油气生产装置的功能和结构形式

20.3.2　油气生产装置的功能和结构形式

生产平台必须永久位于生产海域，在浅水的工作年限通常是20～30年，最常见的固定式生产平台是导管架平台，由管状钢结构连接形成桁架结构，固定于海底。固定式平台的经济水深极限因环境的不同而有所差异。北海最深的固定导管架平台是英国石油公司（BP）的Magnus平台，工作水深为186m（610ft）。在北海最深的混凝土重力式平台是Shell Trull，使固定式平台的工作水深记录达到了305m（1 000ft），如前所述，墨西哥湾Shell Bullwinkle平台保持着最深的工作水深纪录412m（1 352ft）。

当水深超过这一水深限制时，顺应式或浮式生产平台则更具吸引力。在墨西哥湾安装的三个顺应式平台中，雪佛龙德士古公司的Petronius平台工作水深最深是535m（1 754ft），这是该类型结构物的经济极限水深。

海上油气生产装备可分为三大类：固定式生产装置、浮式生产装置及水下生产系统。

20.3.2.1　固定式生产装置

固定式生产装置是用桩基、座底式基础或其他方法固定在海底，并具有一定稳定性和承载能力的海上结构物。海上固定式生产装置有各种各样的形式，按其结构形式可分为桩基式（导管架）平台、重力式平台和人工岛以及顺应型平台；按其用途可分为井口平台、生产处理平台、储油平台、生活动力平台以及集钻井、井口、生产处理、生活设施于一体的综合平台。

1）桩基式（导管架）固定平台

桩基式固定平台通常为钢质导管架平台，是目前海洋油气生产中应用最多的一种结构形式。

（1）钢质导管架平台的结构形式。导管架平台仍是最常见的、用于原油钻探和生产的结构物。一些结构物还带有延伸腿，这是为了现场安装时增加自身的浮力。固定导管架结构由管状结构相互连接，形成一个三维空间框架。

这类结构通常有4～8条桩腿，以保持平台的稳定性。管状的主结构通过桩腿连接到海底。平台的上层甲板一般为2～3层，用于布置钻探和生产设施和修井装置。在环境苛刻的北海（典型的设计波高位达30m），普遍使用这些平台，海域水深约150～180m（500～600ft）。在墨西哥湾的中部环境（典型的设计波浪为23m），约20座导管架平台安装在更深的海域。1979年，一个重达34 000t的导管架平台安装在墨西哥湾的Cognac板块，水深1 000ft（300m）。目前，保持工作水深纪录的Bullwinkle平台重量达49 375t，于1988年安装在水深412m（1 350ft）的海域。

导管架平台主要由四大部分组成：导管架、桩、导管架帽和甲板模块，如图20.3－1所示。但在许多情况下，导管架帽和甲板模块合二为一，所以这时仅为三个部分。

图20.3－1　钢质固定平台的结构形式

在浅水边际油田的开发项目中，最常用的是只有一层小甲板的固定式生产平台。这类结构具备如下特点：井口数通常小于10；有足够空间的单层甲板；测试分离器和一个井口压头；一个小型起重机；船舶靠泊装置；最小的直升机甲板。2000年雪佛龙公司对现有的生产平台进行研究后，确定和选择几种服务边际油田的、不同类型的平台来优化46m（150ft）和61m（200ft）水深的油田开发方案，如图20.3－2所示。

图20.3－2　服务边际油田的迷你型平台

（2）钢质导管架平台的用途。由于油气处理设施的设置不同，用途各异，导管架平台的类型也不同。一般情况下，导管架平台按其用途可分为：井口平台、生产处理平台、储罐平台等。

—井口平台

常规井口平台上安装有一定数量的采油树连接海底油井，井液经采油树采出后，通过单井计量系统计量，用海底管线输送到中心处理（井口）平台或其他生产处理设施上进行处理。井口平台上还设有必要的工艺设备及支持系统和公用系统。一般情况下，其动力和控制由中心平台提供。某些井口平台由于生产操作的需要还设有生活楼。生活楼包括住房、办公室、通信室、娱乐室、厨房等。对于井数较多，且油井为机采井的井口平台，平台上还设有修井机及其配套设施，以满足油井维修的特殊要求。有些井口平台井数较少，产量规模不大，从减少投资的角度出发，可设置成无人井口平台或简易井口平台。典型的井口平台如图20.3－3所示：

图20.3－3　典型的井口平台

—生产处理平台

生产处理平台亦称中心平台，它集原油生产处理系统、工艺辅助系统、公用系统、动力系统及生活楼于一体。生产平台具有将各井口平台的来液进行加工处理的能力，也要有向各井口平台提供动力以及监控井口平台生产操作的功能。生产平台按用途可分为：常规生产平台；生产、生活、动力平台；钻井、生产、生活、动力平台以及生活、动力平台等。

生产平台汇集了各井口平台的来液后，经三相分离器将来液的油、气、水进行分离。原油在原油处理系统中经脱水达到成品原油的要求后，输送到储油平台或其他储油设施中储存；三相分离器分离出的天然气经气液分离、压缩等一系列处理后供发电机、气举和加热炉等用户使用，多余的天然气进火炬系统烧掉；分离器分离出的含油污水进入含油污水处理系统进行处理，合格的含油污水排海或回注地层。典型的生产平台如图20.3－4所示。

图20.3－4　典型的生产平台

—储罐平台

储罐平台是将原油储罐设置在平台上，中心平台处理合格的原油在储罐平台储存。储罐平台的大小要根据油田规模和穿梭油轮的大小来综合考虑。为了外输原油，有时设置了海上码头。典型的储罐平台和海上码头如图20.3－5所示。储罐平台由于投资较高，储油能力有限，已经逐渐被淘汰，近年来储油的功能由浮式生产储油装置FPSO所取代。

图20.3－5　典型的储罐平台和海上码头

2）重力式平台

通常将通过其自身重力定位于海底的海洋结构物称为重力式结构物，它不需要用插入海底的桩去承受垂直荷载和水平荷载，完全依靠本身的重量直接稳定在海底。因此，这类结构并不需要配置额外的定位桩或定位锚。这类结构非常适合原油的生产和储存，它们通常设立在近海位置或浅水区域。建造工作完成后，直接以直立的方式拖航，并定位在工作海域，可以将重力式结构物与其上部甲板一起运输，但重力式结构物因为其海底基础受到冲刷而往往容易导致下沉。

根据建造材料的不同，重力式平台可分为混凝土重力式平台和钢质重力式平台两大类。

由于重力式结构物的体积和重量巨大，混凝土一直是重力式结构物建造的主要材料。1975年建造的第一个混凝土结构物“Condeep B”平台，它具有独特的穿孔外墙来消除波浪的能量，由于石油储量的枯竭，最近停止了作业。1984年由菲利普斯石油公司在英国Maureen区域安装了世界上最大的钢结构重力式平台，作业了约20年后被拆除。

（1）混凝土重力式平台。混凝土重力式平台用于岸边和浅水地带采油和储油已有悠久历史，开始在挪威斯塔万格海峡使用，安装在Beryl区域。在20世纪70年代以后，菲利普斯石油公司在挪威Ekofisk区域安装了储存容量为100万桶原油的混凝土重力式平台。

混凝土重力式平台一般由如下三个部分组成：沉垫或者底座、甲板和立柱，如图20.3－6所示。已建成和正在研究、设计的混凝土平台种类繁多，有把底座设计为成六角形、正方形、圆形，也有把立柱设计为三腿、四腿、独腿的等各种形式。

图20.3－6　重力式混凝土平台

底座或沉垫是整个建筑物的基础。为了抵抗巨大的风浪推力，要求平台有很大的底座结构，而较大的底座又正好可以用来储存原油，这显示了混凝土平台把钻、采、储三者兼顾起来的优点。

甲板为生产提供工作场所，在甲板上可安装各种生产处理设施和生活设施。

立柱连接在沉垫和甲板之间，用于支撑甲板。

（2）钢质重力式平台。钢质重力式平台由沉箱、支承框架和甲板三部分组成，沉箱兼作储罐，如图20.3－7所示。建造时，先把各个沉箱、支承框架、甲板分别预制，而后在岸边组装成整体，再拖运到井位下沉安放。

图20.3－7　钢质重力式平台

和混凝土平台相比，钢质重力式平台的储油量虽小，但在对储量要求不大的情况下，钢质重力式平台反而有较高的经济效益。又由于它比混凝土平台轻得多，所以预制过程中不需要较深的施工水域，拖航时要求的拖航马力小，使用中对地基承载力的要求也不高。

钢质重力式平台避免了混凝土平台的许多缺点，但在省钢材、耐腐蚀、储油、隔热等方面，都不如混凝土平台。

3）人工岛

人工岛是在海上建造的人工陆域，人们在人工岛上可以设置钻机、油气处理设备、公用设施、储罐以及卸油码头。人工岛按岸壁形式可分为护坡式人工岛和沉箱式人工岛。

护坡式人工岛如图20.3－8所示，由砾石筑成，沙袋或砌石护坡。先由底部开口的驳船向岛的四周抛填砾石，接着码放沙袋，稍高出水面形成水下围堤，然后填充岛体。

图20.3－8　护坡式人工岛

沉箱式人工岛又可分为钢沉箱围闭式人工岛、钢筋混凝土沉箱围闭式人工岛和移动式极地沉箱人工岛。沉箱式人工岛的特点是由一个整体沉箱或多个钢或钢筋混凝土沉箱围成，中间回填砂土。沉箱可在陆上预制，然后自浮拖至现场安装就位，通过调节水下砂基床的高度以使沉箱适用于不同的水深。人工岛不再使用时，可排除压载，起浮后拖到其他地点再用。目前钢沉箱围闭式人工岛能成功地用于26m深的水域。

4）顺应型平台

顺应型平台是指在海洋环境载荷作用下，围绕支点可发生允许范围内某一角度摆动的深水采油平台。这种平台是一种细长的框架结构，沿高度方向的横截面一般不变。框架每隔一定的高度有重复的结构形式，井槽在平台的中部。有的顺应型平台在每个角各有数根桩支持，桩穿过导管打下后，桩顶部约高出泥线某一高度，导管约上至平台高度的一半，桩与导管之间灌注水泥浆，凝固后便组成一套管与桩的组合体，在这个组合体的顶部附接导管架。这样大的长度提供了足够的轴向弹性来产生柔性复原力，调整组合体的长度可得到适应不同系统环境的结构参数。有的顺应型平台借助牵索（如绷绳塔平台）和用一些浮筒（如浮塔式平台）来产生复原力，浮筒也可给平台提供向上的浮力，从而可减少结构的轴向压力。顺应式结构的设计通常与固定结构物相反，其最低的模态频率将低于波浪的频率，常用的结构为：

（1）铰接式平台。最早出现在相对较浅的水域并逐渐向深水发展的顺应式结构物是铰接式塔式结构。铰接塔是一个垂直的结构，以铰链的方式连接至海底并且可以随环境自由地运动。万向接头以下的基础结构可以是在海床上的重力基础或海底定位桩。该类结构是被压载至接头附近后进行安装的，在海平面有一个足够大的舱室提供大的恢复力矩。水面上的塔式结构向四周延伸，以布置上部甲板和液压旋转头。

铰接式塔式结构物也可以用作一个单点系泊系统（SPM），可以永久系泊浮式生产储油轮（FPSO）或作为穿梭油轮一个系泊和卸载的媒介。铰接式塔式结构物的设计必须考虑风暴生存工况和油轮系泊工况，这种类型结构的疲劳问题需要重点关注，巴西石油公司早期的SPM由于疲劳问题导致失效，仅作业数年后就退役了。在中等水深区域，可将其视为一个柔性结构作疲劳应力评估。

（2）顺应塔。顺应塔类似一个传统的平台，从海面延伸到海底。不过与传统固定式平台不同的是，它能在波浪、风和水流的作用下产生一定范围内运动，同一水深的条件下它比传统的平台使用较少的钢材。表20.3－1比较了世界上最深的固定平台Bullwinkle和墨西哥湾最高的两个顺应塔的重量。

表20.3－1　固定式平台和顺应式平台的重量比较

20.3.2.2　浮式生产装置

典型的浮式生产装置是指专建的FPSO或在改装的半潜式钻井平台、SPAR平台、张力腿平台、自升式平台或超大型油轮上安装采油设备、生产和处理设备以及储油设施的生产装置。浮式生产装置最大的特点就是可实现油田的浮式开发。由于其可重复使用，因此，被广泛用于早期生产、延长测试和边际油田的开发过程中。随着科技的不断发展，许多大型油田也都采用浮式生产系统。我国大部分海上油田都采用浮式生产装置。

1）浮式生产装置的类型

浮式生产装置如同浮式结构物一样可分为自然漂浮和主动漂浮两种类型。自然漂浮的生产装置包括SPAR、半潜式及FPS、FPSO和钻井船。主动漂浮的结构物有TLP、TLWP（井口张力腿平台）和浮力塔结构。

浮式生产装置的功能，按照其用途可以分为移动钻井型或生产型，少许浮式结构实现了标准化设计建造。Shell石油公司及其合作伙伴使用了同样的设计方案建造了多个TLP（如Auger，Ram－Powell，Mars，Ursa and Brutus），显著地节省了成本。科麦奇公司的Nansen和Boomvang两座SPAR设计完全相同，也大大地节省了成本。不过在大多数情况下，每个深水海域的开发都是体现为使用而设计的思想，很难实现标准化。

（1）浮式生产装置（FPSO和FPS）。浮式生产装置可分为：以油轮为主体的浮式生产装置、以半潜式钻井平台为主体的浮式生产装置、以自升式钻井平台为主体的浮式生产装置、以张力腿平台为主体的浮式生产装置、以SPAR平台为主体的浮式生产装置等五类，当然也有专门设计建造的浮式生产装置。图20.3－9为2004年由上海外高桥造船有限公司为中海油（CNOOC）设计建造的BZ25－1、17万吨级浮式生产储油装置（“海洋石油113”）。

图20.3－9　BZ25－1浮式生产储油装置FPSO

大多数的浮式生产装置是自浮式结构物，允许6个自由度的运动，这是为了更经济地生产石油和天然气。由于这类结构物的运动可以进行评估分析，因此，油田开发方案基本上采用水下完井技术，油井和浮式单元之间采用柔性立管链接。也可以为生产装置加设钻井单元，特别是油井已经由浮式钻井装置进行预钻后，生产装置上的钻井单元可以起到油井维修的作用。

浮式生产储油装置FPSO通常是指带有不同系泊系统的船型结构物，具有油气处理、储卸油装置的浮式生产系统还可派生出FSO、FPS、FPDSO等浮式装置，早期的FPSO在浅水区域及海况较好的海域系泊。当深水海域和海况恶劣海域对FPSO的需求越来越大时，无论是改装的FPSO、还是新建造的FPSO，各种新型的系泊系统就会不断出现，包括内转塔式和外转塔式的系泊装置。也出现了可解脱式的转塔，它可以使FPSO在飓风或台风来临前，临时解脱并转移到一个安全区域。

浮式生产储油装置具有以下优点：

—初始投资低。低价购置过剩油轮来改装，可大大降低投资成本。

—海上安装周期短。由于可在船厂建造，不必动用大型浮吊，因而可降低海上安装费和缩短海上安装周期。

—储油能力大。目前世界最大的FPSO的储油能力已经突破了30万吨（200万桶）。船舱的储油能力可根据油田产能和穿梭油轮的来船周期进行设计，因此，不必建造储罐平台或输送到陆上储存。另外，由于卸油和卖油可直接在海上进行，因此，对穿梭油轮吨位选择的范围较大。

—甲板面积大。有利于油气处理设备的安装，油气水能很好地分离和处理。

—可重复使用。

浮式生产储油装置的缺点是：

—受海况的影响较大。恶劣的海况条件如台风、海冰等对FPSO的影响较大，因此，在设计时要考虑FPSO对单点的解脱，以避开恶劣的海况。FPSO解脱后，油田要停产，因此，要考虑停产的损失，以及恢复生产的困难。另外，穿梭油轮与FPSO的连接受海况的影响也比较大，因此，靠船的方式要专门进行研究。

—稳定性差。由于FPSO漂浮在海上进行生产，受海浪、气候以及卸油的影响，船体的稳定性较固定平台差。因此，甲板上的油气生产设备要考虑防止受船体摇摆的影响。

—设备布置要考虑周密。住房应靠近船艏部，以利于船员的安全。火炬塔的位置应远离住房和直升机甲板。生产设施尽可能布置在船的重心附近，以减少船的摆动影响。

（2）浮动生产钻井存储装置（FPDSO）。在大排水量的浮式生产储油船上增加钻井系统就使FPSO变成了FPDSO（浮式钻井、生产储存外输装置），随之产生的甲板上附加载荷在设计上并不是问题，而船体的运动性能却成为发展FPDSO时首先需要考虑的问题。

在西非相对温和的海洋环境下的深水海洋工程项目中，已经出现了船体中部有月池的FPDSO，世界上第一艘FPDSO已经于2009年投入运营。

通常情况下，无论是钻井装置或生产装置，功能上的设计都应尽量减少甲板区域有效载荷以及外形尺寸和排水量，但张力腿平台（TLP）和单柱式平台（SPAR）是例外，因为这些装置的运动范围有限。

（3）半潜式平台。经过近50年的发展完善，半潜式平台已被广泛应用于深水勘探。按照工作水深和钻井能力可分为六代，见表20.3－2。

表20.3－2　半潜式钻井平台发展史

半潜平台的总布置具有多立柱、甲板区域大的特点，立柱在平台底部的水下区域通过浮体相互连通。一些早期的双浮体半潜平台的浮体具有船艏和船艉结构形式，在钻好一处井后，可用自身的动力或者拖轮的牵引移至另一处，早期的半潜平台也包括为了抵御波浪的交变载荷而采用斜拉筋的支撑形式。

重型运输船的出现使得浮式生产装置可以进行干拖。开发深水油气田需要的生产装置越来越大，以及永久性定位能力的要求，都需要半潜式平台的设计技术进一步发展。下一代半潜平台将可能是一个正方形的结构物，由四根立柱、箱式或圆筒形的沉箱与立柱相连。为了进一步提高定位能力，箱式沉箱无艏艉之分，为简化施工，斜拉筋支撑也会被取消。

（4）单柱式平台（SPAR）。单柱式平台通常称其为SPAR平台。它采用一种大型、深吃水圆筒形沉箱，其浮力用来支持水上设施。一般来说，SPAR平台采用至海底的多锚链系泊方式。

20世纪70年代中期，Shell公司在北海Brent海域安装了一个原油储存和外输的SPAR平台，该单柱体直径是29m（95ft），在海平面处收缩到17m（55ft），其作业吃水为109m（357ft）。1992年阿吉普石油公司在西非安装了点火放空功能的SPAR，该SPAR是71m（233ft）长，直径为2.3m（7.5ft），其中锥度为到水平面1.7m（5.5ft）。1993年Shell公司在Draugen安装了原油储存的SPAR，柱体的直径是8.5m（28ft），作业水深为76m（250ft）。1996年Oryx Energy公司（现在的科麦奇公司）和CNG公司安装了世界上第一个用于生产的SPAR：Neptune SPAR，该平台体高度为215m（705ft），中心钻井区域为10m×10m（32ft×32ft），柱体直径为22m（72ft），系泊系统由6根钢缆和锚链构成，如图20.3－10所示。

图20.3－10　Neptune SPAR平台

迄今为止，全球有19个SPAR平台建成投产，这也显示了SPAR平台的发展历程。图20.3－11显示了这些平台在作业海域的照片。

图20.3－11　SPAR平台的发展历程

最先投产的3个SPAR平台是第一代经典式SPAR平台（Classic SPAR）：上段的圆筒形厚壁结构给整个SPAR提供浮力的，中段是空的压载舱，下段的压载舱仅在安装过程中进行压载操作，使侧向飘浮的SPAR垂直立起。为减轻平台的重量和成本，随后开发的SPAR的中段用桁架结构取代了圆筒结构，即第二代的桁架式SPAR平台（Truss SPAR）。第三代的多柱式SPAR平台（Cell SPAR）是在2004年推出的，它在结构布局及功能上类似于其他SPAR平台，但结构不同。柱体由多环肋管（Cell）组成，环肋管之间由横向和纵向板连接，这种结构形式比传统的板架式结构的成本低，图20.3－12（a）显示了经典式、桁架式和多柱式三代SPAR平台。

由于SPAR平台的长度过长，SPAR的柱体不能被垂直拖动。因此，只能侧向拖航到工作海域后，再压载调节到垂直位置，然后系泊定位，系泊系统是预先定位的。

SPAR平台诞生到现在仅有十几年的时间，但人们一直没有停止对新型SPAR平台的研究和开发工作，如适应极地环境以及更深水域的SPAR平台的开发等。2009年10月，世界上第一个MinDOC类型的SPAR平台，“ATP Titan”，从得克萨斯州的干船坞，被拖往墨西哥湾深海的Telemark生产中心，与平台上体进行海上安装工作。MinDOC类型SPAR平台示意图如图20.3－12（b）所示。

图20.3－12　各类型SPAR平台

MinDOC类型的生产平台融合了半潜式平台和SPAR平台的特点，它像半潜式平台一样通过分散布局的多个立柱为上体提供支撑。与一般的SPAR平台相比，分散布局的立柱使平台的甲板面积更大、有效载荷更高，三角形的结构布置让平台具有更强的结构稳定性；同时，通过向主体底部的浮筒注入压载水降低平台重心，它还具有和SPAR平台一样的无条件稳性，水动力性能优异，可有效抵抗恶劣海洋环境。

（5）张力腿平台（TLP）。张力腿平台是一种使用垂直系泊的顺应式平台，是靠过剩浮力垂直绷紧系泊索进行定位的海上采油平台，这种结构限制了垂直升沉和纵横摇，但允许有水平方向的横向运动。

目前全球范围内的很多海域内已经安装了张力腿平台，1984年，第一个张力腿平台安装在英国海域的北部的Hutton Field，水深约148m。操作方原本可以使用更便宜的固定式平台来开发这片海域，但CONOOC公司为了将这个平台的开发安装经验推广到深水，使张力腿平台得以在深水区域应用，如在墨西哥湾的壳牌公司的深水张力腿平台。此外还有1994年安装于874m水深（2 867ft）的Auger张力腿平台，1996年安装于893m水深（2 930ft）的Mars张力腿平台，1997年Ram/Powell张力腿平台安装在980m水深（3 215ft），1999年Ursa平台安装在1 204m水深（3 950ft）以及2001年Brutus张力腿平台安装在914m水深（2 998ft），如图20.3－13所示。

图20.3－13　截至2004年张力腿平台安装情况

北海的挪威海域安装了两个张力腿平台：1992年安装于310m水深（1 017ft）的Snorre和在350m水深（1 148ft）的Heidrun张力腿平台。Heidrun张力腿平台是第一个有船体部分的张力腿平台。所有的典型张力腿平台均由四根柱子和无拉筋的环型沉箱构成。

张力腿平台设计的一项挑战是在海浪的升沉和横摇的作用下，保持平台的正常状态。海浪引起的升沉运动可通过增加系泊钢缆的直径来控制。横摇的减少可通过增大系泊钢缆的布置范围，以增加其整体刚度来控制，但是系泊钢缆的布置范围的增大必然引起上部甲板模块的跨距增大，引起造价更加昂贵。于是带延伸腿张力腿平台（见表20.8－1）的概念出现了，埃克森美孚公司在2003年就在其kizomba A油田上采用了带延伸腿的张力腿平台。这个方案使四根立柱之间的间距可以比正常状态更紧密，环型沉箱及其悬臂部分可使系泊钢缆以更大的力矩支撑整个平台。

张力腿平台技术保留了固定平台的很多作业优势，在降低生产成本的同时，使水深增加到约1 500m（4 900ft）。其生产和维修工作同固定平台相类似。不过，张力腿平台对重量很敏感，对生活区域的有效载荷也有所限制。

常规张力腿平台以直立的方式被拖到海上油井位置后，进行压载使其逐步下沉，直到系泊钢缆与张力腿的四角相连接。张力腿平台在离岸前，可以将上部甲板模块与柱体连接工作完成后进行拖航，以节省海上安装成本。

Seastar海星型平台是一个深水采油的小型多功能平台。它借用了张力腿平台的概念，并采用了更经济的模式。Seastar是一个只有一个立柱的小型张力腿平台（见表20.8－1）。立柱在海平面附近呈现颈状收缩，以减少对结构的表面载荷。

柱体的水下部分延伸为三个按120°径向分布的箱形结构，在底部呈三角形。柱体提供足够的浮力以支持甲板、设备和柔性立管，过剩的浮力则产生系泊钢缆的预紧力。

Seastar平台一般使用拖轮或驳船到达指定位置后以垂直方向立在水中。但由于单浮筒的水线面积小、浮心低，它不能负载上层甲板或模块，只有逐步排出压载水使钢缆连接并张紧后，才能在海上现场安装上层甲板或者模块。

2）浮式生产装置的选型

（1）以油轮为主体的浮式生产装置。以油轮为主体的浮式生产装置分为浮式生产储油装置（FPSO或FPSU）和浮式储油装置（FSO或FSU）两种。

FPSO把油气分离设备、注水（气）设备、公用设备以及生活设施等安装在一艘具有储油和卸油功能的油轮上。油气通过海底管线输送到单点系泊系统后，经单点系泊系统上的油气通道通过软管输到FPSO上，FPSO上的油气处理模块将油、气、水进行分离处理。分离出的合格原油储存在FPSO上的油舱内，计量标定后由穿梭油轮运走。

FSO也是具有储油和卸油功能的油轮，但它没有生产分离设备以及公用设备，通过海底管线汇集来的合格原油直接储存到FSO的油舱中，由于没有油气生产设备，可直接将旧油轮稍加改装就可以成为FSO，相对于FPSO来说，FSO建造工期短、成本低。

浮式生产储油装置采用新建和旧油轮改造两种方式，采用哪种方式取决于油田寿命和开发方式。在油田寿命较长的情况下，新建油轮优于旧油轮改造，这是因为新建油轮具有较长的使用期限，而改建油轮花费的结构改建费和维修费大大超过了已有船体的经济受益。然而，对于油田开发早期来说，由于改建油轮费时少，改建油轮更为合适。

（2）以半潜式钻井平台为主体的浮式生产装置。这种生产装置的主要特点是把采油设备（采油树等）、注水（气）设备和油气水处理等设备，安装在一艘经改装（或专建的）半潜式钻井平台上。

油气从海底井经采油立管（刚性或柔性管）上输至半潜式钻井平台（常用锚链系泊）的处理设施，分离处理合格后的原油经海底输油管线和单点系泊系统，再由穿梭油轮运走。这种生产装置的优点是：

—稳定性好，可适用于恶劣的海况条件；

—具有一定的储油能力；

—可利用船上的钻机进行打井、完井和修井作业。

该类型生产系统的缺点是：

—要另建系泊系统以便穿梭油轮卸油作业；

—改装时间长、成本高；

—如果储油能力不足，油田可能停产。

（3）以自升式钻井平台为主体的浮式生产系统。这种生产装置是利用自升式钻井平台改装的，如图20.3－14所示。其上可放置生产与处理设备，主要用于浅水海域，可以移动。实质上，自升式平台属于固定式生产装置，仅因为它具有可移动性才将其作为浮式生产装置类。自海底油井出来的油气上升至自升式平台分离处理后，再经海底管线和系泊系统输至油轮运走。这种装置常用于油田延长测试及边际油田的开发。

图20.3－14　以自升式钻井平台为主体的浮式生产系统

（4）以张力腿平台为主体的浮式生产系统。张力腿平台可以看作成一个垂直锚系的半潜式平台，如图20.3－17所示。虽然张力腿平台没有储油能力，但由张力腿平台、海底管汇、单点系泊和储油轮组成的浮式生产系统在开发深水油田方面具有很大的竞争力。这种结构的外形减小了垂向波浪力的影响，因而也就减小了系泊系统的受力变化，上部结构设计足以承受油田开发各个阶段的载重量，不论在拖航条件，还是在垂直系泊时都能保持稳定。这种形式的主要优点是：升沉、纵摇和横摇运动在很大程度上都被控制，这就大大地简化了立管与浮动设备之间的输送系统。

（5）以SPAR平台为主体的浮式生产系统。以SPAR平台为主体的浮式生产系统，其组成与以张力腿平台为主体的浮式生产系统相同。尽管张力退平台是依靠剩余浮力在海上定位，而SPAR平台是采用多锚链方式系泊于海底，但基本上都相当于采用“垂直锚系”固定的浮式生产平台。这两种浮式生产系统最大的特点是可以采用干式采油树，因为其生产立管是近乎垂直的钢管。而其钻井装置也可采用水面防喷器。比较图20.3－14和图20.3－15可以明显看出这两类浮式生产系统的最大不同点在于采油立管取代了海底柔性管线。

图20.3－15　以井口张力腿平台为主体的浮式生产系统

（6）浮式生产系统采油树与立管的界面位置

浮式生产系统采油树与立管的界面位置，是选用何种浮式生产系统的关键，界面可以是在海底井口的（湿式采油树），也可以设在结构物上的井口（干式采油树）。界面选择取决于储层特征，界面位置的确定对选择何种类型的结构物有重大的影响。选用干式采油树时其生产立管几乎是垂直的钢管，设计过程中必须考虑所有作业条件的影响，而且对生产平台的运动有严格的限制，由于采油树设在结构物上，方便维修，易于管理。迄今为止，只有张力腿平台TLP和SPAR平台使用干式采油树。选用湿式采油树时生产立管通常是复合材料的柔性管线，这样降低了立管对平台运动的限制。与使用干式或湿式采油树生产方式原理相似的是钻井装置也采用海底防喷器（BOP）或水面防喷器，而TLP和SPAR是目前唯一使用水面防喷器的浮式生产系统。