一文看懂：海上油氣工廠——FPSO的發展現狀

從誕生以來，FPSO以海工界“高富帥”的人設，經歷了從火熱到低谷再到步入平穩的跌宕劇情。目前的FPSO發展呈現出了技術更成熟、市場更理性的新趨勢。

作者 | 二丫

FPSO海工結構至今不過30過年的歷史。1976年殼牌石油公司用一艘59,000 t的舊游輪改裝成了世界上第一艘FPSO，并于1977年應用在地中?？ㄋ固乩逃吞?。由于FPSO具有儲油多、投資省、可轉移等優點，所以得到了迅速發展。

目前FPSO的工作水深主要為100-500 m，但隨著采油工作水深的增加，大于500 m工作水深的FPSO也正在逐年增加。目前在用的FPSO原油儲存能力大部分為10×10⁴~20×10⁴ m³，最大原油儲存能力達到31.8×10⁴ m³；日處理能力大部分為5,000-10,000 m³，最大日處理能力超過30,000 m³。

FPSO的建造

FPSO結構及工藝十分復雜，造價昂貴。目前FPSO的所有者主要分兩類，一類是國際大型油公司，如三桶油之一中海油、石油產業“七姐妹”等，自建自用；另外一類就是服務于油公司的FPSO職業操作方，如MODEC、SBM、BW Offshore等，油公司不負責其建造。這兩種方式各占半壁江山。

番外小劇場：石油“七姐妹”的前世今生

1859年，美國賓夕法尼亞州興起鉆油狂潮。約翰·D·洛克菲勒建立的世界第一個石油巨頭——標準石油（Standard Oil），一時間幾乎壟斷了整個美國的石油產業。

好景不長。羅斯福上臺后即實行反托拉斯（音譯于“trust”，壟斷組織的高級形式之一）。1911年，美國最高法院裁決標準石油公司解體。自此，三家子公司脫穎而出：

新澤西標準石油（后?？松‥xxon）石油公司）；
紐約標準石油（后美孚（Mobil）石油公司）；
加利福尼亞標準石油（后雪佛龍（Chevron）石油公司）；

與此同時，另外兩家石油公司扛住了標準石油的壟斷壓力，在夾縫中分得一杯羹，并逐漸成長起來，他們就是得克薩斯州的德士古（Texaco）石油公司和梅隆家族的海灣石油公司（Gulf Oil）。

為了運輸原油，塞繆爾的公司設計了一種全新的船舶——油輪，并用父親賣過的各種貝殼進行命名，這也成為了殼牌公司（Shell）名字的來源。

英國波斯石油公司（BritishPetrleum）是在中東找油的第一家石油公司。由于中東石油的戰略地位，英國政府在其中投資。它隨著中東尤其是伊朗石油工業的發展而壯大。

至此，石油“七姐妹”正式集齊。

世上再無一家獨大，但“七姐妹”卻以一種名曰卡特爾（壟斷聯盟）的新形式繼續壟斷石油產業。

進入80年代后，石油輸出國組織（歐佩克）和國有化浪潮兩大沖擊，使“七姐妹”壟斷體系徹底土崩瓦解?！捌呓忝谩钡膽蚍葜饾u殺青，最終只留下了?？松梨?、雪佛龍、BP以及殼牌四只獨秀繼續講故事。

伴隨著“七姐妹”故事的落幕，“新七姐妹”逐漸誕生，包括沙特國家石油（Aramco）、俄羅斯天然氣工業（Gazprom）、中石油（CNPC）、伊朗國家石油（NIOC）、委內瑞拉國家石油（PDVSA）、巴西國家石油（Petrobras）和馬來西亞國家石油（Petronas）。清一色都是由國家主導經營的企業。

每個產業都有其固有的發展規律，任何企業也都擺脫不了生命周期的必然性?！袄掀呓忝谩睍r代已經悄然成為歷史，所謂的“新七姐妹”，甚至是整個石油產業，也正面臨著新格局帶來的未知挑戰。

切回正題。

由舊油輪改裝而成的FPSO成本較低，適用于淺海和邊際油田開發。但更多綜合因素決定了FPSO的選型，隨著越來越多深海及超深海油田的不斷發現，舊油輪改裝的方式將難以適應，新建FPSO符合未來市場的發展需求。在現役的約180艘FPSO中，其中71%的船體都是由油輪改造而成，新建僅占29%。這一占比的主要原因還是源于高昂的建造成本。對于復雜的FPSO，其建造、安裝成本通常超過10億美元。

FPSO由兩大部分組成：上部模塊和船體，上部組塊完成對原油的加工處理；而船體負責儲存合格的原油。韓國、新加坡、中國和巴西已經形成了“FPSO四強”的格局。中國FPSO的設計主要由船舶工業集團708研究所承擔，雖然國內FPSO建造規模突出，且有一批建造能力較強的船廠，例如外高橋造船廠、滬東船廠、江南造船廠和大連新船重工船廠、山海關船廠等，目前的建造大部分承建的還是船體部分，核心的上部模塊（主發電機、大型流量計、中央控制系統設備、惰性氣體發生器、單點等）主要還是掌握在韓國和新加坡造船企業手中。

某FPSO建造成本計劃

近年來，我國海上油氣生產不斷加強對深海油氣開發的重視程度，并且開始由灘海油氣開發轉變為深海油氣開發，FPSO的應用則進一步推動了此項工作。無論國內外，FPSO均作為一項關鍵技術得到了不斷的更新和優化，并已經延展到LNG、LPG等領域當中。

FPSO五宗“最”

最大作業水深：Turritella

運營商：Shell

Turritella是專為Stones油田設計的，該油田于2005年被發現，Shell宣布計劃在2013年5月進行開發。Stones油田覆蓋了第三紀低層地質趨勢的8個區塊，距海底約7,077米（26,500英尺）的水庫水平線和泥線以下5,181米（17,000英尺）。人們認為它擁有超過20億桶石油當量的儲量。

SBM Offshore被選中在其新加坡造船廠建造FPSO。這是Shell和SBM公司在墨西哥灣安裝的第一臺FPSO。

Turritella于2016年9月正式投產。其最大作業水深2,900米（9,500英尺），它不僅僅是作業水深位列世界之最，其單點浮筒同時也是世界上最大的可解脫單點浮筒，懸掛立管是世界上作業水深最深的剛懸鏈立管。

Turritella的主尺寸為274×48米，載重量16萬噸，油處理能力2.5萬方/年，氣處理能力4,200萬標準立方米/年，油儲存能力12.7萬方。

FPSO上部包括油氣分離系統、氣體處理及壓縮系統、公用系統、電站系統、單點系統等共18個模塊。

FPSO采用可解脫單點系泊系統，單點直徑25m，高25m，重3,150噸，是世界上最大的可解脫單點。

? 3×3內單點系泊，每根系泊纜由“鏈-聚酯纜-鏈”組成；
? 3×3吸力樁錨，直徑10 m，長度20~30 m，重量140~180噸。

FPSO在新加坡吉寶船廠完成完成。2013年6月，開始改造，2015年11月完成所有改造及碼頭安裝調試工作，歷時總計29個月。

最大船體儲油量：Egina

運營商：Total

EGINA FPSO是由韓國三星重工（SHI）為道達爾（Total）制造的。該FPSO于2013年訂造，總投資近33億美元。船體長330米、型寬61米、型深33.5米，僅上部生產平臺重量就達6萬噸，設計原油日處理能力20.8萬桶，原油儲存艙容230萬桶，定員240人，是非洲近海噸位最大FPSO。該項目還與當地承包商的最高水準密切相關。浮式生產儲油船上的18個模塊中有6個是在當地建造和集成的，77%的項目時間是在當地工作的。啟動成本比初始預算低近10%，這意味著資本支出節省了10多億美元，特別是由于良好的鉆井性能，每口井的鉆井時間減少了30%。

2018年12月，EGINA FPSO在位于尼日利亞海岸150公里處約1,600米水深的Egina油田開始生產，高峰穩產期產量將達到日產油20萬桶，約占尼日利亞總產量的10%。

最大原油生產能力：Glen Lyon

運營商：BP

Glen Lyon FPSO由韓國現代重工船廠，歷時4年多建造完成。該FPSO于2015年12月離開亞洲水域，并于2016年6月到達挪威。

該FPSO專為BP的Quad 204項目而建造。實際上，在該項目的二次開發中，BP在Glen Lyon上還引入了智能化因素。Glen Lyon上配備了光纖無線智能裝置，數據點超過5萬個。數據將通過無線裝置傳輸至岸上設備進行存檔。另外，岸上還配備有全套的操作人員培訓模擬器，安裝動態模擬和3D PDMS模型。

Glen Lyon FPSO長270米，寬52米，重10萬噸。水深400米，上部模塊2.1萬噸，能夠處理并輸出130百萬桶原油/天，并具備儲存800百萬桶的能力。在實際生產過程中，Glen Lyon最高每天生產能力達到3.2億桶，刷新了FPSO的原油生產能力世界記錄。

最大氣體生產能力：Skarv

運營商：Aker BP

Aker BP的Skarv FPSO是世界上最大的浮式設施之一，也是最大的海上天然氣加工廠之一，每天的氣體生產能力為670億標準立方英尺。

Skarv油田于1998年在挪威海北部、北極圈以南約50公里處發現。2008年，Skarv FPSO開始建造。該FPSO的建造船廠來自五大洲，主要建造工作在韓國進行。船體重4.9萬噸，船體長295米，寬51米。上部生產模塊1.8萬噸，每天可生產原油8.5萬桶，氣體1,900萬標準立方米，儲存容量87.5萬桶。

Skarv FPSO于2012年在Skarv油田開始投產。

最長服務時間：Arco Ardjuna

運營商：Pertamina

在FPSO市場還沒有發展起來之前，Arco Ardjuna就已經存在了。這艘擁有47年歷史的FPSO建于1973年，如今依然在Java海域工作。

Arco Ardjuna在日本三菱重工長崎造船廠和發動機廠建造，重約5.4噸，是當時最大的海工船舶之一。Arco Ardjuna專為西Java海域的Ardjuna油田而建造。英雄雖已遲暮，但至今仍在使用，最近已經與印尼海域YY油氣田KLB Pavilion相連的管線連接。

國內FPSO發展現狀

國內的FPSO發展是一個追趕和超越的過程，起步比西方國家晚十年，到了90年代后期，我國FPSO飛速發展。目前為止，中國海油是世界上擁有FPSO最多的石油公司之一，共擁有17艘這樣的海上鋼鐵巨無霸，規模與總噸位均居世界前列。

P70帶來的高光時刻

2015年年中，海油工程獲得P67/P70兩條FPSO的EPC合同，合同內容包括8個模塊的設計、建造，以及整船總裝和調試。

P70 FPSO船長316米，最大寬度74米，型寬54米，型深31.5米，最大吃水23.1米，滿載排水量35萬噸，儲油量167萬桶，日加工原油12萬桶，配備雙套外輸系統（每套日外輸能力100萬桶），定員160人，設計壽命25年，采用多點系泊，入級美國船級社。

2019年12月，海油工程將P70送上去往巴西國油的“花轎”。

2020年1月，國資委官微發布“2019年十大創新工程”評選結果，P70項目被網民們評選為2019年十大“網紅”創新工程。2020年6月25日，P70成功實現首次產油，標志著這艘世界級的“海上油氣工廠”正式宣告投產。

據悉，P70的國內采辦金額約3.8億元，國產化比例達到了80%，輻射帶動了國內100多家設備生產廠商實現了“走出去”。僅電纜采辦一項，在引入國內供應商后，直接節省預算達1500萬元。

海油工程董事長、黨委書記于毅表示，P67、P70兩艘35萬噸世界級“海上油氣工廠”的交付和投產，標志著中國在超大型FPSO領域的自主建造和集成能力達到了國際先進水平，不僅為中國和巴西拓展能源領域的戰略合作搭建了一道友誼橋梁，也為中國海油發力高端海洋工程建設、開拓國際海工市場搭建了良好的國際舞臺。

“海洋石油119”于今年全新起航

2020年5月，我國最大作業水深的FPSO——“海洋石油119”，于山東青島正式交付起航?！昂Ｑ笫?19”歷時22個月打造完成，船體總長約256米，寬約49米，甲板面積相當于2個標準足球場，甲板上集成了14個油氣生產功能模塊和1個能夠容納150名工作人員的生活樓。海洋石油119”滿載排水量達19.5萬噸,是極地科考船“雪龍號”的9倍多，能夠抵抗百年一遇的臺風。FPSO設計壽命30年，15年不進塢，船體為雙殼構造，貨油系統采用潛沒泵，入BV和CCS船級社。交付后將服役南海16-2油田群，作業水深可達420米。

“海洋石油119”號是中海油首座自營開發的深水FPSO項目，業主是中海石油有限公司深圳分公司，由海油工程負責項目EPCI總包，武船集團北船重工負責船體部分的設計、采辦和建造工作，船體基本設計、詳細設計由七〇八所承擔。FPSO船體建造工程于2018年6月在北船重工開工，2019年9月順利交付。

“海洋石油119”號上部模塊擁有國內最復雜的海上油氣處理工藝流程，肩負著三個油田26棵水下采油樹全過程控制的使命。每天可以處理原油2.1萬立方米，天然氣54萬立方米，相當于一座占地30萬平方米的陸地油氣處理廠，是當之無愧的“海上超級工廠”。它能夠長期系泊于海況惡劣的南海深水區，依靠的是一套具有世界先進水平船體集成型（SIT）大型內轉塔單點系泊系統，這是我國首次建造集成的世界上技術最復雜、集成精度最高的單點系泊系統之一，在世界范圍內僅有四例應用，施工難度極高。

“海洋石油119”號單點系泊系統總重2,800多噸，將通過9條長約1,740米的錨鏈固定到海底，懸掛19條水下油田生產和控制管纜，其工作量是國內其他類型單點系統的3-4倍；重約1,100噸的單點下塔體使用大型浮吊吊裝到“海洋石油119”船體18.5米直徑的月池中，中心精度要控制在3毫米以內；在直徑不足2米的滑環腔體空間內安裝有45個連接管、238根電纜以及上千個零部件；系統同時創造了結構最復雜、滑環數最多、吊裝精度最高等多項國內單點之“最”。

在項目施工過程中，海油工程對關鍵技術和管理難點進行攻關，先后突破130毫米超大厚板焊接、大型復雜單點毫米級高精度控制、超高精密滑環集成等十多項關鍵技術，完成30多項工藝創新，提前40天完成單點集成工作，刷新了國際同類單點的最快集成記錄。

根據流花油田的特性，“海洋石油119”號還裝備了首套國內自主設計建造的浮式輕烴（LPG）回收系統，通過回收利用原油開采伴生氣，不僅有效減少了氣體排放，每年還可產生效益近億元。

FPSO的主要發展方向

結合鉆井模塊，即FPDSO

現階段，海洋油氣工業界通過多年來的不斷探索和分析，已經能夠將鉆井設備與FPSO相結合，實現由FPSO向FDPSO的轉變。FPDSO（Floating Production Drilling Storage Offloading）由瑞士SBM公司最先提出，將鉆井模塊并入FPSO裝置中，在FPSO的中部開口，增設張力腿鉆井甲板，用張力筋腱將鉆井甲板系于海底，采油樹及防噴器均置于鉆井甲板上。這樣就既可用于鉆井、采油，又能進行生產處理及儲運。

FDPSO分為“船型”和“圓筒型”兩種。船型FDPSO可由舊船改造而成，只需在符合條件的船舶上加裝鉆機、水下立管等設備即可，經濟高效。圓筒型FDPSO抵御環境載荷的能力高于船型FDPSO，在風浪流的沖擊下更能保持平穩，適合天氣多變的海域。

Azurite號于2009年西非剛果（布）Azurite 油田投產，是業內首個FDPSO。Azurite號由一座舊油輪改造而成，船長322.2米，寬為56米，滿載吃水深度19.7米。該船采用多點系泊，由12根錨纜組成，儲油能量140萬桶，生產時率達到96%以上。

Azurite號FDPSO的整體開發方案都圍繞提高經濟性進行。Azurite FDPSO為舊油輪改裝，回接水下井口。FDPSO通過多點系泊定位。該船裝備可拆卸鉆井設備，油田采用滾動開發模式，邊生產邊鉆井。鉆井工作完成后鉆機模塊拆除。

世界上第一艘新建FDPSO——MPF-1000于2008年誕生于中國。MPF-1000的船體是由大連中遠船務承建，設計最大工作水深3,000米，最大鉆井深度10,000米，儲油能力為100萬桶。MPF-1000與“海洋石油981”一樣采用了DP3動力定位系統，船艏船尾各4個推進器，可在惡劣海況下作業。

功能多樣化，即LNGFPSO & LPGFPSO

近年來，FPSO已不僅局限于處理一般原油，還引申出很多功能，比如用于處理液化天然氣的LNG FPSO和處理石油氣的LPG FPSO等。

舉栗說明。

LNG FPSO用于以生產天然氣為主的海上氣田，將天然氣液化成LNG，并儲存、外輸。2016年投產的SATU LNG FPSO是專用于氣田開發，進行LNG的生產、儲存與卸載的浮式生產裝置，作業于馬來西亞Kanowit氣田，打開了FPSO在遠海氣田應用的開發篇章。

LNG FPSO采用單點系泊系統。海底管道通過柔性立管連至系泊系統，開采的天然氣由井口平臺經單點輸送至船上，經過上部模塊液化處理后，儲存進液艙內。目前LNG市場被普遍看好，LNG FPSO有巨大的市場潛力。

多年來，大量的研究人員和組織機構一直致力于LNG-FPSO項目的研究。

BlIPBilliton是較早進行海上天然氣液化研究者之一，該研究是為在TimorSea Bayu-Undan海域某一可能位置生產LNG而提出的。這個平臺是一個混凝土重力基礎機構GBS，在平臺上擬建170,000m³圓柱形LNG儲罐。該研究提出了LNG生產能力為1.5 Mt/a的方案，液化流程采用改進的氮膨脹循環。

2017年9月，由中船集團七O八研究所牽頭，海洋石油工程股份有限公司、中海石油氣電集團有限責任公司、中國寰球工程公司、滬東中華造船（集團）有限公司和江蘇科技大學等單位共同參研的高技術船舶科研項目“浮式液化天然氣生產儲卸裝置（LNG FPSO）總體設計關鍵技術研究”通過了由工業和信息化部產業發展促進中心組織的專家評審驗收。

該項目通過對總體方案優化技術、水動力性能分析與模型試驗技術、全船結構分析及設計技術、系泊分析及系統設計技術、工藝處理模塊及方案設計、液化處理系統設計、LNG FPSO基本設計方案等關鍵技術的研究，緊密結合我國南海海域的自然環境條件，開發了一型用于深海氣田的年產量約為300萬噸，艙容約30萬立方米的LNG-FPSO設計方案，并通過了BV船級社審查。

項目通過研究，突破了總體性能、典型作業風險分析等總體方案優化技術；采用數值分析與六自由度不規則波晃蕩試驗相結合的方法，預報不同液位高度下液艙承受的晃蕩壓力；應用單點系泊和旁靠系泊數值計算和模型試驗相互融合的方法，優化設計了一套完整的LNG FPSO系泊系統總體方案；首次開發了2套測試LNG繞管式換熱器管內和殼側流體性能的實驗裝置，顯著提升了繞管式換熱器的設計精度；首次開展了大型LNG FPSO DMR液化工藝的晃動實驗驗證工藝及關鍵設備的海上適應性研究；闡明了晃動對系統穩定性的影響，為LNG FPSO關鍵設備在海上平臺的選型、安裝以及操作提供指導；提出了一套系統的天然氣胺法脫酸胺液篩選及配比優化研究方法。

新型設計，即圓筒式FPSO & 通用型FPSO

近些年提出的通用型FPSO給出了油田開發的新型理念，通用并不是說要適應所有油田，但其設計將趨向于盡可能的高彈性高標準化。相比傳統的FPSO而言，通用型FPSO用途廣泛，適應性強。

首艘采用“通用型”船體設計概念的FAST4WARD于2018年由SBM委托上海外高橋進行建造，該船由708所進行設計，采用單底和雙舷側結構的通用標準化船體，滿足墨西哥灣，西非和巴西等多個海域環境條件，該通用標準化船體能夠兼容外轉塔、內轉塔或者多點系泊系統和立管系統，也能方便的連接上部模塊和系泊系統，幫助公司滿足日益嚴苛的產油國當地規章要求，比如說巴西。Fast4Ward設計也允許按比例放大，船體設計還考慮了安裝可拆卸推進系統的可能性，如批量建造該通用型船體，可大幅降低拖航費用。

圓筒式FPSO的出現拋開了繁瑣的轉塔，且減少普通船體結構艏部和艉部的縱搖，可以為傳統的船型FPSO提供一種低成本、可行的替代方案。最新一代的圓筒型平臺如希望7號，Penguins等圓筒FPSO均帶有動力定位系統，可以在超深水作業。

FPSO無人化

現今，油氣行業內正在興起數字化技術浪潮，而大型化、無人FPSO的創新設想正好契合了時代發展趨勢。在偏遠地區工作的人越來越少，留下的碳足跡也越來越少?；谖锫摼W技術的發展，所有系統都可以在陸地的安全中心進行監控。在后臺，數字孿生技術可有效監控設備故障。

Aker Solutions于2017年開始啟動了無人FPSO的概念設計工作。這一新型FPSO的結構布局的一個主要特點是精簡化的單層甲板與模塊化的設備配置，方便拆裝。

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