单柱式平台储卸原油的油水置换工艺的制作方法
【专利摘要】一种单柱式平台储卸原油的油水置换工艺采用以下方法：一、对储油舱和水沉降舱进行充水；二、对储油流程的油水置换：三、对卸油流程的油水置换：四、对储油舱内油水界面进行控制：将储油舱内油水界面控制在最大舱容位置和最小舱容位置之间，以保证单柱式平台在储油和外输过程中，即不会出现环境污染事故，也不会出现外输原油不合格的情况；五、在油田生产周期内，储油舱不断进行储油排水和卸油进水的油水置换过程，从而实现了单柱式平台利用自身浮体结构储卸原油的功能。本发明不仅大大降低了油田开发的工程投资成本；而且，储油舱始终保持满罐操作，减少了由于自由液面的存在所造成的对浮体结构强度和稳性的影响，避免了对海洋环境造成污染。
【专利说明】
单柱式平台储卸原油的油水置换工艺
技术领域
[0001]本发明涉及油水置换工艺，尤其涉及一种单柱式平台储卸原油的油水置换工艺。属于海洋石油工程领域。
【背景技术】
[0002]目前，深水海洋油田开发中，通常采用单柱式平台(SPAR)加浮式生产储卸油轮(FPSO)的开发模式。其中，单柱式平台用于钻井和生产以及部分油气处理，而浮式生产储卸油轮则用于接收单柱式平台的物流，并进行处理，处理合格的原油储存在浮式生产储卸油轮的油舱中。上述开发模式由于需要两个单体结构，因此，投资费用相对较高。为了克服上述缺点，采用改进的集钻井-采油-储油-卸油为一体的单柱式平台开发模式则会更为经济；但利用单柱式平台的浮式结构进行储卸原油需要一套完整的工艺，才能满足海洋油田开发及环境保护的需要。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种单柱式平台储卸原油的油水置换工艺，其充分利用单柱式平台自身结构储存原油，不仅大大降低了油田开发的工程投资成本;而且，储油舱始终保持满罐操作，减少了由于自由液面的存在所造成的对浮体结构强度和稳性的影响，最大程度的保持了单柱式平台的稳定性，使其不因储卸原油而在恶劣海况条件下受到影响和破坏；同时，由于油水界面直接接触，储油时，可充分的实现油水沉降分离;油水界面在舱内设定的区间上下运动，操作控制简单；由油舱置换出的海水在水沉降舱进行长时间的二次沉降分离，避免了对海洋环境造成污染。
[0004]本发明的目的是由以下技术方案实现的:
[0005]—种单柱式平台储卸原油的油水置换工艺，其特征在于:采用以下方法:
[0006]一、对储油舱和水沉降舱进行充水
[0007]二、储油流程的油水置换:来自上部组块的合格原油依次进入进油栗、储油舱上部的原油空间；同时，位于储油舱下部空间的海水依次进入内水管及水沉降舱的上部;而位于水沉降舱下部的海水进入外水管，并排入海中；
[0008]三、卸油流程的油水置换:将储油舱上部空间原油经外输栗进入上部组块外输系统，同时，位于水沉降舱下部的海水经内水管进入储油舱下部空间；而外部海水的则由外水管进入水沉降舱的上部；
[0009]四、对储油舱内油水界面进行控制:将储油舱内油水界面控制在最大舱容位置和最小舱容位置之间，以保证单柱式平台在储油和外输过程中，即不会出现环境污染事故，也不会出现外输原油不合格的情况；
[0010]五、在油田生产周期内，储油舱不断进行储油排水和卸油进水的油水置换过程，从而实现了单柱式平台利用自身浮体结构储卸原油的功能。
[0011 ]所述储油舱和水沉降舱进行充水的具体过程:
[0012]1.单柱式平台安装就位时，在海水静压作用下，海水由外水管进入水沉降舱；
[0013]2.根据连通器原理，储油舱、水沉降舱通过内水管、外水管与大海相连通，在重力作用下，水沉降舱内的海水由内水管进入储油舱；
[0014]3.储油舱内的空气利用进油管线设置的排气管线排出；
[0015]4.在储油舱被海水充满后，海水将在水沉降舱内积聚，最终，水沉降舱的液面将达到与海面平齐的位置；
[0016]所述储油流程油水的置换过程如下:
[0017](I).单柱式平台上部组块处理合格的原油，经过位于上部组块的进油栗增压后进入进油管，然后，由上部组块向下进入单柱式平台的储油舱进行储存;此时，储油舱内海水与储油舱内原油直接接触，且二者的接触面之间将形成油水界面；
[0018](2).当合格原油以一定流量进入储油舱时，储油舱内相应流量的海水在压力作用下，首先通过储油舱底部至水沉降舱顶部的内水管被置换进入水沉降舱;水沉降舱内的海水则在海水静压作用下，以同样的流量通过水沉降舱下部至储油舱底部排水口的外水管排入大海;此时，由于进油流量较小，储油舱内油水界面将以较小的速度向下运动；随着原油的不断进入，储油舱上部的储油舱内原油体积逐渐增多，下部储油舱内海水体积相应减少，形成油水置换过程；
[0019](3).从储油舱排到水沉降舱中的海水会含有微量原油，但由于水沉降舱的容量大且深度深，海水从储油舱被置换到水沉降舱后，经历了足够长的停留时间，才会最终由水沉降舱外排至大海，给海水中的微量原油提供充分的二次分离时间；由于不断被置换出来的海水将在水沉降舱中慢慢向下沉降，海水中的微量原油在油水比重差的作用下逐渐上浮，并最终聚积在水沉降舱的顶部，实现了油水的二次分离；
[0020]⑷.经过长时间的二次分离，由水沉降舱经外水管排放入海的海水，将达到排放标准;而位于水沉降舱顶部聚集的浮油，通过浮油排放栗打入平台上部组块的流程进行处理。[0021 ]所述卸油流程中油水置换的具体过程如下:
[0022]①当储油舱内的原油将近储满时，即油水界面达到最大舱容位置时，应及时启动原油外输流程进行卸油；
[0023]②原油外输时，启动布置在栗舱内原油的外输栗，储油舱内存储的原油通过原油的外输栗增压后栗入上部组块，然后，再经计量后进入穿梭油轮，此时，等量的海水在静压作用下，将由水沉降舱经内水管进入储油舱的下部，补充置换被外输的原油；同时，等量的海水在静压作用下，将由外水管的底端经外水管补充进入上部的水沉降舱；
[0024]③原油外输时，储油舱内的原油体积逐渐减少，海水体积逐渐增加，并形成水油置换过程;为了避免储油舱内油水界面的乳化，储油舱内油水界面上升速度需控制在一定范围之内；
[0025]④当储油舱内油水界面油达到储油舱I上部控制点时，即油水界面达到最小舱容位置时，关停原油的外输栗，结束原油外输流程。
[0026]所述储油舱内油水界面控制在储油舱内大约10%到90%的深度位置。
[0027]本发明的有益效果:本发明由于采用上述技术方案，其充分利用单柱式平台自身结构储存原油，不仅大大降低了油田开发的工程投资成本;而且，储油舱始终保持满罐操作，减少了由于自由液面的存在所造成的对浮体结构强度和稳性的影响，最大程度的保持了单柱式平台的稳定性，使其不因储卸原油而在恶劣海况条件下受到影响和破坏；同时，由于油水界面直接接触，储油时，可充分的实现油水沉降分离;油水界面在舱内设定的区间上下运动，操作控制简单；由油舱置换出的海水在水沉降舱进行长时间的二次沉降分离，避免了对海洋环境造成污染。
【附图说明】
[0028]图1为本发明储油流程示意图。
[0029]图2为本发明卸油流程示意图。
[0030]图中主要标号说明:
[0031 ] 1.储油舱、2.水沉降舱、3.进油栗、4.外输栗、5.内水管、6.外水管、7.储油舱内原油、8.储油舱内油水界面、9.储油舱内海水、10.储油舱最小舱容位置、11.储油舱最大舱容位置。
【具体实施方式】
[0032]如图1所示，本发明采用以下方法:
[0033]一、对储油舱I和水沉降舱2进行充水
[0034]1.单柱式平台安装就位时，在海水静压作用下，海水由外水管6进入水沉降舱2;
[0035]2.根据连通器原理，储油舱1、水沉降舱2通过内水管5、外水管6与大海相连通，在重力作用下，水沉降舱2内的海水由内水管5进入储油舱I;
[0036]3.储油舱I内的空气利用进油管线设置的排气管线排出；
[0037]4.在储油舱I被海水充满后，海水将在水沉降舱2内积聚，最终，水沉降舱2的液面将达到与海面平齐的位置；
[0038]二、储油流程油水置换
[0039]如图1所示，来自上部组块的合格原油依次进入进油栗3、储油舱I上部的原油空间。同时，位于储油舱I下部空间的海水依次进入内水管5及水沉降舱2的上部；而位于水沉降舱2下部的海水进入外水管6，并排入海中；
[0040]储油流程油水置换的过程如下:
[0041]1.单柱式平台上部组块处理合格的原油，经过位于上部组块的进油栗3增压后进入进油管，然后，由上部组块向下进入单柱式平台的储油舱I进行储存；由于储油舱内原油7和储油舱内海水9两种介质的不相溶性以及两者存在密度差，S卩:储油舱内原油7密度小于储油舱内海水9密度，在重力作用下，储油舱内原油7将聚集在储油舱I的顶部空间，储油舱内海水9将聚集在储油舱I的底部空间。此时，储油舱内海水9与储油舱内原油7直接接触，且二者的接触面之间将形成油水界面；
[0042]2.当合格原油以一定流量进入储油舱I时，储油舱I内相应流量的海水在压力作用下，首先通过储油舱I底部至水沉降舱2顶部的内水管5被置换进入水沉降舱2;水沉降舱2内的海水则在海水静压作用下，以同样的流量通过水沉降舱2下部至储油舱I底部排水口的外水管排入大海;此时，由于进油流量较小，储油舱内油水界面8将以较小的速度向下运动;随着原油的不断进入，储油舱I上部的储油舱内原油7体积逐渐增多，下部储油舱内海水9体积相应减少，形成油水置换过程；
[0043]3.从储油舱I排到水沉降舱2中的海水会可能含有微量原油，但由于水沉降舱2的容量大且深度深，海水从储油舱I被置换到水沉降舱2后，经历了足够长的停留时间，才会最终由水沉降舱2外排至大海，足够长的停留时间，将给海水中的微量原油提供充分的二次分离时间；不断被置换出来的海水在水沉降舱2中慢慢向下沉降，海水中的微量原油在油水比重差的作用下逐渐上浮，并最终聚积在水沉降舱2的顶部，实现了油水的二次分离；
[0044]4.经过长时间的二次分离，由水沉降舱2经外水管6排放入海的海水，将达到排放标准，确保不会对海洋环境造成污染，而位于水沉降舱2顶部聚集的浮油，可定期通过浮油排放栗打入平台上部组块的流程进行处理。
[0045]三、卸油流程的油水置换:
[0046]如图2所示，将储油舱I上部空间原油经外输栗4进入上部组块外输系统，同时，位于水沉降舱2下部的海水经内水管5进入储油舱I下部空间；而外部海水的则由外水管6进入水沉降舱2的上部；
[0047]卸油流程中油水置换的具体过程如下:
[0048]1:当储油舱I内的原油将近储满时，即油水界面8达到最大舱容位置10时，应及时启动原油外输流程进行卸油；
[0049]2:外输卸油时，先启动布置在栗舱内原油的外输栗4，储油舱I内存储的原油通过原油的外输栗4增压后栗入上部组块，然后，再经计量后进入穿梭油轮;此时，等量的海水在静压作用下，将由水沉降舱2经内水管5进入储油舱I的下部，补充置换被外输的原油；同时，等量的海水在静压作用下，将由外水管6的底端经外水管6补充进入上部的水沉降舱2;
[0050]3:原油外输时，储油舱I内的原油体积逐渐减少，海水体积逐渐增加，并形成水油置换过程;而.储油舱内油水界面8则随着原油外输的进行将在储油舱I内不断上升，由于外输流量较大，储油舱内油水界面8上升的速度较大，为了避免储油舱内油水界面8的乳化，储油舱内油水界面8上升速度需控制在一定范围之内；
[0051]4:当储油舱内油水界面8油达到储油舱I上部控制点时，即油水界面8达到最小舱容位置11时，关停原油的外输栗4，结束原油外输流程。
[0052]四、对储油舱内油水界面8进行控制
[0053]本发明实现的关键是能对储油舱油水界面8实现有效的监测和控制，储油舱内油水界面8过高，在原油外输时，则会导致外输栗4将海水外输至穿梭油轮，造成外输原油不合格;储油舱内油水界面8过低，则会导致原油经内水管5、外输管6溢流，并排入海中，给大海造成环境污染。因此，需将储油舱内油水界面8控制在最大舱容位置10和最小舱容位置11之间，一般可设定为储油舱I内大约10%到90%的深度位置，以保证单柱式平台在储油和外输过程中，即不会出现环境污染事故，也不会出现外输原油不合格的情况。
[0054]在具体实施中，油舱内油水界面8的上下极限位置，可根据单柱式平台结构的具体形式及舱容要求适当调整。
[0055]五、储油舱储卸原油的循环进行
[0056]在油田生产周期内，储油舱I不断进行储油排水和卸油进水的油水置换过程，从而实现了单柱式平台利用自身浮体结构储卸原油的功能。
[0057]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种单柱式平台储卸原油的油水置换工艺，其特征在于:采用以下方法: 一、对储油舱和水沉降舱进行充水 二、储油流程的油水置换:来自上部组块的合格原油依次进入进油栗、储油舱上部的原油空间；同时，位于储油舱下部空间的海水依次进入内水管及水沉降舱的上部;而位于水沉降舱下部的海水进入外水管，并排入海中； 三、卸油流程的油水置换:将储油舱上部空间原油经外输栗进入上部组块外输系统，同时，位于水沉降舱下部的海水经内水管进入储油舱下部空间；而外部海水的则由外水管进入水沉降舱的上部； 四、对储油舱内油水界面进行控制:将储油舱内油水界面控制在最大舱容位置和最小舱容位置之间，以保证单柱式平台在储油和外输过程中，即不会出现环境污染事故，也不会出现外输原油不合格的情况； 五、在油田生产周期内，储油舱不断进行储油排水和卸油进水的油水置换过程，从而实现了单柱式平台利用自身浮体结构储卸原油的功能。2.根据权利要求1所述的单柱式平台储卸原油的油水置换工艺，其特征在于:所述储油舱和水沉降舱进行充水的具体过程: (1).单柱式平台安装就位时，在海水静压作用下，海水由外水管进入水沉降舱； (2).根据连通器原理，储油舱、水沉降舱通过内水管、外水管与大海相连通，在重力作用下，水沉降舱内的海水由内水管进入储油舱； (3).储油舱内的空气利用进油管线设置的排气管线排出； (4).在储油舱被海水充满后，海水将在水沉降舱内积聚，最终，水沉降舱的液面将达到与海面平齐的位置。3.根据权利要求1所述的单柱式平台储卸原油的油水置换工艺，其特征在于:所述储油流程油水的置换过程如下: (1).单柱式平台上部组块处理合格的原油，经过位于上部组块的进油栗增压后进入进油管，然后，由上部组块向下进入单柱式平台的储油舱进行储存;此时，储油舱内海水与储油舱内原油直接接触，且二者的接触面之间将形成油水界面； (2).当合格原油以一定流量进入储油舱时，储油舱内相应流量的海水在压力作用下，首先通过储油舱底部至水沉降舱顶部的内水管被置换进入水沉降舱;水沉降舱内的海水则在海水静压作用下，以同样的流量通过水沉降舱下部至储油舱底部排水口的外水管排入大海;此时，由于进油流量较小，储油舱内油水界面将以较小的速度向下运动；随着原油的不断进入，储油舱上部的储油舱内原油体积逐渐增多，下部储油舱内海水体积相应减少，形成油水置换过程； (3).从储油舱排到水沉降舱中的海水会含有微量原油，但由于水沉降舱的容量大且深度深，海水从储油舱被置换到水沉降舱后，经历了足够长的停留时间，才会最终由水沉降舱外排至大海，给海水中的微量原油提供充分的二次分离时间；由于不断被置换出来的海水将在水沉降舱中慢慢向下沉降，海水中的微量原油在油水比重差的作用下逐渐上浮，并最终聚积在水沉降舱的顶部，实现了油水的二次分离； (4).经过长时间的二次分离，由水沉降舱经外水管排放入海的海水，将达到排放标准；而位于水沉降舱顶部聚集的浮油，通过浮油排放栗打入平台上部组块的流程进行处理。4.根据权利要求1所述的单柱式平台储卸原油的油水置换工艺，其特征在于:所述卸油流程中油水置换的具体过程如下: ①当储油舱内的原油将近储满时，即油水界面达到最大舱容位置时，应及时启动原油外输流程进行卸油； ②原油外输时，启动布置在栗舱内原油的外输栗，储油舱内存储的原油通过原油的外输栗增压后栗入上部组块，然后，再经计量后进入穿梭油轮，此时，等量的海水在静压作用下，将由水沉降舱经内水管进入储油舱的下部，补充置换被外输的原油；同时，等量的海水在静压作用下，将由外水管的底端经外水管补充进入上部的水沉降舱； ③原油外输时，储油舱内的原油体积逐渐减少，海水体积逐渐增加，并形成水油置换过程;为了避免储油舱内油水界面的乳化，储油舱内油水界面上升速度需控制在一定范围之内； ④当储油舱内油水界面油达到储油舱I上部控制点时，即油水界面达到最小舱容位置时，关停原油的外输栗，结束原油外输流程。5.根据权利要求1所述的单柱式平台储卸原油的油水置换工艺，其特征在于:所述储油舱内油水界面控制在储油舱内大约10%到90%的深度位置。
【文档编号】B65D88/78GK105905470SQ201610365768
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】周鹏, 王晋, 刘培林, 曾树兵, 陈欣, 余智, 陈文峰, 刘巍巍, 张虹, 宋文路
【申请人】中国海洋石油总公司, 海洋石油工程股份有限公司, 北京高泰深海技术有限公司