用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水下采油模塊，水下儲(chǔ)油模塊和運(yùn)輸模塊；所述的水下采油模塊由油井裝置和連接多個(gè)油井和多個(gè)油井裝置的初步處理裝置構(gòu)成，所述的水下儲(chǔ)油模塊由儲(chǔ)油基礎(chǔ)和油罐組成，所述的運(yùn)輸模塊包括海上吊機(jī)、浮箱以及拖輪。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：將海底油氣資源開(kāi)采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程進(jìn)行合理分割，縮小了管道跨距，降低了對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，有效的規(guī)避了致使管道結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞以及破裂、斷裂情況的海面海洋環(huán)境載荷和災(zāi)害的作用，避免油氣資源泄漏所造成的嚴(yán)重環(huán)境污染和重大經(jīng)濟(jì)損失，改善了工作人員的環(huán)境條件，從而降低海底油氣資源開(kāi)采的風(fēng)險(xiǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋石油工程領(lǐng)域的海底石油和天然氣資源開(kāi)采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)娜^(guò)程，更具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在藍(lán)色的海洋中，海底蘊(yùn)藏著非常豐富的石油和天然氣資源。近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們逐漸加大了對(duì)海底油氣資源的開(kāi)發(fā)和利用。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，海底油氣資源的開(kāi)采逐漸由淺水走向深水，海底油氣資源的開(kāi)采裝備也逐漸由固定式發(fā)展為順應(yīng)式、浮式。在淺水海域，通常采用比較經(jīng)濟(jì)的固定式平臺(tái)對(duì)海底的油氣資源進(jìn)行勘探和開(kāi)采，比如:自升式平臺(tái)、導(dǎo)管架平臺(tái)，混凝土平臺(tái)等等。在深水海域，固定式平臺(tái)的安裝成本和技術(shù)難度大大增加，一般改用浮式平臺(tái)進(jìn)行海底油氣資源的勘探和開(kāi)采，比如:半潛式平臺(tái)、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)(FPSO)、張力腿平臺(tái)(TLP)、單柱式平臺(tái)(Spar)等等。我國(guó)最先進(jìn)、技術(shù)含量最高的石油平臺(tái)為981號(hào)半潛式鉆井平臺(tái)，該鉆井平臺(tái)具有全自動(dòng)定位系統(tǒng)，能夠在風(fēng)、浪、流的作用下進(jìn)行精確定位，現(xiàn)已在南海成功作業(yè)。
[0003]現(xiàn)階段，海底油氣資源的開(kāi)采裝備大都是將海底油井出產(chǎn)的石油或者天然氣通過(guò)管道運(yùn)輸?shù)胶Ｃ嫔?，在石油平臺(tái)或者石油船舶上進(jìn)行初步處理，然后再通過(guò)穿梭油輪將油氣資源運(yùn)輸?shù)疥懙厣?。石油平臺(tái)和石油船舶是進(jìn)行海底石油和天然氣等資源開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵結(jié)點(diǎn)，對(duì)海底油氣資源的開(kāi)采至關(guān)重要。但是石油平臺(tái)和石油船舶身處海平面與大氣層的交界面，經(jīng)常會(huì)受到海上風(fēng)、浪、流和海冰等自然載荷和災(zāi)害的影響，其工作區(qū)域和工作時(shí)間受到較大的限制。在臺(tái)風(fēng)、海嘯等惡劣自然環(huán)境作用下，海上平臺(tái)和石油船舶很可能遭受到致命性的打擊，從而造成重大的人員傷亡事故和巨額的經(jīng)濟(jì)損失。
[0004]此外，管道是運(yùn)送海底石油和天然氣的重要紐帶，其對(duì)海底油氣資源的運(yùn)輸有著重要的影響。而在現(xiàn)有技術(shù)的開(kāi)采方式中，往往存在以下缺點(diǎn):
[0005](I)管道的跨距較長(zhǎng)，一直從海底連續(xù)延伸到石油平臺(tái)或者石油船舶，管道的跨距越長(zhǎng)，其危險(xiǎn)性就越大，故對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求較高；
[0006](2)管道內(nèi)部運(yùn)輸?shù)牧黧w經(jīng)常含有顆粒雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)造成管道堵塞，從而影響油氣資源的安全輸送；
[0007](3)管道受到波浪和海流的作用時(shí)通常會(huì)發(fā)生振動(dòng)，該振動(dòng)的長(zhǎng)時(shí)間作用會(huì)使管道結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞；
[0008](4)海中生物的活動(dòng)也會(huì)對(duì)管道的安全性產(chǎn)生影響，尤其是大型生物的碰撞有可能導(dǎo)致管道破裂，甚至斷裂，而管道一旦破裂或斷裂，管道內(nèi)運(yùn)輸?shù)挠蜌赓Y源就會(huì)泄漏，進(jìn)而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和重大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0009]可見(jiàn)，現(xiàn)有海洋油氣資源的開(kāi)采裝備和開(kāi)采方式都具有高風(fēng)險(xiǎn)、高投入和高技術(shù)等特點(diǎn)，對(duì)海面自然環(huán)境條件的依賴(lài)程度較高，發(fā)生事故后的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失也較大，而且工作人員的工作環(huán)境傾向于高危區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺陷，并為此提供一種用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]—種用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，包括水下采油模塊，水下儲(chǔ)油模塊和運(yùn)輸模塊，其中:
[0013]所述的水下采油模塊由油井裝置和初步處理裝置構(gòu)成，所述的初步處理裝置連接多個(gè)油井和多個(gè)油井裝置；
[0014]所述的水下儲(chǔ)油模塊由儲(chǔ)油基礎(chǔ)和油罐組成:所述的儲(chǔ)油基礎(chǔ)包括其中心留有基礎(chǔ)進(jìn)油口的圓臺(tái)和設(shè)置在所述圓臺(tái)上部的護(hù)欄;所述的油罐包括具有一定抗壓性能的兩層包裹殼，兩層包裹殼之間設(shè)置有填充，所述的包裹殼設(shè)置有上端開(kāi)口和下端進(jìn)油口，所述的包裹殼內(nèi)安裝油囊，所述的油囊上設(shè)置有可與所述的上端開(kāi)口對(duì)接的出油口，所述的油囊上還設(shè)置有可與所述下端進(jìn)油口相連接的進(jìn)油口 ；
[0015]所述的運(yùn)輸模塊包括海上吊機(jī)、浮箱以及拖輪。
[0016]所述儲(chǔ)油基礎(chǔ)中護(hù)欄的截面形狀為五邊形、六邊形、八角形或圓形。
[0017]所述的油罐為圓球體、橢球體、圓柱體、六面體或十二面體。
[0018]所述油罐的上端開(kāi)口和下端進(jìn)油口分別為一個(gè)或多個(gè)。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
[0020](I)將海底油氣資源開(kāi)采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程進(jìn)行合理分割，縮小了管道跨距，降低了對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，有效的規(guī)避了致使管道結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞以及破裂、斷裂情況的海面海洋環(huán)境載荷和災(zāi)害的作用，避免油氣資源泄漏所造成的嚴(yán)重環(huán)境污染和重大經(jīng)濟(jì)損失，使海底油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程更加安全，更加高效，更加經(jīng)濟(jì)。
[0021](2)對(duì)海底油氣資源的開(kāi)采和儲(chǔ)存都在海底進(jìn)行，有效的規(guī)避了海洋海面上海浪、海流、海冰和海風(fēng)等海洋環(huán)境載荷的作用，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，使之可以廣泛適用于海況惡劣的海域，從而降低工程造價(jià)的成本，有助于我國(guó)東海、南海等深海油氣田的開(kāi)發(fā)。
[0022](3)系統(tǒng)中油罐能夠批量生產(chǎn)并更替使用，從而有效的對(duì)海底油氣資源進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，降低了采油工程的成本和工作人員的危險(xiǎn)性。
[0023](4)改善了工作人員的環(huán)境條件，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間駐守石油平臺(tái)，只要負(fù)責(zé)油罐的安放、起吊和運(yùn)輸，就可在一定風(fēng)浪的作用下順利進(jìn)行作業(yè)，從而降低海底油氣資源開(kāi)采的風(fēng)險(xiǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為圖1中儲(chǔ)油基礎(chǔ)的A-A俯視圖；
[0026]圖3為圓球體油罐的示意圖；
[0027]圖4為圓柱體油罐的示意圖；
[0028]圖中標(biāo)記:1.油井裝置;2.初步處理裝置;3.儲(chǔ)油基礎(chǔ);4.油罐;5.海上吊機(jī);6.浮箱;7.拖輪;8.圓臺(tái)；9.護(hù)欄；10.基礎(chǔ)進(jìn)油口； 11.油囊；12.出油口； 13.上端開(kāi)口，下端進(jìn)油□ 14。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征更容易被清楚理解，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)其技術(shù)方案作以詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，包括水下采油模塊，水下儲(chǔ)油模塊和運(yùn)輸模塊。
[0031]參照?qǐng)D1，所述的水下采油模塊用于從海底油井抽取出海底油氣資源并進(jìn)行初步加工以提取其中的石油、天然氣等有價(jià)值的物質(zhì)，它由油井裝置I和初步處理裝置2構(gòu)成，所述的油井裝置I用于將海底油井產(chǎn)生的油氣資源進(jìn)行抽取并導(dǎo)入到管道中，再經(jīng)管道匯入初步處理裝置;所述的初步處理裝置2用于對(duì)油氣資源進(jìn)行初步處理，提取出其中的石油、天然氣等有價(jià)值的物質(zhì)，并除去泥、沙和水等雜質(zhì)，所述的初步處理裝置2可以連接多個(gè)油井和多個(gè)油井裝置I，以擴(kuò)大產(chǎn)油量。該模塊的工藝在海面上和陸地上都已經(jīng)相當(dāng)成熟，能夠全自動(dòng)化運(yùn)行，亦可采用水下機(jī)器人對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以防止油氣資源的泄漏。
[0032]所述的水下儲(chǔ)油模塊用于實(shí)現(xiàn)海底石油、天然氣等資源的順利儲(chǔ)存，它由儲(chǔ)油基礎(chǔ)3和油罐4組成，是本發(fā)明的關(guān)鍵發(fā)明點(diǎn)。
[0033]參照?qǐng)D2并結(jié)合圖1，所述的儲(chǔ)油基礎(chǔ)3用于固定油罐4并保證輸油的順利進(jìn)行，它包括中心部位留有基礎(chǔ)進(jìn)油口 10的圓臺(tái)8和安裝在所述圓臺(tái)8上部的護(hù)欄9;所述的圓臺(tái)8由混凝土或者鋼結(jié)構(gòu)制成并具有一定的抗沉性和抗傾斜性，以保證整個(gè)儲(chǔ)油基礎(chǔ)3的穩(wěn)定以及海底輸油管的順利通過(guò);所述的護(hù)欄9可以根據(jù)實(shí)際工程中的具體情況設(shè)置為截面如圖2所示的八角形或能夠保證所述油罐4的安全穩(wěn)定以及所述油罐4在安放和起吊過(guò)程中順利對(duì)接和脫離的五邊形、六邊形或圓形等任意形狀。
[0034]參照?qǐng)D3、圖4，所述的油罐4包括兩層具有一定抗壓性能的包裹殼，兩層包裹殼之間可以注滿(mǎn)水或者填充其他物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)油罐內(nèi)外壓力的傳遞并降低包裹殼結(jié)構(gòu)所受的壓力，所述的油罐4設(shè)置有上端開(kāi)口 13和下端進(jìn)油口 14，所述的下端進(jìn)油口 14可以與所述儲(chǔ)油基礎(chǔ)3的基礎(chǔ)進(jìn)油口 10對(duì)接，所述的油罐4內(nèi)安裝有能夠?qū)５子蜌赓Y源進(jìn)行包裹儲(chǔ)存的油囊11，所述的油囊11上設(shè)置有釋放油氣資源的出油口 12，所述的出油口 12可以與所述油罐4的上端開(kāi)口 13對(duì)接，所述的上端開(kāi)口 13是外界海水進(jìn)出所述油罐4的通道;所述的油囊11上還設(shè)置有與所述油罐4的下端進(jìn)油口 14相連接的進(jìn)油口，該進(jìn)油口可以通過(guò)所述油罐4的下端進(jìn)油口 14以及所述儲(chǔ)油基礎(chǔ)3的基礎(chǔ)進(jìn)油口 10向所述的油囊11內(nèi)充入油氣資源。
[0035]為了適應(yīng)于實(shí)際工程的情況要求，所述油罐4的上端開(kāi)口13可以根據(jù)需要設(shè)置為一個(gè)或多個(gè);所述油罐4的下端進(jìn)油口 14也可以根據(jù)需要設(shè)置為一個(gè)或多個(gè)。
[0036]所述的油罐4能夠?qū)５子蜌赓Y源進(jìn)行順利儲(chǔ)存和運(yùn)輸，它既可以是如圖3所示的圓球體，也可以是如圖4所示的圓柱體，還可以是能起到同樣作用的橢球體、六面體或十二面體等多種其他形狀。
[0037]當(dāng)所述的油罐4下潛時(shí)，海水從其上端開(kāi)口13進(jìn)入油罐4內(nèi)，所述油罐4內(nèi)部的油囊11中不含任何油氣體，處于空癟狀態(tài)，當(dāng)外界海水通過(guò)上端開(kāi)口 13進(jìn)入所述的油罐4時(shí)，可以減小所述油罐4所受到的外界壓力；
[0038]在充油氣資源的階段，海底輸油管道經(jīng)過(guò)所述油罐4的下端進(jìn)油口14向所述的油囊11內(nèi)充入石油、天然氣等資源，使所述油囊11的體積逐漸變大，從而擠壓所述油罐4中的海水，使得油罐4內(nèi)的海水從上端開(kāi)口 13中逐漸溢出；
[0039]待所述的油囊11內(nèi)充滿(mǎn)油氣資源時(shí)，需要將所述油囊11的進(jìn)油口和與其連接的油罐4的下端進(jìn)油口 14進(jìn)行封閉，以防止油氣的泄漏;所述油罐4的上端開(kāi)口 13則可以需根據(jù)實(shí)際工程情況來(lái)確定其封閉情況:
[0040]如果充滿(mǎn)的油囊11內(nèi)以天然氣為主，則需要封閉所述油罐4的上端開(kāi)口13，以防所述的油罐4在上升過(guò)程中，由于內(nèi)外壓差較大壓破其內(nèi)的油囊11，進(jìn)而引發(fā)安全事故；
[0041 ]如果充滿(mǎn)的油囊11內(nèi)以石油為主，則無(wú)需封閉所述油罐4的上端開(kāi)口 13，因?yàn)橥饨鐗簭?qiáng)的改變對(duì)所述油囊11內(nèi)的石油體積影響較小，不會(huì)引發(fā)安全事故。
[0042]所述的運(yùn)輸模塊用于海底油氣資源從采油基地到陸地上、輸油港口或者其他運(yùn)輸載體的運(yùn)輸過(guò)程。
[0043]參照?qǐng)D1，所述的運(yùn)輸模塊包括海上吊機(jī)5、浮箱6以及拖輪7，所述油罐4的下潛和上升均由所述的海上吊機(jī)5來(lái)協(xié)助完成，所述油罐4的托運(yùn)則有浮箱6和拖輪7協(xié)助完成。
[0044]當(dāng)所述的油罐4內(nèi)充滿(mǎn)油氣資源時(shí)，可采用所述的海上吊機(jī)5將所述的油罐4從儲(chǔ)油基礎(chǔ)3上吊起，直至其浮出水面，然后在其周?chē)惭b浮箱6，以使所述的油罐4能夠自浮，再利用拖輪7將可以自浮的油罐4托運(yùn)到指定位置，最后通過(guò)所述油罐4的上端開(kāi)口 13和所述油囊11的出油口 12將儲(chǔ)存在所述油囊11內(nèi)的油氣資源取出，從而完成海底油氣資源的運(yùn)輸過(guò)程。
[0045]當(dāng)然，還可以采用另一種方法:利用所述的海上吊機(jī)5將所述的油罐4直接吊放在較大的運(yùn)輸船上進(jìn)行運(yùn)輸或者在采油基地附近將油氣資源轉(zhuǎn)運(yùn)到其他運(yùn)輸載體上。但相比較而言，采用拖輪7托運(yùn)的方法更加簡(jiǎn)單和方便。因?yàn)?，在所述油?的下潛過(guò)程中，其內(nèi)充滿(mǎn)了海水，而在所述油罐4的上升過(guò)程中，其內(nèi)又充滿(mǎn)了油氣資源，這就使得所述油罐4的有效重量(重力和浮力的差值)并不很大，從而對(duì)所述海上吊機(jī)5起吊能力的要求不高，簡(jiǎn)易條件下就能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0046]本發(fā)明用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，將采油、儲(chǔ)油和運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)模塊進(jìn)行了合理的劃分，能夠有效的減小輸油管道的跨度并減低輸油管道的安裝成本和服役風(fēng)險(xiǎn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的海洋油氣資源開(kāi)采裝備和開(kāi)采方式的高風(fēng)險(xiǎn)、高投入和高技術(shù)等缺陷，無(wú)需依賴(lài)海面自然環(huán)境的條件，有效的避免了管道破裂或斷裂所引發(fā)的事故以及事故后的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失，并使工作人員的工作環(huán)境脫離高危區(qū)域，從而保證工作人員的人身安全，具有很好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
[0047]以上參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了示意性描述，該描述沒(méi)有限制性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明中各個(gè)技術(shù)特征均可能發(fā)生某些變化，而其他人員在其啟示下也可能做出相似設(shè)計(jì)。特別需要指出的是:只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)宗旨，所有顯而易見(jiàn)的細(xì)節(jié)變化或相似設(shè)計(jì)，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，包括水下采油模塊，水下儲(chǔ)油模塊和運(yùn)輸模塊，其特征在于: 所述的水下采油模塊由油井裝置和初步處理裝置構(gòu)成，所述的初步處理裝置連接多個(gè)油井和多個(gè)油井裝置； 所述的水下儲(chǔ)油申吳塊由儲(chǔ)油基礎(chǔ)和油觸組成:所述的儲(chǔ)油基礎(chǔ)包括其中心留有基礎(chǔ)進(jìn)油口的圓臺(tái)和設(shè)置在所述圓臺(tái)上部的護(hù)欄;所述的油罐包括具有一定抗壓性能的兩層包裹殼，兩層包裹殼之間設(shè)置有填充，所述的包裹殼設(shè)置有上端開(kāi)口和下端進(jìn)油口，所述的包裹殼內(nèi)安裝油囊，所述的油囊上設(shè)置有可與所述的上端開(kāi)口對(duì)接的出油口，所述的油囊上還設(shè)置有可與所述下端進(jìn)油口相連接的進(jìn)油口 ； 所述的運(yùn)輸模塊包括海上吊機(jī)、浮箱以及拖輪。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于:所述儲(chǔ)油基礎(chǔ)中護(hù)欄的截面形狀為五邊形、六邊形、八角形或圓形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于:所述的油罐為圓球體、橢球體、圓柱體、六面體或十二面體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于深水海域水下油氣資源的開(kāi)采、儲(chǔ)存及運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于:所述油罐的上端開(kāi)口和下端進(jìn)油口分別為一個(gè)或多個(gè)。
【文檔編號(hào)】B65D90/02GK105836055SQ201610272673
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】高喜峰, 謝武德, 徐萬(wàn)海, 周麗丹, 付禮鵬
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)