CN103449063A - 零污染油水置换水下储油系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零污染油水置换水下储油系统。该储油系统包括依次设于同一水平面上的储油舱、过渡舱和海水进/排舱；所述储油舱与所述过渡舱通过连通管路Ⅰ相连通，且所述连通管路Ⅰ的一开口端设于所述储油舱的下部，另一开口端设于所述过渡舱的上部；所述过渡舱与所述海水进/排舱通过连通管路Ⅱ相连通，其所述连通管路Ⅱ的一开口端设于所述过渡舱的下部，另一开口端设于所述海水进/排舱的上部；所述海水进/排舱通过连通管路Ⅲ与外界相连通，且所述连通管路Ⅲ的一开口端设于所述海水进/排舱的下部，另一开口端设于所述海水进/排舱的上部。本发明可通过油水置换法实现水下储油和卸载，并通过不同功能舱室的设置、管路的特殊设置和布置、油份传感器的实时监测及与阀门、油水泵等互动控制，组成三道减少含油污水排放的保护屏障，实现了置换海水的标准排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种零污染油水置换水下储油系统，属于海洋石油生产储存工程领域。
背景技术
油水置换原理是比较古老的理论，在石油钻采领域较多的应用于向油井内注水来提高原油的产量等。海上石油生产的储存目前都采用浮式储存，比较主流的大型生产储油装置是FPSO，应用于大型油田的开采。但随着石油资源开发的历史越来越长，大规模整装油田的发现越来越少，新发现的油田有很大一部分属于边际油田范畴。对海上边际油田的开发，如果采用常规技术和设备，受到储量、地质油藏条件等不确定性因素的限制，很难得到令人满意的资金收益率。可移动自升式生产储油平台装置可以实现边际油田的开发，可以有效的控制边际油田开发的风险。根据油水置换法开发“零”排放水下储油方案，应用于自升式可移动生产储油平台等小型石油生产装置，可以有效降低生产储油平台总体方案的投资成本，简化储运流程，避免由泵的故障或误操作引起储油舱的过压，保证系统安全运行，降低运营成本，且实现海水含油量小于IMO等规范允许的含油量排放。
目前国内没有类似油水置换法的水下储油方案应用于海上油田的生产储油平台等相关装置，没有相关的设计和应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种零污染油水置换水下储油系统，该储油系统可采用油水置换原理实现水下储油/卸载。
本发明所提供的一种零污染油水置换水下储油系统，包括依次设于同一水平面上的储油舱、过渡舱和海水进/排舱；
所述储油舱与所述过渡舱通过连通管路Ⅰ相连通，且所述连通管路Ⅰ的一开口端设于所述储油舱的下部，另一开口端设于所述过渡舱的上部；
所述过渡舱与所述海水进/排舱通过连通管路Ⅱ相连通，其所述连通管路Ⅱ的一开口端设于所述过渡舱的下部，另一开口端设于所述海水进/排舱的上部；
所述海水进/排舱通过连通管路Ⅲ与外界相连通，且所述连通管路Ⅲ的一开口端设于所述海水进/排舱的下部，另一开口端设于所述海水进/排舱的上部；
所述储油舱的顶部与原油塔泵相连通；所述储油舱的侧壁上近其底部处设有油水界面传感器a，所述油水界面传感器a与所述储油舱顶部之间的容积小于所述过渡舱的容积；
所述连通管路Ⅰ、连通管路Ⅱ和连通管路Ⅲ上均设有阀门。
上述的储油系统中，所述储油舱的侧壁上近其顶部处设有油水界面分离器b，所述油水界面传感器b与所述油水界面传感器a之间的容积小于所述过渡舱的容积，其中，所述油水界面传感器a作为低低位报警器，所述油水界面分离器b作为高高位报警器，当所述油水界面传感器a反馈信号，则停止向所述储油舱内注入原油，此时所述储油舱达到最大储油量即注满，底部为海水，这样能够保证原油不进入所述过渡舱，并尽量避免和减少油水混合液从所述储油舱的底部经所述连通管路Ⅰ进入所述过渡舱，该技术特征为实现减少含油污水排放的第一道保护屏障。
上述的储油系统中，所述储油舱的侧壁上于所述油水界面分离器a的上部设有一油水界面分离器c，可作为低位报警器，以提供预警作用；所述储油舱的侧壁上于所述油水界面分离器b的下部设有一油水界面分离器d，可作为高位报警器，以提供预警作用。
上述的储油系统中，所述连通管路Ⅰ位于所述储油舱的一开口端与所述储油舱的底部之间的距离大于所述连通管路Ⅱ位于所述过渡舱的一开口端与所述过渡舱的底部之间的距离；
所述连通管路Ⅱ位于所述过渡舱的一开口端与所述过渡舱的底部之间的距离大于所述连通管路Ⅲ位于所述海水进/排舱的一开口端与所述海水进/排舱的底部之间的距离。
上述的储油系统中，所述过渡舱的顶部和底部处分别设有油份传感器，以进行实时监控，一旦检测所述海水进/排舱内即将排出的海水油份超标，即停止注油，该技术特征为是实现减少含油污水排放的第二道保护屏障。
上述的储油系统中，所述海水进/排舱的顶部设有油份传感器；所述海水进/排舱的顶部通过深潜泵与一污油水储存舱相连通，所述深潜泵设于一油水泵塔内；所述油份检测传感器进行实时监控，一旦检测所述海水进/排舱排出的海水油份超标，即停止注油，并且启动所述深潜泵，受污染海水被排至上部生产平台的污油水储存舱进行储存和/或处理，直至油份达标后泵停止工作，该技术特征为减少含油污水排放的第三道保护屏障，可以完全保证受污染海水不进入海洋。
上述的储油系统中，所述储油舱通过原油进/排主管路与所述原油塔泵相连通，所述原油进/排主管路的开口端延伸至所述储油舱的上部且设有多个出口；所述出口为异径接头且大口端朝上设置；多个出口的设置可以使进油时减小对整个储油舱内油水界面的冲击和影响；储油过程是靠重力进入，由于整个系统的流程为一个大的连通器，靠推动储油舱内海水面下移进入原油，所以速度较慢，有利于油水界面的形成和保持。出口朝上设置在原油卸载作业作为吸入口时，也可以尽量多的输出原油，增大储油舱的有效储油量。
上述的储油系统中，所述连通管路Ⅰ位于所述储油舱的一开口、所述连通管路Ⅱ位于所述过渡舱的一开口和所述连通管路Ⅲ位于所述海水进/排舱的一开口均为大小口型，且大口端朝下设置；
所述连通管路Ⅰ位于所述过渡舱的一开口和所述连通管路Ⅱ位于所述海水进/排舱的一开口均为大小口型，且大口端朝上设置。
上述的储油系统中，设于所述海水进/排舱外部的所述连通管路Ⅲ的开口通过鹅颈弯头与所述通管路Ⅲ相连通；
设于所述海水进/排舱外部的所述连通管路Ⅲ的开口为大小口型，且大口端朝下。
上述的储油系统中，所述储油舱内于所述原油进/排主管路的下方设有原油加热管路；所述原油加热管路上设有多个出口；所述原油加热管路的入口端设于所述储油舱外且与所述原油塔泵相连通，以形成循环加热；加热在储油流程中可以降低原油的粘度，加快原油和水的物理分离速度，尽快形成稳定的油水界面；同样在原油卸载作业过程中降低外输原油的粘度并促进油水分离，有利于提高卸载原油的精度和提高卸载作业效率。
本发明可通过油水置换法实现水下储油和卸载，并通过不同功能舱室的设置、管路的特殊设置和布置、油份传感器的实时监测及与阀门、油水泵等互动控制，组成三道减少含油污水排放的保护屏障，实现了置换海水的标准排放。可以有效控制污染排放的风险。并且水下储油舱不需要过压保护措施，设计也可以忽略水压带来的影响，且在有效作业水深内，不受作业水深的影响，降低建造与营运成本。
附图说明
图1为本发明提供的储油系统的结构示意图。
图中各标记如下：1储油舱、2过渡舱、3海水进/排舱、4连通管路Ⅰ、5连通管路Ⅱ、6连通管路Ⅲ、7阀门、8鹅颈弯头、9原油进/排主管路、10a，10b原油塔泵、11a，11b出口、12油水界面传感器a、13油水界面分离器c、14油水界面分离器b、15油水界面分离器d、16a，16b油份传感器、17加热管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
本发明提供的储油系统包括依次设于同一水平面上的储油舱1、过渡舱2和海水进/排舱3；该储油舱1与过渡舱2通过连通管路Ⅰ4相连通，且该连通管路Ⅰ4的一开口端设于储油舱1的下部，另一开口端设于过渡舱2的上部；该过渡舱2与海水进/排舱3通过连通管路Ⅱ5相连通，其该连通管路Ⅱ5的一开口端设于过渡舱2的下部，另一开口端设于海水进/排舱3的上部；该海水进/排舱3通过连通管路Ⅲ6与外界相连通，且该连通管路Ⅲ6的一开口端设于海水进/排舱3的下部，另一开口端设于海水进/排舱3的上部；连通管路Ⅰ4、连通管路Ⅱ5和连通管路Ⅲ6上均设有阀门7；其中，连通管路Ⅰ4位于储油舱1的一开口、连通管路Ⅱ5位于过渡舱2的一开口和连通管路Ⅲ6位于海水进/排舱3的一开口均为大小口型，且大口端朝下设置；连通管路Ⅰ4位于过渡舱2的一开口和连通管路Ⅱ5位于海水进/排舱3的一开口均为大小口型，且大口端朝上设置；设于海水进/排舱3外部的连通管路Ⅲ6的开口通过鹅颈弯头8与通管路Ⅲ6相连通；设于海水进/排舱3外部的连通管路Ⅲ6的开口为大小口型，且大口端朝下；该连通管路Ⅰ4位于储油舱1的一开口端与储油舱1的底部之间的距离大于连通管路Ⅱ4位于过渡舱2的一开口端与过渡舱2的底部之间的距离；连通管路Ⅱ5位于过渡舱2的一开口端与过渡舱2的底部之间的距离大于连通管路Ⅲ6位于海水进/排舱3的一开口端与海水进/排舱3的底部之间的距离；储油舱1通过原油进/排主管路9与原油塔泵10a相连通，该原油进/排主管路9的开口端延伸至储油舱1的上部且设有2个出口11a，该出口11a为异径接头且大口端朝上设置，这样由于流速较小，有利于油水界面的形成和保持；该储油舱1的侧壁上近其底部处依次设有油水界面传感器a12和油水界面分离器c13，油水界面传感器a12设于油水界面分离器c13的下部，可分别作为低低位报警器和低位报警器；该储油舱1的侧壁上近其顶部处依次设有油水界面分离器b14和油水界面分离器d15，油水界面分离器b14设于油水界面分离器d15的下部，可分别作为高高位报警器和高位报警器；且油水界面传感器b14与油水界面传感器a12之间的容积小于过渡舱2的容积，这样储油舱1达到最大储油量即注满，底部为海水，这样能够保证原油不进入过渡舱2，并尽量避免和减少油水混合液从储油舱1的底部经连通管路Ⅰ3进入过渡舱2；过渡舱2的顶部和底部处分别设有油份传感器16a，以进行实时监控，一旦检测海水进/排舱内即将排出的海水油份超标，即停止注油；海水进/排舱3的顶部设有油份传感器16b，且海水进/排舱3的顶部通过深潜泵（图中未示）与一污油水储存舱（图中未示）相连通，该深潜泵设于一油水泵塔10b内，该油份检测传感器16b进行实时监控，一旦检测海水进/排舱3排出的海水油份超标，即停止注油，并且启动深潜泵，受污染海水被排至上部生产平台的污油水储存舱进行储存和/或处理，直至油份达标后泵停止工作；该储油舱1内于原油进/排主管路9的下方设有原油加热管路17，其上设有2个出口11b，其入口端设于储油舱1外且与原油塔泵10a相连通，以形成循环加热；加热在储油流程中可以降低原油的粘度，加快原油和水的物理分离速度，尽快形成稳定的油水界面；同样在原油卸载作业过程中降低外输原油的粘度并促进油水分离，有利于提高卸载原油的精度和提高卸载作业效率。
本发明提供的储油系统应用于自升式生产储油平台的原油存储/卸载，储油舱、过渡舱和海水进/排舱的容积均可根据实际需要进行调节；原油进/排主管路的出口端设置的出口的个数及其布置均可根据储油舱的容积进行调整。
本发明提供的储油系统的使用过程如下：
原油存储工作流程为：将该储油系统安装于生产平台的下方，并将储油舱1、过渡舱2、海水进/排舱3中，以及原油泵塔10a和10b水下部分及水面下管道中都注满海水，从而与海洋形成一个大的连通器。
上部生产平台原油生产系统将简单处理后的原油注入到安装在导管架或其它固定装置上的水面原油泵塔10a中，随着原油泵塔10a中液面的升高，在重力作用下原油通过原油进/排主管路9逐渐进入水下平台的储油舱1顶部，储油舱1内海水从舱底部通过连接管道Ⅰ1进入到过渡舱2的顶部，同样道理过渡舱2内的海水进入海水进/排舱3中，最后海水进/排舱3内的海水，从舱的底部通过连通管路Ⅲ6进入海洋。根据原油密度小于海水密度，原油漂浮在海水上面，随着原油不断注入，储油舱1内逐渐形成油水界面，并随着注入原油量的不断增加，油水界面不断下移并逐渐相对稳定，海水源源不断的通过过渡舱2，并从海水进/排舱3进入海洋。因为储油舱1设计舱容时预留一定的海水保有量，并在储油舱1内设有油水界面传感器a12和油水界面分离器c13，当传感器反馈信号，则上部生产平台原油注入泵关停，即停止向原油泵塔10a注油，此时储油舱1达到最大储油量即注满，底部为海水。由于过渡舱2的舱容设计略大于卸载作业一次性外输的原油量，可以保证将通常储油作业置换出的海水存储在过渡舱2中，这样即使有少量油水混合液进入过渡舱2，也仅会存储在过渡舱2内，并且油份逐渐分离，上升到过渡舱2的顶部，基本杜绝油水混合液通过舱底部经连通管道进入海水进/排舱3的顶部，该设计能够保证原油不进入过渡舱2，并尽量避免和减少油水混合液从舱底部经连接管道Ⅰ1进入过渡舱2，该设计是实现减少含油污水排放的第一道保护屏障；在过渡舱2的顶部和底部配置油份传感器16a用于监控舱内油份含量，该设计是减少含油污水排放的第二道保护屏障；海水进/排舱3内配置连通管路Ⅲ6，使海水沿连通管路Ⅲ6从舱底部向上流动，并从舱的顶部排入海洋。舱顶部安装有油份检测传感器16b，进行实时监控，一旦检测海水进/排舱3内即将排出的海水油份超标，上部生产平台即停止注油，并且安装在导管架或其它固定装置上的水面油水泵塔10b中的深潜泵将自动启动，受污染海水被排至上部生产平台的污油水舱储存和/或处理，直至油份达标后泵停止工作，该设计是减少含油污水排放的第三道保护屏障，可以完全保证受污染海水不进入海洋。以上整个过程为原油注入置换存储舱内海水，各舱室间的压力和外界一直保持相对平衡，并确保海水的清洁排放。
原油卸载工作流程为：当原油外输到穿梭游轮上时，原油泵塔10a内原油深潜泵从泵塔内吸入原油输送到上部管线进入油轮，在外部海洋压力下，原油通过原油进/排主管路9从存储舱1内顶部吸口（与注入口同）吸入。随着原油的外输，海洋中海水通过海水进/排舱3的连通管路Ⅲ6进入舱底部，然后舱顶部海水首先通过连通管路Ⅱ5从舱顶进入过渡舱2的底部，过渡舱2顶部海水（或油水混合物）首先通过连通管路Ⅰ4线从顶部进入储油舱1的底部，油水界面不断上移。为防止油水混合液或海水被抽出，在储油舱1上部舱壁设置油水界面分离器b14和油水界面分离器d15，用于报警和停止原油深潜泵工作。整个过程为用海水置换存储舱内的原油，舱室间的压力和外界一直保持相对平衡。卸载过程中，过渡舱内的置换海水基本又回入储油舱，油水混合物得到回流，并在储油舱进行油水分离，有利于污染海水的回收和减少含油污水排放。
本发明可采用传统油水置换法，并通过舱室和连通管路系统的特有设计完成减少含油污水排放三道（也可两道或多道）保护屏障，实现了原油水下存储并确保了水下储油的允许排放两；水下储油舱室没有过压保护要求，能够保证系统的安全运行，简化运行流程，降低建造与运营成本。
Claims (10)
1.一种零污染油水置换水下储油系统，其特征在于：该储油系统包括依次设于同一水平面上的储油舱、过渡舱和海水进/排舱；
所述储油舱与所述过渡舱通过连通管路Ⅰ相连通，且所述连通管路Ⅰ的一开口端设于所述储油舱的下部，另一开口端设于所述过渡舱的上部；
所述过渡舱与所述海水进/排舱通过连通管路Ⅱ相连通，其所述连通管路Ⅱ的一开口端设于所述过渡舱的下部，另一开口端设于所述海水进/排舱的上部；
所述海水进/排舱通过连通管路Ⅲ与外界相连通，且所述连通管路Ⅲ的一开口端设于所述海水进/排舱的下部，另一开口端设于所述海水进/排舱的上部；
所述储油舱的顶部与原油塔泵相连通；所述储油舱的侧壁上近其底部处设有油水界面传感器a，所述油水界面传感器a与所述储油舱顶部之间的容积小于所述过渡舱的容积；
所述连通管路Ⅰ、连通管路Ⅱ和连通管路Ⅲ上均设有阀门。
2.根据权利要求1所述的储油系统，其特征在于：所述储油舱的侧壁上近其顶部处设有油水界面分离器b，所述油水界面传感器b与所述油水界面传感器a之间的容积小于所述过渡舱的容积。
3.根据权利要求2所述的储油系统，其特征在于：所述储油舱的侧壁上于所述油水界面分离器a的上部设有一油水界面分离器c；所述储油舱的侧壁上于所述油水界面分离器b的下部设有一油水界面分离器d。
4.根据权利要求1-3中任一所述的储油系统，其特征在于：所述连通管路Ⅰ位于所述储油舱的一开口端与所述储油舱的底部之间的距离大于所述连通管路Ⅱ位于所述过渡舱的一开口端与所述过渡舱的底部之间的距离；
所述连通管路Ⅱ位于所述过渡舱的一开口端与所述过渡舱的底部之间的距离大于所述连通管路Ⅲ位于所述海水进/排舱的一开口端与所述海水进/排舱的底部之间的距离。
5.根据权利要求1-4中任一所述的储油系统，其特征在于：所述过渡舱的顶部和底部处分别设有油份传感器。
6.根据权利要求1-5中任一所述的储油系统，其特征在于：所述海水进/排舱的顶部设有油份传感器；
所述海水进/排舱的顶部通过深潜泵与一污油水储存舱相连通，所述深潜泵设于一油水泵塔内。
7.根据权利要求1-6中任一所述的储油系统，其特征在于：所述储油舱通过原油进/排主管路与所述原油塔泵相连通，所述原油进/排主管路的开口端延伸至所述储油舱的上部且设有多个出口；所述出口为异径接头且大口端朝上设置。
8.根据权利要求1-7中任一所述的储油系统，其特征在于：所述连通管路Ⅰ位于所述储油舱的一开口、所述连通管路Ⅱ位于所述过渡舱的一开口和所述连通管路Ⅲ位于所述海水进/排舱的一开口均为大小口型，且大口端朝下设置；
所述连通管路Ⅰ位于所述过渡舱的一开口和所述连通管路Ⅱ位于所述海水进/排舱的一开口均为大小口型，且大口端朝上设置。
9.根据权利要求1-8中任一所述的储油系统，其特征在于：设于所述海水进/排舱外部的所述连通管路Ⅲ的开口通过鹅颈弯头与所述通管路Ⅲ相连通；
设于所述海水进/排舱外部的所述连通管路Ⅲ的开口为大小口型，且大口端朝下。
10.根据权利要求7-9中任一所述的储油系统，其特征在于：所述储油舱内于所述原油进/排主管路的下方设有原油加热管路；所述原油加热管路上设有多个出口；所述原油加热管路的入口端设于所述储油舱外且与所述原油塔泵相连通。
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