机械一周解一惑系列：海工设备FPSO船有望受益高油价

本周关注：宏华数科、派斯林、徐工机械、奥特维、郑煤机 FPSO又称“海上石油工厂”，上部模块是整个装备的核心技术所在。浮式生产储油卸油装置（FPSO）是集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性大型海上石油生产基地，具备油气分离、含油污水处理、动力发电、供热、原油产品储存和运输等功能，又被称为“海上石油工厂”。FPSO的外形与油轮相似，但其复杂程度远高于油轮，所受的外部载荷也比普通油轮复杂得多。FPSO是目前海洋油气开发应用最为广泛的浮式生产处理设施，通常由上部模块、船体、系泊系统、水下生产系统等几大部分组成。FPSO的建造周期通常为30~36个月。FPSO主体由下部船体和上部模块共同组成。其中上部模块是整个装备的核心技术所在，涉及油、水、气等等复杂的处理工艺，虽然重量只占到全船的1/3，但价值要占到全船的60%左右。 FPSO船发展迅速，未来主要朝着模块化、高动力等方向发展。1）建造技术向模块化发展，船体结构和上部设施可以同时施工建造，使得FPSO建造周期大大缩短。2）作业水深不断创新记录，从最开始的不超过200米到现在超过1000米；3）定位与系泊技术创新，动力配置加大，根据新建FPSO船体尺寸增大以及作业能力增强的特点，相应配备了强大的动力系统；4）储油能力不断增长； 5）新概念船正在加速研发。如为解决环境污染问题，提高FPSO系统的环保性能而出现的LPG-FPSO新概念船；为把油气钻井设备并入FPSO而出现的FDPSO船。 FPSO运营模式主要包含石油公司自建并运营和租赁商总包运营两种模式。 FPSO运营模式包括两种，一是石油公司向承包商下订单，建造的FPSO为石油公司自有，石油公司拥有并运营FPSO；二是石油公司在确定油田开采方案后，并不直接订造FPSO，而是向租赁商进行招标，由中标的FPSO租赁商订造FPSO。 从2013-2023年订造的74艘FPSO中，属于租赁商的有44艘，占比59.5％。 截至2023年全球所有的216艘FPSO中，石油公司自有117艘，占比54.2%，自有数量略高于租赁数量，但二者基本保持持平状态。FPSO运营商包括油田开发商和租赁商两种类型，前者主要包括埃克森美孚公司（ExxonMobil）、道达尔石油公司（Total）、壳牌石油公司（Shell）、伍德赛德石油公司（Woodside）等跨国石油公司和巴西国家石油公司（Petrobras）、中国海洋石油集团有限公司（CNOOC）、挪威国家石油公司（Equinor）、里约石油公司（Prio）等国家石油公司，后者以荷兰海洋石油与天然气工程公司（SBM Offshore）、挪威浮式生产装备公司（BW Offshore）、日本三井海洋开发（Modec）等为代表。 巴西国家石油公司（Petrobras）是全球FPSO订单的主要客户，预计未来5年新购14艘FPSO船。从历史数据来看，该公司2004~2014年订单量平均为每年4艘，2015~2016年无新船订单，2017、2018、2020年订单均只有1艘，2019和2021年均有4艘FPSO订单，2022年订单为3艘。该公司2024-2028五年期战略计划预计的资本支出总额为1020亿美元，比之前的计划高出31%。预计在2024-2028年期间购入14艘新的FPSO船，按此规划将以平均每年2~3艘的订单量释放FPSO需求。 投资建议：建议关注FPSO相关设备公司：海油工程、中海油服、博迈科、海油发展等。 风险提示：国际油价大幅下跌的风险；海洋油气工程招标不及预期的风险。 1FPSO是“海上石油生产工厂” 1.1FPSO是什么？ 浮式生产储油卸油装置(Floating Production Storage and Offloading)是集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性大型海上石油生产基地，具备油气分离、含油污水处理、动力发电、供热、原油产品储存和运输等功能，又被称为“海上石油工厂”。FPSO的外形与油轮相似，但其复杂程度远高于油轮，所受的外部载荷也比普通油轮复杂得多。FPSO是目前海洋油气开发应用最为广泛的浮式生产处理设施，通常由上部模块、船体、系泊系统、水下生产系统等几大部分组成。FPSO的建造周期通常为30~36个月。 图1：FPSO工作示意图 根据不同海域的油田环境、油品特性、生产流程等差异，FPSO也具备很大差异，具备高度定制化特点。大部分FPSO由两部分构成，上部模块负责加工处理原油，船体负责储存合格的原油。 FPSO主要有四大系统：载体（船体）系统、系泊系统、特殊的外输油系统、复杂的生产工艺系统，其中系泊系统分为单点和多点系泊系统、外输油系统主要有串靠式和旁靠式。 图2：通用性FPSO系统构造情况 多点系泊系统是通过多个固定点用锚链将FPSO固定，能够阻止FPSO横向移动，但该方式只适用于海况较好的海域。单点系泊系统是将FPSO固定在海上单个系泊点处。在风、浪和海流的作用下FPSO会以单点系泊为中心进行360°旋转，这样就大大减少了海流对船体的冲击。目前单点系泊方式被广泛应用。 图3：单点系泊系统 图4：多点系泊系统 FPSO和油轮采取前后停靠的方式。通过漂浮软管将原油输送到油轮，一般距离在50-100米。串联卸载安全性高，能够适应恶劣的作业情况，但存在传输距离远，作业难度大等困难。油轮和FPSO并排系泊方便作业，但是距离较近容易发生碰撞。经验表明，平均波高小于1.5米时，可以采用该种方式卸载原油。 图5：串靠式（串联外输） 图6：旁靠式（并联外输） FPSO主体由下部船体和上部模块共同组成。其中上部模块是整个装备的核心技术所在，涉及油、水、气等等复杂的处理工艺，虽然重量只占到全船的1/3，但价值要占到全船的60%左右。 FPSO上部模块外形为多层框架式结构，层间及整体模块与船体之间由立柱，斜撑连接。每层称之为甲板片，甲板片的主要结构由型钢构成，板拼型钢或成品型钢组合使用。底层甲板片由于要承受更大载荷，一般为大截面H型钢或T型材，此类大截面型钢多为板拼焊接组合构件(PG梁)。上层甲板片多为小截面成品型钢，局部需要提高强度的位置仍会有加厚板拼型钢的使用。立柱，斜撑有成品管，卷管，JCOE管，或者H型钢等多种形式。 图7：通用性FPSO上部模块布置及流程图 1.2FPSO发展历史及未来发展方向 世界FPSO发展史大致可分为三个阶段。1）萌芽阶段：该阶段为1977-1985年，自从1977年壳牌将一艘油轮改装成世界上第一艘FPSO，并用于地中海卡斯特伦（Castellon）油田开发后，油气开采领域开始萌芽FPSO理念。2）发展阶段：该阶段为1986-1994年，随着FPSO优越性的逐步显现，FPSO迎来重大发展，8年间一总共布置了20艘FPSO，FPSO开发理念得到了更广范围的认可和应用。 3）成熟阶段：1995年至今，FPSO在全球得到广泛运用，截至2023年全球共有216艘FPSO船服役于各大油田。 我国FPSO产业起步相对较晚。1986年，我国海域第一艘FPSO“南海希望号”在涠洲投产，该FPSO由旧油轮改造而成，载重量为17万吨。1989年，我国自主设计的第一艘FPSO“渤海友谊”在渤中投产，载重量为5.2万吨，实现了我国建造FPSO零的突破。2009年，我国自主设计建造的最大吨位的FPSO“海洋石油117”在蓬莱投产，载重量为30万吨。 表1：2023年FPSO十大项目 FPSO船未来发展方向主要集中在以下几个方面： 1）建造技术向模块化发展，周期缩短 早期建造FPSO基本上都是在船体结构建成后，在甲板上安装各种生产设备、主电站和热站等，建造一艘FPSO通常需要20个月或更长时间。目前，FPSO建造已开始采用了模块化生产工艺，船体结构和上部设施可以同时施工建造，使得FPSO建造周期大大缩短。 2）作业水深不断创新记录 1995年以前，对于使用中的FPSO来说，作业水深相对稳定，保持在不超过200米的水平上。从1995年起，作业水深急剧增大。1999年初，Seillean号FPSO在巴西近海的龙卡多尔油田创下了作业水深的记录一1853米。 3）定位与系泊技术创新，动力配置加大 新一代FPSO装置的系泊多为转塔式多点辐射状系泊，有的还在艏艉配备多个侧向推进器，发展了第三代动力定位技术(DPS-3)。多点系泊采用锚链和钢缆相组合，也有采用高防腐蚀的高强度聚脂纤维和锚链相组合的方式；根据新建FPSO船体尺寸增大以及作业能力增强的特点，相应配备了强大的动力系统，并设计采用侧推螺旋桨技术以提高大尺寸船体在强风暴下的生存能力，确保正常航行时的快速性能。 4）储油能力不断增长 从FPSO的储油能力来看，近年来装备的FPSO创下了储油量的记录。巴西石油公司位于巴西近海的P31、P32、P33、P35号FPSO，储油量均为200万桶。 就FPSO的石油生产能力而言，1994年以前平均为6万桶／日。从1994年起，一些FPSO达至到或超过了20万桶／日的生产量。2001年2月13日在韩国下水的Girassol号FPSO，设计的生产量为20万桶／日。发展至今，FPSO Liza Destiny和FPSO Liza Unity产量已超过其最初的日产34万桶的目标。 5）FPSO新概念船正在加速研发 为解决环境污染问题，提高FPSO系统的环保性能，世界上出现了LPG-FPSO新概念船：如日本石川岛播磨重工正在建造世界上第一艘LPG-FPSO，一家瑞士公司已和日本三井重工及石川岛播磨重工签订了该船单点系泊技术、采购及建造服务合约。另外，近海油气工业界也在不断进行探索，试图把油气钻井设备并入FPSO，变为FDPSO。随着世界各国石油需求量的快速增长，新一代FPSO技术将不断涌现。 2FPSO市场竞争格局 FPSO运营模式包括两种，一是石油公司向承包商下订单，建造的FPSO为石油公司自有，石油公司拥有并运营FPSO；二是石油公司在确定油田开采方案后，并不直接订造FPSO，而是向租赁商进行招标，由中标的FPSO租赁商订造FPSO。 从2013-2023年订造的74艘FPSO中，属于租赁商的有44艘，占比59.5％。 截至2023年全球所有的216艘FPSO中，石油公司自有117艘，占比54.2%，自有数量略高于租赁数量，但二者基本保持持平状态。 图8：FPSO产业运营模式 FPSO运营商包括油田开发商和租赁商两种类型，前者主要包括埃克森美孚公司（ExxonMobil）、道达尔石油公司（Total）、壳牌石油公司（Shell）、伍德赛德石油公司（Woodside）等跨国石油公司和巴西国家石油公司（Petrobras）、中国海洋石油集团有限公司（CNOOC）、挪威国家石油公司（Equinor）、里约石油公司（Prio）等国家石油公司，后者以荷兰海洋石油与天然气工程公司（SBM Offshore）、挪威浮式生产装备公司（BW Offshore）、日本三井海洋开发（Modec）等为代表。 中国海油作为国内唯一一家FPSO运营商，目前拥有10艘FPSO及在建2艘、修理1艘，在运营的FPSO总油气处理能力达75.8万桶油当量/天。中国海油拥有的FPSO全部部署在我国的渤海、南海等海域，其中油气处理能力最强的是海洋石油117平台，最大储量为180万桶，最大油处理能力为19万桶/天。但中国海油目前的这些FPSO作业水深均在500米以下，其中只有1艘具备天然气处理能力。该公司目前运营的10艘FPSO中，有1艘为油船改装，其余全部是新建，占比高达90%。 目前，建造FPSO船已经形成了韩国、新加坡、中国与巴西四国相互竞争的格局。其中中国和巴西的FPSO建造规模突出，但相对而言新建FPSO的核心技术还是更多的掌握在韩国和新加坡造船企业手中。 具体来看，韩国的著名生厂商有三星重工、大宇造船和现代重工，主攻新建市场。新加坡拥有吉宝船厂、胜宝旺船厂，主攻改造市场。巴西主要船企有吉宝巴西船厂、Atlantico Sul船厂（E