Transcript 浮式FLNG多功能平台幻灯片

 海洋浮式生产LNG多功能平台
 方华灿
 2012年4月
 中国石油大学(北京)
主要内容
 一、天然气资源的概况
 二、FLNG的结构组成
 三、 FLNG的适用范围
 四、 FLNG的关键技术
 五、 发展FLNG的建议
一、天然气的资源概况
1、从全球海洋来看


天然气属于清洁能源，天然气的二氧化碳
排放量是原油的1/10，而原油的二氧化碳排
放量又是煤炭的约1/40。
海洋占地球表面的71％，海洋石油天然气
资源占全球油气资源总量的49％左右。据美
国地质调查局和《油气杂志》公布．世界石
油资源总量约为4041亿吨．其中海洋约为
1900亿吨。液化天然气在全球已实现６．９
％的年增长速率，而气体燃料和其它形式的
能源则分别仅为３．１％和１．８％。
一、天然气的资源概况
2、从我国南海来看
我国南海海域面积约200*104KM2，油气资
源主要分布在总面积约41万平方公里的曾母
暗沙、万安西和北乐滩等十几个盆地。美国
地质调查局1993年对南海上述盆地的资源所
做的估计为：石油：280亿桶，天然气266万
亿立方米；我国的估计为：石油1050亿桶，
天然气2000万亿立方米。最有潜力的含油气
盆地为曾母暗沙、南徽、万安和东纳土纳盆
地，其中，仅曾母暗沙盆地油气质储量就有
约126至137亿吨。故有“第二波斯湾”之称。
一、天然气的资源概况
3、从近期南海来看

我国南海油气勘探近期已取得重要进展，
在珠江口盆地钻成的LW3-1-1井中，获得天
然气重大发现。根据数据初步估算，该井天
然气资源超过1000亿立方米，有望成为我国
海域最大的天然气发现。
LW3-1-1井位于我国东部南海珠江口盆地，
北距香港250公里。该井水深1480米，完钻
井深3843米，是我国第一口水深超千米的深
水钻井。它的发现，证明我国南海珠江口盆
地白云凹陷是一个有利的油气富集区，南海
深水海域具有较大的油气资源潜力 。
我国南海荔湾气田的生产流程
LW3-1深水气田水下生产系统
深水管线
乙二醇贫液
PY34-1CEP
深水气田接收系统
浅水管线
乙二醇再生&脱盐系统
乙二醇富液
气/液分离系统
中
心
平
台
各
系
统
凝析油处理系统
浅水管线
天然气脱水系统
PY气区干气和凝析油
陆上终端
天然气处
理厂
荔湾气田深水海域水下生产系统
荔湾气田中心平台上的压气机群
一、天然气的资源概况
4、从资源开发来看
海上天然气的资源开发，传统方式是通过
天然气管道输送到陆上的液化厂进行液化；
或是至管道终端将天然气储存，再与陆上管
道相接外输。这种方式不仅面临海底管道施
工困难，而且成本高，经济效益差。

FLNG（Floating Liquefied Natural Gas
System）系统，它与相同规模的岸上液化天
然气工厂相比，投资减少20%，建设工期减
少25%，且在天然气的液化过程中，其体积
骤缩600倍，从而有利于对天然气的储存。

世界第一个(唯一)海洋FLNG平台
二、FLNG的结构组成
1、天然气液化生产系统
FLNG通常通过单点系泊系统定位于作业海
域，其船体上装设有天然气液化系统。
 天然气液化系统（Liquefaction）相当于将
岸上天然气液化工厂安置于FLNG船体的甲板
上。但是，甲板面积仅有岸上天然气液化工
厂面积的1/4，因而就要使天然气液化系统工
艺流程十分紧凑。流程中主要包括有：制取
制冷剂的氮膨胀机循环系统；液化及冷凝抽
提系统；气体处理系统等。整个系统要紧凑、
安全性好、对船体运动的敏感性低。

二、FLNG的结构组成
2、液化天然气储存系统
LNG储存系统，主要包括有：液化天然
气储罐（LNG tank）、液化石油气储罐
（LPG tank)装置等。

由于LNG在储存过程中始终处在常压和162℃左右的低温条件下，储罐内会产生一
定的蒸气压，因而为了避免上述情况出现，
储罐的材料以及绝缘性必须满足要求。LNG
的储罐一般可分为独立球型（MOSS型）、
SPB型及薄膜型（GTT型）三种类型。
SPB型LNG储罐
独立球型（MOSS型） LNG储罐
薄膜型（GTT型） LNG储罐
二、FLNG的结构组成
3、 FLNG单点系泊系统

采用转塔系泊方式，它是将FLNG通过
一定的连接方式，固定于海上的系泊点
上，使之可随风、浪和流的作用，进行
3600全方位的自由旋转。单点系泊系统
由转塔、液体传输系统、旋转系统及界
面连接系统四部分组成，其中，转塔不
仅是FLNG的系泊点，而且也是立管和
脐带系统经海底到达船体的通道。通常分
为内转塔和外转塔两种系泊方式。内转塔一
般设在船艏，而外转塔则设在外悬臂上。
设在船艏的内转塔装置
设在外悬臂上的外转塔装置
二、FLNG的结构组成
4、LNG卸载系统

目前，提出的卸载方式，主要分为尾输
与旁靠两种方式。

尾输方式：它是将LNG运输船的首部通
过系泊缆与FLNG船的尾部相连，LNG通过长
距离的输送软管卸载至LNG运输船。

旁靠方式：它是将LNG运输船与FLNG船
采用并排方式排列，两船通过系泊缆和防碰
垫等连接在一起，两船之间的距离由防碰垫
的尺寸来决定。
尾输方式的结构组成
旁靠方式的结构组成
二、FLNG的结构组成
5、FLNG的总体佈置
二、FLNG的结构组成
6、FLNG的工艺流程







(1)气井采气
(2)转塔进气
(3)冷凝抽提
(4)气体处理
(5)进行液化
(6)舱内储存
(7)卸载外输
三、FLNG的适用范围
1、适合深水气田开发

FLNG系统最主要的是适用于深水气田
开发。它与海底采气系统和LNG运输船可以
组合成一个完整的深水采气、油气水处理、
天然气液化、LNG储存和卸载系统，从而完
美地实现深水气田的高速度，高质量、高效
益的开发。这是因为它具有 适应深水采气
（与海底完井系统组合）的能力；具有在深
水海域中较强的抗风浪的能力；具有大产量
的LNG液化和油气水生产处理能力；具有大
容量的LNG储存能力。
三、FLNG的适用范围
2、适合边际气田开发

边际气田，是指从经济效益上衡量，处
于可获利开发与获利少可不开发的边界的气
田，它往往需通过采用先进技术与装备等措
施，才能开发。 FLNG具有良好的经济性，
它与相同规模的岸上液化天然气工厂相比，
投资减少20%，建设工期减少25% ；FLNG
具有良好的移动性，可在开发完某气田之后，
移动至下一油气田使用，重复利用率高。
FLNG灵活性高，可以与导管架井口平台组合，
也可以与自升式钻采平台组合。
三、FLNG的适用范围
3、适合气田早期生产

早期生产（early production），是指在
油气田勘探过程中，当探井发现可开采气田
之后，在全面开发方案未准备好及天然气生
产设施未建成之前，在气田开发早期短期内
利用FLNG使局部气田投入生产，尽早获得经
济效益的开发方式。由于FLNG既可与导管架
井口平台组合，也可与自升式或浮式钻采平
台组合成为完整的海上采气、液化、油气处
理和LNG储存、卸载系统，因而深水、浅水
还是近海均可应用它进行气田早期生产。
四、FLNG的关键技术
1、容器内LNG的减晃技术

由于液舱内LNG的流动性远高于原油的流
动性，因而FLNG船体的运动将会引发舱内
LNG的晃荡。 LNG的晃荡带来的危害是：
 (1)船体受到较大伤害：由于舱内LNG的晃荡
反过来会影响FLNG船体的整体运动，故而在
产生共振的情况下，将引起船体疲劳损伤。
 (2)液化装置效率降低：船体在风、浪、流等
影响下而产生的剧烈运动，使得安装于FLNG
甲板上的液化装置处在不断运动的环境中，
剧烈运动的液化装置引起的LNG的晃荡，将
使液化工作效率大大降低。
减小LNG在容器内晃动的主要措施
(1)合理布置液化装置

液化装置在FLNG上的位置与方向对减小
其运动响应有直接关系。

例如，在六个自由度的运动中，通常是
以纵摇最为有害，故液化装置的轴向若能布
置成沿最小的纵摇方向，则可使纵摇减轻。

再如，若能使液化装置尽量靠近船体的
重心位置来布置，则可使液化装置沿垂直轴
(Z轴)方向的升沉运动的响应，保持在一个最
小值。
减小LNG在容器内晃动的主要措施
(2)合理设计液化装置

液化装置的尺寸和内部构件的几何形状、
尺寸等均应合理设计。如卧式液化装置，应
尽可能地增加其直径和减小长度尺寸。从内
部构件来看，应增设堰板，但其数量及几何
形状（如采用弯月形等)，则应通过优化设计，
合理确定。一般应使液化装置能经受600横摇
和300纵摇。中国石油大学研制的专利28626
号“一种减少容器内部液面晃动的阻晃装
置，”就是从优化设计理论出发，通过反复
实验，得出的提高生产效率的成果。
四、FLNG的关键技术
2、尾输卸载的软管技术

FLNG尾输卸载作业时，是通过一根系泊
缆与穿梭油轮连接，并使用输送LNG的软管
进行卸载。通常一个卸载过程大约20小时左
右，这就要求输送软管需要全程浮于水面之
上。但是，由于LNG必须保持零下162℃的超
低温，因而不仅要求输送软管的材料能承受
超低温；而且软管本身还要不受海水较长时
间的温度影响，保持恒超低温。此外，输送
软管还需要克服FLNG与穿梭油轮两船相对运
动的影响。目前我国尚无这种高端产品。
具有最佳保持恒低温及防漏性能的高
级真空绝热环空系统的冷冻软管
 此种冷冻软管系由耐超低温(-1600C)材料的
输送软管及其真空绝热环空系统组成，具体构
成如下：
 1、保护壳
 2、柔性不锈钢外管
 3、具有最佳保持恒低温及防漏性能的高级真
空绝热环空系统
 4、不锈钢铠甲
 5、柔性不锈钢内管
输送软管与真空绝热系统组合而成的
冷冻软管
四、FLNG的关键技术
3、旁靠卸载的防碰技术


旁靠卸载作业时，由于近靠的两船体之间
会相互产生强烈的非线性水动力影响，因而
有时会导致两浮体之间的碰撞。因此，就需
要对两浮体之间的相互水动力影响进行研究，
对两浮体之间的相对运动响应做出准确的预
报，尤其是要准确预报FLNG的运动响应。为
此，不仅要开展非线性水动力学研究，给出
预报软件；而且，还要通过实验水池试验，
研究抗撞措施(例如，自由液面处加一盖子等)。
我国研制的一种新吸能防撞器

这种吸能防撞器与常用的橡胶防撞器不
同，它是由钢絲绳制成。它选用受压弯时内
摩擦大的品种的钢絲绳；采用紧密堆垒排列
的绕层方式；用铝合金压接技术紧固其绳端，
从而使其在多次冲击载荷下绳圈不会失效。
钢絲绳内摩擦能够大量消耗掉撞击能量，它
的消耗能量比率高达70%~80%，为橡胶防撞
器所消耗能量的2~3倍(同一试验机上作试验，
橡胶防撞器所消耗能量仅为30%)。这种防撞
器已为我国专利：ZL93224217.0。
钢絲绳吸能防撞器
(未压接前；撞击并恢复后)
四、FLNG的关键技术
4、液化工艺的改进技术
 (1)液化流程的紧凑：甲板面积仅为岸上天然
气液化工厂面积的1/4，这就要求天然气液化
的工艺流程，要设计得十分紧凑。
 (2)制冷剂的高性能：船上制备的制冷剂，要
具有对不同产地的天然气的高适应性，还要
热效率高；并且在面临恶劣天气时能快速停
机，移动至另一生产位置后能迅速开机。
 (3)循环模式的优选：液化流程的循环模式要
按照结构紧凑、安全性好、制冷剂始终保持
气相、冷箱小、无需分馏塔、对船体运动的
敏感性低等要求，依优化设计理论优选。
四、FLNG的关键技术
5、 FLNG的动力定位技术

动力定位系统(DPS)是通过声波测量系统测
出船体位移，再运用计算机自位移算出来自
海洋环境的动力及力矩，然后，指令可变矩
螺旋桨给出相反的抵抗力及力矩，从而实时
保持船体定位的技术。有了动力定位技术，
即可使FLNG适应海况的能力大大增强；也更
有利于LNG的卸载作业，使卸载作业可以在
更为恶劣的环境条件下进行。因此，这就需
要从FLNG的船型特点及服役的海域海况实际
出发，设计出适应的FLNG的动力定位系统。
动力定位的声波测量系统
(海底声波发生器，接受器（声纳）)
计算机计算的主要内容
 (1)位移的计算：它是通过自声波发生器至声
纳的传播时间的变化来测算出位移的。
 t1=R1/VL, t2=R2/VL, ···, tn=R/VL
 VL为声波在海水中传播速度，为1500m/s
 (2)力及力矩的计算：自位移、速度、加速度、
角加速度等，即可算出动力F及动力矩。

[M][X”] = [F]

[ I ][θ”]=[ML]
 M为质量，I为转动惯量； X”为线加速度；角
加速度为θ”，已自位移及角位移算出。
具有动力定位系统的钻井船
五、发展FLNG的建议
 当前，从陆地走向海洋已成为全球油气资源
开发的必然趋势。为了经济高效地开发深海
气田，尤其是海洋边际气田、小型气田，国
际上提出了FLNG概念，FLNG技术正处在海
洋工程领域的最前沿。近年全球对FLNG的投
资呈快速增长趋势，很快即将迎来大发展。
 我国海洋天然气资源丰富且分散，深海气
田、边际小气田和低品味天然气资源不少，
非常适宜用FLNG。因此发展FLNG对我国发
挥海洋天然气资源的潜力具有重要意义。
投资（十亿美元）
2010年至2016年国际上对于天然气
液化的投资情况
8
7
6
5
4
3
2
1
0
柱形图 1
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 年份
五、发展FLNG的建议
1、充分发挥我闰优势


(1)我国具有建造生产储油轮(FPSO)的经验
据统计，至今我国已自主设计与建造了
生产储油轮(FPSO)11艘。我国建造的生产
储油轮的最大载重量为30万吨(国外为34万
吨)与国外基本持平。通过11艘的设计与建
造，积累了丰富经验。 FLND与生产储油轮
(FPSO)基本上类似，虽然，如前所述有不
少差别，但是相同之处很多。因此，只要发
挥这方面的优势，依靠这些丰富经验，就会
给我国建造FLND创造了极其有利的条件。
我国设计建造的渤中34-2油田用的
“渤海常青”号生产储油轮（FPSO）
1、充分发挥我国优势
(2)我国具有建造单点系泊(SMS)的经验

FLNG是通过单点系泊系统（Single-Point
Turret Mooring System）定位于目标海域的。
单点系泊系统可以使FLNG在海洋环境条件下
产生良好的风标效应，从而使FLNG船体所受
环境载荷趋于最小，进而降低船体的运动响
应及其系泊系统所受的载荷。我国已建造
SPM多座，具有实验研究、设计、建造单点
系泊系统的丰富经验，而且还可以借鉴
FPSO的经验对FLNG船体运动与其系泊系统
间的耦合响应问题进行研究。
我国自主设计建造的单点系泊装置
1、充分发挥我国优势
(3)我国具有设计建造FPDSO的经验

世界首座最先进的圆筒型超深水第六代
半潜式钻井采油储油卸载多功能平台，已于
2010年在我国中远船务工程有限公司的启东
基地成功建成，被命名为“SEVAN
DRILLER”号，并已交付给买方巴西，目前正
在巴西海域投入使用。这座高135米，直径
84米，工作水深3050米的多功能平台是由南
通中远船务工程有限公司独立设计、自主建
造的。因其与FPSO相类似，但功能更全、
尺度更大，故这些设计、建造经验，对FLND
具有重要价值。
我国研制的世界首座最先进的超深水
浮式园筒型多功能平台“SEVAN
DRILLER”号
五、 发展FLNG的建议
2、借鉴国外先进经验
目前，国外一些石油和天然气公司正在研
究FLNG技术，并且不断取得技术创新。如：
 (1)皇家荷兰壳牌公司：它将投资30亿美元建
造世界上第一艘FLNG，该FLNG将在距西澳
大利亚州200公里的前奏曲气田（Prelude
gas field）进行作业，拟于2016年投产。
 (2)马来西亚石油公司：它已于2011年2月，
委托法国德西尼布公司与大宇造船和船舶工
程公司合作，对应用于马来西亚海域的FLNG
开始了前端工程设计。

2、借鉴国外先进经验
 (3)日本国际石油开发公司 ：它正在评估在帝
汶海的阿巴迪天然气田（Abadi gas field）投
入FLNG的可行性。
 (4)美国的雪佛龙石油公司：它正在考虑在西
澳大利亚的埃克斯茅斯海台（Exmouth
Plateau）投产一艘FLNG，进行资源开发。
 (5)美国的埃克森美孚公司：它正在积极寻找
机会开始他们的FLNG项目。
 总之，这些国外公司在研制FLND过程中的先
进经验，均是值得我国借鉴的。
五、 发展FLNG的建议
3、组织起来进行攻关

对于FLNG这个海洋天然气资源开发的新
亮点，我国紧跟世界步伐，已于2003年，开
始引起注意，启动了先导性研究。其中也有
些进展，如中海油研究总院曾与上海交通大
学等多家高校及科研院所合作，从2008年开
始，针对用于南海深水荔湾气田的FLNG技术，
开展了一些研究，并取得了初步成果。但是，
总的说，还是属于“零敲碎打”，未“形成
拳头力量”，未“形成主攻方向”，未“取
得突破进展”。当前，急需组织起来进行
“攻关”。
3、组织起来进行攻关
(1)建议“863”立项


目前，FLNG技术在全世界范围正处于起
步阶段。FLNG技术是近年海洋油气工程领域
研究的热点之一； FLNG技术是当前全球海
洋油气工程的最前沿； FLNG属于高端产品；
FLNG的建造属于战略性新兴产业。因此，建
议我国尽快将FLNG技术，列为国家“863”科
研计划的研究课题。因为只有这样，由国家
科技部统一领导，才能统筹协调全国有关企
业、事业单位，“集中优势兵力”，“形成
拳头”，实现组织起来进行“攻关”。
3、组织起来进行攻关
(2)结合实际自主创新



FLNG技术含量高，而且单艘船的开发
建造成本也比较高，目前全球尚无FLNG的
实际应用。因此，我国就必须要结合自己实
际情况，自主创新。下列各方面可考虑：
(1)提高平台抵御灾害能力：建议应采用200
年一遇的风、浪参数，并且要将我国南海所
特有的内波作为FLNG的设计条件。
(2)加深FLNG的工作水深：适应我国南海深
水的需要， 建议FLNG的工作水深应达到
3000米(目前国外正在研制的较小)。
3、组织起来进行攻关
(2)结合实际自主创新
 (3)增大船体尺寸与载重量：目前，世界上第
一艘将于2016年正式投产的FLNG的总长达
为488米，而我国已建造的FPSO，其总长仅
为232米至285米，载重量仅在15万至30万吨，
吨位及尺寸均需加大。
 (4)提高每年油气处理能力：Shell公司在建的
世界第一艘FLNG，它可用于每年生产530万
吨液态产品，其中包括360万吨液化天然气、
130万吨凝析油和40万吨液化石油气。平台
上大处理量的天然气液化系统需要创新。
3、组织起来进行攻关
(2)结合实际自主创新
 (5)改善FLNG的锚泊能力：可以考虑采用锚
泊定位与动力定位相组合的系统。在锚泊定
位适用的水深范围使用锚泊定位；在深水范
围，例如3000米水深，则使用DPS3动力定
位。这样，既满足了不同水深时FLNG对定位
的要求；又使水浅时不致“大马拉小车”浪
费能源，实现低碳化，一举两得。
 (6)研制真空绝热冷冻软管：为了实施尾输
LNG至穿梭外输轮，需要自主创新，研制出
国内外尚无产品的真空绝热冷冻软管。
3、组织起来进行攻关
(3)通力合作重点突破

原则上，应以FLNG与FPSO不同之处作
为 “攻关”时的重点。因为设计与建造
FPSO，我国已有经验。这样，诸如平台上
进行天然气液化的工艺流程及装备、液化天
然气的储存设施、尾输液化天然气的冷冻软
管以及锚泊系统与动力定位相组合的新型节
能低碳定位系统等，均可考虑作为“攻关”
的重点。为了突破重点，就需要“集中优势
兵力打歼灭战”，整合国内研制ELNG的公
司企业、高等学校、科研院所的力量，通力
结束语






 赠诗一首：
满腔热情似朝阳，壮志凌云向海洋。
勇攀高峰登山队，世界之林去飞翔。
德智体美全培养，知识能力样样强。
优良素质铸造好，振兴中华担栋梁。
方华灿
壬辰年仲春
谢谢大家！