CN114084535B - 一种水下柔性存储装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下柔性存储装置及使用方法。所述装置包括：柔性囊袋，被配置为以收缩或膨胀的方式设于刚性外壳内，其内部容腔用于存储液体，其上设有储存液体进出口，所述储存液体进出口自所述刚性外壳外侧密封连通所述柔性囊袋的内侧；该柔性囊袋为卧式结构；刚性外壳，包括壳本体，其内部容腔大于所述柔性囊袋被充满时的体积，其包括海水进出口和泄压口，所述海水进出口和所述泄压口连通所述刚性外壳外部与所述柔性囊袋外侧至所述刚性外壳内侧之间的空间。本发明的装置深水适应性好、安全性高、稳定性好，整体结构轻便灵活。

Description

一种水下柔性存储装置及使用方法

技术领域

本发明涉及石油或化学药剂等水下液体介质存储技术领域，具体涉及一种水下柔性存储装置及使用方法。

背景技术

随着海上油田的不断勘探，海上油田的开采范围也逐渐向远洋拓展。故应海底原油生产设施的需要，需要在平台或海底等地方设置存储结构进行原油或化学药剂的存储。目前海上主要应用的存储设施主要有重力式储油平台、Spar平台、自升式生产平台和水下储油舱等。但重力式储油平台工作水深较浅，无法适应深海存储需求，且造价昂贵存储容积选择不够灵活。Spar平台对于建造工艺要求较高，开发初期投资大，建设周期长，运营维护成本较高。水下储油舱虽经济性较好，但由于其结构所限仍不适用于深海储存，且存在着储存介质易受污染的缺点。

现有一些柔性水下油气存储装置，存在装置体积较大难以实现对装置的有效维护，不具备灵活性、无法适应存储过程中的压力变化，或泄漏之后无法提供二次保护等缺点。

基于以上装置的不足，有必要发明一种新的水下柔性存储装置，以在深水及超深水领域使用，以提高深水适应性、安全性、稳定性等。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种水下柔性存储装置及使用方法，以提供一种深水适应性好、安全性高、稳定性好的水下液体介质存储技术方案。

本发明首先提出一种水下柔性存储装置，所述装置包括：

柔性囊袋，被配置为以收缩或膨胀的方式设于刚性外壳内，其内部容腔用于存储液体，其上设有储存液体进出口，所述储存液体进出口自所述刚性外壳外侧密封连通所述柔性囊袋的内侧；该柔性囊袋为卧式结构；

刚性外壳，包括壳本体，其内部容腔大于所述柔性囊袋被充满时的体积，其包括海水进出口和泄压口，所述海水进出口和所述泄压口连通所述刚性外壳外部与所述柔性囊袋外侧至所述刚性外壳内侧之间的空间。

根据本发明的一种实施方式，所述壳本体的形状与所述柔性囊袋被充满后的形状相仿。

根据本发明的一种实施方式，所述刚性外壳的内部容腔比所述柔性囊袋被充满后的体积大3～5％。

根据本发明的一种实施方式，所述柔性囊袋被充满时的水平长度与高度的比值为4:1。

根据本发明的一种实施方式，所述柔性囊袋被充满时呈卧式圆柱体或扁平体。

根据本发明的一种实施方式，所述柔性囊袋的外壁被固定于所述刚性外壳的内壁。

根据本发明的一种实施方式，所述刚性外壳还包括支撑框架，所述支撑框架设于所述壳本体外围，以支撑及固定所述壳本体。

根据本发明的一种实施方式，当所述柔性囊袋存储液体的密度小于海水的密度时，所述海水进出口设于所述刚性外壳的下部分；当所述柔性囊袋存储液体的密度大于海水的密度时，所述海水进出口设于所述刚性外壳的上部分；所述海水进出口为一个或多个。

本发明还提出一种根据所述的水下柔性存储装置的使用方法，所述方法包括：

当所述柔性囊袋膨胀时，通过所述刚性外壳的海水进出口排放所述刚性外壳与所述柔性囊袋之间的海水，以平衡所述刚性外壳的内外压差；

当所述柔性囊袋收缩时，通过所述刚性外壳的海水进出口引入海水，以补偿所述刚性外壳的内部压力，从而平衡所述刚性外壳的内外压差。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下一个或多个特征：

在所述装置被下降入水中时，将所述储存液体进出口及所述海水进出口保持开启状态，使海水流入所述柔性囊袋外侧和刚性外壳内侧之间的空间，以使所述柔性囊袋和刚性外壳保持流体静压；

在所述装置被回收提升时，关闭储存液体进出口、海水进出口，使柔性囊袋内部流体膨胀的液体通过所述泄压口排出，以实现刚性外壳内外压力的平衡；

通过连接不同数量的所述柔性囊袋及相配合的刚性外壳形成不同的模块，以适应水下存储介质不同存储体积的要求。

本发明采用柔性囊袋配合刚性外壳的水下存储装置，由于其基于压力补偿式原理进行发明设计，可以克服现有储存方式的缺点，具有双重保护作用，可适用于任意水深、安全性好、稳定性强、造价低。由于可采用模块化设计，存储容量灵活多变，且具有安装维护方便的优点。

附图说明

图1是本发明柔性囊袋刚性外壳的水下存储装置总体外观示意图；

图2是本发明图1中A向视图；

图3是本发明图1中B—B线剖视图；

图4是本发明图1中C—C线剖视图；

图5是本发明所述柔性囊袋刚性外壳的水下存储装置向囊内注入液体过程示意图；

图6是本发明所述柔性囊袋刚性外壳的水下存储装置向囊外排出液体过程示意图；

图7是本发明所述柔性囊袋刚性外壳的水下存储装置的模块化组合示意图；

附图标号：1——储存液体注入口、2——泄压口、3——储存液体排出口、4——海水进出口、5——钢质框架、6——固定钢板、7——刚性外壳、8——海水进出口、9——人孔、10——柔性囊袋。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明采用柔性囊袋配合刚性外壳的水下存储装置，基于压力补偿式原理进行设计，即当柔性囊袋膨胀时，通过刚性外壳的海水进出口排放刚性外壳与柔性囊袋之间的海水，以平衡所述刚性外壳的内外压差；当柔性囊袋收缩时，通过刚性外壳的海水进出口引入海水，以补偿刚性外壳的内部压力，从而平衡所述刚性外壳的内外压差。该种技术方案可以克服现有储存方式的缺点，具有双重保护作用，可适用于任意水深，安全性好，稳定性强、造价低，可以灵活组合多个模块操作。

本发明首先提出一种水下柔性存储装置，如图1所示，所述装置包括：

柔性囊袋10，被配置为以收缩或膨胀的方式设于刚性外壳内，其内部容腔用于存储液体，其上设有储存液体进出口，所述储存液体进出口自所述刚性外壳外侧密封连通所述柔性囊袋的内侧；该柔性囊袋为卧式结构；

刚性外壳7，包括壳本体，其内部容腔大于所述柔性囊袋被充满时的体积，其包括海水进出口和泄压口，所述海水进出口和所述泄压口连通所述刚性外壳外部与所述柔性囊袋外侧至所述刚性外壳内侧之间的空间。

柔性囊袋10可采用橡胶类等材质，为了防止被腐蚀，可以在其内外设置涂层。

刚性外壳7可采用钢材等金属材质，以满足一定的刚度及强度要求。

其中，储存液体进出口可设置为同一口或分为注入口和排出口设置。

泄压口2用于装置安装、回收或注排操作中异常工况下刚性容器内外部压力的平衡，起保护作用。

海水进出口用于流入海水或排出海水，以对刚性外壳的内外压差进行调节，使得刚性外壳的内外压差尽量小。海水进出口可为一个或多个。

根据本发明的一种实施方式，壳本体的形状与柔性囊袋被充满后的形状相仿。

根据本发明的一种实施方式，刚性外壳的内部容腔比所述柔性囊袋被充满后的体积大3～5％。

根据本发明的一种实施方式，柔性囊袋10被充满时的水平长度与高度的比值为4:1。

根据本发明的一种实施方式，柔性囊袋10被充满时呈卧式圆柱体或扁平体。柔性囊袋10被充满时的形状也可为其他规则或不规则形状。

为了适应内部柔性囊袋的位置变化，当所述柔性囊袋存储液体的密度小于海水的密度时，海水进出口设于刚性外壳的下部分；当所述柔性囊袋存储液体的密度大于海水的密度时，所述海水进出口设于所述刚性外壳的上部分。

本发明可基于模块化理念设计开发，可以轻松组合配置多种规格的柔性囊袋10及相配合的刚性外壳7，以适应水下各种体积存储的需求。可以根据不同的配置来组装构件，例如，如果所需的体积容量较小，则可提供单个水下存储装置模块提供完整功能的水下储存和泵送系统。对于更大的储存要求，则将多个独立的存储模块组成一个系统。

本发明还提出一种根据所述的水下柔性存储装置的使用方法，所述方法主要包括：

当所述柔性囊袋膨胀时，通过所述刚性外壳的海水进出口排放所述刚性外壳与所述柔性囊袋之间的海水，以平衡所述刚性外壳的内外压差；

当所述柔性囊袋收缩时，通过所述刚性外壳的海水进出口引入海水，以补偿所述刚性外壳的内部压力，从而平衡所述刚性外壳的内外压差。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下一个或多个特征：

在所述装置被下降入水中时，将所述储存液体进出口及所述海水进出口保持开启状态，使海水流入所述柔性囊袋外侧和刚性外壳内侧之间的空间，以使所述柔性囊袋和刚性外壳保持流体静压；

在所述装置被回收提升时，关闭储存液体进出口、海水进出口，使柔性囊袋内部流体膨胀的液体通过所述泄压口排出，以实现刚性外壳内外压力的平衡；

通过连接不同数量的所述柔性囊袋及相配合的刚性外壳形成不同的模块，以适应水下存储介质不同存储体积的要求。

本发明提供的水下柔性储装置及方法具有以下优点：(1)由于在注入和排出储存液体时装置内外压力一直保持平衡补偿，使得储存容器不需要考虑压力容器的适用范围与要求，可以在深水及超深水领域使用；同时，由于不需要很大的刚性外壳壁厚来保证结构强度，可以大大节省装置的建造费用；(2)由刚性外壳部分和柔性部分的开发设计基于双保护原理，当囊袋损坏和液体密封装置失效时，化学泄漏被限制在刚性容器内，避免了造成环境污染，安全性好，可靠性强；(3)本发明可采用模块化设计，可以配合组装成大容量的水下存储模块，储存体积灵活多变；(4)该装置设计可为一体式结构，装置轻便简易，可对损坏的存储装置进行快速地维修和更换。

如图1所示，本发明一实施方式的柔性囊袋10配合刚性外壳7的水下存储装置，包括刚性外壳7、柔性囊袋10、储存液体进出口(又包括储存液体注入口1和储存液体排出口3)、海水进出口8、支撑框架和人孔9等结构。

刚性外壳7固定于由固定钢板6和钢质框架5组成的支撑框架内，刚性外壳7外部设置储存液体进出口和泄压口2，柔性囊袋10位于刚性外壳7内部，固定于刚性外壳7的内壁。柔性囊袋10的储存液体进出口与刚性外壳7同部位的储存液体进出口密封连接。刚性外壳7上端设置泄压口2，连通刚性外壳7与柔性囊袋10之间的空间。

刚性外壳7外部设置海水进出水口8，连通刚性外壳7与柔性囊袋10外壁之间的空间。

参见图1、图2、图3、图4，一种水下柔性存储装置，包括由刚性外壳7连通泄压口2、海水进出口4、海水进出口8、人孔9而成的刚性外壳部分；由柔性囊袋10连通储存液体注入口1、储存液体排出口3而成的柔性内部结构。由刚性外壳部分和柔性内部部分的开发设计基于双保护原理：柔性囊袋10安装在坚固的刚性外壳7内，当柔性囊袋10损坏失效时，储存介质的泄漏被限制在刚性外壳7内。

本发明的实施过程阐述如下：

装置安装过程：在海上平台或浮船上，打开装置的人孔9，将柔性囊袋10压缩抽扁后放入钢制外壳7中。将柔性囊袋10的进出口分别与刚性外壳7相应开口位置处的储存液体注入口1和储存液体排出口3使用密封胶相连接。在下降安装操作中，液体平衡部分包括储存液体注入口1、泄压口2、储存液体排出口3、海水进出口4、海水进出口8，这几个口始终保持开启状态，使海水流入内部柔性囊袋10和外部刚性外壳7之间的空间，在此过程中海水的流入可使内部柔性囊袋10和刚性外壳7保持流体静压。

液体注入过程：见图5所示，在注入储存液体时，储存的液体如化学药剂从储存液体注入口1注入柔性囊袋10，随着注入过程的继续，折叠的柔性囊袋10膨胀，位于柔性囊袋10和刚性外壳7之间的海水通过海水进出口4、海水进出口8排出。在此过程中，海水的排出补偿了由于柔性囊袋10内液体注入而导致柔性囊袋10膨胀产生的压强，实现了装置的压力补偿。

液体排出过程：见图6所示，在排出储存液体时，储存的化学药剂从存储液体排出口3排出柔性囊袋10，随着柔性囊袋10的收缩并折叠，海水通过海水进出口4、海水进出口8进入卧式柔性囊袋10和刚性外壳7之间的部位，补偿因柔性囊袋10收缩而在刚性外壳7外壁上产生的外压，实现装置的压力补偿。

装置回收过程：在提升操作期间，关闭储存液体注入口1、储存液体排出口3、海水进出口4、海水进出口8，打开泄压口2。随着离海平面越来越近，装置内的压力逐渐大于外压，且由于柔性囊袋10材料存在弹性，柔性囊袋10内部流体将膨胀，此时膨胀的液体通过泄压口2排出，实现刚性外壳7内外压力的平衡，避免对刚性外壳产生破坏。

模块化组合：本发明装置可基于模块化理念设计开发，支撑框架部分可具有标准化的结构，通过连接不同数量的单个柔性囊袋及刚性外壳，以适应水下存储介质不同存储体积的要求。根据实际项目可以根据不同的容量需要，将钢质框架5进行连接以组成一个组合存储模块。图7所示为4个本发明装置组合而成的存储模块。

本发明水下柔性存储装置采用压力补偿的方法进行注入和排放工作，可在高静水压力环境中进行液体介质储存。这种方法相比常见的水下压力容器存储有以下优点：本发明与额定深度的压力容器相比，因承受压力小故刚性外壳储罐壁厚可大大降低，这样就可以在相对较轻的装置中存储更多的液体，经济性更好。海水和需要存储的液体之间以柔性囊袋分开，在进行安装、注入、排出和回收的工作过程中刚性外壳内外压差很小，一般在5-12MPa之间，对于容器的疲劳损耗较小。同时在深水高压环境下，随着注入排出过程的进行，普通刚性存储容器壁面由于内外压力的剧烈变化极易造成疲劳失效，而本发明装置在工作过程中几乎不存在压力波动，故采用本发明装置可提高储存的可靠性。

此种水下柔性存储装置，可根据油田开发需要存储油品或化学药剂，同时可根据实际工程就近海上油田设置，离油田距离近，无需设置过长的脐带缆进行海底注入，经济价值高。同时，本发明提供的水下存储装置可通过模块化组合进行各个容量的存储，可适用于各个工程项目的存储容积要求。采用单元化结构，可通过整体提升更换的方式对损坏的存储装置进行快速地维修和更换，减少误工损失。本发明可在深水水下存储、海洋油田开发等领域推广应用。

需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种水下柔性存储装置，其特征在于，所述装置包括：

柔性囊袋，被配置为以收缩或膨胀的方式设于刚性外壳内，其内部容腔用于存储液体，其上设有储存液体进出口，所述储存液体进出口自所述刚性外壳外侧密封连通所述柔性囊袋的内侧；该柔性囊袋为卧式结构；

刚性外壳，包括壳本体，其内部容腔大于所述柔性囊袋被充满时的体积，在刚性外壳上分开设置有海水进出口和泄压口，所述海水进出口和所述泄压口连通所述刚性外壳外部与所述柔性囊袋外侧至所述刚性外壳内侧之间的空间；

所述壳本体的形状与所述柔性囊袋被充满后的形状相仿；所述柔性囊袋的外壁被固定于所述刚性外壳的内壁。

2.根据权利要求1所述的水下柔性存储装置，其特征在于，所述刚性外壳的内部容腔比所述柔性囊袋被充满后的体积大3～5％。

3.根据权利要求1所述的水下柔性存储装置，其特征在于，所述柔性囊袋被充满时的水平长度与高度的比值为4:1。

4.根据权利要求1所述的水下柔性存储装置，其特征在于，所述柔性囊袋被充满时呈卧式圆柱体或扁平体。

5.根据权利要求1所述的水下柔性存储装置，其特征在于，所述刚性外壳还包括支撑框架，所述支撑框架设于所述壳本体外围，以支撑及固定所述壳本体。

6.根据权利要求1所述的水下柔性存储装置，其特征在于，当所述柔性囊袋存储液体的密度小于海水的密度时，所述海水进出口设于所述刚性外壳的下部分；当所述柔性囊袋存储液体的密度大于海水的密度时，所述海水进出口设于所述刚性外壳的上部分；所述海水进出口为一个或多个。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述的水下柔性存储装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述柔性囊袋膨胀时，通过所述刚性外壳的海水进出口排放所述刚性外壳与所述柔性囊袋之间的海水，以平衡所述刚性外壳的内外压差；

当所述柔性囊袋收缩时，通过所述刚性外壳的海水进出口引入海水，以补偿所述刚性外壳的内部压力，从而平衡所述刚性外壳的内外压差。

8.根据权利要求7所述的水下柔性存储装置的使用方法，其特征在于，所述方法还包括以下一个或多个特征：

在所述装置被下降入水中时，将所述储存液体进出口及所述海水进出口保持开启状态，使海水流入所述柔性囊袋外侧和刚性外壳内侧之间的空间，以使所述柔性囊袋和刚性外壳保持流体静压；

在所述装置被回收提升时，关闭储存液体进出口、海水进出口，打开泄压口，使柔性囊袋内部流体膨胀，膨胀的液体通过所述泄压口排出，以实现刚性外壳内外压力的平衡；

通过连接不同数量的所述柔性囊袋及相配合的刚性外壳形成不同的模块，以适应水下存储介质不同存储体积的要求。

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