本实用新型涉及海洋石油开发工程技术领域，具体而言，特别涉及一种深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统。
背景技术：
目前应用于海上石油开发工程中的主要储油设施包括浮式生产储卸油装置(FPSO)、重力式沉箱、海底储油罐及浮式储卸油船(FSO)。海上储油设施通常采用干式或湿式储油模式，其中干式储油通过油气置换方法实现，湿式储油通过油水置换方法实现。
油水置换(即湿式储油)是指将原油和压载水存储在同一个水下储油舱室中，根据油水不相溶且油的密度低于水的物理原理，油和水自然形成一个油水界面将油和水隔离。注油时，原油以较低的速度通过油管路从舱顶注入初始时充满海水的储油舱，油浮在水的上面，同时形成油水界面，海水则从油舱底部被缓慢排出储油舱；卸油时，从舱顶抽取原油，由于储油舱底部的海水直接或间接地与外界海水连通，海水通过注水管从舱底进入储油舱以占据排出的原油让出的空间。在进油排水和进水排油的储卸油过程中，油水界面上下移动，不断调整舱内原油和海水的相对体积，使储油舱始终保持充满液体的状态而没有气体。油水置换技术可以显著降低水下储油成本，并且可以避免传统干式油气置换储油中原油挥发可能造成燃烧爆炸事故的风险。该技术自1960年被美国California石油公司成功应用于墨西哥湾的Eugene项目以来，被多家国外石油公司成功应用于波斯湾、北海、加拿大等诸多海上油田。
油气置换(即干式储油)需要配套设计与储油容积相当的压载水舱，因而大大增加了深海浮式海洋平台的体积(排水量)和造价，以2018年即将在挪威海投入生产的深海桁架立柱式生产储卸油平台Aasta Hansteen为例，该平台采用干式储油，储油量2万方，其排水量却达到10万吨以上。设计一套适合于深海桁架立柱式生产平台、安全可靠、工程可行、环境友好和经济高效的油水置换系统，从而大大降低桁架立柱式生产储卸油平台的总体造价，是本实用新型最基本的出发点。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本实用新型需要提供一种深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统，该深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统可以节省平台主体结构用钢量，降低平台主体的建造成本；降低平台系泊系统的载荷，节省系泊系统成本；可以最大限度地降低油水置换排出海水的水中含油率，满足最严格的海洋环保要求。
根据本实用新型的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统，包括：平台硬舱，所述平台硬舱上设有由上至下贯通的平台中央井，在所述平台中央井的侧壁与所述平台硬舱的外周壁之间、由上至下被间隔成多个环形腔室，一个位于所述平台硬舱下部的所述环形腔室通过沿上下方向布置的圆筒形的隔板间隔开，并构造成位于所述圆筒形隔板内侧的一级油水置换舱和位于所述圆筒形隔板外侧的二级油水分离舱；注油泵，所述注油泵通过注油管与所述一级油水置换舱的上部连通；注水管，所述注水管与所述一级油水置换舱的底部连通；卸油泵，所述卸油泵通过卸油管与所述一级油水置换舱的上部连通；排水管，所述排水管与所述二级油水分离舱的底部连通；内循环水管，所述内循环水管的一端与所述一级油水置换舱的底部连通，所述内循环水管的另一端与所述二级油水分离舱的顶部连通；油水分离器，所述油水分离器设在所述排水管上，一端通过排水管与所述二级油水分离舱的底部连通，另一端通过排水管在平台中央井内与大海连通。
根据本实用新型的实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统，设计了三级的油水分离系统来实现油水置换，包括一级的油水置换舱、二级的油水分离舱、和三级的油水分离器，最大限度的降低油水置换对海洋环境可能的不利影响，甚至可以达到零污染排放。
另外，根据本实用新型上述实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统还可以具有如下附加的技术特征：
根据本实用新型的一个实施例，所述注水管上设有滤水器。
根据本实用新型的一个实施例，所述滤水器设在临近所述平台硬舱上部的一个所述环形腔室内。
根据本实用新型的一个实施例，所述油水分离器设在临近所述平台硬舱上部的一个所述环形腔室内。
根据本实用新型的一个实施例，紧临所述一级油水置换舱且位于所述一级油水置换舱上方的环形腔室具有进出水口，以构造成可变压载舱。
根据本实用新型的一个实施例，所述平台硬舱与平台上部模板连接，所述注油泵和所述卸油泵与所述平台上部模板的甲板相连。
根据本实用新型的一个实施例，所述注油泵和所述卸油泵与所述平台硬舱的顶部相连。
根据本实用新型的一个实施例，所述注油泵和所述卸油泵设在临近所述平台硬舱上部的一个所述环形腔室内。
根据本实用新型的一个实施例，所述平台硬舱的下端连接有桁架。
根据本实用新型的一个实施例，所述圆筒形的隔板与所述平台硬舱的外周壁之间通过连接支撑件连接。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1是根据本实用新型的实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统的结构示意图。
图2是根据本实用新型的实施例的一级油水置换舱和二级油水分离舱布置图。
图3是根据本实用新型的实施例的立体结构示意图。
图4是根据本实用新型的实施例的一级油水置换舱和二级油水分离舱装载示意图。
附图标记：
平台硬舱10；注油泵20；注水管30；卸油泵40；排水管50；内循环水管60；油水分离器70；平台中央井11；环形腔室12；圆筒形隔板13；注油管14；卸油管15；一级油水置换舱101；二级油水分离舱102；滤水器80；可变压载舱90；平台上部模板91；桁架92；支撑件93。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-4所示，根据本实用新型的实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统100，包括：平台硬舱10、注油泵20、注水管30、卸油泵40、排水管50、内循环水管60、油水分离器70。
具体而言，平台硬舱10上设有由上至下贯通的平台中央井11，在平台中央井11的侧壁与平台硬舱10的外周壁之间、由上至下被间隔成多个环形腔室 101，一个位于平台硬舱10下部的环形腔室12通过沿上下方向布置的圆筒形的隔板13间隔开，并构造成位于圆筒形隔板13内侧的一级油水置换舱101 和位于圆筒形隔板13外侧的二级油水分离舱102。其中，一级油水置换舱101 为整个深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统100的主要储油空间。
注油泵20通过注油管14与一级油水置换舱101的上部连通。注水管30 与一级油水置换舱101的底部连通。卸油泵40通过卸油管15与一级油水置换舱101的上部连通。排水管50与二级油水分离舱102的底部连通。内循环水管60的一端与一级油水置换舱101的底部连通，内循环水管60的另一端与二级油水分离舱102的顶部连通。油水分离器70设在排水管50上，一端通过排水管50与二级油水分离舱102的底部连通，另一端通过排水管50在平台中央井11内与大海连通。
根据本实用新型的实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统100，设计了三级的油水分离系统来实现油水置换，包括一级的油水置换舱101、二级的油水分离舱102、和三级的油水分离器70，最大限度的降低油水置换对海洋环境可能的不利影响，甚至可以达到零污染排放。
进一步地，根据本实用新型的实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统100还具有以下优点；首先，本实用新型与采用干式储油方案的桁架立柱式生产储卸油平台相比，节省了其所需的调载压载水舱，该压载舱的容量需要与平台储油容积相当，因此，油水置换技术省去该调载压载舱结构用钢，降低平台硬舱排水量；其次，采用油水置换方案的储油舱内外压差比干式储油方案大大降低，从而降低储油舱结构用钢；再次，平台主尺度的减小使得平台遭受的海洋环境载荷显著降低，包括波浪载荷和海流载荷，从而降低平台系泊系统的承载要求，也就降低了系泊系统尺寸和采购成本。
如图1、图3所示，根据本实用新型的一个实施例，注水管30上可以设有滤水器80。由此，可以使更洁净的水进入到一级油水置换舱101内。优选地，滤水器80设在临近平台硬舱10上部的一个环形腔室内12。由此，可以避免滤水器80暴露在外，提高滤水器80的可靠性，延长滤水器80的使用寿命。同理，可选地，油水分离器70可以设在临近平台硬舱10上部的一个环形腔室12内。
油与水密度差造成的重量变化可以通过调整一级油水置换舱周边的可变压载舱内的压载水得以补偿，由此，紧临一级油水置换舱101且位于一级油水置换舱101上方的环形腔室12可以具有进出水口，以构造成可变压载舱90。
根据本发明的一个实施例，平台硬舱10与平台上部模板91连接，注油泵 20和卸油泵40可以与平台上部模板91的甲板相连。可以理解的是，注油泵 20和卸油泵40的布置方式并不限于此，根据本实用新型的一个实施例，注油泵20和卸油泵40与平台硬舱10的顶部相连。可选地，注油泵20和卸油泵40可以设在临近平台硬舱10上部的一个环形腔室12内。
根据本实用新型的一个实施例，平台硬舱10的下端连接有桁架92。可以理解的是，圆筒形的隔板13与平台硬舱10的外周壁之间通过连接支撑件93 连接。
可以理解的是，根据本实用新型的实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统100，注油泵20和卸油泵40布置在平台上部模块的甲板上或者可以布置在平台硬舱10顶部甲板，也可以布置在平台主体的空舱即平台硬舱10内。注水时的滤水器80和排水时的油水分离器70布置在平台硬舱10 上部环形腔室12内。平台硬舱10底部设计一级油水置换舱101和二级油水分离舱102，一级油水置换舱101和二级油水分离舱102可以通过内循环水管60 联通；二级油水分离舱102可以连接油水分离器70。注油前，水占据一级油水置换舱101全部空间；注油时，使用注油泵20将原油或凝析油通过注油管 14灌入一级油水置换舱101顶部，同时形成油水界面，海水则从一级油水置换舱101底部被缓慢排入二级油水分离舱102，海水再经排水管50联通到三级的油水分离器70，通过以上三级油水置换储油流程，排出海水的水中含油率可以满足最严格的海洋环保要求。卸油时，从一级油水置换舱101顶部抽取原油或凝析油，海水通过注水管30从一级油水置换舱101底部进入，以占据排出的原油让出的空间。在进油排水和进水排油的储卸油过程中，油水界面上下移动，使储油舱(一级油水置换舱101)始终保持充满液体的状态。
根据本实用新型的实施例的深海桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统100，是一种针对桁架立柱式生产储卸油平台油水置换系统的设计，本发明油水置换系统可以克服现有技术的不足，节省传统干式储油方法所需的大容量压载水舱，减小水下储油舱内外压力差，节省平台主体结构用钢量，降低平台主体的建造成本；同时，可以减小平台的主尺度，有效降低平台所受波浪载荷及海流载荷，进而降低平台系泊系统的载荷，节省系泊系统成本；本发明基于桁架立柱式平台独特的几何特性提出三级油水置换系统设计方案，可以最大限度地降低油水置换排出海水的水中含油率，满足最严格的海洋环保要求。
如图1-4所示，本实用新型的一个实施例中，可以将平台硬舱10最底部的舱(环形腔室12)作为一级油水置换舱101，也就是储油舱，中央井11的侧壁、平台硬舱10的内壳和平台硬舱10的水平水密舱壁形成舱室作为储油舱；位于储油舱上部的舱室设计为可变压载舱90。一级油水置换舱101外侧被环形的双层壳结构包围，再加上平台硬舱10径向舱壁和平台硬舱10的水平水密舱壁形成四个舱室，将其中一个或多个作为二级油水分离舱102，其它的舱室作为次级可变压载舱。位于平台硬舱10最上层舱室的油水分离器70组成三级油水分离系统，是储油舱置换水排海前最后一道水质检测和处理系统。
注油管14和卸油管15布置于平台中央井11的外壁上，注油管14和卸油管15的顶部分别连接到上部模块的注油泵20和卸油泵40，注油管14和卸油管15的下端延伸到一级油水置换舱101顶部；注水管30连接外界海水和滤水器80，注水管30顶端连接滤水器80，底部延伸到一级油水置换舱101底部；排水管50连接外界海水和油水分离器70，排水管50顶部连接到油水分离器 70，底部延伸到二级油水分离舱底102部；一级油水置换舱101和二级油水分离舱102通过内循环水管60联通，一端置于一级油水置换舱101底部，另一端置于二级油水分离舱102顶部。
注油时，注油泵20通过注油管14将处理过的凝析油缓慢注入一级油水置换舱101顶部，油水接触后，自然形成油水界面将上层的油和下层的水隔离。同时，一级油水置换舱101的水从舱底部通过内循环水管60灌入二级油水分离舱102的顶部，二级油水分离舱102底部的水通过排水管50联通到油水分离器70。油水分离器70带有水质检验装置，当水质满足直接排放要求时，排放的水不需要经过三级油水分离器70，直接通过排水管50排入海中；当水质不满足直接排放要求时，排放的水经过油水分离器70处理后再排入海中。图 4展示了一级油水置换舱101已经注入一半原油时的状态，注油时注意监测油水界面位置，并保证油水界面距离注水管和内循环水管底部保持一定的安全距离。
卸油时，卸油泵40将原油通过位于一级油水置换舱101的卸油管15传输到外输油轮，同时，海水通过注水管30、滤水器80注入到一级油水置换舱101 底部。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。