作者：范会渠, 戚涛   出处：中国船舶与海洋工程网信息中心   分类：海洋工程
   发布时间：2012/3/15 10:26:53

摘要：本文介绍了目前国内外新概念海洋浮式平台的发展趋势和主要新概念浮式平台类型，同时对中国国内浮式平台的发展现状做了总结。最后，给出了创新发展中国海洋工程的政策和决策建议。

关键字：新概念海洋平台 浮式平台 政策建议

一、 世界新概念海洋平台技术发展现状及趋势分析

世界范围内，海洋油气开发的总体趋势是朝更大水深发展，另两个热点是边际油气田开发与极地油气开发。与之相对应，用于深水油气开发的各类新型深水平台概念应运而生；为降低边际油气田开发整体投资成本的各类简易轻型平台概念不断涌现；瞄准极地冰区油气开采的概念平台也已出现。海洋平台概念的创新主要体现在各类浮式平台形式的变化和发展上。浮式平台形式变化的目的是在提供足够的有效载荷前提下获得更好的运动性能，并能满足特定作业条件下的功能需求和安全需求。

目前主流的浮式平台形式有FPSO，半潜式平台，张力腿平台和SPAR平台（平台示意图见图1）。

图-1 主流浮式平台示意图

注：图中从左向右平台类型依次为：半潜式平台，Spar，张力腿平台和FPSO

常见的新概念浮式平台形式开发思路有：

a) 改进型：为满足特定要求（如作业环境、功能要求、经济成本等），在传统形式基础上随之做出调整改进，或对平台的功能进行扩展。如：为了运输天然气，而产生的LNG-FPSO平台；冰区Spar需要考虑破冰设计，水线面处结构形式需做相应调整。

b) 深吃水型：从改善平台运动性能的角度出发，因深吃水型平台由于有较好的稳性和垂荡性能，成为平台新概念浮式平台的设计思路之一。

c) 组合型：结合各类成熟平台性能特点，通过平台形式的结合，以期获得更加优良的平台性能。

d) 可解脱型：某些海域的特定时间段的可能会出现极端恶略的海况，从平台安全角度考虑，在极端环境条件到来之前通过船体与系泊系统（含立管系统）之间的解脱来避开可能带来的损害，待极端环境条件过后，再重新连接，继续作业。

上述思路只是从不同方面来进行归纳总结。在新概念平台设计中通常会综合考虑可行的思路，结合设计公司自有的技术积累与设计偏好，并考虑业主的需求来开发新的平台方案。

在四类主流浮式平台结构形式的基础上，各类改进型（如LNG-FPSO， Arctic Spar，Deep draft semi等）和组合型（如Spar和TLP形式结合）的平台概念不断被提出和完善。（各类改进和组合型浮式平台示意图见图2--6）。

图-2  SBM公司LNG FPSO概念图

图-3 Technip与FloaTec联合开发的极地可解脱式Spar概念图

图-4 兼具Spar与TLP两种特点的BLS（Buoyant leg structure）平台概念图

（International Design, Engineering, and Analysis Services Inc.）

图-5 FloaTEC公司的Deep draft semi概念图

注：左边为Truss-semi，右边为E-semi

图-6 Min DOC公司3类Deep draft semi概念图

在油气公司和设计公司的共同努力下，由传统的船型FPSO演变而成的全新形式的平台概念（如Sevan marine公司的Sevan FPSO系列，和OPE公司的SSP等，见图7--9）。在避免使用长期以来处于垄断地位的内外旋塔技术的同时实现了海上生产储油功能。

图-7 Sevan FPSO概念图

图-8 OPE公司SSP平台概念图

图-9 Pertobras设计的MPSO

这些海洋平台新概念，有些尚处于研究论证阶段，有些已经开始工程应用，如：首个为ATP Oil & Gas设计的MinDOC 3平台在Gulf Marine Fabricators建造，并已安装于墨西哥湾Mirage油田；Sevan公司的FPSO有3个已经投产，3个正在建造。

需要指出的是：海洋平台新概念不是孤立的，而是为满足海洋油气开发模式的现实需求而出现的，是海洋油气开发模式创新中的一个部分。目前，在新的油气开发需求下，出现了新的浮式平台和井口系统组合方式，如：PetroBras在墨西哥湾将在Cascade 与 Chinook油田通过水下生产系统与可解脱浮子和柔性垂直立管系统，用一个FPSO接收两个油田生产的油气（见图10）；Shell在墨西哥湾Perdido油田开发中，将采用大水深Spar与水下直接垂直接入系统（direct vertical access，DVA）组合的方式（将图11）。

图-10 Cascade 与Chinook一期开发模式示意图

图-11 Perdido油田开发模式示意图

    显然，服务于各类地区的不同油田的不同的实际需求，组合既有平台形式在局部改良的基础上，以简单快速的工程手段实施开发，以对应高速增长的油气需求已成为新概念海洋平台技术创新的一种趋势。

二、 我国新概念海洋平台技术总体进展情况

我国海洋油气开发事业起步较晚，目前主要是浅水油气田的开发，海洋平台为多为传统的固定式平台。在为数不多的有浮式平台的油田中，浮式平台都是由国外设计的。浮式平台的技术整体尚处于跟踪模仿阶段。

“十一五”期间，在国家科技部对海洋技术的重视和支持下，国内各有关研究单位和高校在新概念海洋平台技术开始了探索性的研究。各单位提出的平台新概念基本上都是在主流平台形式上的改进和组合。使我国的海洋油气平台技术在短时间内有了长足的进步，一时呈现百花齐放的局面。

2005年，上海交通大学综合已有三代Spar平台的特点，提出了新型多柱桁架Spar概念，并进行了性能计算分析和水池试验。

2005年，天津大学针对Spar和TLP平台，提出了抗外力强稳定性高的海上平台概念。将平台浮体置于水下，在浮体上部安装导管架，以减少平台受到的水平载荷。

2005年，针对边际油气田开发，上海利策科技有限公司（简称“利策”）提出了简易单立柱张力腿平台概念，目标最大水深350米。该项目前期概念研究得到了863计划青年基金的支持，目前由863计划支持的第二期平台性能试验研究正在进行中。

2007年，利策提出了适用于南中国海的可解脱多点系泊的FPSO概念，该概念平台在极端条件下比永久系泊更安全，没有转塔，成本比转塔系泊系统成本更低。目前该概念研究得到了863计划的支持，正在进行概念设计。

2008年，中船重工船舶设计研究中心有限公司（简称“民船中心”）在863计划支持下，在Truss Spar和Cell Spar的基础上，提出了T-Cell Spar概念，目前该项目正在进行。

2008年，中国船舶重工集团公司第七0二研究所（简称“702所”），在863计划支持下，从改进TLP船体形式入手，提出了新的TLP船体形式，目前该项目正在进行。

2005年起，中海油研究中心在“十一五”期间也组建了深水油气平台研究队伍，并组织国内外技术力量开展研究。遗憾的是由于缺少相关公开资料，在本文中无法介绍其技术进展状况。

尤其是“十一五”期间，国家通过重大项目，以突破南海深水油气勘探开发的重大关键技术问题，为南海丰富的油气资源得以有效开发提供技术支撑。“3000米深水半潜式钻井平台关键技术研究”是研究课题之一，课题由中海油牵头，组织国内外技术力量对深水半潜钻井平台设计建造技术引进消化吸收。目前，该钻井船上海外高桥造船厂建造完成，正在进行调试。

海洋平台产业化现状

“十一五”期间，3000米深水半潜式钻井平台关键技术研究作为国家重大专项。中海石油总公司组织了国内最强的研究力量，通过引进消化吸收再创新的过程，取得了船型设计的知识产权、国产高强度R5级锚链的研制和应用、南海恶劣海况条件下高效安全作业、DPS3动力定位和锚泊定位组合、超高强度钢材焊接技术、建造精度控制技术等10项创新成果，并且全部应用于半潜式平台的建造中。2009年4月20日，中国海洋石油总公司投资建造的我国首座3000米深水半潜式钻井平台在上海外高桥船厂进坞铺底，标志着深水半潜式钻井平台将由分段建造全面进入到总装合拢阶段（图17）。2010年10月，我国第一座3000米深水半潜式钻井平台将建造完成，深水钻井平台不仅能极大的提升中国在深水油气田勘探开发的能力，加快南海深水油气资源勘探开发的步伐，维护我国的海洋权益，而且将有效地带动我国海洋工程制造业和相关产业的发展。

图-17 2009年4月20日3000米深水半潜式钻井平台下坞仪式

另外，烟台莱佛士、中远船务、大连船厂、外高桥船厂、上海船厂、振华港机、韩通船厂等国内主要船舶建造企业纷纷进入海洋平台制造市场，为国内外客户建造钻井平台和生产平台。平台类型包括半潜式、FPSO、筒型FPSO、自升式平台等多种类型。可以说我国的海洋平台的产业化进程在某种程度上已经超过了研究创新水平的进步速度。

三、 国内新概念平台发展中存在的问题

由于海洋油气工程的核心是油气开发技术，平台技术只是其中辅助的一环，而国内大量具备能力的研究单位往往不熟悉油气开发技术，这就使有些研究单位的方案仅限于学术研究，没有强烈的工程需求与推动。申请到启动经费后开展研究工作，当没有后续基金就可能中断研究。实际效果上会造成经费和技术力量的重复投入甚至浪费。

同时，很多研究是为追求新而研究，并非明确创新的目的应该是以需求为第一要求，而实际上工程界的创新是基于实际需求逐步演化的。比如：Sevan Marine第一条FPSO，原来只是用作FSO，上面根本没有Topside，是建成FSO之后又增加处理设施变成FPSO，目前，Sevan为了满足各位工程需求，已经发展出系列化的平台概念；Deep draft Semi平台也是随着水深增加，传统半潜平台的垂荡性能无法保证立管疲劳寿命的要求，而借鉴Spar平台设计理念发展起来的。这些概念都是在明确的工程需求推动下，应运而生的创新成果，大胆实践的结果。

另外，现阶段尚未出现原创性的方案，都是在已有平台形式上的调整与改进。某些方案与国外专利保护的方案近似程度很高，有潜在的知识产权纠纷风险。

并且，由于前述的现有的有技术力量开发新型平台研究的单位，基本都缺乏对上海油气工程的了解和经验；同时经费有限。因此，现有平台新概念研究只集中在平台水动力性能方面，平台各子系统尤其是海洋油气开采的核心部件立管的实现方式和可行性缺乏深入研究。

四、对国内海洋平台技术发展的政策建议

只有将在油气开发中面对的新的工程需求、遇到技术问题，及时的反馈给学术界，充分发挥学术界的作用，才能像国外平台概念创新一样，有可能推出有实用价值的平台概念。推动学术界与工程界以及用户的紧密结合，将学术资源有效应用到有实际工程需求的技术领域是在今后海洋工程管理中应该重视的问题。因此，从国家层面，可以考虑建立一套合理、及时的信息沟通反馈机制与渠道，为工程界和学术界的有效互动提供机制上的保障。

大胆实践才能促进技术创新。油气行业，尤其是海上油气行业是个高风险的行业，万无一失的创新是没有的。纵观世界任何一个新型平台的诞生都伴随着巨大风险，需要管理者超人的勇气。期待关于技术创新的政策能够在制度上为新型海洋石油平台竖立在我国广阔的海疆提供有力的支持。

推动建立知识创新共享的新框架。在中国目前的海洋油气开发格局中，如何使几大油气公司在技术创新阶段早期就介入，在现有体制下保证学术界、工程界和最终用户共同开发、共享创新成果，是我国新概念海洋平台技术创新的关键。因此，极力推荐采用在世界海上油气行业盛行的 JIP（Joint Industry Project）方式，来推动海洋工程技术新概念的创新。这是符合世界惯例，切合中国现实的有效手段之一。

据统计，在国外，一个成功的海洋平台概念从提出到第一个平台投入实用，至少要经过15年。期间会经历漫长的研究论证过程，对资金、技术的需求很大。因此，在国内，对有前景的平台方案，提供持续的政策和资金支持，确保研究能够由浅入深地开展下去就显得尤为重要。只有保证研究工作不中断，才有可能最终实现产业化，前期的投入才不会浪费。

后记

本文是2009年应863海洋技术领域办公室要求编写海洋技术进展“新概念海洋平台及油气储运关键技术”方向所作的技术进展总结和政策建议，本文对原稿做了精简和部分调整。