一种置于深海海底的圆柱体储油装置及其安装和储油方法

摘要

本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种置于深海海底的圆柱体储油装置，为双层、无底的圆柱体形式钢结构，包括双层圆形甲板和沿高度方向的内外两层环向钢板，在环向钢板的底部设置有底板圆环；在甲板的内层板和外层板之间设置有径向和环向的封闭水密舱壁，径向的人孔舱壁和径向钢质骨材；在内外两层环向钢板之间设置有环向封闭水密舱壁和高度方向钢质骨材，在环向钢板的内层板、外层板以及封闭水密舱壁上均焊接有钢质骨材；甲板和环向钢板的内层板为水密焊接钢板结构；其隔油系统包括油膜、隔油板和隔油夹层。本发明的储油装置内部可以与外部联通，使得装置本身不需要承受海底的巨大压强，并且防止生产出来的原油对海水以及海底土壤的污染，安全实用。

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种置于深海海底的新型圆柱体储油装置，适用于 深海开发中原油的储存。

背景技术

石油和天然气在能源结构中占有相当重要的地位。当陆上油气资源经过长期、大规模开 采之后，世界范围内的油气勘探与开发走向了广阔的海洋，并逐渐形成了投资高、风险大、 高新技术密集的能源工业新领域。随着海洋石油开发由近海向远海、深海海域发展，原油的 储存也由陆上储油发展到海上储油。海上储油又可分为水上储油、水面储油和水下储油三种 主要方式。

水上储油指将储油罐设置在平台上，如中国渤海埕北油田。这种储油方式容量受限，工 程投资大，不经济，仅适用于浅水域、产量低的小油田。

水面储油指采用油轮或油驳储油，广泛应用于浮式生产系统上。该储油方式容量大、机 动灵活，但易受海况变化的影响。

水下储油指将油罐坐落在海床上，或潜入水下。该储油方式的特点是安全、费用低、容 量大，能够适应海上石油开发向远海、深海发展及构建水下生产系统的需要。

水下储油由于储油设备位于水面以下，与火源、雷电隔离，不仅油气损耗小而且不易着 火，具有天然的防爆性能，在海况恶劣时油井也可连续生产；由于波浪能量主要集中在水面 附近，油罐置于水下避开了波浪的主要作用，受波浪力小。此外，与水上储油相比，水下油 罐可以节省昂贵的平台建造费用，且罐容不受限制，具有巨大的储油能力。例如，在北海水 深220m处安装的GullfahsC混凝土平台，罐容达140万立方米。该平台利用储罐的罐体作平台 基础，支撑上部甲板发展成钻、采、储多功能重力式平台。这种结构型式建造经济，使用安 全，便于管理操作，费用低。

水下储油一般采用油水置换工艺。利用油水重度差的原理，采用进油排水、进水排油的 工艺流程这样可使储罐保持充满液体的状况，克服罐体排空时的巨大浮力，减少罐体内外壁 的压差，从而减少结构物的压载量及建筑材料的用量，达到良好的工作状况。采用油水置换 工艺，由于罐体保持充满液体状况，还可省去常规储油方式所需的安全防爆系统装置。

发明内容

本发明提出的一种适用于深海海底的圆柱体形式的大型储油装置及使用方法，以克服深 海储油装置强度不足以及生产出的原油对海水污染等问题，满足海上平台短期的储油需求。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种置于深海海底的圆柱体储油装置，其特征在于，该装置为双层、无底的圆柱体形式 钢结构，包括双层圆形甲板和沿高度方向的内外两层环向钢板，在环向钢板的底部设置有底 板圆环；在甲板的内层板和外层板之间设置有径向和环向的封闭水密舱壁，径向的人孔舱壁 和径向钢质骨材；在内外两层环向钢板之间设置有环向封闭水密舱壁和高度方向的钢质骨材 ，在环向钢板的内层板、外层板以及封闭水密舱壁上均焊接有钢质骨材；甲板和环向钢板的 内层板为水密焊接钢板结构；其隔油系统包括油膜、隔油板和隔油夹层，隔油夹层为一块环 形金属板，其外环边缘与装置环向钢板的内层板水密焊接相连，其内环边缘与油膜连接，在 隔油夹层下方放置有一个材料密度介于海水和原油之间的隔油板，该隔油板为圆形，其半径 小于隔油夹层的内环半径，使隔油板在舱室内能自由上下浮动，油膜为连接隔油板与隔油夹 层的膜构件，用于隔开上层原油和下部海水。

作为优选实施方式，本发明的储油装置的入油口和出油口位于圆形甲板上，呈中心对称 分布；所述的储油装置的半径×高＝20m×26m，隔油板的材料密度介于海水和原油之间，半 径为18m，隔油夹层位于储油装置内部14m高程处；各个外层板、内层板以及底板圆环的厚度 均取12mm，所述的钢质骨材均为L型钢，抗弯截面模量W＝288cm³，惯性矩I＝1324.8cm⁴，其尺 寸为160mm×100mm×14mm。

本发明同时提供一种储油装置所采用的安装和储油方法，包括下列步骤：

第一步：在装置底部安装附属支架；

第二步：由驳船将储油设备拖航至指定位置，在确保储油装置顶部水平的同时完成装置 依靠自身重力的垂直下沉沉贯；

第三步：在储油装置靠其自身的重力插入水下泥土中后，在装置底部周围的附属支架上 加长方体混凝土配重块结构；

第四步：由入油管道向装置内输入原油，并同时排出装置内的海水，通过隔油系统保证 海水与原油之间的隔离状态，待装置内灌满原油后，由水面储油装置穿梭油轮将原油从出油 管道抽出。

本发明所设计的一种适用于深海高压环境的储油装置，通过自安装整体沉贯储油、装置 内设有隔油系统的两方面创新设计，克服了深海储油装置强度不足以及生产出的原油对海水 污染等问题，满足了海上平台短期的储油需求。将储油装置应用于更深的海况，解决了工程 实际中深海结构承压的技术难题，提供了一种新的水下储油生产模式，有利于深海油气的勘 探开发。水下储油生产模式是将海底井口生产的原油直接储存到水下储油装置中，生产区设 小型浮式系泊装置，原油外输软管接到该系泊装置上，穿梭油轮也停靠于此以实现原油转运 。这种隔离式油水置换水下储油技术基本不受水深限制，造价不会随水深增加急剧升高，适 于深海应用，并且与浮式储油相比，水下储油装置受冰力、波浪力作用小，结构强度要求低 ，同时具备可移动的优点。造价可大幅降低，避免避风停产。发明中所采用的构件均为标准 构件，无需特殊制造，从而大大节省工程成本。本发明为深海石油开发提供了一种经济可靠 的开发装置与方案。

本发明提出的在深海海底设置的适用于深海高压环境的储油装置，其储量初步目标为两 万立方米。将它放置在油田附近进行储油，整个生产系统中，不需要FPSO参与，这样可大大 节省石油开采的费用。此外，由于储油装置的可重复使用性以及新开发模式的特点，很多浅 海边际油田也有开发利用本发明的价值。

此储油装置所使用隔油系统中的油膜和隔油板可以隔开原油和海水。此油膜和隔油板可 以上下浮动，以满足储油装置中油量的变化。这样，储油装置内部可以通过出水口与外部联 通，使得装置本身不需要承受海底的巨大压强，并且防止生产出来的原油对海水以及海底土 壤的污染，安全实用。

附图说明

图1圆柱体储油装置整体设计图。

图2圆柱体储油装置整体效果图。

图3圆柱体储油装置底部效果图。

图4圆柱体储油装置内视效果图。

图5圆柱体储油装置隔油系统内视效果图。

图6圆柱体储油装置中纵剖面内视效果图。

图7圆柱体储油装置中纵剖面设计图(装置中部)。

图8圆柱体储油装置1-1剖面设计图。

图9圆柱体储油装置2-2剖面设计图。

图10圆柱体储油装置3-3剖面设计图。

图11圆柱体储油装置内部结构示意图。

图12圆柱体储油装置施工示意图。

附图标记：1、入油管道；2、出油管道；3、隔油板；4、原油；5、海水；6、混凝土配 重块；7、油膜；8、隔油夹层；9、出水口；10、入油口；11、出油口；12、封闭水密舱壁 ；13、人孔舱壁；14、装置附属支架。

具体实施方式

本发明设计的适用于深海高压环境的圆柱体储油装置，采用如下技术方案：

1、目标工作环境：1000米水深环境海域。

2、储油装置型式与类型：双层(分为内层板和外层板)，无底，圆柱体形式钢结构。

储油装置尺寸：半径×高＝20m×26m，装置的内层板、外层板和封闭水密舱壁上焊接型 钢，内层板和外层板间距为1m。储油装置内层板为水密焊接钢板结构。

3、隔油系统设置说明：隔油系统主要由三种构件组成，油膜，隔油板和隔油夹层。隔 油板位于圆柱体储油装置内部的正中，材料密度介于海水和原油之间，为圆形面板，半径为 18m，见图5、6构件3。隔油夹层位于储油装置内部14m高程处，作用是隔开上层原油和下层 海水，隔油夹层为一层金属构件，为一块环形金属板，隔油夹层外边缘圆边与装置内层板水 密焊接连接，见图4、5构件8。油膜为连接隔油板与隔油夹层的膜构件，隔开上层原油和下 部海水，可上下浮动，当装置内部储油过程中，油膜可以连接隔油板向下浮动，反之，当装 置向外输油，海水由出水口进入装置内部时，油膜可以连接隔油板向上浮动，见图5构件7。 隔油板的使用，可以降低油膜的使用面积，进而降低了建造成本，同时，可以很好的控制油 膜的运动，保证隔油板和油膜自由地上下浮动，防止生产出来的原油对海水以及海底土壤的 污染。

4、圆柱体储油装置中舱壁以及焊接在钢板上的桁材、骨材布局及尺寸：

储油装置中甲板双层板之间设置有径向和环向的封闭水密舱壁，径向的人孔舱壁和径向 钢质骨材。径向钢质封闭水密舱壁与钢质骨材均为按圆周方向(环向)等分布置。共设置8 道径向封闭水密舱壁，3道环向封闭水密舱壁，24道径向人孔舱壁，72道径向环向骨材，钢 质骨材均焊接在圆柱体储油装置的内、外层板上。3道环向封闭水密舱壁沿半径方向等距分 布，封闭水密舱壁之间间隔为4m，由上部投影呈圆环形，具体分布见图8、图9所示。径向骨 材取L型钢，按照规范中的要求计算：抗弯截面模量W＝288cm³，惯性矩I＝1324.8cm⁴，其尺寸 为160mm×100mm×14mm。

圆柱体储油装置高度方向环向钢板上的构件为甲板上构件的延伸，内外两层环向钢板之 间设置有沿高度方向等距分布的4道环向封闭水密舱壁和高度方向钢质骨材，4道圆环形状等 大小的封闭水密舱壁沿高度方向的间距为6m，高度方向的钢质骨材取L型钢，按照规范中的 要求计算：抗弯截面模量W＝288cm³，惯性矩I＝1324.8cm⁴，其尺寸为160mm×100mm×14mm。 整个装置结构内层板、外层板的厚度均取12mm。储油装置的入油口和出油口位于上层甲板， 呈中心对称分布，具体位置见图8、图9中构件10和构件11。圆柱体储油设计为无底，设置有 底板圆环。圆环各构件尺寸与甲板上构件尺寸相同，圆环底板厚度为12mm。

本发明的储油装置使用方法，包括下列步骤：

第一步：由驳船将储油设备拖航至指定位置，在确保储油装置顶部水平的同时完成装置 依靠自身重力的垂直下沉沉贯，按照图12所示过程，储油装置由驳船拖到指定位置后，依靠 自身重力沉入海底。

第二步：储油装置靠其自身的重力插入水下泥土中一定的深度后，在装置底部周围的附 属支架14上加长方体混凝土配重块结构6，见图12，待装置满足抗倾抗滑的工作要求后，由 入油管道1向装置内输入原油4，并同时排出装置内的海水5，通过隔油系统保证海水与原油 之间的隔离状态，待装置内灌满原油后，由水面储油装置，如穿梭油轮将原油从出油管道2 抽出，完成装置从储油到输油的整个操作过程。