在海上油气田开发中，海上浮式生产储油装置（FPSO）被系泊设施定位于某一海域，进行长期的油气开采作业。FPSO的定位不同于常规运输船舶的抛锚定位，它需要抵抗一定条件的环境力，海上定位时间长达十几至二十几年，而且需要与其他海上设施之间进行井流、电力和通讯等传输，保证一定海况条件下的连续安全生产。

系泊系统装置从型式上可划分为两大系列，即单点系泊系统和多点系泊系统。单点系泊系统是针对浮体而言的，即系泊连接点为一个点，适合长宽比较大的浮体（如油轮、FPSO、运输船舶等），突出特点是具有风向标的作用，可以使浮体围绕系泊点作360度旋转，使浮体总是处于受力最小的方向位置上；它的另一特点是使用旋转接头，能进行井流、电能和通讯等传输。单点系泊系统因具有很多优点而被石油工业界广泛采用，但它的工程投资也非常高，技术上被几家单点公司所垄断。多点系泊系统不同于单点系泊系统，浮体上有多个系泊连接点，没有风向标的功能，也不需要旋转接头，适合于浮体长宽尺度接近且海上环境条件平缓的工程中。动力定位也是浮体系泊的一种型式，它完全或部分借助浮体上的推进器和侧推器，由计算机统一管理和操纵，使浮体处在最小环境力方向上，并将浮体定位于某一定点海域。

世界上有多种多样的系泊系统型式，中国海洋石油总公司自从采用FPSO进行海上油气开发以来，就伴随着从国外引进系泊系统装置。主要型式有：塔架软刚臂单点系泊系统装置（亦称为Tower Soft Yoke Sing1e Mooring system）如图13-7所示，主要在渤海浅水海域使用，适用小于40m水深，具有抗冰与可解脱功能，目前已有4套该装置在使用；悬链式浮筒单点系泊系统装置（亦称为CALM系泊系统），见图13-8，在南海W12-1油田的原油外输终端上使用了这套系泊系统装置；内转塔式系泊系统装置（称为Internal Turret Mooring system），共7套该装置在南海油田上使用，适用50～400m水深，其中有5套装置在旧油轮改造的FPSO方案中使用，2套在新建FPSO中使用，如图13-9所示，该装置有解脱式与不解脱式之分，可以抵抗台风等恶劣的环境条件，图13-10为内转塔的旋转机构，世界上多数深水FPSO均采用这种系泊系统装置。

由于海上石油开发的需要，曾出现几十种系泊系统的设计方案，但真正被实际应用的仅十几种。自世界上出现FPSO以来，各相关公司就致力于研究开发各种型式的系泊系统装置，目的就是针对不同海域、不同使用周期、不同功能及降低工程投资等进行广泛研究。目前，单点系泊系统装置的技术被几个单点制造商所垄断。最近几年中国海洋石油总公司不断从国际上引进先进的单点系泊系统，以适合抗强台风、永久系泊、降低工程投资等要求。

图13-7 塔架软刚臂单点系泊系统装置

图13-8 悬链式浮筒单点系泊系统装置

图13-9 内转塔式单点系泊系统装置

从20世纪80年代起，中国海洋石油总公司就致力于系泊系统开发研究，90年代中期，先后在渤海3个延长测试项目中，使用了自主研究开发的两点系泊系统装置，见图13-11所示。在今后边际油田开发中，我们还将利用现有手段和技术水平，逐步地将部分系泊装置实现国产化，以提高油田开发的经济效益。

南海陆丰22-1油田FPSO是使用辅助动力定位的，见图13-12。

图13-10 内转塔的旋转机构

图13-11 两点系泊系统装置

1．单点导管架

单点导管架是单点系泊系统受力的基础，设计时，不但要考虑风、浪、流、冰和地震各种不利环境因素和可能形成的荷载组合对导管架的作用，还应同时考虑这些环境力作用在FPSO上产生的系泊力对导管架的作用，应进行静力、动力、地震和疲劳等各种工况的计算，以确保单点在使用期内的安全可靠。FPSO作用在单点上的力是一个复杂的过程，除用理论公式计算分析外，还可以通过模型试验求得作用在单点上的最大系泊力和力随时间的变化过程，以满足设计的需要。BZ28-1单点导管架设计时，由极端环境条件引起的最大水平系泊力达到455t，同时引起的最大垂直系泊力为160t。

单点导管架通过打入钢桩固定到海底。钢桩的尺寸由设计确定，入泥深度可达70～80m。在导管架的顶部设一支撑立柱，俗称将军柱，与导管架的腿柱牢固相连，作为系泊头旋转机构的支座和固定结构，是传递系泊力荷载的主要部件。其内部作为布置油气管线的通道。

图13-12 “睦宁”号FPSO内转塔系泊与辅助动力定位系统

2．系泊头

系泊头指将军柱上的旋转机构向上，随FPSO可自由转动的部分。这一部分主要包括固定旋转轴承的转盘、油气水旋转密封通道和跨接软管支撑结构。转盘是一个铸钢件，在系泊头转盘的侧面设置连接机构，作为软刚臂和系泊头的连接支撑，当软刚臂在海上与单点连接完之后，来传递FPSO引起的系泊力。系泊头的顶部为一个钢支架，作为跨接软管的支撑结构，通过立柱与转盘连接在一起，使跨接软管支架与转盘一起转动。

3.A字形连接软刚臂（YOKE)

A字形连接软刚臂是FPSO与单点的主要连接部件，一般由大直径的圆管组成。其顶部通过万向转动接头与系泊头转盘相连，底部两侧通过万向联轴节吊挂在系泊腿上与FPSO上的系泊支架相连。尽管其结构本身是一个钢结构，但通过旋转机构和系泊腿一起组成一套柔性系泊系统，它可以不受限制地适应FPSO各种运动状态，因此又将这一部分称为软刚臂。软刚臂在海上与单点系泊头转盘连接，在FPSO尚未就位或解脱时，可下放到海面自由运动，承受海上的环境力。在软刚臂的底部设有压载舱，内部注入适量的防冻液，用以改善和调节整个系统的运动状态。

4．系泊腿

系泊腿是FPSO和YOKE的连接部件，共有2根，分设在FPSO系泊支架的两侧，系泊腿上端与FPSO上的系泊支架相连，下端与软刚臂相连，两端均有旋转机构，以适应FPSO的运动。一般情况下，先将系泊腿与FPSO系泊支架在陆地上连接好，待FPSO拖到油田现场后，将软刚臂底端吊起与系泊腿下端连接起来，完成整个浮式生产储油装置系泊系统的最后一道工序。如果FPSO需要解脱时，也通过这一部分机构的逆向操作，将FPSO从单点解开。这部分连接机构的设计方案，在很大程度上决定了FPS0海上连接和解脱所需的时间。系泊腿和软刚臂是整个系泊系统运动幅度最大的部件。

5．管线系统

为了将井口平台生产的原油和天然气输送到浮式生产储油装置上，或根据生产需要实现流体或气体反向输送，则需要通过海底管线、旋转密封滑环和FPSO与单点之间的跨接软管以及相应的配套管线来完成。跨接软管和密封通道的尺寸和数量依据生产需要而定。为实现海底管线的清管作业，在单点上需布置清管球发射和接收装置。

由于单点系泊系统各部件受力的复杂性，从FPSO系泊支架开始，连同整个系泊系统的设计，目前大都由国外专门的公司来承担。各部分的旋转部件也都由国外公司作为专利件供货。但其中的钢结构部分，如导管架、系泊头、系泊支架和软刚臂的施工建造，从一开始就是全部由中国海油承担的。