专利名称：一种具有系泊功能的水面储油装置及其安装方法
技术领域：
本发明涉及一种储油装置及其安装方法，特别是关于一种具有系泊功能的水面储油装置及其安装方法。
背景技术：
随着近海油田陆续进入稳产与衰退期，开发深水与边际油田已势在必行。目前我国面临的现实问题是深水油田离岸较远，且无成熟海底管网依托，油田运营对于FPSO的依赖性较强；而一些孤立的边际油田规模较小，其简易生产平台又不具备较大的储油功能，产出原油依靠海管远输上岸并不具有经济性，因此有必要建立海上储油设施。可见开发深水边际油田时的海上储油解决方案，对于规模不大的深水边际油田的开发将具有重要的工程实用价值。目前海上储油主要分为水上、水面与水下三种方式。I)水上储油，即储油罐置于固定平台之上，如埕北油田，这种方式储油量小，工程造价高，仅适用于浅水和产量较小的油田。2)水下储油，储油罐设置于海底或水下，如北海的Gullfahs C混凝土平台，由于容量大，与火源雷电相隔离，安全性较好，且避开了风与表面波浪的影响，恶劣海况下油田仍可以连续生产。其不足之处在于对海底土壤特性与平整度的要求较高，当海床底部有岩石或起伏较大时，结构安全难以满足要求，此外结构材料用量大，且不可回收，仅适用于储量较大的油田；水下修理维护也存在巨大困难。3)水面储油机动灵活，可回收，应用也最为广泛，但面临三个难点问题一是原油装卸载过程排水量变化较大，需要随时调整压载，此外稳性安全也存在隐患；二是若采用大水线面浮体，则容易受环境载荷的影响，若采用深吃水浮体，为克服内外部的压差，浮体需做大量加强结构，材料用量又明显提升；三是储油舱与空气相接触，防火与防暴难度大；因此水面储油需要有效解决以上三个方面的难点问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种储油量大，安全稳定性好，且具有一定的防火与防爆功能，安装维修方便、可回收，工程造价低，适用水深范围广的具有系泊功能的水面储油装置及其安装方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于它包括储油罐、系泊系统、外输系统和输油系统；所述储油罐包括浮力舱、储油舱和压载舱；所述浮力舱设置在所述储油舱的顶部，所述压载舱的直径小于所述储油舱的直径，所述压载舱设置在所述储油舱的底部，所述浮力舱与所述储油舱之间，以及所述压载舱与所述储油舱之间均采用水密焊接舱壁相隔；所述储油舱的上部侧壁上设置有顶部进油口，所述顶部进油口下方的所述储油舱内设置有上隔油板，所述上隔油板的中部设置有进油孔，所述进油孔的下部密封连接油膜，所述油膜的下端设置有下隔油板；所述油膜的内部上下间隔设置有若干隔油内环，所述油膜的外部上下间隔设置有若干隔油外环；所述隔油外环上间隔设置有若干通孔；所述上隔油板底部的油膜周向间隔竖向设置有若干导轨，各所述导轨穿过各个所述隔油外环上的所述通孔；所述上隔油板的下方、所述储油舱的侧壁上间隔设置有若干顶部进水口 ；所述储油舱底部间隔设置有若干底部进水口 ；所述系泊系统包括系泊浮筒，所述系泊浮筒的上部通过连接锚链连接所述压载舱；所述系泊浮筒的下部连接若干条系泊缆绳，所述系泊缆绳的末端设置有抓力锚；所述外输系统包括设置在所述浮力舱内顶部的油管转向接头、外顶部的回转接头；一条输油硬管的一端通过所述回转接头和油管转向接头穿过所述浮力舱进入到所述储油舱内部，所述输油硬管的另一端连接一条外输输油软管，所述外输输油软管连接靠船浮筒；所述靠船浮筒还通过系泊缆连接所述回转接头；所述输油系统包括输油软管，所述输油软管的一端连接海底采油系统，另一端通过所述系泊浮筒连接输油硬管，所述输油硬管设置在所述储油舱的外壁，所述输油硬管的另一端通过所述顶部进油口插入所述储油舱内。所述浮力舱和储油舱均为钢制双层壳水密圆柱体焊接结构，所述浮力舱的外径和内径对应与所述储油舱的外径和内径相同；所述压载舱为单层舱室，所述压载舱上设置有进水口，所述压载舱内部装有铁块或混凝土。所述浮力舱的顶部和所述储油舱的侧壁均设置有人孔；所述浮力舱的舱壁之间设有环向横梁与径向纵骨加强结构。所述隔油板为金属板；所述隔油内环和隔油外环的密度介于水与原油之间。所述系泊浮筒由钢板和合成泡沫组成；所述系泊缆由聚酯纤维组成；所述靠船浮筒的侧壁设置有木质或橡胶材料的防碰结构。上述一种具有系泊功能的水面储油装置的安装方法，其包括以下步骤1)完成抓力锚与系泊缆绳的预安装，系泊缆绳用临时浮筒固定；2)储油罐建造完成后，关闭储油舱的底部进水口，并通过顶部进水口向储油舱内注水至半满状态；然后关闭顶部进水口 ；3)采用主拖轮和副拖轮对储油罐与系泊浮筒进行拖航；4)抵达安装地点后，首先采用安装船进行系泊浮筒与系泊缆绳的连接，在系泊缆绳的重力作用下系泊浮筒将自动下潜至固定深度，之后进行靠船浮筒、系泊缆与外输输油软管的安装，最后完成水下立管的连接；5)通过外输输油软管和输油硬管向储油舱内注入少量原油，并打开储油舱的顶部进水口和底部进水口，储油舱继续下沉，直至储油舱内所有空气从顶部进水口被完全排出，关闭顶部进水口 ；6)进行储油工作时，原油将向下推动下隔油板，下隔油板带动油膜向下滑动，使得海水由底部进水口排出；当处于外输工况时，外输油轮与靠船浮筒对接即可进行系泊与输油，油膜内原油量减少，海水又从底部进水口进入到储油舱中，下隔油板带动油膜向上滑动；7)回收作业时，采用水下机器人割断储油罐与系泊浮筒之间的连接锚链，采用拖轮将储油罐拖至船坞内，即可完成结构的修理以及油膜的更换。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明的储油罐包括最上部的浮力舱，中部的储油舱和最下部设置的压载舱，储油罐位于水上的部分较小，使得结构受风力作用较小，而深吃水结构也有利于降低波浪载荷的影响。2、本发明储油舱的上部设置有顶部进油口和顶部进水口，下部设置有底部进水口，引入油水置换工艺，即利用进油排水、进水排油的流程使储罐始终保持充满液体状况，有效克服自由液面的影响，吃水变化量较小，无需调整压载，因此不需专人负责看护，结构重心始终在浮心以下，具有无条件稳定性，同时可以降低内外部的压差，无需做大量加强结构，使整体材料用量得以有效控制。3、本发明的储油舱包括上隔油板和下隔油板、隔油内环和隔油外环、油膜、以及隔油环导轨，隔油环与下隔油板的使用，可大量降低油膜的使用面积，储油与外输过程中，下隔油板上下浮动，并带动隔油环与油膜沿隔油环导轨上下滑动，采用隔油环导轨可以约束油膜的运动，在进行油水置换过程中有效提高结构的稳定性。4、本发明系泊系统采用半约束的形式，系泊浮筒与主体间采用锚链进行连接，即系泊缆不必承受由于储罐吃水位置改变以及横纵摇运动导致的系泊张力，仅用来控制储罐的水平偏移运动。5、本发明的油舱始终位于水下，与空气向隔离，具有一定的防火与防爆功能。本发明适用水深范围广、安装维修方便、可回收，结构吃水深，受环境载荷的影响较小；系统采用油水置换工艺，可自动调整压载，且无需专人看护；储油舱始终位于水面以下，防火与防暴性能好；系泊系统采用半约束半自由的形式，安装简单且容易回收；非常适用于深水与边际油田原油的储存与外输。
图1是本发明储油装置内部结构示意2是本发明隔油内环和隔油外环与油膜连接方式示意3是本发明隔油外环示意4是本发明隔油内环示意5是本发明拖航状态示意6是本发明安装状态示意7是本发明储油状态示意8是本发明外输状态示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明装置包括储油罐，储油罐包括一个或一个以上的浮力舱1、一个储油舱2和一个压载舱3 ;本发明装置还包括一套系泊系统4、一套外输系统5和一套输油系统6。如图1所示，本发明的浮力舱1、储油舱2和压载舱3均为圆柱体结构，浮力舱I的外径和内径分别对应与储油舱2的外径和内径相同，且舱壁均为钢制双层壳水密圆柱体焊接结构，内层板与外层板均为水密钢板焊接，内外层板间距为一米，浮力舱I设置在储油舱2的顶部，两者之间采用水密焊接舱壁相隔。压载舱3为单层舱室，压载舱3的直径小于储油舱2的直径，压载舱3设置在储油舱2的底部，压载舱3与储油舱2之间也采用水密焊接舱壁相隔。如图1所示，本发明浮力舱I的顶部开有人孔，浮力舱I的舱壁之间设有环向横梁与径向纵骨等加强结构。如图1所示，本发明储油舱2的上部侧壁上设置有顶部进油口 21，顶部进油口 21下方的储油舱2内设置有上隔油板22，上隔油板22的中部设置有进油孔，进油孔的下部密封连接油膜23，通过顶部进油口 21输入的原油进入油膜23，油膜23的下端设置有下隔油板24。如图1、图2、图3、图4所示，油膜23的内部上下间隔设置有若干隔油内环25，油膜23的外部上下间隔设置有若干隔油外环26 ;隔油外环26上间隔设置有若干通孔27 (如图3所示);上隔油板22底部的油膜23周向间隔竖向设置有若干导轨28，各导轨28穿过各个隔油外环26上的通孔27。油膜23通过隔油外环26能够沿隔油环导轨28上下伸缩运动。上隔油板22的下方、储油舱2的侧壁上间隔设置有若干顶部进水口 29。储油舱2底部间隔设置有若干底部进水口 210。储油舱2的侧壁开有人孔。隔油板22为金属板，隔油内环25和隔油外环26的密度介于水与原油之间。当处于储油状态时，原油将向下推动下隔油板24，使得海水由底部进水口 210排出；而当处于外输工况时，油膜23内原油量减少，海水又从底部进水口 210进入到储油舱2中，油膜23带动下隔油板24向上滑动。如图1所示，本发明压载舱3为单层舱室，设有进水口，与外部海水相连通。压载舱3体积小，内部装的是铁块或混凝土，用于降低平台重心位置。如图1所示，本发明系泊系统4包括系泊浮筒41，系泊浮筒41的上部通过连接锚链42连接压载舱3 ;系泊浮筒41的下部连接若干条系泊缆绳43，系泊缆绳43的末端设置有抓力锚44 (如图5所示)。系泊浮筒41由钢板和合成泡沫组成，并采用半约束半自由的形式，即水中系泊缆绳43的全部重量由水下系泊浮筒41所承受，系泊系统4仅约束储油罐的大位移水平向运动，但不约束储油罐的垂荡与摇摆运动。系泊浮筒41的净浮力由缆绳结构、根数、系泊水平辐射距离、以及立管悬浮段重量所决定，当悬挂缆绳与立管之后，系泊浮筒41的将自动悬浮于水中固定深度。如图1所示，本发明外输系统5包括设置在浮力舱I内顶部的油管转向接头51，夕卜顶部的回转接头52，一条输油硬管53的一端通过回转接头52和油管转向接头51穿过浮力舱I进入到储油舱2内部，输油硬管53的另一端连接一条外输输油软管54，外输输油软管54连接靠船浮筒55 ;回转接头52通过系泊缆56连接靠船浮筒55。其中系泊缆56由聚酯纤维组成，靠船浮筒55的侧壁有木质或橡胶材料的防碰结构。如图1所不,本发明输油系统6包括输油软管61,输油软管61的一端连接海底米油系统，另一端通过系泊浮筒41连接输油硬管62，输油硬管62设置在储油舱2的外壁，输油硬管62的另一端通过顶部进油口 21插入储油舱2内。本发明储油装置的安装方法包含如下步骤I)如图5所示，完成抓力锚44与系泊缆绳43的预安装，之后系泊缆绳43用临时浮筒7固定。2)储油罐建造完成后，关闭储油舱2的底部进水口 210，并通过顶部进水口 29向储油舱2内注水至半满状态，用以增加结构吃水，并提高浮筒稳性；然后关闭顶部进水口 29。3)采用主拖轮8和副拖轮9对储油罐与系泊浮筒41进行拖航，其中主拖轮8用于提供动力，而副拖轮9用于控制储油罐与系泊浮筒41之间的距离，防止碰撞。4)如图6所示，结构抵达安装地点后，首先采用安装船10进行系泊浮筒41与系泊缆绳43的连接，在系泊缆绳43的重力作用下系泊浮筒41将自动下潜至固定深度，之后进行靠船浮筒55、系泊缆56与外输输油软管54的安装，最后完成水下立管的连接。5)通过外输输油软管54和输油硬管53向储油舱2内注入少量原油，并打开储油舱2的顶部进水口 29和底部进水口 210，储油舱2继续下沉，直至储油舱2内所有空气从顶部进水口 29被完全排出，关闭顶部进水口 29。此时储油罐与系泊浮筒41之间的连接锚链42处于松弛状态，即此时水中系泊缆绳43的全部重量由系泊浮筒41所承受，进入作业状态。6)如图7所示，进行储油工作时的状态，原油将向下推动下隔油板24，下隔油板24带动油膜23向下滑动，使得海水由底部进水口 210排出；如图8所示，而当处于外输工况时，外输油轮11与靠船浮筒55对接即可进行系泊与输油，油膜23内原油量减少，海水又从底部进水口 210进入到储油舱2中，下隔油板24带动油膜23向上滑动。7)回收作业时，采用水下机器人割断储油罐与系泊浮筒41之间的连接锚链42，采用拖轮将储油罐拖至船坞内，即可完成结构的修理以及油膜的更换。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，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。
权利要求
1.一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于它包括储油罐、系泊系统、外输系统和输油系统；所述储油罐包括浮力舱、储油舱和压载舱；所述浮力舱设置在所述储油舱的顶部，所述压载舱的直径小于所述储油舱的直径，所述压载舱设置在所述储油舱的底部， 所述浮力舱与所述储油舱之间，以及所述压载舱与所述储油舱之间均采用水密焊接舱壁相隔;所述储油舱的上部侧壁上设置有顶部进油口，所述顶部进油口下方的所述储油舱内设置有上隔油板，所述上隔油板的中部设置有进油孔，所述进油孔的下部密封连接油膜，所述油膜的下端设置有下隔油板；所述油膜的内部上下间隔设置有若干隔油内环，所述油膜的外部上下间隔设置有若干隔油外环；所述隔油外环上间隔设置有若干通孔；所述上隔油板底部的油膜周向间隔竖向设置有若干导轨，各所述导轨穿过各个所述隔油外环上的所述通孔；所述上隔油板的下方、所述储油舱的侧壁上间隔设置有若干顶部进水口 ；所述储油舱底部间隔设置有若干底部进水口；所述系泊系统包括系泊浮筒，所述系泊浮筒的上部通过连接锚链连接所述压载舱；所述系泊浮筒的下部连接若干条系泊缆绳，所述系泊缆绳的末端设置有抓力锚；所述外输系统包括设置在所述浮力舱内顶部的油管转向接头、外顶部的回转接头；一条输油硬管的一端通过所述回转接头和油管转向接头穿过所述浮力舱进入到所述储油舱内部，所述输油硬管的另一端连接一条外输输油软管，所述外输输油软管连接靠船浮筒；所述靠船浮筒还通过系泊缆连接所述回转接头；所述输油系统包括输油软管，所述输油软管的一端连接海底采油系统，另一端通过所述系泊浮筒连接输油硬管，所述输油硬管设置在所述储油舱的外壁，所述输油硬管的另一端通过所述顶部进油口插入所述储油舱内。
2.如权利要求1所述的一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于所述浮力舱和储油舱均为钢制双层壳水密圆柱体焊接结构，所述浮力舱的外径和内径对应与所述储油舱的外径和内径相同；所述压载舱为单层舱室，所述压载舱上设置有进水口，所述压载舱内部装有铁块或混凝土。
3.如权利要求1所述的一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于所述浮力舱的顶部和所述储油舱的侧壁均设置有人孔；所述浮力舱的舱壁之间设有环向横梁与径向纵骨加强结构。
4.如权利要求2所述的一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于所述浮力舱的顶部和所述储油舱的侧壁均设置有人孔；所述浮力舱的舱壁之间设有环向横梁与径向纵骨加强结构。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于 所述隔油板为金属板；所述隔油内环和隔油外环的密度介于水与原油之间。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于 所述系泊浮筒由钢板和合成泡沫组成；所述系泊缆由聚酯纤维组成；所述靠船浮筒的侧壁设置有木质或橡胶材料的防碰结构。
7.如权利要求5所述的一种具有系泊功能的水面储油装置，其特征在于所述系泊浮筒由钢板和合成泡沫组成；所述系泊缆由聚酯纤维组成；所述靠船浮筒的侧壁设置有木质或橡胶材料的防碰结构。
8.—种如权利要求1 7任一项所述具有系泊功能的水面储油装置的安装方法，其包括以下步骤O完成抓力锚与系泊缆绳的预安装，系泊缆绳用临时浮筒固定；2)储油罐建造完成后,关闭储油舱的底部进水口，并通过顶部进水口向储油舱内注水至半满状态；然后关闭顶部进水口 ；3)采用主拖轮和副拖轮对储油罐与系泊浮筒进行拖航；4)抵达安装地点后，首先采用安装船进行系泊浮筒与系泊缆绳的连接，在系泊缆绳的重力作用下系泊浮筒将自动下潜至固定深度，之后进行靠船浮筒、系泊缆与外输输油软管的安装，最后完成水下立管的连接；5)通过外输输油软管和输油硬管向储油舱内注入少量原油，并打开储油舱的顶部进水口和底部进水口，储油舱继续下沉，直至储油舱内所有空气从顶部进水口被完全排出，关闭顶部进水口；6)进行储油工作时，原油将向下推动下隔油板，下隔油板带动油膜向下滑动，使得海水由底部进水口排出；当处于外输工况时，外输油轮与靠船浮筒对接即可进行系泊与输油，油膜内原油量减少，海水又从底部进水口进入到储油舱中，下隔油板带动油膜向上滑动；7)回收作业时，采用水下机器人割断储油罐与系泊浮筒之间的连接锚链，采用拖轮将储油罐拖至船坞内，即可完成结构的修理以及油膜的更换。
全文摘要
本发明涉及一种具有系泊功能的水面储油装置及其安装方法，其特征在于它包括储油罐、系泊系统、外输系统和输油系统；储油罐包括上下设置的浮力舱、储油舱和压载舱；储油舱上部侧壁上设置顶部进油口，顶部进油口下方设置上隔油板，上隔油板中部设置进油孔，进油孔下部密封连接油膜，油膜下端设置下隔油板；油膜内部和外部上下间隔设置若干隔油内环和隔油外环；上隔油板底部竖向设置有若干导轨，各导轨穿过各隔油外环上的通孔；上隔油板下方的储油舱侧壁上设置有若干顶部进水口；储油舱底部设置有若干底部进水口；系泊系统包括连接压载舱的系泊浮筒；系泊浮筒的下部连接若干系泊缆绳；外输系统的输油管一端穿过浮力舱进入储油舱内部，另一端连接靠船浮筒；输油系统的输油管一端连接海底采油系统，另一端通过顶部进油口插入储油舱内。
文档编号B65D88/78GK103010615SQ201210574949
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者赵晶瑞, 谢彬, 喻西崇, 谢文会, 冯玮, 王世圣, 姜哲 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院