第十章单点系泊系统第一节概述海上油田的原油输出，目前大多采用铺设海底管道或油轮驳运两种方式，而油轮驳运则需设单点系泊供停靠。

油田产量稳定高产时，这两种方法各有利弊；当油田开采寿命可疑时（产量少、不稳定）不宜采用海底管道，因其投资大，难于回收，施工难度大，工期长，在海水过深和环境条件恶劣时，还无法施工，采用单点系泊系统就可解决此难题。

同时，无论单点系泊系统以何种类型系住油轮都可自由地绕着单点系泊转动，能使油轮处于海浪流速和风速以及风力综合造成的最小阻力位置。

另外，原油运输费用随着油轮吨位的增加而明显下降，促使巨大型油轮日益增多，而人造深水港的费用高，施工周期长。

因此，从可靠和经济的观点考虑，采用单点系泊系统实为一种最佳选择。

近50年来，为了适应海上油田的开发和深海恶劣环境条件的要求，单点系泊的技术日新月异，得到了很大的发展。

目前世界上单点系泊装置的类型增多了，技术越来越先进并纳入规范，美国船级社（ABS）早在1975年就颁布了单点系泊系统建造入级规范。

国外研制单点系泊系统比较著名的公司有：SBM公司、IMODCO公司、SOFEC公司、MCDERMOTT公司等。

单点系泊系统从20世纪50年代后期发展到现在，已经成为广泛使用的一种海上系泊油轮的方式。

它对海上油田的开发起着极为重要的作用，具有很多优点，而且这种技术本身还在不断地发展之中。

归纳起来，它适用于以下几个方面：①可作为进出口原油的深水港，供大型或超大型油轮系泊和装卸原油，能充分发挥大型油轮经济运输的优越性，而不必花费巨额投资去建设深水港。

②海上大型油田的开发是十分复杂的，固定生产设备的投资大，建设时间长，在储量尚未充分掌握之前，很难作出切合实际的技术决策，采用单点系泊装置为核心的早期生产系统，可以提早开发油田，为油田永久性开发的技术决策提供依据。

③单点系泊装置是边际油田、深海油田及离岸遥远油田经济开采的先进技术手段。

④可在经济上或技术上不宜铺管的海域代替海底输油管道。

⑤能系泊海上石油加工处理厂，回收和利用石油伴生气，使海洋石油资源得到合理利用。

271第二节单点系泊装置的类型单点系泊装置主要有两种基本类型，即悬链式浮筒系泊装置和单锚腿系泊装置。

根据海上油田开发的需要和海况条件的要求，在这两种基本类型的基础上，单点系泊技术不断改进，逐步发展为多种类型的系泊装置。

目前在我国海上油田采用的单点系泊装置大概有4种：导管架塔式刚性臂系泊装置、固定塔式单点系泊装置、可解脱式转塔浮筒系泊装置和永久式转塔系泊装置。

下面我们就几种最常见的系泊装置作一些介绍。

一、悬链式浮筒系泊装置（Catenary Anchor Leg Mooring，简称CALM）图10-2-1 悬链式浮筒系泊装置这种装置是单点系泊装置中最早出现的一种型式，也是数量最多的一种，如图10-2-1所示。

它使用一个大直径（约10~17m）的圆柱形浮筒作为主体，以4条以上的长垂曲线锚链固定在海底基座上。

浮筒是具有弹性的（即能吸收外力冲击能量），能在一定范围内漂移。

浮筒上部是一个装有轴承可旋转360度的转台，上面配有系泊桩柱、输油管线、阀门、流体旋转头、航272标灯以及必要的起重设备等。

中心部位的流体旋转头，下面连接着水下软管和海底输油管汇，上面连接着漂浮软管并通向油轮。

油轮是用缆绳系泊在浮筒转台的桩柱上，在风、浪、潮、流的影响下，油轮能围绕系泊点漂移转动，使之处在最小受力位置，这就是该系泊装置独特的系泊弹性——风标性。

它大大降低了系泊负荷，缓冲了风浪对系统的冲击，也是单点系泊系统的主要特点之一。

总之，它的主要优点是结构简单、便于制造和安装；它的组成部件除旋转头和软管之外，都是常规产品，设计、制造、安装简便、造价低廉。

它的缺点是要求海底地貌平坦，浮筒的漂移、升沉随环境条件的恶劣而增长，这将使水下软管过度挠曲而易于损坏。

在持续摇荡期间，工作艇难于靠近，给维修保养工作带来不便。

二、单锚腿系泊装置（Single Anchor Leg Mooring，简称SALM）273图10-2-2带立管的单锚腿系泊装置274如图10-2-2所示，这种系泊装置既适用于浅水区，又适用于深水区，如果用于深水区，则锚链下端需连接一段内有输油管的立管，立管上头与锚链铰接，下头铰接在海底基座上。

立管可在任意方向摆动。

流体旋转头安装在立管顶部。

流体旋转头以上的所有部件都可以转动。

如图10-2-3所示，该装置它有一个细长的圆柱形浮筒，通常直径约为6~7m，高度约为15m。

浮筒下面用锚链拉住，锚链的下端固定在海底基座上。

由于浮筒具有正的剩余浮力，所以锚链始终保持一定的张力。

海底基座是以承受浮筒的正浮力和最大系泊载荷为条件的。

锚链与浮筒之间、锚链与海底基座之间，都用万向接头相连接；这种结构能使整个浮筒和油轮围绕系泊中心转动，而无需在浮筒上面安装轴承和转台。

输油管路不通过浮筒，水下软管与漂浮软管合为一条，直通油轮。

图10-2-3不带立管的单锚腿系泊装置三．单浮筒刚臂系泊装置（Single Bouy Storage，简称SBS）该装置是在悬链式浮筒系泊装置的基础上发展起来的，其主要差别是用刚性轭臂系泊取代缆绳系泊，如图10-2-4所示。

刚性轭臂与储油轮之间的铰链连接，允许产生纵摇；它的另一端支持在浮筒上，可以围绕浮筒旋转，并通过万向接头连接在一起，这样就可使浮筒、刚性轭臂油轮的摇摆角各自独立。

大多数刚性轭臂都设计成A字架形式，采用封闭的箱型结构。

275276图10-2-4 单浮筒刚臂系泊装置四．单锚腿刚臂系泊装置（Single Anchor Leg Storage，简称SALS）该装置是在单锚腿系泊装置的基础上发展起来的，如图10-2-5所示。

刚性轭臂与油轮是铰链连接，并通过一个允许有相对纵摇和横摇运动的铰链接头与系泊立管相连。

铰链接头通过滚柱轴承连接到立管顶部，使轭臂和油轮能随风摆动。

与立管组合在一起的浮力舱趋于使立管保持垂直位置，从而为油轮保持在停泊点位置提供了恢复力。

立管底部是通过万向接头与海底的锚定底座相连的。

这两种类型的系泊装置，使用的刚性轭结构，可以减少油轮的自由度，改善其作业状况，使整个系泊系统的性能更为稳定。

系泊油轮与单点系泊之间的刚性连接，可以避免在较恶劣海况下，油轮对浮筒的碰撞和失控飘移以及油轮和浮筒之间的激励振荡。

这就是使用刚性轭臂的效应。

油轮无需倒车推进器或拖轮控制，作业比较安全可靠。

图10-2-5 单锚腿刚臂系泊装置五．导管架塔式刚臂系泊装置图10-2-6是我国渤海某油田采用的导管架塔式刚臂系泊装置。

浮式生产储油轮是借助于系泊刚臂连接到架管架上。

系泊头安装在导管架顶部中央的将军头上。

系泊头上安装有转输油、气、水的流体旋转头和一个转动轴承，它可以使生产储油轮和系泊刚臂一起绕着导管架转动。

系泊臂是一个刚性“A”字形钢管构架，其前端依靠横摇---纵摇绞接头与系泊头相连接，后端依靠系泊腿与生产储油轮的系泊构架连接。

在系泊刚臂后的压载舱中，装有防冻的压载液。

当系泊系统处于平衡状态时，悬吊系泊刚臂的系泊腿是垂直的。

当生产储油轮由于环境力而移动时，系泊刚臂被抬起，从而产生恢277复力，迫使生产储油轮回到平衡位置。

系泊腿的上、下端均用万向节分别与系泊构架和系泊刚臂相连接。

系泊刚臂的前端和系泊头的连接是横摇—纵摇绞接头，再加系泊头上的转动轴承，这就使生产储油轮在风浪中，能自由地进行所谓的六向运动（即纵摇、横摇、前后移动、升沉、漂移、摆艏）。

系泊刚臂悬吊在海面以上，通过活动栈桥，人们可以从生产储油轮走到导管架上。

油田产出的原油和天然气，从海底管道进入系泊头上的流体旋转头，分别输往生产储油轮。

图10-2-6导管架塔式刚臂系泊装置（一）导管架塔式刚臂系泊装置主要部件的技术参数①导管架：高度43.6m，底部15.4×15.4 m，顶部5.8m×5.8 m，四根桩腿的直径为1.3m②转台轴承：直径2.44m。

③转盘：直径3.1m。

④流体旋转头：（a）输油模块：直径8in×3个；（b）输气模块：直径4in×1个；（c）输水模块：直径8in×1个。

⑤系泊臂：总长36.5m，宽度24m（与系泊腿连接处）。

⑥系泊腿：直径0.6 m，总长13m。

278⑦系泊构架：高度15.75m。

（二）单点系泊的环境设计条件该单点系泊系统是按照以下环境条件设计的：1．无冰条件百年一遇的风暴，与生产储油轮连接时的生存条件：①有效波高:5.3 m；②最大波高：9.9 m；③平均波浪周期：9.3s；④小时平均风速：33m/s；11⑤分钟阵风：41m/s；⑥表层海流:1.76m/s。

一年一遇的风暴，与生产储油轮连接时的环境条件：①有效波高:2.3 m；②最大波高：4.3 m；③平均波浪周期：6.1s；④小时平均风速：18m/s；1⑤分钟阵风：21m/s；1⑥表层海流1.37m/s。

2．有冰条件该系泊系统系泊臂的设计，在连接情况下，可以抵抗由下述的风、海流、冰而综合形成的载荷和运动：①百年一遇的风速；②年一遇的冰情，即24cm厚的平板冰；25③厚的冰堆，破碎的5 m×5 m×44cm冰块；44cm④冰的漂移速度：1m/s；⑤无浪（因为被冰层压住）；⑥冰的漂移方向和风的方向平行或稍有变化，足以保证生产储油轮能够转动。

3．海况条件①水深：（a）海图标高：31.6m；279（b）平均水深：32.8m；（c）最大天文潮：34.3m；（d）最低天文潮：31.7m。

②温度：（a）可能达到的气温：-18℃，+38℃；（b）可能达到的海表层温度：-2.2℃，+27.1℃。

六．固定塔式单点系泊装置南海北部湾某油田采用的固定塔式单点系泊是一个固定在水深37.5m海床上的柱状结构物，它通过一条缆绳系泊一艘17.4×10(4)的浮式生产储油轮（FPSO）如图10-2-7所示。

这种类型的系泊装置主要由上﹑下两部分结构组成，其结构形式如图10-2-8所示。

图10-2-7固定塔式单点系泊装置(一)上部结构①上部结构高度约34m，总重量约432t。

它由固定部分和旋转部分组成。

②固定部分是个直径为2.3m的圆柱体，是下部结构的延长部分，焊装有转台轴承座和三层固定平台，分别支承着流体旋转头、电仪设备、管线系统、阀门、清管器收发装置和通道设施等。

其中流体旋转头是连通固定部分和旋转部分之间各种流体管道的关键设备，如图10-2-9所示，现由输油模块和输水模块组成，将来可以加装输气模块，均由不锈钢材料做成。

其设计的工作压力、通径和重量如下：（a）输油模块：6.0MPa 12in 8t（b）输水模块：14.5MPa 10in 12t280（c）输气模块：20.0MPa 10in 12t③旋转部分包括系泊转台、防碰圈和转动框架：（a）系泊转台是由一个环形的箱形梁制成，其凸出部分的系泊臂，用于连接缆绳，系泊FPSO油轮。