CN102795317A - 圆角倒棱台形浮式生产储油装置 - Google Patents

Abstract

一种圆角倒棱台形浮式生产储油装置，包括浮体，上部组合模块和系泊锚，浮体由上部轴对称圆角倒棱台形结构和下部轴对称圆角棱柱形结构组合而成，上部浮体内部设有圆柱体的且插入下部浮体底中心的中央舱，设在中央舱周侧的圆柱形储油舱，设在储油舱外周的上工艺装备设置舱，设在工艺装备设置舱与浮体外壁之间的边压载舱；上部浮体与下部浮体之间焊接；中央舱与储油舱和下部轴对称圆角棱柱形结构之间焊接，在浮体的上顶面的后中部设有主发电机模块，前左部设有油气处理模块，中左部设有水处理模块，中右部设有热媒加热模块和生活楼模块；在浮体下部的对称四个圆角或圆角之间的浮体外壁对称设有系泊锚。

Description

圆角倒棱台形浮式生产储油装置

技术领域

本发明涉及一种海上油田生产用的圆角倒棱台形浮式生产储油装置。

背景技术

传统浮式生产储油装置的浮体形式存在的不足：

浮式生产储油装置是集油气处理、储油与卸油、发电、控制、生活功能为一体的海上浮式油气处理装置，主要由油气处理系统（上部模块）、储油与卸油系统（容器状浮体）和系泊系统等三大部分组成。传统的浮式生产储油装置一般利用旧油轮改造而成，或遵循标准船舶的设计理念设计、新建驳船形状的浮体。细长且不对称的船型浮体使永久系泊于某一海域的浮式生产储油装置存在如下不足。

其一，船型浮体对环境力的作用方向非常敏感，运动性能较差，尤其横摇严重，影响上部设备与仪器的正常工作、生产原油的质量和人员的舒适性。为了改善运动性能，减小设计载荷，一般配置安装有转塔和流体接头的单点系泊系统，使其具有360°全方位自由旋转的风向标效应，以规避风、浪、流带来的破坏力。但转塔和流体接头价格昂贵，生产周期长，设计人员和制造商很少，而且需要经常维修保养，存在因密封件泄漏等原因引起的潜在停产期，使油田生产成本大大增加。

其二，浮体形状还影响其强度，细长船型浮体的中拱和中垂弯曲载荷很大，使浮体容易产生裂纹扩展并遭受疲劳破坏。对于使用旧船改装的浮式生产储油装置，尤其是1985年之后建成的船舶，因为多使用了高抗拉强度钢材，疲劳破坏问题尤为严重。为了满足强度要求，一般需要进行局部结构加强，进一步增加了浮式生产储油装置的造价。

其三，船型浮体的方形系数一般为0.75~0.93，所以船型浮式生产储油装置的储油效率（即单位平面面积的储油量）也不够理想。

其四，平面结构形式也有一定的局限性，不便于进行总体布置的优化设计。

因此，随着可改造油轮数量的减少、人们对浮式生产储油装置的重新认识以及对边际油田开发的需求，迫切需要改进浮式生产储油装置的设计，研发更符合浮式生产储油装置功能需求的浮体形式。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆角倒棱台形浮式生产储油装置，解决上述已有技术存在的缺陷。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

本发明包括浮体，上部组合模块和系泊锚，其特征在于浮体由上部轴对称圆角倒棱台形结构和下部轴对称圆角棱柱形结构组合而成，上部轴对称圆角倒棱台形结构内部设有圆柱体的且插入下部轴对称圆角棱柱形结构的底中心的中央舱，设在中央舱周侧的圆柱形储油舱，设在储油舱外周的上大下小的环锥棱形的工艺装备设置舱，设在工艺装备设置舱与浮体外壁之间的环锥棱筒形的边压载舱；上部轴对称圆角倒棱台形结构与下部轴对称圆角棱柱形结构之间焊接；中央舱与储油舱和下部轴对称圆角棱柱形结构之间焊接，在浮体的上顶面的后中部设有主发电机模块，前左部设有油气处理模块，中左部设有水处理模块，中右部设有热媒加热模块和生活楼模块；在浮体下部的对称四个圆角或圆角之间的浮体外壁对称设有系泊锚。

将浮体上部轴对称圆角倒棱台形结构的储油舱，工艺装备设置舱和边压载舱以中央舱为中心点，用加强板平均分割成八部分，加强板与上述各舱之间焊接。

将浮体下部轴对称圆角棱柱形结构以中央舱为中心用加强板或加强角钢平均分隔为八部分，与中央舱和浮体下部轴对称圆角棱柱形结构之间焊接，且浮体下部轴对称圆角棱柱形结构的截面尺寸等于或大于浮体上部轴对称圆角倒棱台形结构的上顶部尺寸。

浮体下部轴对称圆棱柱结构内和中央舱设有上部组合模块的流程的进出管路。

在工艺装备设置舱内，从后部中心线向右顺时针方向逐序隔有应急发电舱、淡水舱、生活污水处理舱、泵舱、机舱、应急消防泵房和泡沫液罐舱、热媒油舱、空压机撬块舱、污油水舱、闭排罐舱、开排罐舱、净化水舱、消防泵舱和海水提升泵舱。

系泊锚采用悬链系泊锚或张紧式系泊锚，悬链系泊锚的坐标原点取在浮体几何中心处的水平面上，即浮体下部的对称四个圆角处，系缆分为四组，每组3根；每组系缆内相邻两系缆夹角为5°，每组系缆之间的夹角为80°。每根系缆的总长为200m，水平跨距为192m，均由3段锚链组合而成，中间段设配重。位于系缆底部的海底缆段末端与拖拽嵌入式锚链相连。

张紧式系泊锚的坐标原点取在浮体几何中心处的水平面上，即浮体下部的对称四个圆角处，系缆分4组，对称布置，每组3根；每组系缆之间夹角为80°，每组系缆内，相邻两系缆夹角为5°，采用3段式系缆，与浮体和锚相连的两部分均采用锚链，直径相同；中间段为聚酯缆，系缆通过吸力锚、桩锚或垂向载荷锚固定于海底，每根系缆的总长为62m，水平跨距为55 m。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、本发明具有较小的水线面面积，能保证获得足够大的固有周期。浮体长、宽尺度相同，与船型浮式生产储油装置相比，可以保证浮体对不同方向的海洋环境载荷都有良好的适应性，使浮体稳性更好。在不同方向的风、浪、流作用下具有相似的运动响应，基本消除了首摇激励，适于采用多点系泊系统，而没有必要使用昂贵的转塔和流体接头。双层底压载舱兼起到舭龙骨的作用，增大了附加质量和横摇、垂荡阻尼，进一步减小了浮体的横摇和垂荡运动幅值。与圆筒形FPSO相比，倒棱台体形状浮体的甲板使用面积更大，更能满足甲板工艺模块的操作流程要求。

2、本发明在保证稳性和保持主甲板面积不变的情况下，浮体还能尽量加大型深，以加大浮体的横截面面积，提高浮体的剖面模数，进一步增大结构强度，减小结构应力，提高浮体的承载能力；并且因此来获得较大的排水量，免受大水线面面积所带来大波浪力的影响；减小波浪对浮体底部的激励所导致的垂荡响应。浮体的各条棱边均进行圆弧倒角，规则的圆弧形状比大面积平板折角更能分散海流的冲击作用，有利于减小阻力。

3、本发明有利于抑制涡激振动，减小摇荡运动幅值。相同的长宽尺度和适当外倾的横剖线也使浮体各个方向的稳性更好、工作甲板的承载能力更大。当浮体侧面倾斜角度较大（35°~55°）时，可使作用于其上的海冰以较弱的受弯方式破坏，因而具有明显的抗冰能力。

4、本发明的紧凑型设计可使其结构件的弯曲载荷和疲劳强度最小化；显著提高浮体的储油效率；安装与维修时，减少与工作船碰撞的危险。而且，紧凑的浮体还可显著节约用钢量，经粗略计算，与相同储油量的船型浮式生产储油装置相比，本课题开发的浮体可节约用钢量近30%。浮体呈对称形状，结构简洁，适合进行模块化建造以降低成本、缩短建造工期，并且由于各模块结构的相似程度高，进一步降低了设计和建造的难度。

附图说明

图1-本发明的结构示意图，

图2-浮体的上部轴对称圆角倒棱台形结构舱位平面结构示意图，

图3-浮体的下部轴对称圆角棱柱形结构平面结构示意图，

图4-图1中边压载舱9的平面结构示意图，

图5-上部组合模块平面布置图，

图6-悬链系泊锚安装结构示意图，

图7-图6的正视图，

图8-张紧式系泊锚安装结构示意图，

图9-图8的正视图，

图中序号1-上部组合模块；2-上部轴对称圆角倒棱台形结构；3-下部轴对称圆角棱柱形结构；4-系泊系统；5-中央舱；6-储油舱；7-边压载舱；9-工艺装备设置舱；10-主甲板；11-生产甲板。

1-1-热化学处理器；1-2-游离水脱除器；1-3-管壳式换热器；1-4-板式换热器；1-5-气体洗涤器；1-6-聚结过滤器分离器；1-7-金属膜分离器；1-8-波纹板聚结器；1-9-浮选器；1-10-双介质过滤器；1-11-化验室；1-12-化学注剂撬块；1-13-反洗泵；1-14-生产水泵；1-15-惰气发生撬块；1-16-热煤炉撬块；1-17-热媒油膨胀罐；1-18-热媒油循环泵；1-19-配电间；1-20-开关间；1-21-滑板式支撑结构；1-22-放空火炬；1-23-吊机。

9-1-海水提升泵，海水过滤器；9-2-消防泵舱；9-3-净化水舱；9-4-开排罐；9-5-闭排罐舱；9-6-柴油舱；  9-7-应急发电机舱；9-8-淡水舱；9-9-生活污水处理舱；9-10-泵舱；9-11-机舱； 9-12-应急消防泵房舱，泡沫液罐舱；9-13-污油水舱；9-14-空压机撬块舱，公用风罐舱，仪表风罐舱；9-15-热媒油舱。

具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：

本发明包括浮体，上部组合模块1和系泊锚4，其特征在于浮体由上部轴对称圆角倒棱台形结构2和下部轴对称圆角棱柱形结构3组合而成，上部轴对称圆角倒棱台形结构内部设有圆柱体的且插入下部轴对称圆角棱柱形结构的底中心的中央舱5，设在中央舱周侧的圆柱形储油舱6，设在储油舱外周的上大下小的环锥棱形的工艺装备设置舱9，设在工艺装备设置舱与浮体外壁之间的环锥棱筒形的边压载舱7；上部轴对称圆角倒棱台形结构2与下部轴对称圆角棱柱形结构3之间焊接；中央舱5与储油舱6和下部轴对称圆角棱柱形结构3之间焊接，在浮体的上顶面的后中部设有主发电机模块，前左部设有油气处理模块，中左部设有水处理模块，中右部设有热媒加热模块和生活楼模块；在浮体下部的对称四个圆角或圆角之间的浮体外壁对称设有系泊锚。

根据胜利浅海油田的海洋环境条件和某区块油田生产要求，先设计一座小型的圆角棱台式浮式生产储油设备。以浮体的稳性和运动性能为主要约束条件，运用交互式设计流程思想和“固有周期优化设计法”，在位水域的水深、设计储油量和生产工艺流程模块的尺度和布置等因素，先提出一个初步设计方案，再根据该设计方案的简化计算模型，计算浮体的固有周期，并校核稳性是否满足规范，如稳性不满足或固有周期与平均跨零周期相差3秒之内，则调整浮体主尺度、上部模块与舱室布置等，直到两个主要约束条件都能得到较好的满足。经过反复调整和验算，平衡各方面因素，最终得到一个优化的主体尺度、舱室布置和上部设施布置方案；在边压舱内根据上部组合模块的方位，相对应分隔了海水提升泵，海水过滤器9-1；消防泵舱9-2；净化水舱9-3；开排罐9-4；闭排罐舱9-5；柴油舱9-6；应急发电机舱9-7；淡水舱9-8；生活污水处理舱9-9；泵舱9-10；机舱9-11；应急消防泵房舱，泡沫液罐舱9-12；污油水舱9-13；空压机撬块舱，公用风罐舱，仪表风罐舱9-14；热媒油舱9-15。

经计算可知，稳性的裕度很大，在调整设计时，可尽量采取降低初稳性高，增大固有周期的措施，以得到优化的总体布置方案。

功能要求：

具有如下功能：

（1）原油处理；

（2）储油约为12000t；

（3）通过输油臂向10000t穿梭油轮输油；

（4）向周围的井口平台输电和注水。

圆角棱台体部分的上底边长45 m，下底边长37 m，高度为16 m，浮体侧壁相对于垂直线侧倾14.04°。倒棱台体下面为圆角棱柱体形状的底部压载舱，宽度为40 m，高度为2 m。整个浮体型深18 m。中部圆柱形中央舱的直径为2.5 m，各储油舱的径长均为15.75 m，边舱宽度为1.5 m。考虑到稳性要求，边舱沿高度方向在中部设一道舱壁。储油舱和边舱之间的舱室可根据需要进行不同的布置，各舱的容积由工艺流程的要求确定。

上部组合模块布置

上部组合模块的设计内容包括总平面布置、油气处理模块、水处理模块、主发电机模块、热媒油模块和生活楼模块。上部组合模块的首要任务是从井流中出来的原油经油气处理模块的热化学处理器1-1处理进入游离水脱除器1-2脱出游离水，原油经管壳式换热器1-3加热进入聚结过滤分离器1-6分离出原油，并把处理合格的原油送入储油舱，保持50_~60 °C等待外输。生产过程中将伴随分离出可燃气体，经气体洗涤器1-5处理，将其进一步处理达到燃烧气标准，供电站发电使用，余下部分作火炬放空或燃烧。污水处理是上部组合模块的另一主要功能，也是本发明的一项重要指标，经游离水脱除器1-2和聚结过滤分离器1-6脱出的污水经水处理模块的浮选器1-9处理、再经波纹板聚结器1-8处理、再经金属膜分离器1-7分离，脱出水进入双介质过滤器1-10过滤，进入储水罐，在处理过程中由化学注剂撬板1-12加入一定的化学药剂配合处理，处理好的水可通过生产水泵1-14回注，也可排入大海；热媒模块的热媒炉撬块1-16给热媒油膨胀罐1-17来的热媒油加热，通过热媒油循环泵1-18，管壳式和板式换热器循环给处理水加热或给反洗泵1-13供热水，对污水处理流程进行反洗；惰性发生撬板1-15给浮选器1-9或消防提供惰气；主发电模块的配电间1-9、开关间1-20给上部组合模块进行配电。

上部生产模块布置的原则要求安全可靠，必须满足规范对防火、防爆、安全区域分隔和安全逃生方面的要求。上部组合模块平台位于主甲板以上至少3 m，以使生产过程中排出的有害气体自由流动；生产甲板的外边缘离浮体的舷侧板有大于2m的距离，以保证主甲板上的吊物空间；非危险区的模块间距约100 mm，危险区模块与安全区模块间距约3 m，留有隔离区，同属危险区的模块间，应每隔3.5 m设隔离带；应急电站、应急消防设备、直升飞机平台等要布置在远离油气处理区的安全区域等。整个布置还要便于操作、检修。为便于操作，通常将生活楼布置在机舱之上。从安全生产方面考虑，生活楼应与火炬分开布置，与生产处理设施保持一定距离，中间用动力模块隔开；火炬塔应远离生活楼和直升机起降区。

上部组合模块的规格根据油田生产的特点确定。根据上述原则，进行了上部设施布置。各种处理设备用不同的模块来表示，包括油气处理模块、水处理模块、动力模块等。工艺模块的尺度可适应日处理液量为700 m³/d的规模。生产甲板位在主甲板之上，间距为3.0 m。主甲板上设2台吊机，供工艺设备维修及备品备件起吊用。生活楼位于舷侧，可供36人工作与生活，与生产甲板之间用堆货区和热站模块隔开。

由于单个边际油田的生产周期短，设计本发明的油气处理设施和系统时，考虑了其在不同边际油田的适应性，最大可能地优化了系统和布置，增大了本发明的灵活性，如预留空间，以便根据不同边际油田的开发需要进行改造或灵活调换生产模块。

Claims (5)

1.一种圆角倒棱台形浮式生产储油装置，包括浮体，上部组合模块和系泊锚，其特征在于浮体由上部轴对称圆角倒棱台形结构和下部轴对称圆角棱柱形结构组合而成，上部轴对称圆角倒棱台形结构内部设有圆柱体的且插入下部轴对称圆角棱柱形结构的底中心的中央舱，设在中央舱周侧的圆柱形储油舱，设在储油舱外周的上大下小的环锥棱形的工艺装备设置舱，设在工艺装备设置舱与浮体外壁之间的环锥棱筒形的边压载舱；上部轴对称圆角倒棱台形结构与下部轴对称圆角棱柱形结构之间焊接；中央舱与储油舱和下部轴对称圆角棱柱形结构之间焊接，在浮体的上顶面的后中部设有主发电机模块，前左部设有油气处理模块，中左部设有水处理模块，中右部设有热媒加热模块和生活楼模块；在浮体下部的对称四个圆角或圆角之间的浮体外壁对称设有系泊锚。

2.根据权利要求1所述的圆角倒棱台形浮式生产储油装置，其特征在于：将浮体上部轴对称圆角倒棱台形结构的储油舱，工艺装备设置舱和边压载舱以中央舱为中心点，用加强板平均分割成八部分，加强板与上述各舱之间焊接。

3.根据权利要求1所述的圆角倒棱台形浮式生产储油装置，其特征在于：将浮体下部轴对称圆角棱柱形结构以中央舱为中心用加强板或加强角钢平均分隔为八部分，与中央舱和浮体下部轴对称圆角棱柱形结构之间焊接，且浮体下部轴对称圆角棱柱形结构的截面尺寸等于或大于浮体上部轴对称圆角倒棱台形结构的上顶部尺寸。

4.根据权利要求1所述的圆角倒棱台形浮式生产储油装置，其特征在于：浮体下部轴对称圆棱柱结构内和中央舱设有上部组合模块的流程的进出管路。

5.根据权利要求1所述的圆角倒棱台形浮式生产储油装置，其特征在于：在工艺装备设置舱内，从后部中心线向右顺时针方向逐序隔有应急发电舱、淡水舱、生活污水处理舱、泵舱、机舱、应急消防泵房和泡沫液罐舱、热媒油舱、空压机撬块舱、污油水舱、闭排罐舱、开排罐舱、净化水舱、消防泵舱和海水提升泵舱。

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