CN101648633B - 一种适用于深海高压环境的储油装置及其安装和储油方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种适用于深海高压环境的储油装置，为立方体形状的无底双层钢板钢结构，包括甲板、舷侧和艏艉，在内层板和外层板之间设置有封闭水密舱壁和人孔舱壁，在内层板、外层板和封闭水密舱壁上焊接有钢质骨材，内层板为水密焊接钢板结构；内设四个舱室，四个舱室呈田字形布置，每个舱室横截面为正方形，舱室之间相互连通，用支柱隔开；其隔油系统包括油膜、隔油板和隔油夹层。本发明的储油装置内部可以与外部联通，使得装置本身不需要承受海底的巨大压强，并且防止生产出来的原油对海水以及海底土壤的污染，安全实用。

Description

一种适用于深海高压环境的储油装置及其安装和储油方法

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，具体涉及一种深海海底大型储油装置，适用于深海开发中原油的储存。

背景技术

石油和天然气在能源结构中占有相当重要的地位。当陆上油气资源经过长期、大规模开采之后，世界范围内的油气勘探与开发走向了广阔的海洋，并逐渐形成了投资高、风险大、高新技术密集的能源工业新领域。随着海洋石油开发由近海向远海、深海海域发展，原油的储存也由陆上储油发展到海上储油。海上储油又可分为水上储油、水面储油和水下储油三种主要方式。

水上储油指将储油罐设置在平台上，如中国渤海埕北油田。这种储油方式容量受限，工程投资大，不经济，仅适用于浅水域、产量低的小油田。

水面储油指采用油轮或油驳储油，广泛应用于浮式生产系统上。该储油方式容量大、机动灵活，但易受海况变化的影响。

水下储油指将油罐坐落在海床上，或潜入水下。该储油方式的特点是安全、费用低、容量大，能够适应海上石油开发向远海、深海发展及构建水下生产系统的需要。

水下储油由于储油设备位于水面以下，与火源、雷电隔离，不仅油气损耗小而且不易着火，具有天然的防爆性能，在海况恶劣时油井也可连续生产；由于波浪能量主要集中在水面附近，油罐置于水下避开了波浪的主要作用，受波浪力小。此外，与水上储油相比，水下油罐可以节省昂贵的平台建造费用，且罐容不受限制，具有巨大的储油能力。例如，在北海水深220m处安装的GullfahsC混凝土平台，罐容达140万立方米。该平台利用储罐的罐体作平台基础，支撑上部甲板发展成钻、采、储多功能重力式平台。这种结构型式建造经济，使用安全，便于管理操作，费用低。

水下储油一般采用油水置换工艺。利用油水重度差的原理，采用进油排水、进水排油的工艺流程这样可使储罐保持充满液体的状况，克服罐体排空时的巨大浮力，减少罐体内外壁的压差，从而减少结构物的压载量及建筑材料的用量，达到良好的工作状况。采用油水置换工艺，由于罐体保持充满液体状况，还可省去常规储油方式所需的安全防爆系统装置。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于深海高压环境的储油装置，以克服现有的深海储油装置强度不足以及生产出的原油对海水污染等问题。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种适用于深海高压环境的储油装置，为立方体形状的钢结构，该装置无底，包括甲板、舷侧和艏艉，舷侧和艏艉结构和尺寸相同，甲板、舷侧和艏艉均为横骨架式的双层钢板构件，在内层板和外层板之间设置有封闭水密舱壁和人孔舱壁，在内层板、外层板和封闭水密舱壁上焊接有钢质骨材，内层板为水密焊接钢板结构；内设四个舱室，四个舱室呈田字形布置，每个舱室横截面为正方形，舱室之间相互连通，用支柱隔开；其隔油系统包括油膜、隔油板和隔油夹层，隔油夹层为一块呈田字形的金属板，夹层外边缘的四个边分别与装置舷侧和艏艉的内层板上水密焊接相连，其内部四个空框的边缘各与一块油膜连接，中间的四个边框上嵌有所述的支柱，在每个舱室内的隔油夹层的下方各放置一个材料密度介于海水和原油之间的隔油板，该隔油板的尺寸小于所述隔油夹层的空框，使隔油板在舱室内能自由上下浮动，油膜为连接隔油板与隔油夹层的膜构件，用于隔开上层原油和下部海水。

作为优选实施方式，构成甲板、舷侧和艏艉双层板之间均设置有横向及纵向的封闭水密舱壁，人孔舱壁。根据权利要求1所述的储油装置，其特征在于，所述的储油装置的入油口和出油口位于上层甲板，呈中心对称分布；所述的储油装置尺寸为长×宽×高＝38.4m×38.4m×18.4m，四个舱室的边长均为18m，隔油板的边长为16m，隔油夹层位于储油装置内部9.2m高程处；各个外层板和内层板的厚度均取12mm，所述的钢质骨材为L型钢，抗弯截面模量W＝288cm³，惯性矩I＝1324.8cm⁴，其尺寸为160mm×100mm×14mm。

本发明同时提供一种上述储油装置所采用的安装和储油方法，包括下列步骤：

第一步：在装置底部安装附属支架；

第二步：由驳船将储油设备拖航至指定位置，在确保储油装置顶部水平的同时完成装置依靠自身重力的垂直下沉沉贯；

第三步：在储油装置靠其自身的重力插入水下泥土中后，在装置底部周围的附属支架上加长方体混凝土配重块结构；

第四步：由入油管道向装置内输入原油，并同时排出装置内的海水，通过隔油系统保证海水与原油之间的隔离状态，待装置内灌满原油后，由水面储油装置穿梭油轮将原油从出油管道抽出。

本发明所设计的适用于深海高压环境的储油装置，通过自安装整体沉贯储油、装置内设有隔油系统的两方面创新设计，克服了深海储油装置强度不足以及生产出的原油对海水污染等问题，将储油装置应用于更深的海况，解决了工程实际中深海结构承压的技术难题，提供了一种新的水下储油生产模式，有利于深海油气的勘探开发。水下储油生产模式是将海底井口生产的原油直接储存到水下储油装置中，生产区设小型浮式系泊装置，原油外输软管接到该系泊装置上，穿梭油轮也停靠于此以实现原油转运。这种隔离式油水置换水下储油技术基本不受水深限制，造价不会随水深增加急剧升高，适于深海应用，并且与浮式储油相比，水下储油装置受冰力、波浪力作用小，结构强度要求低，同时具备可移动的优点。造价可大幅降低，同时避免避风停产。发明中所采用的构件均为标准构件，无需特殊制造，从而大大节省工程成本。本发明为深海石油开发提供了一种经济可靠的开发装置与方案。

本发明提出的在深海海底设置的适用于深海高压环境的储油装置，其储量初步目标为两万立方米。将它放置在油田附近进行储油，整个生产系统中，不需要FPSO参与，这样可大大节省石油开采的费用。

此外，由于储油装置的可重复使用性以及新开发模式的特点，很多浅海边际油田也有开发利用本发明的价值。

此储油装置使用隔油系统，隔油系统中的油膜和隔油板可以隔开原油和海水。此油膜和隔油板可以上下浮动，以满足储油装置中油量的变化。这样，储油装置内部可以与外部联通，使得装置本身不需要承受海底的巨大压强，并且防止生产出来的原油对海水以及海底土壤的污染，安全实用。

附图说明

图1深海储油装置整体设计图。

图2深海储油装置整体效果图。

图3深海储油装置底部效果图。

图4深海储油装置内视效果图。

图5深海储油装置隔油系统内视效果图。

图6深海储油装置舷侧设计图。

图7深海储油装置中纵剖面设计图(舷侧内部)。

图8深海储油装置中纵剖面设计图(装置中部)。

图9深海储油装置D-D剖面设计图。

图10深海储油装置A-A剖面设计图。

图11深海储油装置B-B剖面设计图。

图12深海储油装置C-C剖面设计图。

图13深海储油装置内部结构示意图。

图14深海储油装置施工示意图。

附图标记：1、入油管道；2、出油管道；3、隔油板；4、原油；5、海水；6、混凝土配重块；7、油膜；8、隔油夹层；9、支柱；10、出水口；11、入油口；12、出油口；13、封闭水密舱壁；14、人孔舱壁；15、装置附属支架。

具体实施方式

本发明设计的适用于深海高压环境的储油装置，采用如下技术方案：

1、目标工作环境：100米水深海底环境。

2、储油装置型式与类型：双层(分为内层板和外层板)、无底，立方体形式钢结构。

储油装置尺寸：长×宽×高＝38.4m×38.4m×18.4m，采用横骨架式结构，装置的内层板、外层板和封闭水密舱壁上焊接型钢，内层板和外层板间距为1.2m。装置内设四个舱室，四个舱室呈田字形布置，每个舱室横截面为正方形，边长为18m，舱室之间相互连通，用支柱隔开，可以允许原油自由流动，支柱的设计可以起到保护油膜作用，舱室和支柱的布置见图4。储油装置内层板为水密焊接钢板结构。

3、隔油系统设置说明：隔油系统主要由三种构件组成：油膜，隔油板和隔油夹层。隔油板位于每个舱室的正中，为正方形面板，材料密度介于海水和原油之间，边长为16m，见图4、5构件3。隔油夹层位于储油装置内部9.2m高程处，作用是隔开上层原油和下层海水，隔油夹层为一层金属构件，为一块田字形金属板，夹层外边缘四个边与装置内层板水密焊接连接，见图12构件8，隔油夹层内部四个空框边缘与油膜连接。隔油夹层中间四个边框上嵌有竖直方向的支柱，见图12构件9。油膜为连接隔油板与隔油夹层的膜构件，隔开上层原油和下部海水，可上下浮动，当装置内部储油过程中，油膜可以连接隔油板向下浮动，反之，当装置向外输油，海水由出水口进入装置内部时，油膜可以连接隔油板向上浮动，见图5构件7。隔油板的使用，可以降低油膜的使用面积，进而降低了建造成本，同时，可以很好的控制油膜的运动，保证隔油板和油膜自由地上下浮动，防止生产出来的原油对海水以及海底土壤的污染。

4、储油装置中舱壁以及焊接在钢板上的桁材、骨材布局及尺寸：

装置中甲板双层板之间设置有横向及纵向的封闭水密舱壁，人孔舱壁和钢质骨材。封闭水密舱壁之间的间距为8m，人孔舱壁之间的间距为2m，钢质骨材间距为0.5m，钢质骨材均焊接在封闭水密舱壁以及装置的内、外层板上。甲板的外层板的厚度取为12mm。钢质骨材取L型钢，按照规范中的要求计算：抗弯截面模量W＝288cm³，惯性矩I＝1324.8cm⁴，其尺寸为160mm×100mm×14mm。

装置舷侧钢板上构件与甲板上构件的设置方式基本相同。双层钢板之间设置有横向及纵向的封闭水密舱壁，人孔舱壁和钢质骨材。封闭水密舱壁纵向的间距为8m，高度方向的间距为6m，人孔舱壁之间的间距为2m，钢质骨材间距为0.5m，钢质骨材均焊接在封闭水密舱壁以及装置的内外层板上。舷侧外层板厚度取为12mm。钢质骨材取L型钢，按照规范中的要求计算：抗弯截面模量W＝288cm³，惯性矩I＝1324.8cm⁴，其尺寸为160mm×100mm×14mm。

装置中艏艉构件形式和尺寸设定为与舷侧构件完全一致。整个装置结构内层钢板厚度取12mm。储油装置的入油口和出油口位于上层甲板，呈中心对称分布，具体位置见图10、图11中构件11和构件12。

本发明的储油装置使用方法，包括下列步骤：

第一步：由驳船将储油设备拖航至指定位置，在确保储油装置顶部水平的同时完成装置依靠自身重力的垂直下沉沉贯；按照图14所示过程，储油装置由驳船拖到指定位置后，依靠自身重力沉入海底。

第二步：储油装置靠其自身的重力插入水下泥土中一定的深度后，在装置底部周围的附属支架15上加长方体混凝土配重块结构6，见图14，待装置满足抗倾抗滑的工作要求后，由入油管道1向装置内输入原油4，并同时排出装置内的海水5，通过隔油系统保证海水与原油之间的隔离状态，待装置内灌满原油后，由水面储油装置，如穿梭油轮将原油从出油管道2抽出，完成装置从储油到输油的整个操作过程。

Claims (4)

1.一种适用于深海高压环境的储油装置，为立方体形状的钢结构，其特征在于，该装置无底，包括甲板、舷侧和艏艉，舷侧和艏艉结构和尺寸相同，甲板、舷侧和艏艉均为横骨架式的双层钢板构件，在内层板和外层板之间设置有封闭水密舱壁和人孔舱壁，在内层板、外层板和封闭水密舱壁上焊接有钢质骨材，内层板为水密焊接钢板结构；内设四个舱室，四个舱室呈田字形布置，每个舱室横截面为正方形，舱室之间相互连通，用支柱隔开；其隔油系统包括油膜、隔油板和隔油夹层，隔油夹层为一块呈田字形的金属板，夹层外边缘的四个边分别与装置舷侧和艏艉的内层板上水密焊接相连，其内部四个空框的边缘各与一块油膜连接，中间的四个边框上嵌有所述的支柱，在每个舱室内的隔油夹层的下方各放置一个材料密度介于海水和原油之间的隔油板，该隔油板的尺寸小于所述隔油夹层的空框，使隔油板在舱室内能自由上下浮动，油膜为连接隔油板与隔油夹层的膜构件，用于隔开上层原油和下部海水；在储油装置的上层甲板上设置入油口和出油口，在舷侧或艏艉的下部设置出水口。

2.根据权利要求1所述的储油装置，其特征在于，构成甲板、舷侧和艏艉双层板之间均设置有横向及纵向的封闭水密舱壁，人孔舱壁。

3.根据权利要求1所述的储油装置，其特征在于，所述的储油装置的入油口和出油口位于上层甲板，呈中心对称分布。

4.一种储油装置所采用的安装和储油方法，其中，所述的储油装置为如权利要求1所述的储油装置，包括下列步骤：

第一步：在装置底部安装附属支架；

第二步：由驳船将储油设备拖航至指定位置，在确保储油装置顶部水平的同时完成装置依靠自身重力的垂直下沉沉贯；

第三步：在储油装置靠其自身的重力插入水下泥土中后，在装置底部周围的附属支架上加长方体混凝土配重块结构；

第四步：由入油管道向装置内输入原油，并同时排出装置内的海水，通过隔油系统保证海水与原油之间的隔离状态，待装置内灌满原油后，由水面储油装置穿梭油轮将原油从出油管道抽出。

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