專利名稱：帶海床儲(chǔ)罐的坐底固定式平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋石油天然氣開發(fā)所需的，具有鉆井、采油生產(chǎn)和儲(chǔ)油(液) 綜合功能的海上固定式平臺(tái)。本發(fā)明是申請(qǐng)人即將申報(bào)的PCT申請(qǐng)"液體水下 儲(chǔ)運(yùn)裝置及以其為基礎(chǔ)的海上平臺(tái)"三個(gè)分案申請(qǐng)的第二個(gè)分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前世界上固定式海上平臺(tái)最主要和最常用的有兩種類型，即樁基鋼制導(dǎo)管 架平臺(tái)和混凝土重力平臺(tái)。前者通常都不具有儲(chǔ)油功能，其中包括已實(shí)際用于 530米水深的順應(yīng)式導(dǎo)管架平臺(tái)；后者靠重力直接坐落在海床上，其最常見的形 式是平臺(tái)底部由數(shù)個(gè)用于儲(chǔ)油的直立混凝土圓筒形儲(chǔ)罐組合成的蜂窩狀基座，一 根、二根或三根混凝土立柱從基座向上伸出水面，立柱頂部支撐平臺(tái)的上部設(shè)施。 和上述形式混凝土平臺(tái)相類似的、靠重力坐于海床的其它型式水下儲(chǔ)油平臺(tái)，如 各種帶儲(chǔ)油沉墊的固定平臺(tái)或自升式平臺(tái)；沉墊可用混凝土或鋼材建造，它的儲(chǔ) 油量通常較混凝土重力平臺(tái)小，工程應(yīng)用實(shí)例的數(shù)量也比混凝土重力平臺(tái)少。此 外，和自升式鉆井平臺(tái)的形式和結(jié)構(gòu)相同的自升式鉆井、生產(chǎn)綜合平臺(tái)，作為特 種固定式平臺(tái)已實(shí)際應(yīng)用于150米的海域。
絕大多數(shù)重力式平臺(tái)采用油水直接置換的辦法儲(chǔ)油由于原油重度小于水、 且不溶于水，海水和原油同在一個(gè)罐內(nèi)，油在水之上；儲(chǔ)罐進(jìn)油時(shí)油從上部把下 部的水壓出，外輸油時(shí)則正相反，水從下部把上部的油擠出，實(shí)現(xiàn)原油和海水等 容積置換。這種油水直接置換的儲(chǔ)油方法被稱之為濕式儲(chǔ)油(WET STORAGE)或 水枕式儲(chǔ)油(WATER PILLOW STORAGE)。
重力式平臺(tái)的濕式法儲(chǔ)油和重力平臺(tái)均存在各自的缺點(diǎn)和限制。
濕式法儲(chǔ)油存在四個(gè)缺點(diǎn)和限制
第一，由于原油和海水直接接觸，存在累積的"輕微"污染。
第二，濕式法儲(chǔ)油采用原油和海水的等容積流率置換。由于原油和海水的重 度差，造成整個(gè)系統(tǒng)的重量在置換過(guò)程中是變化的。重力式平臺(tái)必須通過(guò)加大固 定壓載，以確保在任何條件下罐體均能穩(wěn)定地坐落在海床上。
第三，濕式法僅可用于不溶于水的液體產(chǎn)品如原油的儲(chǔ)存，無(wú)法用于水溶性 液體產(chǎn)品如甲醇的儲(chǔ)存。
第四，采用濕式法儲(chǔ)油，原油在海水之上，油層的底部油水界面是變動(dòng)的； 如果罐內(nèi)原油在儲(chǔ)存過(guò)程中需要加熱則難以實(shí)現(xiàn)。
靠重力坐于海床的重力式平臺(tái)存在二個(gè)缺點(diǎn)和限制。
第一，設(shè)計(jì)必須考慮罐體作用于海床的垂向載荷(如重力和波浪誘導(dǎo)垂向力 等)和風(fēng)浪流引起的水平滑移力和傾覆力矩。這些載荷是交變的，其中重力載荷 非常大。因此，重力式平臺(tái)對(duì)地基的承載條件的要求十分嚴(yán)格，海床基礎(chǔ)處理工 程難度大，費(fèi)用昂貴，尤其是深水。
第二，重力平臺(tái)需要另加大量固定壓載，如鐵礦砂等，以達(dá)到生存狀態(tài)所要 求的、通常達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸的操作重量。由于巨大的重力和海床土壤對(duì)平臺(tái)的吸附力， 油田開發(fā)生產(chǎn)結(jié)束后，不清除固定壓載而僅靠浮力平臺(tái)難以浮起，很難重復(fù)用于 其它油田。

發(fā)明內(nèi)容
1 本發(fā)明以申請(qǐng)人已申報(bào)的發(fā)明專利"液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"的核 心技術(shù)——"密閉氣壓連通式海水和儲(chǔ)液等質(zhì)量流率自動(dòng)置換流程系統(tǒng)"和"水下組合式儲(chǔ)液罐"為基礎(chǔ)，將上述專利加以擴(kuò)展，另加支腿從海床固定式水下組 合式儲(chǔ)液罐的罐頂部伸出水面。在支腿頂部安裝上部結(jié)構(gòu)和設(shè)施，包括油氣生產(chǎn) 設(shè)施、鉆井設(shè)施、公用設(shè)施和生活設(shè)施等。本發(fā)明因此提供了一種全新的、帶水 下儲(chǔ)罐的固定式石油和天然氣開采、生產(chǎn)和鉆井、修井綜合平臺(tái)。這種可儲(chǔ)液的 固定平臺(tái)兼具導(dǎo)管架平臺(tái)和混凝土重力平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于并可取代現(xiàn)有的混凝土 重力平臺(tái)；這種平臺(tái)加上配套的單點(diǎn)或多點(diǎn)系泊裝置后，可形成一個(gè)包含海上石 油和天然氣生產(chǎn)、鉆井、修井、儲(chǔ)存和外運(yùn)完整的開發(fā)系統(tǒng)。


下面結(jié)合附圖和應(yīng)用實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
圖1是帶海底儲(chǔ)罐的混凝土圓錐筒形支腿坐底固定式平臺(tái)圖。
圖2是帶海底儲(chǔ)罐的傳統(tǒng)導(dǎo)管架坐底固定式平臺(tái)圖。
圖3是帶海底儲(chǔ)罐的深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架坐底固定式平臺(tái)圖。
圖4是帶海底儲(chǔ)罐的自升式坐底平臺(tái)(整體拖航和海上安裝方案)圖。
圖5是帶海底儲(chǔ)罐的自升式坐底平臺(tái)(組合罐預(yù)先安裝方案)圖。
圖中
1.組合罐;2.傳統(tǒng)泵組模塊;3.提供電力和實(shí)施遙控操作的工作站;4.平臺(tái)上 部設(shè)施:5.平臺(tái)支腿；5 — 1.混凝土圓錐筒形支腿；5 — 2.傳統(tǒng)鋼制導(dǎo)管架支腿;5 — 3.深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架支腿；5 — 4.自升式平臺(tái)形鋼制支腿;6.水下樁；7.調(diào)平 基板;8.導(dǎo)管架底座；9.順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架中段；IO.順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架上段；11. 斜拉張緊索固定系統(tǒng)；12.上部模塊水密艙；13.自升式支腿接頭。 本發(fā)明由三部分組成(參見圖1 5):
第一部分，儲(chǔ)液系統(tǒng)，包括發(fā)明專利"液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"所
涉及的下述部分靠水下裙樁6固定于海床上的組合式儲(chǔ)液罐1 (以下簡(jiǎn)稱組合 罐)，它兼作本平臺(tái)海底結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；傳統(tǒng)泵組模塊2，它安裝在本平臺(tái)上；提 供電力和實(shí)施遙控操作的工作站3，它安裝在本平臺(tái)上，和本平臺(tái)的生產(chǎn)、公用 設(shè)施形成一體。
第二部分，安裝于固定式組合罐上的平臺(tái)的支腿5，它可以如同混凝土重力
平臺(tái)那樣，采用一條至四條、乃至多條混凝土圓錐筒形或圓柱筒形支腿5 — 1;
也可以采用鋼制固定平臺(tái)導(dǎo)管架(含深水順應(yīng)式導(dǎo)管架)支腿5 — 2 (5 — 3);還 可采用自升式平臺(tái)形鋼制支腿5—4。
第三部分，安裝于支腿5上的平臺(tái)上部設(shè)施4，它可以采用如同普通固定平 臺(tái)那樣的上部設(shè)施，也可如同自升式平臺(tái)那樣，釆用水密艙壁和可升降式的上部 模塊。
固定于海床上的組合罐
發(fā)明專利"液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"涉及了立式和臥式共7種不同 形式的組合罐，其中，采用"罐中罐"式儲(chǔ)液?jiǎn)卧慕M合罐共6種，采用儲(chǔ)液?jiǎn)?元內(nèi)部海水壓載罐和儲(chǔ)液罐分開設(shè)置的組合罐1種，除臥式圓筒形單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧?組合罐外，其余6種均可作為本發(fā)明所需的組合罐。它們是
立式圓筒形單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐；
立式花瓣圓筒形單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐；
立式蜂窩狀多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐；
立式花瓣圓筒形多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐；
臥式連排圓筒形多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐("竹排"式組合罐)；
儲(chǔ)液?jiǎn)卧獌?nèi)海水壓載罐和儲(chǔ)液罐分開設(shè)置的組合罐("竹排"式組合罐)。有關(guān)上述6種組合罐的結(jié)構(gòu)形式，特點(diǎn)及使用條件，可參閱發(fā)明專利"液體 水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"的相關(guān)文字和附圖。
發(fā)明專利"帶水下儲(chǔ)罐的浮式平臺(tái)"所涉及"立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M 合罐"和"多層圓塔狀多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐"，也可作為本發(fā)明所需的組合罐。 有關(guān)這2種組合罐的結(jié)構(gòu)形式，特點(diǎn)及使用條件，可參閱發(fā)明專利"帶水下儲(chǔ)罐 的浮式平臺(tái)"的相關(guān)文字和附圖。
需要特別注意的是，上述組合罐用于本發(fā)明固定平臺(tái)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)
1. 組合罐全部采用底部固定壓載艙，與其上方的上部設(shè)施井口區(qū)相對(duì)應(yīng)的 部位設(shè)有上下貫通整個(gè)組合罐的月池，以便隔水套管穿過(guò)并連接地下的油井。由 于組合罐的設(shè)計(jì)應(yīng)符合壓力容器的設(shè)計(jì)原則，立式組合罐月池首推圓筒形，"竹 排"式組合罐月池可采用矩形。
2. 本發(fā)明固定式平臺(tái)的支腿和上部設(shè)施所受到的風(fēng)浪流等環(huán)境載荷可能遠(yuǎn) 大于海底組合罐所受到的環(huán)境載荷。這是因?yàn)榻M合罐將只承受海底附近的波浪和 海流載荷；它的尺度雖然很大，但固定于受波浪作用影響很小的海床上，波浪載 荷按指數(shù)規(guī)律隨水深而迅速衰減，罐體受到的波浪載荷較??；如果所處海域的水 下海流不太大，它所受到的海流載荷通常也不太大。受環(huán)境載荷小是水下儲(chǔ)罐的 一大優(yōu)點(diǎn)。但是，以組合罐為水下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的固定平臺(tái)的情況顯然大不相同。伸 出水面的支腿雖然尺度相對(duì)較小，但卻貫穿波浪影響最大的深度范圍，因此將受 到較大的波浪載荷；水面以上的結(jié)構(gòu)，尤其是支腿頂部的上部設(shè)施，由于標(biāo)高很 高，風(fēng)速將相應(yīng)加大，加之迎風(fēng)面面積大，上部設(shè)施所受到的風(fēng)載荷就很大，平 臺(tái)將受到很大的水平力、垂直力和傾覆力矩。裙樁的設(shè)計(jì)必須考慮如何對(duì)抗在外 部環(huán)境載荷作用下，平臺(tái)可能出現(xiàn)的沉降、滑移和傾覆。總之，必須根據(jù)固定式 平臺(tái)的特點(diǎn)，通盤研究下部的組合罐、中部的支腿和上部的平臺(tái)設(shè)施的總體形式 和結(jié)構(gòu)。由于組合罐和支腿的連接部位將產(chǎn)生很大的內(nèi)力，包括水平力、垂向力 和彎矩，尤其是彎矩，組合罐的結(jié)構(gòu)形式和強(qiáng)度設(shè)計(jì)必須有利于上述內(nèi)力向水下 樁的傳遞。對(duì)于采用鋼制導(dǎo)管架為支腿的平臺(tái)，導(dǎo)管架或?qū)Ч芗艿鬃?也可配置 水下樁，穿過(guò)組合罐打入海床；自升式支腿必要時(shí)同樣也可加設(shè)水下裙樁。
3. 和現(xiàn)行的依靠巨大重力坐落和固定在海床上的混凝土重力平臺(tái)不同，本 發(fā)明平臺(tái)主要依靠水下裙樁6固定，平臺(tái)總的設(shè)計(jì)操作重量(濕重)不需要很大， 不需要為了平臺(tái)的固定而專門另外增加固定壓載配重。為了避免平臺(tái)可能因浮力 大于操作重量造成樁的上拔力，本發(fā)明各種形式平臺(tái)的操作總重量應(yīng)等于或大于 平臺(tái)水下部分總浮力，二者的差值大小可根據(jù)海床的垂向承載力進(jìn)行調(diào)整。如果 設(shè)施的操作重量比浮力小，則需另加必要的固定壓載。如果設(shè)施的操作重量比浮 力大很多，超過(guò)了海床地基承載力，則需設(shè)法降低組合罐的結(jié)構(gòu)自重，如采用低 重度混凝土，或在保證強(qiáng)度的前提下降低組合罐的壁厚，或設(shè)法另加浮艙，增加 浮力；但如果海床地基承載力容許，其操作重量的上限可不做嚴(yán)格限制?？傊?， 本發(fā)明平臺(tái)組合罐底部的固定壓載艙和空艙容應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，決定 是否設(shè)置和如何設(shè)置。
本發(fā)明組合罐推薦采用混凝土材料建造。當(dāng)然，采用鋼材建造也是可以的； 但是，和鋼材相比，混凝土材料具有建造工藝簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)便宜、操作維 護(hù)費(fèi)用低，材料耐海水腐蝕性能和熱絕緣性能好，結(jié)構(gòu)物的壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所指混凝土結(jié)構(gòu)包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝 土結(jié)構(gòu)、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、纖維增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)、鋼板混凝土結(jié)構(gòu)之中的一種或 數(shù)種，具體采用哪種，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)果確定。傳統(tǒng)泵組模塊及電力供應(yīng)和遙控操作站
如發(fā)明專利"液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"所述，本發(fā)明傳統(tǒng)泵組模塊 (CONVENTIONALPUMPS MODULE)由海水壓載泵、海水卸載泵、儲(chǔ)液裝載 泵、儲(chǔ)液卸載(外輸)泵各一臺(tái)或二臺(tái)(一用一備，)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、管路、(自動(dòng) 控制)閥門、現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制和執(zhí)行元件，以及液壓站組合而成。由于本發(fā)明推 薦采用混凝土建造組合罐，"密閉氣壓連通式海水和儲(chǔ)液等質(zhì)量流率自動(dòng)置換流
程系統(tǒng)"中各個(gè)儲(chǔ)液?jiǎn)卧獌?nèi)部的惰氣壓力均低于該單元外部海水靜水壓力。為了 使各儲(chǔ)液?jiǎn)卧暮Ｋ畨狠d艙內(nèi)部和其外部海水的壓力差值最小，并確保內(nèi)部惰氣
壓力低于外部靜水壓力，流程中各儲(chǔ)液?jiǎn)卧獌?nèi)部惰性氣體最高壓力設(shè)定為該海
水壓載艙內(nèi)頂部或其下方適當(dāng)深度所處的外部海水的靜壓力。本發(fā)明流程系統(tǒng)中 海水卸載泵和儲(chǔ)液卸載泵需要采用潛沒(méi)泵，泵進(jìn)口吸入頭高度應(yīng)大于艙外靜水壓 力和艙內(nèi)惰氣壓力之差。海水卸載泵、海水壓載泵和儲(chǔ)液卸載泵安裝在平臺(tái)支腿
5內(nèi)部，位于水面以下適當(dāng)?shù)纳疃?；?chǔ)液裝載泵、液壓站和模塊等其它元器件可
根據(jù)需要安裝在支腿5內(nèi)或平臺(tái)上部模塊4上。本發(fā)明固定平臺(tái)的液體儲(chǔ)存和外
卸系統(tǒng)所需的電力供應(yīng)統(tǒng)一納入全平臺(tái)的供配電系統(tǒng)；儲(chǔ)卸作業(yè)的控制統(tǒng)一納入
全平臺(tái)的生產(chǎn)操作控制系統(tǒng)，可通過(guò)就地控制盤實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制，通過(guò)中央控制室
的中控盤實(shí)現(xiàn)集中遙控。
平臺(tái)支腿、上部設(shè)施及平臺(tái)的建造和安裝
如前所述，本發(fā)明選用的發(fā)明專利"液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"所涉 及的上述6種組合罐和發(fā)明專利"帶水下儲(chǔ)罐的浮式平臺(tái)"所涉及的多層圓塔狀 多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐，它們均可配備下述4種不同型式的支腿
和現(xiàn)行混凝土重力平臺(tái)相同的混凝土圓(錐)筒形支腿5 — 1 (參見圖l)
傳統(tǒng)鋼制導(dǎo)管架支腿5 — 2 (參見圖2)
深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架支腿5 — 3 (參見圖3)
自升式鋼制支腿5—4 (參見圖4和圖5)
據(jù)此，形成7X4 = 28種不同形式帶海底儲(chǔ)罐的坐底式平臺(tái)。
本發(fā)明選用的發(fā)明專利"帶水下儲(chǔ)罐的浮式平臺(tái)"所涉及的立式長(zhǎng)圓筒形多 層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐僅可配備深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架支腿。因此，本發(fā)明共包含
28 + 1=29種不同形式的平臺(tái)。
上述8種組合罐中，多儲(chǔ)液?jiǎn)卧墓迾?gòu)造復(fù)雜，但生產(chǎn)操作靈活、應(yīng)急處置 方便。罐體高度決定平臺(tái)適用深水、也影響平臺(tái)所受到的波浪載荷的大小。兩種 臥式組合罐高度最小，特別適用于淺水區(qū)域；在水深等條件相同的前提下，所受 到的波浪載荷最小。兩種多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧慕M合罐的高度最高，適用于水深較深的 海域，宜于和導(dǎo)管架型支腿相配套。
上述4種支腿中后3種為鋼結(jié)構(gòu)支腿，由此形成鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)組合平 臺(tái)。和現(xiàn)行的單純混凝土結(jié)構(gòu)的重力平臺(tái)相比，這種組合平臺(tái)建造和安裝更靈活， 可用于更深的水域。和混凝土支腿相比，鋼結(jié)構(gòu)支腿具有水線面面積小、通透性 好，所受到的波浪載荷小的優(yōu)點(diǎn)，但抗腐蝕、抗冰和抗碰撞性能則不如混凝土支 腿。為了簡(jiǎn)化混凝土支腿建造工藝，也可采用圓柱筒體取代圓錐筒體。
如前所述，和現(xiàn)行的混凝土重力平臺(tái)靠巨大的重力固定在海床上不同，為了 對(duì)抗風(fēng)、浪、流作用于本發(fā)明平臺(tái)的水平載荷和傾覆力矩，即，抗滑移和抗傾覆， 本發(fā)明上述各種形式平臺(tái)主要依靠水下樁6將平臺(tái)固定在海床上，必要時(shí)也可輔 以斜拉的張緊索固定系統(tǒng)11 (參見圖3)。如前所述，對(duì)于采用鋼制導(dǎo)管架支腿 5-2和5-3的平臺(tái)，導(dǎo)管架或?qū)Ч芗艿鬃?0也可配置自身的水下樁，穿過(guò)組合罐打入海床；自升式支腿同樣也可配置水下樁。
本發(fā)明自升式平臺(tái)的上部設(shè)施采用水密艙壁結(jié)構(gòu)，其它形式的平臺(tái)采用和傳 統(tǒng)的混凝土重力平臺(tái)或?qū)Ч芗芷脚_(tái)相同的上部設(shè)施結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明坐底式平臺(tái)可采用多種方法建造和安裝，概括起來(lái)包括罐、支腿和 上部模塊分別建造、拖航并在海上先后安裝，如導(dǎo)管架支腿坐底平臺(tái)；罐、支腿 和上部模塊在陸上干塢內(nèi)或近岸水域完成建造、整體拖航和海上安裝，如混凝土 支腿坐底平臺(tái)和自升式坐底平臺(tái)；罐、支腿和上部模塊分別建造、罐先行安裝在 海上，支腿和上部在陸上安裝后一體拖航、在海上完成與罐的連接安裝，如自升 式坐底平臺(tái)。詳細(xì)描述參見應(yīng)用實(shí)例1 4。本發(fā)明平臺(tái)建造的關(guān)鍵是混凝土組 合罐的建造，它決定了建造地點(diǎn)的選擇。根據(jù)平臺(tái)底部的組合罐結(jié)構(gòu)形式的不同， 可相應(yīng)采用傳統(tǒng)深干塢建造、普通干船塢建造和碼頭場(chǎng)地建造。例如，帶"竹排" 式組合罐的平臺(tái)，其四周周邊底部加設(shè)了水密裙板，可以利用普通干船塢來(lái)建造。 平臺(tái)立式組合罐的罐體如果全部或下部采用鋼板混凝土結(jié)構(gòu)，可用普通干船塢或 碼頭場(chǎng)地建造鋼板殼體，在塢內(nèi)漂浮然后拖航至深水水域、或從碼頭滑移至下水 駁拖航至深水水域，在深水水域漂浮狀態(tài)下向殼體中間澆筑混凝土，并完成全部 設(shè)施結(jié)構(gòu)的建造。傳統(tǒng)深干塢則適用于本發(fā)明各種平臺(tái)的前期建造。有關(guān)描述參 見發(fā)明專利"液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"說(shuō)明書關(guān)于組合罐建造的相關(guān)內(nèi) 容。
主要優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明坐底固定式平臺(tái)保留和發(fā)揮了導(dǎo)管架平臺(tái)、自升式平臺(tái)和混凝土重力 平臺(tái)的長(zhǎng)處，克服了它們的缺點(diǎn)。
本發(fā)明解決了固定平臺(tái)水下儲(chǔ)液、保溫和加熱的問(wèn)題，油品儲(chǔ)卸過(guò)程不會(huì)造 成油氣的浪費(fèi)(排放)、沒(méi)有任何污染；和穿梭油輪單點(diǎn)或多點(diǎn)系泊裝置配套后， 可以實(shí)現(xiàn)海上石油、天然氣開發(fā)生產(chǎn)所需要的鉆井、生產(chǎn)、儲(chǔ)存和外輸?shù)娜坠?能。
建造和安裝靈活， 一個(gè)油氣田開發(fā)結(jié)束后，平臺(tái)可以遷移至其它油氣田重復(fù) 使用。
本發(fā)明平臺(tái)適用范圍廣既可用于淺水，也可用于深水；既可用于海上大型、
長(zhǎng)生產(chǎn)壽命的油氣田的開發(fā)，又可用于小型、短生產(chǎn)壽命的油氣m，尤其是邊際
油氣田的開發(fā)。
應(yīng)用實(shí)例l:帶海底儲(chǔ)罐的混凝土圓(錐)筒形支腿坐底式平臺(tái)(參見圖l)
本平臺(tái)采用混凝土圓(錐)筒體支腿5_1，圖示為單腿、也可以是二至四 腿，隔水套管、立管和海底電纜均穿過(guò)支腿。在淺水區(qū)域平臺(tái)如果采用"竹排" 式組合罐，上部設(shè)施采用和船形FPSO相同的模塊形式，支腿可采用多腿。為了 減小波浪載荷，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減小支腿的水平截面面積和水 下立面的尺度，帶立式組合罐的平臺(tái)盡可能采用單腿；但支腿的水平截面面積和 數(shù)量的確定還必須考慮拖航過(guò)程中的穩(wěn)性。上部設(shè)施采用和普通重力式平臺(tái)相同 的形式。根據(jù)平臺(tái)底部的組合罐結(jié)構(gòu)形式的不同，本實(shí)例坐底平臺(tái)可相應(yīng)采用不 同方法建造。例如，帶"竹排"式組合罐的平臺(tái)，其四周周邊底部加設(shè)了水密裙 板，可以利用普通干船塢來(lái)建造。平臺(tái)立式組合罐的罐體如果全部或下部采用鋼 板混凝土結(jié)構(gòu)，可用普通干船塢或碼頭場(chǎng)地建造鋼板殼體，在塢內(nèi)漂浮然后拖航 至深水水域、或從碼頭滑移至下水駁拖航至深水水域，在深水水域漂浮狀態(tài)下向 殼體中間澆筑混凝土，并完成全部設(shè)施結(jié)構(gòu)的建造。傳統(tǒng)深干塢則適用于本發(fā)明 各種平臺(tái)的前期建造。拖航和安裝就位的方法與混凝土重力平臺(tái)相同或相似，但下部罐體在海床上固定的方法和重力平臺(tái)不同，如前所述，本發(fā)明固定平臺(tái)靠打 入海床的水下裙樁6固定。本平臺(tái)適用的環(huán)境條件和水深和現(xiàn)行的混凝土重力平 臺(tái)相同，但克服了現(xiàn)行重力平臺(tái)濕式儲(chǔ)油和靠重力固定的缺點(diǎn)。圖l所示平臺(tái)采 用立式圓筒形單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐，也可采用前述除立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧?組合罐以外的其它6種組合罐的任一種。本平臺(tái)適用水深350米以內(nèi)的海域。
應(yīng)用實(shí)例2:帶海底儲(chǔ)罐的傳統(tǒng)導(dǎo)管架坐底式平臺(tái)(參見圖2)
本平臺(tái)實(shí)質(zhì)上就是把傳統(tǒng)鋼制導(dǎo)管架平臺(tái)安裝在固定于海床上的組合罐上， 它因此具有導(dǎo)管架平臺(tái)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，解決了導(dǎo)管架平臺(tái)難以儲(chǔ)油的難題。平臺(tái)導(dǎo)
管架腿5_2和組合罐1的連接部位的設(shè)計(jì)必須考慮支腿和罐壁的強(qiáng)度，必須有 利于載荷向水下樁6的傳遞。本平臺(tái)除依靠水下樁6固定外，還可以輔以斜拉張 緊索H固定(參見圖3)，特別是對(duì)于組合罐的高度很高的平臺(tái)。本平臺(tái)的下部 混凝土組合罐1、中部鋼制導(dǎo)管架5—2和上部平臺(tái)模塊4分別建造和拖航。組 合罐根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可相應(yīng)采用普通干船塢、碼頭場(chǎng)地和傳統(tǒng)深干塢等不 同場(chǎng)地和方法建造。海上安裝的順序是先把組合罐1漂浮拖航至現(xiàn)場(chǎng)并安裝、調(diào) 平和固定在海床上，拖航和安裝過(guò)程中應(yīng)該確保組合罐在水中的浮心高于重心； 然后將其后運(yùn)來(lái)的導(dǎo)管架5—2安裝并連接到組合罐1上，最后安裝上部模塊4。 為了保證導(dǎo)管架安裝的垂直度，既可參照深水順應(yīng)式導(dǎo)管架的安裝方法并加以簡(jiǎn) 化，在組合罐頂部安裝調(diào)平基板7 (LEVELING TEMPLETE)和底座8 (BASE TEMPLETE)，導(dǎo)管架5 — 2再安裝在底座8之上，導(dǎo)管架底座8還可配賈自身的水 下樁，穿過(guò)組合罐打入海床；也可采用常規(guī)的帶水下裙樁導(dǎo)管架，導(dǎo)管架水下樁 穿過(guò)組合罐打入海床。
在水深很淺的區(qū)域，平臺(tái)如果采用"竹排"式組合罐，上部設(shè)施采用和船形 FPSO相同的模塊形式，導(dǎo)管架可演變?yōu)槎鄺l鋼支腿。
傳統(tǒng)鋼制導(dǎo)管架理論上的經(jīng)濟(jì)適用水深可達(dá)300米，考慮到組合罐的高度 50 100米，本平臺(tái)適用水深400米以內(nèi)的海域。圖2所示平臺(tái)采用立式圓筒形 單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐，也可采用前述除立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐以外的 其它6種組合罐的任一種。
應(yīng)用實(shí)例3:帶海底儲(chǔ)罐的深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架坐底式平臺(tái)(參見圖3)
本平臺(tái)實(shí)質(zhì)上就是把深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架平臺(tái)安裝在固定于海床上的組 合罐上，它具有順應(yīng)式導(dǎo)管架平臺(tái)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，解決了順應(yīng)式導(dǎo)管架平臺(tái)難以儲(chǔ) 油的難題。平臺(tái)導(dǎo)管架腿5 — 3和組合罐1的連接部位的設(shè)計(jì)必須考慮支腿和罐 壁的強(qiáng)度和疲勞，尤其是疲勞，必須有利于載荷向水下樁的傳遞。本平臺(tái)的建造、 運(yùn)輸和海上安裝的順序和上述以傳統(tǒng)鋼制導(dǎo)管架為支腿的平臺(tái)相同，其中順應(yīng)式 導(dǎo)管架垂直度要求小于o.r ，可先在組合罐(已預(yù)先安裝在海床上)的頂部安 裝并調(diào)平調(diào)平基板7 (LEVELING TEMPLETE)，再先后安裝底座8 (TOWER BASE TEMPLETE)、中段9 (TOWER BASE SECTION)和上段10 (TOWER TOP SECTION)。 深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架理論上的經(jīng)濟(jì)適用水深可達(dá)800米，實(shí)際工程應(yīng)用已達(dá) 530米，考慮到組合罐的高度50 200米，本平臺(tái)適用水深可達(dá)1000米。圖3 所示平臺(tái)采用立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐，也可采用前述的其它7種組合 罐的任一種。本平臺(tái)除依靠水下樁6固定外，還可以輔以如圖3所示的斜拉張緊 索固定系統(tǒng)11緊固組合罐1，而不能緊固順應(yīng)式導(dǎo)管架，順應(yīng)式導(dǎo)管架底座8 還可配置水下樁，穿過(guò)組合罐打入海床。
應(yīng)用實(shí)例4:帶海底儲(chǔ)罐的自升式坐底平臺(tái)(參見圖4和圖5)
本平臺(tái)實(shí)質(zhì)上就是把去掉沉墊或樁腳的自升式平臺(tái)安裝在固定于海床上的組合罐1上，它可以是三腿或四腿，含水密艙壁結(jié)構(gòu)12的上部模塊4可通過(guò)升 降機(jī)構(gòu)在支腿5—4上升降，并在需要的標(biāo)高位置固定。本型固定式平臺(tái)的下部 組合罐1在干塢內(nèi)建造、中部鋼制支腿5 — 4和上部平臺(tái)模塊4均在陸上建造。 本型固定式平臺(tái)有兩種不同的安裝方法，設(shè)計(jì)建造也因此略有不同。
第1種，整個(gè)平臺(tái)在干塢內(nèi)完成安裝，上部模塊4降至支腿5—4的下部后 整體拖航至油田現(xiàn)場(chǎng)。本平臺(tái)和帶沉墊的自升升鉆井平臺(tái)相似。根據(jù)拖航分析和 設(shè)計(jì)，拖航過(guò)程中平臺(tái)所需的浮力和浮態(tài)控制既可l.單獨(dú)依靠組合罐l的吃水
所形成的排水來(lái)實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)拖航穩(wěn)性依靠組合罐水線面面積的慣性矩提供，也可
2.同時(shí)依靠組合罐1和上部模塊水密艙12的吃水所形成的排水來(lái)實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)拖 航穩(wěn)性依靠上部模塊水密艙水線面面積的慣性矩提供。需要注意的是，前一方案 在到達(dá)海上安裝現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)逐步增加平臺(tái)的吃水深度，使上部模塊水密艙12形成 所需的吃水，因?yàn)閮煞N方案在海上安裝過(guò)程中的穩(wěn)性均需依靠上部模塊水密艙水 線面面積的慣性矩。最后，逐步下沉組合罐l，使之坐落于海床，調(diào)平后再打入 水下裙樁6，提升上部模塊4，最終完成平臺(tái)的安裝。
第2種，組合罐1先行安裝在海床上，平臺(tái)上部模塊4和支腿5 — 4在塢內(nèi) 完成安裝，以上部模塊水密艙12為浮體，拖航至海上安裝現(xiàn)場(chǎng)，下放支腿5—4， 使其和組合罐的支腿接頭13相連接并固定，最后提升上部模塊4，完成平臺(tái)的 安裝。本平臺(tái)和帶樁腳的自升升鉆井平臺(tái)相似，支腿端部和組合罐的支腿接頭 13需要專門設(shè)計(jì)。
現(xiàn)行的自升式平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用水深已達(dá)150米，考慮到組合罐的高度50 100 米左右，本平臺(tái)適用水深可達(dá)250米以內(nèi)的海域。圖4所示平臺(tái)采用立式圓筒形 單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐，圖5所示平臺(tái)采用"竹排"式組合罐，即臥式連排圓筒形 多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐或儲(chǔ)液?jiǎn)卧獌?nèi)海水壓載罐和儲(chǔ)液罐分開設(shè)置的組合罐，也可 采用前述除立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐以外的其它4種組合罐的任一種。 本平臺(tái)除依靠水下樁6固定外，還可以為支腿配置水下樁，穿過(guò)組合罐打入海床。
權(quán)利要求
1. 一種帶海底儲(chǔ)罐的坐底固定式平臺(tái)，它以發(fā)明專利“液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置”的核心技術(shù)——“密閉氣壓連通式海水和儲(chǔ)液等質(zhì)量流率自動(dòng)置換流程系統(tǒng)”和“水下組合式儲(chǔ)液罐”為基礎(chǔ)，具有29種不同的形式，每種形式都由三大部分構(gòu)成儲(chǔ)液系統(tǒng)，包括發(fā)明專利“液體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置”所涉及的下述部分固定于海床上的混凝土組合式儲(chǔ)液罐(以下簡(jiǎn)稱組合罐)，它兼作本平臺(tái)海底結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；傳統(tǒng)泵組模塊和提供電力和實(shí)施遙控操作的工作站，均安裝在本平臺(tái)上。安裝于上述固定式組合罐上的平臺(tái)的支腿，它可以采用一條或多條混凝土圓(錐)筒形支腿；也可以采用傳統(tǒng)鋼制固定平臺(tái)導(dǎo)管架為支腿，或采用深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架為支腿；還可采用自升式平臺(tái)形鋼制支腿。安裝于上述支腿上的平臺(tái)上部設(shè)施，它可以采用如同普通固定平臺(tái)那樣的上部設(shè)施，也可如同自升式平臺(tái)那樣，采用水密艙壁和可升降式的上部模塊。其技術(shù)特征在于它不依靠巨大重力，而主要是依靠水下裙樁坐落和固定在海床上，平臺(tái)的操作總重量等于或大于平臺(tái)水下部分總浮力，為了抗滑移和抗傾覆，必要時(shí)也同時(shí)可輔以斜拉的張緊索固定系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求l所述的采用"密閉氣壓連通式海水和儲(chǔ)液等質(zhì)量流率自動(dòng)置換流程系統(tǒng)"的坐底固定式平臺(tái)，其技術(shù)特征在于:各個(gè)儲(chǔ)液?jiǎn)卧獌?nèi)部的惰氣壓力低于該單元外部海水靜水壓力，且該惰性氣體最高壓力等于所在海水壓載艙 內(nèi)頂部或其下方適當(dāng)深度所處的外部海水的靜壓力，流程系統(tǒng)中海水卸載泵和儲(chǔ)液卸載泵采用潛沒(méi)泵，泵進(jìn)口吸入頭高度大于艙外靜水壓力和艙內(nèi)惰氣壓力之 差。
3. 如權(quán)利要求1所述的混凝土組合式儲(chǔ)罐，共8種形式，包括發(fā)明專利"液 體水下儲(chǔ)存、裝載和外卸裝置"所涉及的5種采用"罐中罐"式儲(chǔ)液?jiǎn)卧慕M合 罐——立式圓筒形單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐，立式花瓣圓筒形單組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐， 立式花瓣圓筒形多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐，立式蜂窩狀多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐和臥式連 排圓筒形多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐("竹排"式組合罐)，以及儲(chǔ)液?jiǎn)卧獌?nèi)部海水壓載 艙和儲(chǔ)液艙分開設(shè)置的組合罐("竹排"式組合罐)；它還包括發(fā)明專利"帶水下 儲(chǔ)罐的浮式平臺(tái)"所涉及"立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐"和"多層圓塔狀 多組儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐"。其技術(shù)特征在于除上述兩個(gè)發(fā)明專利所述的特征外，組 合罐全部采用底部壓載艙，其與上部設(shè)施井口區(qū)相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)有上下貫通整個(gè) 組合罐的圓筒形或矩形月池，以便隔水套管穿過(guò)并連接地下的油井。
4. 如權(quán)利要求1所述的混凝土圓柱(錐)筒形支腿，它和權(quán)利要求3所述 的除立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐以外的其它7種組合罐的任一種配套，可 形成7種全混凝土結(jié)構(gòu)、帶海底儲(chǔ)罐的坐底式固定平臺(tái)，其技術(shù)特征在于:在保 證支腿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和拖航穩(wěn)性的前提下，支腿上下端的直徑應(yīng)盡可能小，平臺(tái)的建 造、拖航和海上安裝的方法和現(xiàn)行的混凝土重力平臺(tái)的方法相同或相似。
5. 如權(quán)利要求1所述的傳統(tǒng)鋼制固定平臺(tái)導(dǎo)管架支腿，它和權(quán)利要求3所述 的除立式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐以外的其它7種組合罐的任一種配套，可 形成7種鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)組合的、帶海底儲(chǔ)罐的傳統(tǒng)導(dǎo)管架坐底固定式平 臺(tái)，其技術(shù)特征在于平臺(tái)的下部混凝土組合罐、中部鋼制導(dǎo)管架和上部平臺(tái)模塊分別建造和拖航，海上安裝的順序是先把組合罐拖航至現(xiàn)場(chǎng)并安裝、調(diào)平和固 定于海床上，然后將其后運(yùn)來(lái)的導(dǎo)管架安裝并連接到組合罐上，最后安裝上部模 塊；為了保證導(dǎo)管架安裝的垂直度，既可參照深水順應(yīng)式導(dǎo)管架的方法，在組合 罐頂部安裝調(diào)平基板(LEVELING TEMPLETE)和底座(BASE TEMPLETE),導(dǎo)管架 再安裝在底座上，導(dǎo)管架底座還可配置水下樁，穿過(guò)組合罐打入海床；也可采用 常規(guī)的帶水下裙樁導(dǎo)管架的安裝方法，導(dǎo)管架的水下樁穿過(guò)組合罐打入海床。
6. 如權(quán)利要求5所述7種平臺(tái)之中的一種——帶"竹排"式組合儲(chǔ)罐的平 臺(tái)，當(dāng)其用于水深很淺的水域，其技術(shù)特征在于上部設(shè)施采用和船形FPSO相 同的模塊形式，支腿相應(yīng)由導(dǎo)管架演變?yōu)槎嗯哦喔摴堋?br> 7. 如權(quán)利要求1所述的深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架支腿，它和權(quán)利要求4所述的 8種組合罐的任一種配套，可形成8種鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)組合的帶海底儲(chǔ)罐的 深水順應(yīng)式導(dǎo)管架坐底固定式平臺(tái)，其技術(shù)特征在于平臺(tái)的建造、運(yùn)輸和海上 安裝的順序和上述以傳統(tǒng)鋼制導(dǎo)管架為支腿的平臺(tái)相同，組合罐預(yù)先安裝在海床 上，再安裝導(dǎo)管架，即參照深水順應(yīng)式鋼制導(dǎo)管架的安裝辦法，先在組合罐頂部 安裝并調(diào)平調(diào)平基板，再先后安裝底座(TOWER BASE TEMPLETE)、中段(TOWER BASE SECTION)和上段(TOWER TOP SECTION),最后安裝上部模塊；導(dǎo)管架底座還可 配置水下樁，穿過(guò)組合罐打入海床。
8. 如權(quán)利要求1所述的自升式平臺(tái)形鋼制支腿，它和權(quán)利要求4所述的除立 式長(zhǎng)圓筒形多層儲(chǔ)液?jiǎn)卧M合罐以外的其它7種組合罐的任一種配套，形成7 種鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)組合的帶海底儲(chǔ)罐的自升式坐底固定式平臺(tái)，其技術(shù)特征 在于平臺(tái)的建造、運(yùn)輸和海上安裝的順序可以是，組合罐和上部設(shè)施連同可升 降的支腿分別在干塢建造，組合罐先行拖航至油田現(xiàn)場(chǎng)安裝在海床上，上部設(shè)施 和支腿濕拖至現(xiàn)場(chǎng)后，再完成支腿和組合罐的連接，最后提升上部設(shè)施并完成整 個(gè)平臺(tái)的海上安裝；也可以整個(gè)平臺(tái)在干塢內(nèi)完成安裝，整體拖航至油田現(xiàn)場(chǎng)， 依靠上部設(shè)施吃水產(chǎn)生的浮力，下放組合罐，完成組合罐在海床上的安裝，最后 提升上部設(shè)施并完成整個(gè)平臺(tái)的海上安裝。
全文摘要
一種帶海底儲(chǔ)罐的坐底固定式平臺(tái)，以“密閉氣壓連通式海水和儲(chǔ)液等質(zhì)量流率自動(dòng)置換流程系統(tǒng)”和“水下組合式儲(chǔ)罐”為基礎(chǔ)，具有29種不同的形式，均由儲(chǔ)液系統(tǒng)、支腿和平臺(tái)上部設(shè)施三部分構(gòu)成。和混凝土重力平臺(tái)不同，本發(fā)明各種形式平臺(tái)主要依靠水下樁將平臺(tái)固定在海床上，必要時(shí)輔以斜拉的張緊索固定系統(tǒng)。本發(fā)明平臺(tái)兼具導(dǎo)管架平臺(tái)和混凝土重力平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于并可取代現(xiàn)有的混凝土重力平臺(tái)；加上配套的單點(diǎn)或多點(diǎn)系泊裝置后，可形成一個(gè)包含海上石油和天然氣生產(chǎn)、鉆井、修井、儲(chǔ)存和外運(yùn)完整的開發(fā)系統(tǒng)。它的適應(yīng)性強(qiáng)適用范圍廣，可用于淺水、深水、小型、大型和邊際油氣田，可方便地遷移至其它油氣田重復(fù)使用。
文檔編號(hào)E02B17/00GK101545254SQ20081002456
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者吳植融 申請(qǐng)人:吳植融