水下储油装置设计与优选

摘要

为了适应海洋石油开发的需要，寻找新的开发技术与开发模式，本文提出了由海底井口、储油装置、小型浮式系泊装置以及穿梭油轮组成的水下储油开采模式。海底井口将生产的原油直接储存到水下储油装置中，通过小型浮式系泊装置将原油输送到海面，再由穿梭油轮实现原油转运。
　　 水下储油的优点是能够避开风浪的冲击，在天气恶劣的情况下，油井可以继续生产；海水能够保护油罐不因失火、雷电而发生危险。水下储罐有多种方式，其中油水置换方式经济高效。但在油水置换过程中会有少量原油随水排放到海水中，累积造成环境污染。如果采取措施避免油水直接接触，污染问题可迎刃而解。为此，本文提出了油水隔层的新设计，介于油水之间，避免油水接触。既保留了油水置换储油的主要优点，又避免了环境污染等缺点。
　　 根据水下储油开采模式的设计以及油水隔层的使用要求，本文中设计了三种不同型式储量为20000方的储油装置，其外形分别为规整立方体，细长立方体，圆柱体。同时，选用了三种海域环境条件，分别为40米、100米、1000米水深海域环境。将三种不同形式储油装置在每一种环境下进行整体性能计算，并对比结果，最终选择每种条件下的最优型式。此外，根据胜利海域环境条件，设计了一种储量为1000方的储油装置，主要用于前期实验，为此种新型水下储油开采模式的可行性进行验证。
　　 参照结构设计与优选结果，建立了三种储油装置的有限元模型，进行整体结构的静力分析及强度校核。校核过程中，按照实际工作情况，考虑了满油工况、满水工况以及吊装工况。依据三种工况下载荷组合进行加载，求解，提取数据，得到结构各构件的有效应力。最后，根据屈服强度校核方法进行结构强度校核。
　　 通过上述工作验证，四种水下储油装置既满足规范关于完整稳性与坐底稳性的性能要求，又满足规范关于结构强度的要求，同时满足水下储油开发模式与油水隔层的使用要求，验证了此种水下储油开发模式的可行性。综上，本论文为我国海洋石油开发提供了一种全新的开发模式。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1问题的提出及研究意义

1.1.1水下储油开采模式的提出及意义

1.1.2油水隔层的提出及意义

1.2国内外研究现状及发展

1.2.1水下储油国内外研究现状及发展

1.2.2油水置换国内外研究现状及发展

1.3本文研究内容

第二章水下储油开采模式及储油装置设计

2.1水下储油开采模式设计

2.2储油装置工作原理

2.3油水隔层设计

2.4细长立方体储油装置结构设计

2.4.1储油装置整体尺寸

2.4.2构件布置

2.4.3构件尺寸设置

2.4.4重量重心计算

2.5规整立方体储油装置结构设计

2.5.1储油装置整体尺寸

2.5.2构件布置

2.5.3构件尺寸设置

2.5.4重量重心计算

2.6圆柱体储油装置结构设计

2.6.1储油装置整体尺寸

2.6.2构件布置

2.6.3构件尺寸选取

2.6.4重量重心计算

2.7胜利油田1000方储油装置结构设计

2.7.1储油装置整体尺寸

2.7.2构件布置

2.7.3构件尺寸选取

2.7.4重量重心计算

第三章整体性能计算

3.1完整稳性计算

3.1.1初稳性计算公式

3.1.2细长立方体储油装置初稳性计算结果

3.1.3规整立方体储油装置初稳性计算结果

3.1.4圆柱体储油装置初稳性计算结果

3.2坐底稳性计算公式

3.2.1抗滑稳性计算公式及规范要求

3.2.2抗滑力计算公式

3.2.3滑移力计算公式

3.2.4抗倾稳性计算公式及规范要求

3.2.5抗倾力矩计算公式

3.2.6倾覆力矩计算公式

第四章储油装置结构型式优选

4.1 40米水深海域环境结构型式优选

4.1.1环境条件

4.1.2各参数计算结果

4.1.3计算结果分析

4.1.4压载物布置

4.2 100米水深海域环境结构型式优选

4.2.1环境条件

4.2.2各参数计算结果

4.2.3计算结果分析

4.2.4压载物布置

4.3 1000米水深海域环境结构型式优选

4.3.1环境条件

4.3.2各参数计算结果

4.3.3计算结果分析

4.4胜利油田1000方储油装置整体性能计算

4.4.1环境条件

4.4.2各参数计算结果

4.4.3计算结果分析

4.4.4压载物布置

4.5储油装置结构型式优选小结

第五章整体结构静力分析与强度校核

5.1设计条件

5.1.1环境条件

5.1.2施工建造条件

5.1.3依据规范

5.2有限元分析方法

5.2.1有限元法的基本原理

5.2.2 ANSYS软件简介

5.2.3 ANSYS线性静力分析

5.2.4 BEAM188单元特性

5.2.5 SHELL63单元特性

5.2.6 PIPE16单元特性

5.3储油装置的ANSYS有限元模型

5.3.1圆柱体储油装置有限元模型

5.3.2规整立方体体储油装置有限元模型

5.3.3胜利1000方储油装置有限元模型

5.4工况划分与载荷施加方式

5.4.1满油工况载荷施加方式

5.4.2满水工况载荷施加方式

5.4.3吊装工况载荷施加方式

5.5 40水深圆柱体储油装置结构强度校核

5.5.1满油工况有效应力云图

5.5.2满水工况有效应力云图

5.5.3吊装工况有效应力云图

5.6 100水深规整立方体储油装置结构强度校核

5.6.1满油工况有效应力云图

5.6.2满水工况有效应力云图

5.6.3吊装工况有效应力云图

5.7 1000水深规整立方体储油装置结构强度校核

5.8胜利油田1000方储油装置结构强度校核

5.8.1满油工况有效应力云图

5.8.2满水工况有效应力云图

5.8.3吊装工况有效应力云图

第六章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢