CN103171743B - 对接八棱台式浮式生产储油系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对接八棱台式浮式生产储油系统，其浮体具有一个为八棱台的上部结构体和一个为正八棱台的下部结构体；组合状态下，所述上部结构体面积较小的底面与所述下部结构体面积较小的底面固定连接，形成连接面；所述上部结构体与下部结构体的轴位于同一直线上，上部结构物面积较大的底为浮式结构物的上甲板，下部结构物面积较大的底为浮式结构物处于水下的下底；所述连接面为浮式结构物的满载水线面。并且在此基础上配有系泊定位、油气生产、储存和外输等功能模块以构成新型浮式生产储油系统。所述浮体具有类似沙漏的外形特点，可以弥补传统浮式生产储油系统在耐波性能、强度疲劳和管线布置等方面的不足，扩展其功能。

Description

对接八棱台式浮式生产储油系统

技术领域

本发明涉及专利分类号B63船舶或其他水上船只；与船有关的设备B63B船舶或其他水上船只；船用设备B63B35/00适合于专门用途的船舶或类似的浮动结构B63B35/44浮式建筑物，水上舱库，水上钻井平台或水上车间，例如载有油水分离设备的。

背景技术

在海洋工程领域，浮式生产储油装置(Floating Production Storage andOffloading system，简称FPSO)是集油气处理、储油与卸油、供热、发电、控制、生活功能为一体的海上油气处理系统，因其储油能力强和适用性广泛等优点，目前已逐渐成为世界海上油田开发的主流方式。

通常，FPSO系统主要包括浮式主体、系泊定位、储油与外输、油气处理、生活等多种模块，是技术和资金密集的开发海洋石油的关键设施。其中，浮体外形决定FPSO的运动特性、结构强度、储油效率、建造成本、操作成本和安全性等性能。

传统FPSO一般利用旧油船改造而成，或者遵循标准船舶理念设计和建造驳船型FPSO。但是，这种船型浮体外形存在如下一些局限和不足：

1.传统船型FPSO的垂荡自然周期很难远离波能集中区域，垂荡运动幅度较大。此外，船型FPSO对波浪的作用方向非常敏感，横向迎浪面积过大，因此横摇运动性能较差。这些都会严重影响FPSO各种设备与仪器的正常工作，以及生产原油的质量和人员的舒适性。

2.虽然配置内转塔和流体接头的单点系泊系统能够使传统船型FPSO具有360o全方位自由旋转的风向标效应，但是严重的首摇运动不仅会影响到许多作业的正常进行，而且还会严重磨损内转塔和流体接头，使其需要经常维修保养。因此，内转塔和流体接头自身昂贵的价格，以及潜在停工期的存在，都会大幅度增加生产成本。

3.传统船型FPSO的纵向尺度较大，相应的纵向中拱和中垂弯曲载荷很大，使浮体容易遭受弯曲和疲劳破坏。特别对于旧船改装的FPSO，疲劳现象尤为严重。因此，为了满足强度和疲劳载荷的要求，一般要进行局部加强，从而增加了FPSO的造价。

4.传统船型FPSO的细长型浮体和甲板会增加众多功能模块之间连接管系的长度和布置难度，从而潜在地增加了建造和维护成本。

此外，圆筒型FPSO主体为系泊于海底的浮式圆柱型结构。此类结构具有大规模储存和生产油气的能力、对风浪流的方向性不敏感、并且首摇运动幅值较小。但是，同时其性能存在诸多缺点：浮体垂荡运动幅度较大，容易引发涡激振动，甲板面积较小，居住和工作空间太近，不利于危险区与非危险区分离等。

发明内容

针对以上问题的提出，本发明提出了一种对接八棱台式浮式生产储油系统，其浮体具有一个为正八棱台的上部结构体和一个为正八棱台的下部结构体；组合状态下，所述上部结构体面积较小的底面与所述下部结构体面积较小的底面固定连接，形成连接面；所述上部结构体与下部结构体的轴位于同一直线上，上部结构体面积较大的底为浮式结构物的上甲板，下部结构物面积较大的底为

浮式结构物处于水下的下底；所述连接面为浮式结构物的水线面。

所述下部结构体的外表面连接有增加浮体纵/横摇阻尼的环形侧板。

所述上部结构体的内部具有与其高度一致的中央舱I，在中央舱I的周边设有多个环绕该中央舱的水密舱，所述多个水密舱分别固定连接上部结构体外壳的内壁与中央舱I的外壁；

下部结构体的内部具有与其高度一致的中央舱II，在中央舱II的四周设有多个环绕该中央舱II的水密舱，所述多个水密舱分别固定连接下部结构体外壳的内壁与中央舱II的外壁。

所述相连通的中央舱I和中央舱II形成与海水相连通的月池，支持柔性、塔式和钢悬链式立管。

多个设置于结构物主体外部的支撑柱，支撑柱的两端分别与所述上部结构体和下部结构体固定连接；所述每根支撑柱与结构物的轴位于同一平面。

所述每根支撑柱的长度一致，所述多根支撑柱位于上结构体的固定端位于同一平面上，多跟支撑柱位于下结构体的固定端位于同一平面上；相邻的两根支撑柱构成一等腰三角形。

所述浮式结构物为双壳结构。

所述甲板上设有相互独立设置的生产模块和生活模块，所述生活模块位于甲板的一侧，包括生活办公楼和位于生活办公楼上方的直升机甲板；所述生产模块包括靠近生活模块，位于甲板中部的主发电机模块和热站模块；在甲板的另一侧，具有水处理模块和油气处理模块；在所述水处理模块和油气处理模块中间设置有火炬塔；在所述生活模块旁设置有吊车。

所述水密舱包括与中央舱连接，作为储油舱室的内舱和连接内舱与结构物外壳的多功能外舱。

所述浮体周围配有多点系泊系统，用以FPSO在各种海况下的锚泊定位。

所述浮体一侧设置系泊缆绳和外输软管，用以连接穿梭油轮进行原油外输。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的对接八棱台式浮式生产储油系统，通过一种简单的结构实现了，与传统钻采平台相比具有较大的储油空间，与传统储油船式FPSO相比又具有较好的运动性能。所以，本发明提出的新型浮式生产储油系统有利于实现各种海域大规模油气的钻井、开采、储存、生产、加工和外输等多功能一体化，具有较好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述对接八棱台式浮式生产储油系统的示意图

图2为本发明上部甲板的生产和生活模块示意图

图3为本发明浮体内部舱室分布示意图，

其中图3A为本发明浮体的侧视图

图3B为A-A截面示意图

图3C为B-B截面示意图

图4A和图4B为各种类型FPSO的水动力性能比较示意图

图中1.满载水线面、2.上部结构体、3.下部结构体、4.上甲板、5.下底、6.支撑柱、7.环形侧板、8.生产和生活模块、9.直升机甲板、10.生活办公楼、11.主发电机模块、12.热站模块、13.水处理模块、14.油气处理模块、15.吊车、16.火炬塔、17.上部主甲板、18.月池、19.立管、20.水密舱、21.储油舱、22.多功能舱、23.多点系泊系统、24.系泊缆绳、25.外输软管、26.穿梭油轮。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示：一种对接八棱台式浮式生产储油系统，主要分为两部分，一个为八棱台的上部结构体2和一个为正八棱台的下部结构体3。组合状态下，上部结构体2为一倒置的八棱台，即上底面积要大于下底面积；与之相反的，下部结构体3为一正置的正八棱台，即上底面积要小于下底面积。上部结构体2面积较小的下底与所述下部结构体3面积较小的上底相互对接，形成一个与甲板和下底相平行的连接面。当结构物处于水中时，该连接面为结构物主体的水线面或者满载水线面1。

由于具有相对较小的水线面、外扩倾斜的水下侧面和相对水线面的大面积底面。从而能够有效的减少控制浮体的垂荡固有周期远离波谱高能频带，并且能够增大浮式结构物纵/横摇、垂荡运动在风浪频率段的阻尼和附加质量。相对于传统的浮式结构物，具有极佳的运动稳定性。

实际生产过程中，可以不必限于所述的分为上下结构体的生成加工方法，也可以根据实际情况，一体成型。

为了进一步增强对接八棱台式浮式生产储油系统在水中的运动稳定性，作为一个较佳的实施方式，在所述下部结构物的外表面设有环形侧板7，通常的该环形侧板7为水平设置，在使用状态下，该环形侧板7位于水面以下，即与所述结构物的其他平面相平行，也可根据实际不同海区的海况做出俯仰角度上的调整。环形侧板结构具有类似船体上的垂荡板和舭龙骨的功用，能够更有效抑制浮体在低频涌浪频率段的运动响应。与结构物主体的形状相结合使得本发明具有极佳的抗纵横摇、垂荡运动性能、较强的极端海洋环境适应能力以及很高的作业有效性和安全性。

进一步的，为了增加浮式结构物自身的强度，优选的，本发明具有多个设置于结构物主体外部的支撑柱6，通常的，多个支撑柱6呈对称设置，即相对于浮式结构物主体的中心轴呈对称设置。每根支撑柱6的两端分别与所述上部结构体2和下部结构体3固定连接且所述每根支撑柱6与结构物的中心轴位于同一平面。可以有效的起到增强甲板的承载能力和提高浮体抗弯强度的作用。

所述支撑柱6的形状与固定方式并不仅限于此，也可应用其他的安装固定方式，作为另一个较佳的实施方式，所述每根支撑柱6的长度一致，所述多根支撑柱6位于上结构体的固定端位于同一平面上，多跟支撑柱6位于下结构体的固定端位于同一平面上；相邻的两根支撑柱6构成一等腰三角形。

所述的对接八棱台式浮式生产储油系统主要体现在外壳的形状，在其内部可设置多种的功能舱室，以满足不同种类海上作业的不同要求。作为一个较佳的实施方式，所述上部结构体的内部具有与其高度一致的中央舱I，在中央舱I的周边设有多个环绕该中央舱的水密舱20或多功能舱22，优选的，所述多个水密舱20呈轴对称设置。多个水密舱20分别固定连接上部结构体外壳的内壁与中央舱I的外壁；为结构物的外壳提供支撑。

进一步的，由于本发明的特殊结构，使得浮式结构物的上甲板面积大于传统的柱状FPSO，可以在结构物的上甲板上分区设置生产和生活区域，以满足防火、防爆以及安全逃生等方面的要求。作为一个较佳的实施方式：

甲板上设有相互独立设置的生产模块和生活模块，所述生产模块位于甲板的一侧，包括生活办公楼和位于生活办公楼上方的直升机甲板。将所述生产模块中安全系数较高的主发电机模块和热站模块，设置在靠近生活模块的位置，将安全系数较低的油气处理模块和火炬塔设置在主发电机和热站模块背向生活区域的一侧，同时处于便于消防的考虑，在火炬塔附近设有水处理模块，可以提供大量的消防用水。

同样的，下部结构体的内部具有与其高度一致的中央舱II，在中央舱II的四周设有多个环绕该中央舱的水密舱，所述多个水密舱分别固定连接下部结构体外壳的内壁与中央舱II的外壁，为下部结构体的外壳提供支撑。

进一步地，为了能够安装钻头或立管等其他生产操作设备，优选的，所述中央舱I和中央舱II在竖直方向上相连通，形成贯穿整个结构物的月池18，以方便安装相关设备。同时，由于所述月池与海水相连通，也可以进一步的增强结构物在水中的稳定性。在工作时，月池内可设置不同的管线和立管19，立管包括柔性立管(FR)、塔式立管(HTR)和钢悬链立管(SCR)等多种形式的立管19。

进一步的，所述水密舱20包括内舱和外舱，所述内舱位于所述中央舱的周边，外舱位于内舱的外围，连接内舱与结构物外壳。优选的，由于内舱更靠近中央舱或月池18，方便连接各种石油管路，故所述内舱通常为储油舱。外舱则作为多功能舱室，可以依据需要设置成空压机撬块、公用风罐、仪表风罐、生活污水处理设备、淡水罐、消防泵房、机舱、热媒油储存、柴油罐柴油输送泵、海水提升泵、海水过滤器等。

此外，本发明还具有如下一些性能优势：

本发明的水下部分采用带有一定外扩倾角的侧面设计。在具有足够储油量、良好耐波性能的基础上，与SPAR和深吃水半潜式相比，本新型浮体吃水相对较浅，易于维修、迁移和拖航，而且可以用于浅水作业，应用海域的适应性更强。

本发明具有相对较小的水线面，纵横向特征长度均相对较小，从而能够降低波浪作用在结构上的纵横向中拱或中垂弯曲载荷。此外，由于发明具有“中间小、两端大”的沙漏型结构，浮体在任意方向都具有较高的中剖面模数，因此会进一步增大结构强度，使结构弯曲和疲劳应力处于一个较低的水平。

本发明的水下部分采用带有一定外扩倾角的侧面设计。与相同水线面面积和排水体积的圆筒相比，本新型浮体具有更小的水下迎流面积。此外，外扩倾斜侧面有利于抑制涡激振动的产生。因此，在相同海流环境下，本新型浮体会受到相对较小的流载荷作用。

本发明的浮体外形为中心对称外形，可以非常方便地在浮体中心处设立中央舱或月池，用来敷设管线，直接通往所有的液体舱，而在油、水舱中不再需要任何管线，大大简化了工程设计、建造和操作，可以节省管线和电缆等各种原材料。另一方面，由于新型浮体的各模块结构的相似程度高，适合采用模块化建造工艺，因此降低了设计和建造的难度。此外，根据对称原理，可以将浮体对称地分段，降低主体对建造船坞的要求，从而能够给业主提供了更大的选择空间。

本发明采用带有一定外扩倾角的侧面设计，能够增加浮体倾斜时出水及入水楔形的体积静矩。因此在保证满足初稳性的条件下，随着倾斜角度的增大，此侧面形状能够使得浮体复原力矩迅速增加，并且伴有较大的极限回复力矩和稳性消失角。此外，倾斜侧面设计配合环形侧板结构能够极大地增加浮体纵横摇的阻尼和附加质量，从而能够增加固有周期，降低运动幅度。所以在海上遇到风浪的时候，新型浮体结构即不会产生剧烈的摇摆，又能够提供足够的大倾角稳性，具有适合深海环境的稳性特征。另一方面，随着吃水的降低，水下浮体的水线面尺寸和惯性矩不断增加，能够很好地弥补由于排水量和浮心高度减少所带来的稳性损失，所以本新型浮体能够有效地提升不同载重状况满载、压载等的稳性，避免发生圆筒型FPSO或SPAR平台垂荡共振运动所带来的失稳现象。

本发明采用双层底、双舷侧结构。该结构能够加强新型浮体的主甲板和中央轴的混合刚性，有利于结构的总纵强度。此外，在双层底、双舷侧的内部空间可以用作压载水舱，在起到压载作用的同时，也可以防止浮体发生破损溢油现象，确保生产作业的安全性和环保性。

本发明采用单回转体的外形设计。在具有良好稳性和耐波性能的前提下，克服了由于双体外形造成的吃水对载重量变化十分敏感、表面积过大、结构较重的缺点。使得新型浮体的主体质量相对较低，提高了有效载荷率，并且减少了钢材的用量，降低了结构的成本。

本发明的水上部分采用带有一定外扩倾角的侧面设计。在具有优良的纵、横摇和垂荡运动性能的前提下，这种具有一定外飘的外形设计能够降低新型浮体的波浪爬升高度，可以适当地减少甲板上浪现象。此外，与相同水线面面积和容积的圆筒相比，倒八棱台浮体具有较小的迎风面积和较低的受力作用点。因此，在相同海风环境条件下，新型浮体所受风载荷和风倾力矩较小。

本发明采用带有一定外扩倾角的侧面设计。因此，当海冰作用在倾斜的浮体侧面时，将由传统的挤压破坏变为相对强度较弱的弯曲破坏，从而能够大大减小作用于结构物上的冰载荷，因此本新型浮体具有较为优良的抗冰性能，可以适用于结冰海域。

这里，为了更加直观地说明本发明所述的对接八棱台式的海洋工程浮式工作物良好的运动性能优势，对功能(载重量、浮体容积和上甲板面积)相同的传统长方型驳船FPSO、圆柱状圆筒型FPSO、和对接八棱台状FPSO（即为所述对接八棱台式海洋工程浮式工作物）进行比较分析，现将采用目前经过验证的通用势流边界元理论计算得到的各种FPSO的高频运动性能(纵、横摇和垂荡)展示如图4A和图4B，其中主要关注能量较大的风浪频率段0.209～6.28(1～30s)。

从图中可以看出，与驳船型FPSO相比，横向迎浪时新型FPSO的垂荡和横摇运动性能都有较大的提升，与纵向迎浪时驳船型FPSO的垂荡和纵摇性能基本相近相差不大。此外，新型FPSO的纵、横摇和垂荡运动性能都极大地优于圆柱状圆筒FPSO。因此，这表明本发明的创新外形设计能够大幅度提高FPSO的水动力性能。

在图4A和图4B中，cub代表长方型驳船FPSO模型(head sea代表纵向迎浪情况，beam sea代表横向迎浪情况)，cylinder代表圆柱状圆筒FPSO模型，sandglass FPSO代表sandglass FPSO代表本发明的对接八棱台式海洋工程浮式结构物。此外，6个自由度运动分别为：纵荡surge，横荡sway，垂荡heave，纵摇pitch，横摇sway和首摇yaw。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对接八棱台式浮式生产储油系统，其浮体具有一个为正八棱台的上部结构体和一个为正八棱台的下部结构体；组合状态下，所述上部结构体面积较小的底面与所述下部结构体面积较小的底面固定连接，形成连接面；所述上部结构体与下部结构体的轴位于同一直线上，上部结构体面积较大的底为浮式结构物的上甲板，下部结构物面积较大的底为浮式结构物处于水下的下底；所述连接面为浮式结构物的满载水线面。

2.根据权利要求1所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：所述下部结构体的外表面连接有增加浮体纵/横摇和垂荡阻尼的环形侧板。

3.根据权利要求1所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：所述上部结构体的内部具有与其高度一致的中央舱I，在中央舱I的周边设有多个环绕该中央舱的水密舱，所述多个水密舱分别固定连接上部结构体外壳的内壁与中央舱I的外壁；

下部结构体的内部具有与其高度一致的中央舱II，在中央舱II的四周设有多个环绕该中央舱II的水密舱，所述多个水密舱分别固定连接下部结构体外壳的内壁与中央舱II的外壁。

4.根据权利要求3所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：相连通的中央舱I和中央舱II形成与海水相连通的月池，支持柔性、塔式和钢悬链式立管。

5.根据权利要求1所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：具有多个设置于所述浮体外部的支撑柱，支撑柱的两端分别与所述上部结构体和下部结构体固定连接；所述每根支撑柱与结构物的轴位于同一平面。

6.根据权利要求5所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：所述每根支撑柱的长度一致，所述多根支撑柱位于上结构体的固定端位于同一平面上，多跟支撑柱位于下结构体的固定端位于同一平面上；相邻的两根支撑柱构成一等腰三角形。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：所述浮式结构物为双壳结构。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：所述甲板上设有相互独立设置的生产模块和生活模块，所述生活模块位于甲板的一侧，包括生活办公楼和位于生活办公楼上方的直升机甲板；所述生产模块包括靠近生活模块，位于甲板中部的主发电机模块和热站模块；在甲板的另一侧，具有水处理模块和油气处理模块；在所述水处理模块和油气处理模块中间设置有火炬塔；在所述生活模块旁设置有吊车。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：所述浮体外部设置多点系泊系统。

10.根据权利要求3所述的对接八棱台式浮式生产储油系统，其特征还在于：所述水密舱包括与中央舱连接，作为储油舱室的内舱和连接内舱与结构物外壳的多功能外舱；所述浮体一侧配有用以原油外输的系泊缆绳和外输软管。