一种海水立体油罐平台、系统及其建造方法与流程

本发明涉及一种海洋工程装备技术领域，特别是涉及一种海水立体油罐平台、系统及其建造方法。

背景技术：

在海洋建设大型透水式平台设施，可以成为油气储存、渔业捕捞、海洋活动中的物资补给基地，为我国逐步加大海洋开发力度、加快向海洋海域开发范围奠定基础条件。

海上平台按其位置是否固定，分为浮式海上平台和固定式海上平台，各海水平台具体结构为：

漂浮式海水平台，是一种储油设施，具体是将储油船、储油舱或其他类型的储油装置锚固或锚定在特定的海域，用于接收、储存和转运石油。该漂浮式海水平台的优点是施工简单、机动性强、造价较低，且不受水深影响，适于建造海上油库；但是其缺点为受气候影响大，稳定性差。

重力式平台，属一种固定平台，具体是靠平台自身重量稳坐在海底坚实土层之上。这种平台的底部是一个或多个钢筋混凝土沉箱组成的基座，基座上有钢立柱或钢筋混凝土立柱支撑上部甲板。由于整个结构比较大，一般先在岸边开挖的泥坞中建造基座，再拖往有掩护的深水区接高，然后浮运至现场，再加载下沉。目前这种平台一般是作为海底贮油罐或用于钻采海底石油。其主要优点是可以远离居民，与火源隔绝，安全性较高；其抵御风暴及波浪袭击的能力强，结构耐久和维护费用低，但是由于该空罐承受的水下压强较大，其结构受力要求较高，由于水下环境条件比较恶劣，因此使用受到限制。

除了上述两种海水平台，还包括一种着底式的储油装置，其特点一般是将钢质或混凝土结构的储油装置直接固结于海底。这类装置的优点是不受气候条件影响，稳定性能好；但缺点也很明显，其施工困难、造价高，且不适于在深水中建造。另外，虽然现有还存在油水置换的方式的装置，但是其平衡罐体承受的压力，但此方法只适用于一些原油等初级油，对成品油的储存仍是一筹莫展，并不适合成品油的存储。

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种施工简单、造价较低、稳定性好的能适应较深的海底平台。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免现有技术中存在的现有海水平台施工难度较高、造价成本高而且在较海洋域稳定性不高的问题，而提供一种施工简单、造价较低，能适应较深的水域和不同的海底地质结构建造，不受气候影响，稳定性强的海水立体油罐平台和系统，同时还提供了一种立体油罐平台的建造方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种海水立体油罐平台，包括连接在海底的至少三个桩柱或浮力筒，还包括连接在所有所述桩柱或浮力筒之间的水下油罐，以及设置在所有所述桩柱或浮力筒顶部的支撑架，所述支撑架上方设置有水上油罐，所述水下油罐上连接有若干个锚固在海床或海底的重力锚，所述水下油罐位于海平面以下，所述水上油罐位于海平面以上，所述水下油罐和水下油罐的腔体相互连通。

本发明所述的一种海水立体油罐平台，通过在桩柱或浮力筒上设置位于海平面以下的水下油罐和位于海平面以上的水上油罐，其中水下油罐和水上油罐通过管道相互连通，其实现了水下油库的建造，将水下油罐设置在海平面以下，能够减少水下油罐遭受海平面风浪的袭击和扰动，其水下油库的安全性相对来说更高，而且还具有较强的隐蔽性；同时采用空间竖向设置的油罐，其设施占地建造面积大幅减少，单位面积的使用率较高，各也减少输油管道的长度，安全性与维护费用进一步降低；该平台的结构得到了优化，其浮运到海上区域后只需要少量的组装和加固工作量，从而减少海上平台施工的难度和海上运装设备的投入，缩短了施工周期，从而大幅降低建造成本，结构简单、可靠性高，适用于海洋领域油气开采工作。

优选地，所述水下油罐活动连接在所有所述桩柱或浮力筒上。

优选地，所述水下油罐通过若干个顶压杆以可拆卸的方式连接在对应每个所述桩柱或浮力筒上。

该顶压杆是通过横向连接水下油罐和桩柱或浮力筒，进一步的，该顶压杆在水平方向能够伸缩，便于与桩柱或浮力筒相互安装，为了适应桩柱或浮力筒的形状，该顶压杆的端部呈内凹圆弧形状，该结构能够与桩柱或浮力筒的圆柱面固定配合，通过u型结构落件螺栓连接以便于拆卸。

进一步的，顶压杆可以柔性拉索对称张拉于水下油罐和桩柱或浮力筒之间。

进一步的，顶压杆可以刚性连接，采用钢铰链的连接方式。

优选地，所述水下油罐的顶部位于海平面2-5米以下，该深度的海水受到海平面风浪的袭击和扰动已经比较小了，满足使用要求，而且也便于水下维护需要，能够提高水下油罐的安全性和稳定性。

优选地，所述水下油罐内设有调压仓，所述调压仓将水下油罐的腔体分为两个腔体单元，所述水下油罐上设有能够对所述调压仓所在的腔体单元内充水或排水的排水注水系统。

优选地，所述水下油罐的底部为内凹形状，同时水上油罐的底部也可以设计为内凹的形状，该底部内凹形状设计即水下油罐或水上油罐的底部中心向内拱起，其作用在于能够将罐体底部所受的海水压力及罐自重压力、罐体内液体的压力，分解传到罐体边缘，增强水上油罐和水下油罐使用可靠性。

同时水上油罐的顶部结构还可以设计为弧顶结构设计，使其具有良好的强度和施工便利。特别的，上罐体首选的为预应力混凝土结构，钢制内衬并做防腐处理；下罐体首选的为钢结构，外部涂覆油漆进行防腐处理。

该水下罐体形状为圆柱体结构，使其在水体较深时(大于15～20米)适用，为扩大容积，外部形状大体呈圆柱体；水深8～15米时可选用球形体；而水体较浅时(小于8～10米)纵截面呈椭圆形(大体似蛋形)，且下油罐完全没于海面以下。

优选地，所述支撑架为中间中空结构，该中空结构对应所述水上油罐底部，该支撑架作为水上油罐的承载平台，通过横梁或梁箱及加强梁交错连接组成框架，由于水上油罐的底部设计为内凹的结构，则底部中间则不会与支撑架表面相互接触，那么将支撑架的中间部分做成中空结构，不仅可以满足要求，而且还可以节约成本。

优选地，所述支撑架上还设有位于所述水上油罐外周的若干个上立柱，所有所述上立柱顶部设置有用于作业设施建造用途或游轮补给中转码头的天台。

优选地，所述桩柱可以为浮力筒式结构，底部为锥形布置的群桩结构。

本发明还提供了一种海水立体油罐系统，包括若干个如上述的一种海水立体油罐平台，所有所述海水立体油罐平台相互并联连接，形成一个排状或阵列状的海水立体油罐系统。

该海水立体油罐系统包括若干个海水立体油罐平台相互并联形成，以形成排状或阵列状的海水立体油罐系统，能够有效满足实际海底油气开发的需要和油气存储需要。

本发明还提供了一种海水立体油罐平台的建造方法，包括以下步骤：

步骤一、安装桩柱或浮力筒，将平台所需要的所有所述桩柱或浮力筒浮运到现场，将所有所述桩柱或浮力筒打入海底并固定，并在所述桩柱或浮力筒位于海平面以上的部分安装好支撑架，将所有所述桩柱或浮力筒相互连接；

步骤二、安装水下油罐，先将重力锚浮运到至平台下，先安装水下重力锚及预留锚链，后将水下油罐浮运到至平台下，伸出顶压杆，至桩柱表面即停，然后灌水下沉并连接海底的重力锚链，调校锚链长度后再抽干水下油罐腔体内水，上升油库拉紧锚链，完成安装；也可以逆程序拆卸浮运移动；

步骤三、安装水上油罐，将水上油罐固定连接在所述支撑架上；

步骤四、连接管路，将水下油罐和水上有通过管路相互连通，并连接所需要的入油管道、出油管道、油泵及若干开关阀门，完成该海水立体油罐平台的建造。

本发明所述的一种海水立体油罐平台的建造方法，通过先将桩柱或浮力筒浮运至待安装位置，然后在桩柱或浮力筒上设置位于海平面以下的水下油罐，再安装海平面以上的水上油罐，最后将水下油罐和水上油罐通过管道相互连通，其实现了水下油库的建造；该建造方法，将水下油罐设置在海平面以下，能够减少水下油罐遭受海平面风浪的袭击和扰动，其水下油库的安全性相对来说更高，而且还具有较强的隐蔽性；同时采用空间竖向设置的油罐，其设施占地建造面积大幅减少，单位面积的使用率较高，各也减少输油管道的长度，安全性与维护费用进一步降低；该平台的结构得到了优化，其浮运到海上区域后只需要少量的组装和加固工作量，从而减少海上平台施工的难度和海上运装设备的投入，缩短了施工周期，从而大幅降低建造成本，该建造方法施工简单、可靠性高，适用于海洋领域油气开采工作。

优选的，上述步骤二和步骤三可以同时进行，以节约施工周期。

采用本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种海水立体油罐平台，通过在桩柱或浮力筒上设置位于海平面以下的水下油罐和位于海平面以上的水上油罐，其中水下油罐和水上油罐通过管道相互连通，其实现了水下油库的建造，将水下油罐设置在海平面以下，能够减少水下油罐遭受海平面风浪的袭击和扰动，其水下油库的安全性相对来说更高，而且还具有较强的隐蔽性；同时采用空间竖向设置的油罐，其设施占地建造面积大幅减少，单位面积的使用率较高，各也减少输油管道的长度，安全性与维护费用进一步降低；该平台的结构得到了优化，其浮运到海上区域后只需要少量的组装和加固工作量，从而减少海上平台施工的难度和海上运装设备的投入，缩短了施工周期，从而大幅降低建造成本，结构简单、可靠性高，适用于海洋领域油气开采工作；

2.本发明所述的一种海水立体油罐平台，通过采用顶压杆是通过横向连接水下油罐和桩柱或浮力筒，顶压杆在水平方向能够伸缩，便于与桩柱或浮力筒相互安装，为了适应桩柱或浮力筒的形状，该顶压杆的端部呈内凹圆弧形状，该结构能够与桩柱或浮力筒的圆柱面固定配合，通过u型结构落件螺栓连接，以便于拆卸；

3.本发明所述的一种海水立体油罐平台，将水下油罐的底部设计为内凹形状，同时水上油罐的底部也可以设计为内凹的形状，该底部内凹形状设计即水下油罐或水上油罐的底部中心向内拱起，其作用在于能够将罐体底部所受的海水压力及罐自重压力、罐体内液体的压力，分解传到罐体边缘，增强水上油罐和水下油罐使用可靠性；

4.本发明所述的一种海水立体油罐平台，将支撑架设计为中间中空结构，该中空结构对应水上油罐底部，该支撑架通过横梁或梁箱及加强梁交错连接组成框架，由于水上油罐的底部设计为内凹的结构，则底部中间则不会与支撑架表面相互接触，那么将支撑架的中间部分做成中空结构，不仅可以满足要求，而且还可以节约成本；

5.本发明所述的一种海水立体油罐系统，包括若干个一种海水立体油罐平台，所有所述海水立体油罐平台相互并联连接，形成一个排状或阵列状的海水立体油罐系统；

6.本发明所述的一种海水立体油罐平台的建造方法，通过先将桩柱或浮力筒浮运至待安装位置，然后在桩柱或浮力筒上设置位于海平面以下的水下油罐，再安装海平面以上的水上油罐，最后将水下油罐和水上油罐通过管道相互连通，其实现了水下油库的建造；该建造方法能够减少海上平台施工的难度和海上运装设备的投入，缩短了施工周期，从而大幅降低建造成本，该建造方法施工简单、可靠性高，适用于海洋领域油气开采工作。

附图说明

利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的一种海水立体油罐平台的总体布局图；

图2是本发明的一种海水立体油罐平台的连接原理图；

图3是图1中本发明的一种海水立体油罐平台中水上油罐和支撑架连接的俯视图；

图4是本发明的一种海水立体油罐平台中的水下罐体顶压杆安装前的状态；

图5是本发明的一种海水立体油罐平台中的水下罐体顶压杆安装后的状态；

图6为实施例2中的一种海水立体油罐系统的结构示意图；

图7为一种海水立体油罐系统的水下油库的几种不同形状示意图；

图8为一种海水立体油罐系统的水下油库的桩柱采用群桩的示意图；

图中标记：

1、天台，2、上立柱，3、水上油罐，4、支撑架，5、海平面，6、桩柱或浮力筒，7、水下油罐，8、顶压杆，9、调压仓，10、重力锚，11、海底。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-3所示，一种海水立体油罐平台，包括连接在海底11的至少三个桩柱或浮力筒6，还包括连接在所有所述桩柱或浮力筒6之间的水下油罐7，以及设置在所有所述桩柱或浮力筒6顶部的支撑架4，所述支撑架4上方设置有水上油罐3，所述水下油罐7上连接有若干个锚固在海床或海底11的重力锚10，所述水下油罐7位于海平面5以下，所述水上油罐3位于海平面5以上，所述水下油罐7和水下油罐7的腔体相互连通。

具体的，如图2所示，上述水上油罐3、水下油罐7通过管道连接，管道之间设置有开关阀门；水下罐体的各单元之间通过管道连接，并且管道之间设置开关阀门；所述的罐体分别设置有入油管道及出油管道、油泵等；所述的罐体分别设置有人孔及检修通道；所述的水上罐体设置有泡沫发生器、阻火阀、呼吸阀、安全阀、保温层、可靠的接地线等；油罐单元的连通管道之间设置有紧急开关阀门。根据海底11环境，可使用空心筒墩结合桩柱或浮力筒6或摩擦桩等桩柱或浮力筒6方式，由一层或更多层的连接横梁或梁箱相互固定连接。

如图4-5所示，上述的水下油罐7活动连接在所述桩柱或浮力筒6上。具体的，水下油罐7通过若干个顶压杆8以可拆卸的方式连接在对应每个所述桩柱或浮力筒6上。该顶压杆8是采用现有的顶压杆8，通过横向连接水下油罐7和桩柱或浮力筒6，进一步的，该顶压杆8在水平方向能够伸缩，便于与桩柱或浮力筒6相互安装，安装后，顶压杆8不会缩回从而实现固定连接；为了适应桩柱或浮力筒6的形状，该顶压杆8的端部呈内凹圆弧形状，该结构能够与桩柱或浮力筒6的圆柱面固定配合，通过u型结构落件螺栓连接以便于拆卸。

特别的，将水下油罐7的顶部位于海平面5以下2-5米的深度，该深度的海水受到海平面风浪的袭击和扰动已经比较小了，满足使用要求，而且也便于水下维护需要，能够提高水下油罐7的安全性和稳定性。

为了便于水下油罐7的安装，在水下油罐7内设有调压仓9，该调压仓9将水下油罐7的腔体分为两个腔体单元，水下油罐7上设有能够对调压仓9所在的腔体单元内充水或排水的排水注水系统。调压仓9的作用是利用充水或排空调节下罐体的在储油或空罐状态时，重力与浮力的平衡。

同时，还将水下油罐7的底部为内凹形状，同时水上油罐3的底部也可以设计为内凹的形状，该水下油罐7和水上油罐3底部内凹形状设计即水下油罐7或水上油罐3的底部中心向内拱起，其作用在于能够将罐体底部所受的海水压力及罐自重压力、罐体内液体的压力，分解传到罐体边缘，增强水上油罐3和水下油罐7使用可靠性。

同时水上油罐3的顶部结构还可以设计为弧顶结构设计，使其具有良好的强度和施工便利。特别的，水上油罐3的罐体首选的为预应力混凝土结构，钢制内衬并做防腐处理；水下油罐7的罐体首选的为钢结构，外部涂覆油漆进行防腐处理。该水下罐体形状为圆柱体(大体似蛋形)结构，使其在水体较深时外部形状大体呈圆柱体，而水体较浅时纵截面呈椭圆形，且下油罐完全没于海面以下。

上述的支撑架4为中间中空结构，如图3所示，该中空结构对应所述水上油罐3底部，该支撑架4作为水上油罐3的承载平台，通过横梁或梁箱及加强梁交错连接组成框架，由于水上油罐3的底部设计为内凹的结构，则底部中间则不会与支撑架4表面相互接触，那么将支撑架4的中间部分做成中空结构，不仅可以满足要求，而且还可以节约成本。

支撑架4上还设有位于所述水上油罐3外周的若干个上立柱2，所有所述上立柱2顶部设置有用于作业设施建造用途或游轮补给中转码头的天台1。该天台1作为透水平台，目的在于提供一个可供作业的或者建造相关设施的平台。

该桩柱或浮力筒6、筒墩、梁箱、横梁等采用预应力混凝土结构，或预应力混凝土结构与钢制结构结合。

该一种海水立体油罐平台，通过在桩柱或浮力筒6上设置位于海平面5以下的水下油罐7和位于海平面5以上的水上油罐3，其中水下油罐7和水上油罐3通过管道相互连通，其实现了水下油库的建造，将水下油罐7设置在海平面5以下，能够减少水下油罐7遭受海平面5风浪的袭击和扰动，其水下油库的安全性相对来说更高，而且还具有较强的隐蔽性；同时采用空间竖向设置的油罐，其设施占地建造面积大幅减少，单位面积的使用率较高，各也减少输油管道的长度，安全性与维护费用进一步降低；该平台的结构得到了优化，其浮运到海上区域后只需要少量的组装和加固工作量，从而减少海上平台施工的难度和海上运装设备的投入，缩短了施工周期，从而大幅降低建造成本，结构简单、可靠性高，适用于海洋领域油气开采工作。

实施例2

如图6所示，本实施例2还提供了一种海水立体油罐系统，包括若干个如实施例1中的一种海水立体油罐平台，所有海水立体油罐平台相互并联连接，形成一个排状或阵列状的海水立体油罐系统。该海水立体油罐系统包括若干个海水立体油罐平台相互并联形成，以形成排状或阵列状的海水立体油罐系统，能够有效满足实际海底11油气开发的需要和油气存储需要，以及方便施工及有效利用水域。其中两个平台相邻连接位置可以共用桩柱或浮力筒6。

该海水立体油罐系统基本结构及建造方法与实施例1类似，相同部分在此不再赘述。

实施例3

本发明还提供了一种海水立体油罐平台的建造方法，即实施例1中一种海水立体油罐平台的建造方法，包括以下步骤：

步骤一、安装桩柱或浮力筒6，将平台所需要的所有所述桩柱或浮力筒6浮运到现场，将所有所述桩柱或浮力筒6打入海底11并固定，并在所述桩柱或浮力筒6位于海平面5以上的部分安装好支撑架4，将所有所述桩柱或浮力筒6相互连接；

步骤二、安装水下油罐7，先将重力锚10浮运到至平台下，先安装水下重力锚10及预留锚链，后将水下油罐7浮运到至平台下，伸出顶压杆8，至桩柱或浮力筒6表面即停，然后灌水下沉水下油罐7并连接海底的重力锚链，调校锚链长度后再抽干水下油罐7腔体内水，上升并拉紧锚链，完成安装；也可以逆程序拆卸浮运移动；

步骤三、安装水上油罐3，将水上油罐3固定连接在所述支撑架4上；

步骤四、连接管路，将水下油罐7和水上有通过管路相互连通，并连接所需要的入油管道、出油管道、油泵及若干开关阀门，完成该海水立体油罐平台的建造。

上述的步骤二和步骤三可以同时进行，也可以先实施安装水上油罐3，再安装水下油罐7，根据需要而定，以节约施工周期。

上述的支撑架4由横梁或梁箱及加强梁组成，与筒墩或桩柱或浮力筒6相互连接，该桩柱或浮力筒6或筒墩采用预应力混凝土预制；该桩柱或浮力筒6总体来说是采用浮运的方式运到建设现场连接，并浇灌混凝土加固；以上所述的筒墩或桩柱或浮力筒6，根据规划海域的水深及海底11的地质结构，打入至少三个地桩，用筒墩结构的支柱，或打入桩柱或浮力筒6；具体采用千斤顶等设备，使设置于下油罐上的若干个，如四个桩柱或浮力筒6则采用四个顶压杆8水平方向伸出，固定于桩柱或浮力筒6，并固定顶压杆8，使其不能自由缩回，目的在于限制下油罐的自由度；给浮运到预定位置的水下油罐7通过排水注水系统将调压仓9内注水，使其下沉到一定高度，利用重力锚10进行固定，目的在于限制下油罐在垂直方向上的自由度。

本发明所述的一种海水立体油罐平台的建造方法，通过先将桩柱或浮力筒6浮运至待安装位置，然后在桩柱或浮力筒6上设置位于海平面5以下的水下油罐7，再安装海平面5以上的水上油罐3，最后将水下油罐7和水上油罐3通过管道相互连通，其实现了水下油库的建造；该建造方法，将水下油罐7设置在海平面5以下，能够减少水下油罐7遭受海平面5风浪的袭击和扰动，其水下油库的安全性相对来说更高，而且还具有较强的隐蔽性；同时采用空间竖向设置的油罐，其设施占地建造面积大幅减少，单位面积的使用率较高，各也减少输油管道的长度，安全性与维护费用进一步降低；该平台的结构得到了优化，其浮运到海上区域后只需要少量的组装和加固工作量，从而减少海上平台施工的难度和海上运装设备的投入，缩短了施工周期，从而大幅降低建造成本，该建造方法施工简单、可靠性高，适用于海洋领域油气开采工作。本发明还通过突破水下油罐7重力与浮力的平衡问题，达到了使用海上大型吊装设备少，施工周期短，成本低的优点。

以上所述的桩柱或浮力筒，在实际的使用过程中，可改成浮力筒+群桩+水下混凝土人造基岩+浮力筒底部正锥体和水下混凝土反锥体的浮力筒及其海底固定系统，或类似跨海大桥的桥墩+群桩等跨海大桥基础。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。