浮式FLNG多功能平臺

海洋浮式生產(chǎn)LNG多功能平臺方華燦2023年4月中國石油大學(xué)(北京)主要內(nèi)容一、天然氣資源的概況二、FLNG的結(jié)構(gòu)組成三、FLNG的適用范圍四、FLNG的關(guān)鍵技術(shù)五、開展FLNG的建議一、天然氣的資源概況

1、從全球海洋來看天然氣屬于清潔能源，天然氣的二氧化碳排放量是原油的1/10，而原油的二氧化碳排放量又是煤炭的約1/40。海洋占地球外表的71％，海洋石油天然氣資源占全球油氣資源總量的49％左右。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局和《油氣雜志》公布．世界石油資源總量約為4041億噸．其中海洋約為1900億噸。液化天然氣在全球已實現(xiàn)６．９％的年增長速率，而氣體燃料和其它形式的能源那么分別僅為３．１％和１．８％。一、天然氣的資源概況

2、從我國南海來看我國南海海域面積約200*104KM2，油氣資源主要分布在總面積約41萬平方公里的曾母暗沙、萬安西和北樂灘等十幾個盆地。美國地質(zhì)調(diào)查局1993年對南海上述盆地的資源所做的估計為：石油：280億桶，天然氣266萬億立方米；我國的估計為：石油1050億桶，天然氣2000萬億立方米。最有潛力的含油氣盆地為曾母暗沙、南徽、萬安和東納土納盆地，其中，僅曾母暗沙盆地油氣質(zhì)儲量就有約126至137億噸。故有“第二波斯灣〞之稱。一、天然氣的資源概況

3、從近期南海來看

我國南海油氣勘探近期已取得重要進展，在珠江口盆地鉆成的LW3-1-1井中，獲得天然氣重大發(fā)現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)初步估算，該井天然氣資源超過1000億立方米，有望成為我國海域最大的天然氣發(fā)現(xiàn)。

LW3-1-1井位于我國東部南海珠江口盆地，北距香港250公里。該井水深1480米，完鉆井深3843米，是我國第一口水深超千米的深水鉆井。它的發(fā)現(xiàn)，證明我國南海珠江口盆地白云凹陷是一個有利的油氣富集區(qū)，南海深水海域具有較大的油氣資源潛力。我國南海荔灣氣田的生產(chǎn)流程LW3-1深水氣田水下生產(chǎn)系統(tǒng)氣/液分離系統(tǒng)凝析油處理系統(tǒng)深水管線深水氣田接收系統(tǒng)陸上終端天然氣處理廠淺水管線乙二醇再生&脫鹽系統(tǒng)乙二醇富液乙二醇貧液PY34-1CEP淺水管線天然氣脫水系統(tǒng)PY氣區(qū)干氣和凝析油中心平臺各系統(tǒng)荔灣氣田深水海域水下生產(chǎn)系統(tǒng)荔灣氣田中心平臺上的壓氣機群一、天然氣的資源概況

4、從資源開發(fā)來看海上天然氣的資源開發(fā)，傳統(tǒng)方式是通過天然氣管道輸送到陸上的液化廠進行液化；或是至管道終端將天然氣儲存，再與陸上管道相接外輸。這種方式不僅面臨海底管道施工困難，而且本錢高，經(jīng)濟效益差。FLNG〔FloatingLiquefiedNaturalGasSystem〕系統(tǒng)，它與相同規(guī)模的岸上液化天然氣工廠相比，投資減少20%，建設(shè)工期減少25%，且在天然氣的液化過程中，其體積驟縮600倍，從而有利于對天然氣的儲存。世界第一個(唯一)海洋FLNG平臺

二、FLNG的結(jié)構(gòu)組成

1、天然氣液化生產(chǎn)系統(tǒng)FLNG通常通過單點系泊系統(tǒng)定位于作業(yè)海域，其船體上裝設(shè)有天然氣液化系統(tǒng)。天然氣液化系統(tǒng)〔Liquefaction〕相當于將岸上天然氣液化工廠安置于FLNG船體的甲板上。但是，甲板面積僅有岸上天然氣液化工廠面積的1/4，因而就要使天然氣液化系統(tǒng)工藝流程十分緊湊。流程中主要包括有：制取制冷劑的氮膨脹機循環(huán)系統(tǒng)；液化及冷凝抽提系統(tǒng)；氣體處理系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)要緊湊、平安性好、對船體運動的敏感性低。二、FLNG的結(jié)構(gòu)組成

2、液化天然氣儲存系統(tǒng)LNG儲存系統(tǒng)，主要包括有：液化天然氣儲罐〔LNGtank〕、液化石油氣儲罐〔LPGtank)裝置等。由于LNG在儲存過程中始終處在常壓和-162℃左右的低溫條件下，儲罐內(nèi)會產(chǎn)生一定的蒸氣壓，因而為了防止上述情況出現(xiàn)，儲罐的材料以及絕緣性必須滿足要求。LNG的儲罐一般可分為獨立球型〔MOSS型〕、SPB型及薄膜型〔GTT型〕三種類型。SPB型LNG儲罐獨立球型〔MOSS型〕LNG儲罐薄膜型〔GTT型〕LNG儲罐二、FLNG的結(jié)構(gòu)組成

3、FLNG單點系泊系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)塔系泊方式，它是將FLNG通過一定的連接方式，固定于海上的系泊點上，使之可隨風、浪和流的作用，進行3600全方位的自由旋轉(zhuǎn)。單點系泊系統(tǒng)由轉(zhuǎn)塔、液體傳輸系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)及界面連接系統(tǒng)四局部組成，其中，轉(zhuǎn)塔不僅是FLNG的系泊點，而且也是立管和臍帶系統(tǒng)經(jīng)海底到達船體的通道。通常分為內(nèi)轉(zhuǎn)塔和外轉(zhuǎn)塔兩種系泊方式。內(nèi)轉(zhuǎn)塔一般設(shè)在船艏，而外轉(zhuǎn)塔那么設(shè)在外懸臂上。設(shè)在船艏的內(nèi)轉(zhuǎn)塔裝置設(shè)在外懸臂上的外轉(zhuǎn)塔裝置

二、FLNG的結(jié)構(gòu)組成

4、LNG卸載系統(tǒng)目前，提出的卸載方式，主要分為尾輸與旁靠兩種方式。尾輸方式：它是將LNG運輸船的首部通過系泊纜與FLNG船的尾部相連，LNG通過長距離的輸送軟管卸載至LNG運輸船。旁靠方式：它是將LNG運輸船與FLNG船采用并排方式排列，兩船通過系泊纜和防碰墊等連接在一起，兩船之間的距離由防碰墊的尺寸來決定。尾輸方式的結(jié)構(gòu)組成旁靠方式的結(jié)構(gòu)組成二、FLNG的結(jié)構(gòu)組成

5、FLNG的總體佈置二、FLNG的結(jié)構(gòu)組成

6、FLNG的工藝流程(1)氣井采氣(2)轉(zhuǎn)塔進氣(3)冷凝抽提(4)氣體處理(5)進行液化(6)艙內(nèi)儲存(7)卸載外輸三、FLNG的適用范圍

1、適合深水氣田開發(fā)FLNG系統(tǒng)最主要的是適用于深水氣田開發(fā)。它與海底采氣系統(tǒng)和LNG運輸船可以組合成一個完整的深水采氣、油氣水處理、天然氣液化、LNG儲存和卸載系統(tǒng)，從而完美地實現(xiàn)深水氣田的高速度，高質(zhì)量、高效益的開發(fā)。這是因為它具有適應(yīng)深水采氣〔與海底完井系統(tǒng)組合〕的能力；具有在深水海域中較強的抗風浪的能力；具有大產(chǎn)量的LNG液化和油氣水生產(chǎn)處理能力；具有大容量的LNG儲存能力。三、FLNG的適用范圍

2、適合邊際氣田開發(fā)邊際氣田，是指從經(jīng)濟效益上衡量，處于可獲利開發(fā)與獲利少可不開發(fā)的邊界的氣田，它往往需通過采用先進技術(shù)與裝備等措施，才能開發(fā)。FLNG具有良好的經(jīng)濟性，它與相同規(guī)模的岸上液化天然氣工廠相比，投資減少20%，建設(shè)工期減少25%；FLNG具有良好的移動性，可在開發(fā)完某氣田之后，移動至下一油氣田使用，重復(fù)利用率高。FLNG靈活性高，可以與導(dǎo)管架井口平臺組合，也可以與自升式鉆采平臺組合。三、FLNG的適用范圍

3、適合氣田早期生產(chǎn)早期生產(chǎn)〔earlyproduction〕，是指在油氣田勘探過程中，當探井發(fā)現(xiàn)可開采氣田之后，在全面開發(fā)方案未準備好及天然氣生產(chǎn)設(shè)施未建成之前，在氣田開發(fā)早期短期內(nèi)利用FLNG使局部氣田投入生產(chǎn)，盡早獲得經(jīng)濟效益的開發(fā)方式。由于FLNG既可與導(dǎo)管架井口平臺組合，也可與自升式或浮式鉆采平臺組合成為完整的海上采氣、液化、油氣處理和LNG儲存、卸載系統(tǒng)，因而深水、淺水還是近海均可應(yīng)用它進行氣田早期生產(chǎn)。四、FLNG的關(guān)鍵技術(shù)

1、容器內(nèi)LNG的減晃技術(shù)由于液艙內(nèi)LNG的流動性遠高于原油的流動性，因而FLNG船體的運動將會引發(fā)艙內(nèi)LNG的晃蕩。LNG的晃蕩帶來的危害是：(1)船體受到較大傷害：由于艙內(nèi)LNG的晃蕩反過來會影響FLNG船體的整體運動，故而在產(chǎn)生共振的情況下，將引起船體疲勞損傷。(2)液化裝置效率降低：船體在風、浪、流等影響下而產(chǎn)生的劇烈運動，使得安裝于FLNG甲板上的液化裝置處在不斷運動的環(huán)境中，劇烈運動的液化裝置引起的LNG的晃蕩，將使液化工作效率大大降低。減小LNG在容器內(nèi)晃動的主要措施

(1)合理布置液化裝置液化裝置在FLNG上的位置與方向?qū)p小其運動響應(yīng)有直接關(guān)系。例如，在六個自由度的運動中，通常是以縱搖最為有害，故液化裝置的軸向假設(shè)能布置成沿最小的縱搖方向，那么可使縱搖減輕。再如，假設(shè)能使液化裝置盡量靠近船體的重心位置來布置，那么可使液化裝置沿垂直軸(Z軸)方向的升沉運動的響應(yīng)，保持在一個最小值。減小LNG在容器內(nèi)晃動的主要措施

(2)合理設(shè)計液化裝置液化裝置的尺寸和內(nèi)部構(gòu)件的幾何形狀、尺寸等均應(yīng)合理設(shè)計。如臥式液化裝置，應(yīng)盡可能地增加其直徑和減小長度尺寸。從內(nèi)部構(gòu)件來看，應(yīng)增設(shè)堰板，但其數(shù)量及幾何形狀〔如采用彎月形等)，那么應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計，合理確定。一般應(yīng)使液化裝置能經(jīng)受600橫搖和300縱搖。中國石油大學(xué)研制的專利28626號“一種減少容器內(nèi)部液面晃動的阻晃裝置，〞就是從優(yōu)化設(shè)計理論出發(fā)，通過反復(fù)實驗，得出的提高生產(chǎn)效率的成果。四、FLNG的關(guān)鍵技術(shù)

2、尾輸卸載的軟管技術(shù)FLNG尾輸卸載作業(yè)時，是通過一根系泊纜與穿梭油輪連接，并使用輸送LNG的軟管進行卸載。通常一個卸載過程大約20小時左右，這就要求輸送軟管需要全程浮于水面之上。但是，由于LNG必須保持零下162℃的超低溫，因而不僅要求輸送軟管的材料能承受超低溫；而且軟管本身還要不受海水較長時間的溫度影響，保持恒超低溫。此外，輸送軟管還需要克服FLNG與穿梭油輪兩船相對運動的影響。目前我國尚無這種高端產(chǎn)品。具有最正確保持恒低溫及防漏性能的高級真空絕熱環(huán)空系統(tǒng)的冷凍軟管此種冷凍軟管系由耐超低溫(-1600C)材料的輸送軟管及其真空絕熱環(huán)空系統(tǒng)組成，具體構(gòu)成如下：1、保護殼2、柔性不銹鋼外管3、具有最正確保持恒低溫及防漏性能的高級真空絕熱環(huán)空系統(tǒng)4、不銹鋼鎧甲5、柔性不銹鋼內(nèi)管輸送軟管與真空絕熱系統(tǒng)組合而成的

冷凍軟管四、FLNG的關(guān)鍵技術(shù)

3、旁靠卸載的防碰技術(shù)

旁靠卸載作業(yè)時，由于近靠的兩船體之間會相互產(chǎn)生強烈的非線性水動力影響，因而有時會導(dǎo)致兩浮體之間的碰撞。因此，就需要對兩浮體之間的相互水動力影響進行研究，對兩浮體之間的相對運動響應(yīng)做出準確的預(yù)報，尤其是要準確預(yù)報FLNG的運動響應(yīng)。為此，不僅要開展非線性水動力學(xué)研究，給出預(yù)報軟件；而且，還要通過實驗水池試驗，研究抗撞措施(例如，自由液面處加一蓋子等)。我國研制的一種新吸能防撞器這種吸能防撞器與常用的橡膠防撞器不同，它是由鋼絲繩制成。它選用受壓彎時內(nèi)摩擦大的品種的鋼絲繩；采用緊密堆壘排列的繞層方式；用鋁合金壓接技術(shù)緊固其繩端，從而使其在屢次沖擊載荷下繩圈不會失效。鋼絲繩內(nèi)摩擦能夠大量消耗掉撞擊能量，它的消耗能量比率高達70%~80%，為橡膠防撞器所消耗能量的2~3倍(同一試驗機上作試驗，橡膠防撞器所消耗能量僅為30%)。這種防撞器已為我國專利：ZL93224217.0。鋼絲繩吸能防撞器

(未壓接前；撞擊并恢復(fù)后)四、FLNG的關(guān)鍵技術(shù)

4、液化工藝的改進技術(shù)(1)液化流程的緊湊：甲板面積僅為岸上天然氣液化工廠面積的1/4，這就要求天然氣液化的工藝流程，要設(shè)計得十分緊湊。(2)制冷劑的高性能：船上制備的制冷劑，要具有對不同產(chǎn)地的天然氣的高適應(yīng)性，還要熱效率高；并且在面臨惡劣天氣時能快速停機，移動至另一生產(chǎn)位置后能迅速開機。(3)循環(huán)模式的優(yōu)選：液化流程的循環(huán)模式要按照結(jié)構(gòu)緊湊、平安性好、制冷劑始終保持氣相、冷箱小、無需分餾塔、對船體運動的敏感性低等要求，依優(yōu)化設(shè)計理論優(yōu)選。四、FLNG的關(guān)鍵技術(shù)

5、FLNG的動力定位技術(shù)動力定位系統(tǒng)(DPS)是通過聲波測量系統(tǒng)測出船體位移，再運用計算機自位移算出來自海洋環(huán)境的動力及力矩，然后，指令可變矩螺旋槳給出相反的抵抗力及力矩，從而實時保持船體定位的技術(shù)。有了動力定位技術(shù)，即可使FLNG適應(yīng)海況的能力大大增強；也更有利于LNG的卸載作業(yè)，使卸載作業(yè)可以在更為惡劣的環(huán)境條件下進行。因此，這就需要從FLNG的船型特點及服役的海域海況實際出發(fā)，設(shè)計出適應(yīng)的FLNG的動力定位系統(tǒng)。動力定位的聲波測量系統(tǒng)

(海底聲波發(fā)生器，接受器〔聲納〕)計算機計算的主要內(nèi)容(1)位移的計算：它是通過自聲波發(fā)生器至聲納的傳播時間的變化來測算出位移的。t1=R1/VL,t2=R2/VL,···,tn=R/VLVL為聲波在海水中傳播速度，為1500m/s(2)力及力矩的計算：自位移、速度、加速度、角加速度等，即可算出動力F及動力矩。[M][X〞]=[F][I][θ〞]=[ML]M為質(zhì)量，I為轉(zhuǎn)動慣量；X〞為線加速度；角加速度為θ〞，已自位移及角位移算出。具有動力定位系統(tǒng)的鉆井船五、開展FLNG的建議當前，從陸地走向海洋已成為全球油氣資源開發(fā)的必然趨勢。為了經(jīng)濟高效地開發(fā)深海氣田，尤其是海洋邊際氣田、小型氣田，國際上提出了FLNG概念，F(xiàn)LNG技術(shù)正處在海洋工程領(lǐng)域的最前沿。近年全球?qū)LNG的投資呈快速增長趨勢，很快即將迎來大開展。我國海洋天然氣資源豐富且分散，深海氣田、邊際小氣田和低品味天然氣資源不少，非常適宜用FLNG。因此開展FLNG對我國發(fā)揮海洋天然氣資源的潛力具有重要意義。2023年至2023年國際上對于天然氣液化的投資情況五、開展FLNG的建議

1、充分發(fā)揮我閏優(yōu)勢(1)我國具有建造生產(chǎn)儲油輪(FPSO)的經(jīng)驗據(jù)統(tǒng)計，至今我國已自主設(shè)計與建造了生產(chǎn)儲油輪(FPSO)11艘。我國建造的生產(chǎn)儲油輪的最大載重量為30萬噸(國外為34萬噸)與國外根本持平。通過11艘的設(shè)計與建造，積累了豐富經(jīng)驗。FLND與生產(chǎn)儲油輪(FPSO)根本上類似，雖然，如前所述有不少差異，但是相同之處很多。因此，只要發(fā)揮這方面的優(yōu)勢，依靠這些豐富經(jīng)驗，就會給我國建造FLND創(chuàng)造了極其有利的條件。我國設(shè)計建造的渤中34-2油田用的

“渤海常青〞號生產(chǎn)儲油輪〔FPSO〕1、充分發(fā)揮我國優(yōu)勢

(2)我國具有建造單點系泊(SMS)的經(jīng)驗FLNG是通過單點系泊系統(tǒng)〔Single-PointTurretMooringSystem〕定位于目標海域的。單點系泊系統(tǒng)可以使FLNG在海洋環(huán)境條件下產(chǎn)生良好的風標效應(yīng)，從而使FLNG船體所受環(huán)境載荷趨于最小，進而降低船體的運動響應(yīng)及其系泊系統(tǒng)所受的載荷。我國已建造SPM多座，具有實驗研究、設(shè)計、建造單點系泊系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗，而且還可以借鑒FPSO的經(jīng)驗對FLNG船體運動與其系泊系統(tǒng)間的耦合響應(yīng)問題進行研究。我國自主設(shè)計建造的單點系泊裝置1、充分發(fā)揮我國優(yōu)勢

(3)我國具有設(shè)計建造FPDSO的經(jīng)驗世界首座最先進的圓筒型超深水第六代半潛式鉆井采油儲油卸載多功能平臺，已于2023年在我國中遠船務(wù)工程的啟東基地成功建成，被命名為“SEVANDRILLER〞號，并已交付給買方巴西，目前正在巴西海域投入使用。這座高135米，直徑84米，工作水深3050米的多功能平臺是由南通中遠船務(wù)工程獨立設(shè)計、自主建造的。因其與FPSO相類似，但功能更全、尺度更大，故這些設(shè)計、建造經(jīng)驗，對FLND具有重要價值。我國研制的世界首座最先進的超深水浮式園筒型多功能平臺“SEVANDRILLER〞號五、開展FLNG的建議

2、借鑒國外先進經(jīng)驗?zāi)壳?，國外一些石油和天然氣公司正在研究FLNG技術(shù)，并且不斷取得技術(shù)創(chuàng)新。如：(1)皇家荷蘭殼牌公司：它將投資30億美元建造世界上第一艘FLNG，該FLNG將在距西澳大利亞州200公里的前奏曲氣田〔Preludegasfield〕進行作業(yè)，擬于2023年投產(chǎn)。(2)馬來西亞石油公司：它已于2023年2月，委托法國德西尼布公司與大宇造船和船舶工程公司合作，對應(yīng)用于馬來西亞海域的FLNG開始了前端工程設(shè)計。2、借鑒國外先進經(jīng)驗(3)日本國際石油開發(fā)公司：它正在評估在帝汶海的阿巴迪天然氣田〔Abadigasfield〕投入FLNG的可行性。(4)美國的雪佛龍石油公司：它正在考慮在西澳大利亞的?？怂姑┧购Ｅ_〔ExmouthPlateau〕投產(chǎn)一艘FLNG，進行資源開發(fā)。(5)美國的埃克森美孚公司：它正在積極尋找時機開始他們的FLNG工程?？傊@些國外公司在研制FLND過程中的先進經(jīng)驗，均是值得我國借鑒的。五、開展FLNG的建議

3、組織起來進行攻關(guān)

對于FLNG這個海洋天然氣資源開發(fā)的新亮點，我國緊跟世界步伐，已于2003年，開始引起注意，啟動了先導(dǎo)性研究。其中也有些進展，如中海油研究總院曾與上海交通大學(xué)等多家高校及科研院所合作，從2023年開始，針對用于南海深水荔灣氣田的FLNG技術(shù)，開展了一些研究，并取得了初步成果。但是，總的說，還是屬于“零敲碎打〞，未“形成拳頭力量〞，未“形成主攻方向〞，未“取得突破進展〞。當前，急需組織起來進行“攻關(guān)〞。3、組織起來進行攻關(guān)

(1)建議“863〞立項

目前，F(xiàn)LNG技術(shù)在全世界范圍正處于起步階段。FLNG技術(shù)是近年海洋油氣工程領(lǐng)域研究的熱點之一；FLNG技術(shù)是當前全球海洋油氣工程的最前沿；FLNG屬于高端產(chǎn)品；FLNG的建造屬于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。因此，建議我國盡快將FLNG技術(shù)，列為國家“863〞科研方案的研究課題。因為只有這樣，由國家科技部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，才能統(tǒng)籌協(xié)調(diào)全國有關(guān)企業(yè)、事業(yè)單位，“集中優(yōu)勢兵力〞，“形成拳頭〞，實現(xiàn)組織起來進行“攻關(guān)〞。3、組織起來進行攻關(guān)

(2)結(jié)合實際自主創(chuàng)新FLNG技術(shù)含量高，而且單艘船的開發(fā)建造本錢也比較高，目前全球尚無FLNG的實際應(yīng)用。因此，我國就必須要結(jié)合自己實際情況，自主創(chuàng)新。以下各方面可考慮：(1)提高平臺抵御災(zāi)害能力：建議應(yīng)采用200年一遇的風、浪參數(shù)，并且要將我國南海所特有的內(nèi)波作為FLNG的設(shè)計條件。(2)加深FLNG的工作水深：適應(yīng)我國南海深水的需要，建議FLNG的工作水深應(yīng)到達3000米(目前國外正在研制的較小)。3、組織起來進行攻關(guān)

(2)