从“世界碗”到“中国碗”——亚洲首艘圆筒型FPSO诞生记
春节刚过，隆冬的寒意尚未褪去，圆筒型浮式生产储卸油装置(FPSO)流花11-1迎着海油工程青岛场地凛冽的海风，从平面走向立体，从图纸走进现实……
大约两个月前，另一个大家伙圆筒型FPSO壳牌“企鹅”从这里“毕业”。“企鹅”经历了50多天的长途跋涉，即将抵达英国北海作业区。
“深海一号”能源站的主设计师、中海油研究总院工程研究设计院结构总师李达亲眼见证了这位“毕业生”的成长。相比于传统的船型FPSO，圆筒型FPSO建造周期长已成为业内共识。目前全球在役的圆筒型FPSO最长建造周期是5.5年，“企鹅”用了4年多。“流花的建造周期至少要缩短一半!”李达心里想，“一定要在设计初期就拿出适合中国海域和中国船厂的方案，解决工期长的难题，让这个‘应届生’提前毕业。”
“深海一号”能源站的投产标志着我国深水气田自主开发能力从300米走到了1500米，但油田自主开发能力还处于水深300米以内的水平。探索新型开发模式和开发装备成为我国海洋油气勘探开发的迫切需要。自主设计建造一座圆筒型FPSO，吸取“世界碗”的经验，打造“中国碗”装自己的油，对于提升油田自主开发能力意义重大。
给“大碗”穿上“裙子”
2018年，流花11-1/4-1二次开发项目计划采用“浮式平台+导管架平台”的模式进行开发。采用什么样的浮式平台?中海油研究总院项目团队有着完美的憧憬。
这个家伙要“胃口大”，油田的开采要求FPSO具有一定规模储油能力。
这个家伙还要经济划算。为了进一步提高边际油田开发效益，圆筒型FPSO相比同样功能的南海船型FPSO钢材用量下降，同时不必采用船型FPSO所必需的单点定位系统，因为这种定位系统的造价十分高昂。
这个家伙适应性也要强。在台风多发、海况恶劣的南海深水海域，传统的船型FPSO需要使用单点内转塔系统来固定装置。圆筒型FPSO拥有更紧凑的结构外形设计。它体积小、水线面积大、水动力性能复杂，对稳定性要求更高，在深海复杂环境下能够应对自如。
可国内虽然建造过，但从未有人设计过这样的FPSO。
它如同一个“大碗”，又高又笨重，如何能够稳稳扎根在每年台风肆虐的南海呢?
“只有找到最本质的设计原理，才能设计出符合国内海洋特点的浮式装置。”李达带领团队从圆筒型FPSO的设计原理入手，从国外与国内海域的波浪差异入手，开展基础研究，最终找到了解决问题的答案。
主尺度是每一个浮式装置的第一套参数，而直接和它相关的是运动机理和固有周期。设计团队规划了多个尺度方案，同时进行周期和运动评估。他们试图避开波浪主频，获得更好的船体运动，但屡试屡败。
“为什么不在阻尼板上做文章?如果储油量决定了它是一个又笨又重的‘大碗’，那我们给它增加阻尼，构建阻尼对波浪激励的压倒性优势，做一个稳固的碗底，不就可以站稳了?”李达把想法分享给团队成员，他像一个时装设计师，给这个“大碗”穿上了锯齿形花边的裙子。
项目组设计了不同形状的阻尼板形式，并进行数值模拟，最终锁定圆筒型FPSO的船体尺度方案。让这个“大碗”在实现储油6万立方米的同时，仍然能够平稳地屹立于南海之中。
要穿就穿“中国裙”
确定了圆筒型FPSO的主尺度和形式之后，如何定位成了第二道坎儿。这是南海第一个承受如此大载荷的巨型结构。它直径72米，是南海常规船型FPSO船宽的1.5倍，所受载荷是常规船型FPSO的两倍还要多。
解决问题的常规方法是给“大碗”系上“裙带”。常规船型FPSO只需要9根系泊缆，“大碗”想要采用常规的钢缆系泊，就需要20根系泊缆。这将导致工程造价大幅上涨。
换一种材质做“裙带”怎么样?设计团队又开始了“烧脑”的设计循环。在不同的位置调整参数设置、结合环境条件的特点进行评估后，设计团队最终决定西北侧的系泊缆全部使用国产的聚酯缆，为“大碗”穿上“中国裙”。聚酯缆的应用不是没有基础的，在“深海一号”项目曾试用了单根国产聚酯缆，此次项目进一步扩大了应用范围，在关键区域应用了整组4根聚酯缆。为保证产品质量，团队开展了厂家国产化论证，建立测试标准，对产品制造、测试等多个环节进行严格把关。
“裙带”问题解决后，设计团队顺势打开全新的思路——开展锚链、监测控制设备、工艺处理设备、泵、电缆等10余套国产化设备的定向攻关，力争让“中国碗”穿“中国装”，将流花11-1/4-1全油田工程设施自主化率从80%提高到90%。
这一举措不仅有效控制了成本，还将带动包括钢铁行业、高端新材料研发、重大装备和高端设备制造等领域20余家企业、研究院所、高校在国内海洋油气开发工程产业链的高质量发展。
吾家“大碗”立南海
历经3年多的设计，我国第一艘圆筒型FPSO流花11-1终于从图纸走到了建造场地，在青岛开工建造。流花11-1圆筒型FPSO，是中海油自主研发设计的第一座圆筒型FPSO，也是亚洲区域应用的首座圆筒型FPSO，是名副其实的“中国碗”。它的作业海域水深约300米，载重量约6.3万吨，平台最大直径达90米。
有了“企鹅”这只“世界碗”的经验，“中国碗”有了更大的发挥空间。从外观上看，其直径比“企鹅”略大。但“中国碗”采用了上部模块与船体生产甲板一体化设计理念，船体主甲板与生产甲板之间的设备、管线布置更加合理有序，降低了建造集成施工难度。通过优化工艺流程设计，项目团队将上部模块数量降低至9个，相比“世界碗”的20个模块，“中国碗”的建造集成难度进一步降低。
为了缩减建造和合龙周期，“中国碗”创新提出船体与组块合龙关键结构设计新理念，可以实现模块与船体的整体合龙，显著提升建造效率。
还能不能更高效?项目团队通过进一步优化建造集成方案，将船体总装、上部模块集成作业全部集中于船坞内完成，“中国碗”完全摆脱了对浮吊资源的依赖，节省了时间成本和资源成本。
“中国碗”的成功研发建造，让流花11-1/4-1项目成为国际首个采用深水导管架+圆筒型FPSO开发模式的油田开发项目，不仅盘活了已经生产几十年的老油田，更让中海油成为第二个可以独立完成圆筒型FPSO设计和建造工程的公司。（中国化工报 冯建悦 房瑗 张婧文）
