据世界领先的海上工程公司之一称，虽然目前这还只是一个想法，但要实现无人驾驶的FPSO只有几个障碍。
未来的无人FPSO比其载人前辈更精简，并依靠最近的创新，如数字孪生，使所有处理系统都能在陆上进行监控和操作。该概念被认为是降低海上成本和安全风险的可行途径。图片来源：Aker Solutions。
大型、无人驾驶的浮动设施可能正在成为油气行业数字革命所承诺的一切的化身。
在全球偏远角落工作的人更少，留下的碳足迹更少。由于物联网的出现，所有系统都受到陆上中心安全的监控。在后台，数字孪生会针对设备故障进入未来。
诸如泄漏检测和腐蚀监测之类的小任务由各种机器人和固定传感器完成。更大的维护项目由人类船员执行，他们每年只通过服务船访问一次或两次——不会有直升机停机坪。同样没有员工住宿，起重机或控制室。
这是Aker Solutions最新版本的无人浮式生产，存储和卸载（FPSO）船的快速快照。这家挪威海上工程公司至少自2017年以来一直在迭代这一想法，当时它推广无人驾驶FPSO以降低海上开发成本。
虽然它今天仍然只是一个想法，但根据Aker Solutions高级经理Anna Frostad的说法，只有一些可扩展的障碍阻止了无人驾驶漂浮物的实现。
"无人驾驶FPSO概念改善了现场经济性和HSE——因此我认为这是未来的设计，"Frostad在2020年海上技术会议的一篇技术论文（OTC 30905）的在线演讲中说。
在节省成本方面，该论文表明，无人驾驶FPSO的未来所有者很可能是致力于长期业绩的石油公司。建造一个可能比建造传统的FPSO便宜10%。然而，在后端，首次采用者可能会看到典型运营费用减少多达30%。
无人驾驶FPSO的侧视图和鸟瞰图。布局的一个定义特征是简化的单层甲板，配置了模块化加工设备，便于安装和拆卸。图片来源：Aker Solutions。
Frostad强调，无论谁是第一个，也必须采用"海底思维"和非常大的数字工具箱。她概述了海底思维的三个关键要素：设计简单，高质量的设备和模块化布局，可实现"即插即用"的方法来替换关键系统。
从概念上讲，采用这种方法也意味着设计工程师需要放弃对现有FPSO设计的适应性。"起点是一张白纸"，压倒一切的原则是，添加到设计中的每个系统都需要"合理化"，Frostad说。结果就是公司所谓的精益设计。
从最高层次来看，她所描述的FPSO具有许多与典型载人FPSO相同的特征，包括油轮形状的船体。
计划储存的储油能力为100万桶，最大作业深度为1000米（约3280英尺），其到岸的距离限制为200公里（约125英里）。由于石油在顶部稳定，天然气将被调节，压缩并重新注入海底储层。
但广泛的相似之处仅此而已。
为了实现最高级别的可靠性——可以说是该概念经济可行性的最大要求——Aker Solutions认为必须利用海底处理技术。值得注意的是，该公司是该领域的先驱，于2015年在Equinor的挪威近海Åsgard油田安装了世界上第一个海底压缩系统。
该公司还设计了几个无人（或通常无人）固定腿平台。虽然无人平台已经存在了几十年，但它们的特点是维护次数高于预期，每一次都侵蚀了它们的价值主张。
新一代更复杂的无人设施试图摆脱这种旧的名声，然而，Frostad解释说，它们在原油加工方面的范围仍然非常有限。"截至今天，由于大量的手动操作和维护任务，海上全处理平台已经永久配备人员，"她补充说。
她认为，通过将新近得到验证的水下设备应用于上部平台，作业人员可以可靠地延长设备的故障率和物理检查。她在论文中强调，Åsgard海底压缩机的平均故障前时间为7.9年，“显著高于常规的海上压缩机。”
该研究的理想目标是每年仅16天的计划生产停机时间(载人检查14天，停工和启动2天)，这将使其能够保持顶级载人FPSO的相同可用率。
为了尽可能长时间地让人员远离船只，固定摄像头、无人机和爬行器将被分配到岸上的检查小组自主或远程控制的平台状况检查工作。
在介绍过程中，Frostad分享了整个无人驾驶概念，可以应用于其他类型的平台和海上条件。
在本文未涉及的相关进展中，Aker Solutions于2019年3月获得了雪佛龙在澳大利亚西部海上运营的一个气田的前端工程和设计合同。
如果投入使用，该项目将包括安装第一个北海以外的海底压缩机，以及建造一个无人驱动和控制的半潜式浮子——这是更复杂的无人FPSO概念的潜在跳板。
海底思维模式的成本
据估计，Aker Solution的无人浮式生产储油轮的成本约为18亿美元，比同等能力的载人浮式生产储油轮的成本低10%。乍一看，考虑到无人浮式生产储油轮的上部重量只有载人浮式生产储油轮的一半，这一概念节省的资本可能相对较小。
根据Aker Solutions的说法，巨大的节省来自较低的总体拥有成本。在其研究中，该公司发现无人驾驶FPSO的运营费用将减少25%至30%。
Frostad说：“这种减少主要是由于海上人员成本的降低。”他补充说，无人驾驶概念船的目标是每年需要大约7000个海上工作时间，而普通的FPSO只有60人，每年需要26万个工作时间，减少了37倍。
取消直升机运输每年将节省数百万美元。这也简化了施工过程，但也消除了海上运营商的一个主要安全隐患，因为在过去几十年里，直升机坠毁夺走了数十名油气工人的生命。
与传统的双层FPSO相比，FPSO采用了单层布局，从而实现了其更薄的外形。除了达到减轻重量的目的外，单层甲板还可以方便地安装上层设备，最容易被更换的系统位于FPSO的边缘，更容易接近。
通过消除载人FPSO的许多无处不在的元素，重量删除了数百吨。随着员工宿舍和工作空间的消除，热水或空调机组也不再需要了。
需要大量维护的应急准备系统也不复存在，包括救生艇和消防水泵。降落伞将取代救生艇，但任何来访人员的主要逃生路线是连接在服务船上的运动补偿桥。
在发生火灾时，将依靠耐火材料、防火墙和配备水泵的服务船。由于没有自己的起重机，这艘船将同样依赖于在服务船上发现的起重机。
随着更多的系统不再需要，其他关键功能转移到其他地方，无人FPSO的重量估计为1万吨，而载人FPSO的重量为2万吨。
从历史上看，上部重量是成本的一个可靠指标，但Frostad指出，海底思维引入了新的权衡，限制了节省建造成本的能力。
其中主要的一个事实是，如此大规模的无人处理设施将需要可用的最坚固的设备和材料。对于Aker Solutions来说，这意味着使用“海底衍生”技术，包括模块化泵、压缩机和洗涤器。
为了将人员成本降至最低，这些模块需要更换新的备件，而不是进行维修——这是另一个导致总体资本成本接近载人FPSO的因素。Aker Solutions公司预计，在20至25年的使用寿命中，无人FPSO将有35%的上部系统被拆除和更换。
另一个需要考虑的成本包括从岸上为FPSO提供动力。虽然拆除发电厂意味着要减轻500多吨的重量，但从海岸向FPSO输送电力的成本可能更高(无论是从资本还是运营成本的角度来看)。
该论文指出，将电力供应转移到陆地可能会变得更有吸引力，也更经济，这取决于未来如何为二氧化碳排放定价。根据Aker Solutions公司的计算，这样做每年可以减少24万吨的二氧化碳排放，但前提是能源必须是“绿色”的，这意味着它必须来自水电、风能或太阳能发电。
尽管上部结构要小得多，但FPSO的另一半，即船体，必须比传统FPSO的船体更不容易疲劳，以减少检查的需要。结果，船体没有为无人驾驶FPSO的所有者提供任何节省。
海底衍生模块化处理单元的示例：泵、压缩机和洗涤器。图片来源：Aker Solutions。
一些缺失的部分
Frostad指出，虽然研究发现“没有特别的亮点”，但在无人FPSO概念引入船厂之前，还有几个领域需要进一步发展。例如，她说仍需要改进某些上层设备。
设备问题的另一面涉及意识。为了解决这个问题，无人驾驶FPSO必须以数字孪生体的形式进行复制，这是一种流行但仍然新兴的软件解决方案，用于模拟大型海上资产的运行条件。
作为数字孪生的一项功能，预测性维护计划将帮助陆上运营商预测故障或采取行动来延迟故障。"为了实现这一点，至关重要的是，所有设备都要有足够的仪器，并且可靠的，相当长期的预测算法已经到位，"Frostad说，并补充说，这个数字领域也需要改进。
无人驾驶FPSO的设计也需要进一步调整，以便更好地适应其检查机器人团队，这些机器人的移动性要求与人类不同。还需要创新来提高远程干预的能力。虽然无人机和履带式飞机正在证明自己是可靠的检查员，但它们还不是修理工。
货物卸载是另一个需要成熟的不起眼的领域。
传统上，运送原油需要FPSO和穿梭油轮上的人员共同工作。Frostad说，为了在FPSO上无人卸载石油，研究考虑了两种选择:使用卸载浮标或串联系统。
为了降低成本，后者得到了青睐；然而，仅从油罐车进行控制的系统还不存在，这带来了一个双管齐下的问题。
首先，目前的串联系统需要将油轮物理系泊在其主FPSO上。为了绕过系泊过程，无人驾驶版本将依靠动态定位来保持与油轮的安全距离。
第二个问题涉及在无人在场的情况下将产品从FPSO上卸下。为了实现这一目标，Aker Solutions公司表示，它正在与设备制造商合作，设计一种方法，将连接和断开管道的所有环节都转移到油轮上。Frostad说，这个想法被认为是可行的，但她补充说，这需要对油轮进行改造，然后对新的连接系统进行现场测试。
也许实现无人FPSO梦想的最后一块缺失是对这种船的监管。在这一点上，Aker Solutions在论文中承认，无人FPSO概念“在管理规则和法规中被认为是不明确的，可能需要向有关部门进行讨论和澄清以获得批准。”
一个可能的症结，如果有的话，是缺乏典型的安全系统，特别是那些与消防有关的系统。
这家工程公司相当乐观地认为，无人驾驶概念将在挪威和澳大利亚（世界上两个最严格的海上监管制度的所在地）通过，但由于从未这样做过，"安全系统设计不会得到当局的批准，这可能被认为是该项目的风险。
