CN105523305A - 柔性水下储罐 - Google Patents

Abstract

本发明的一种柔性水下储罐，其特征在于：包括中空的单元罐体，所述单元罐体包括柔性外壳，所述柔性外壳由内向外依次包括内胆层、骨架层和外保护层，单元罐体顶部设置有与单元罐体内部空腔相连通的进油管和出油管。本发明的有益效果是：本发明是以单元体的形式进行组合安装的，克服了油液污染问题，柔性罐体解决了海水压载浮力差问题，橡胶柔性罐体能适应油液的腐蚀，并具有加热和保温功能，单元罐体可进行多个串并联安装实现单独控制，具有多个防泄漏安全保护设计，在使用中不受海水深度的影响，可适用于各种油气田，尤其在边际油田开发中，可多次重复利用，显著降低投资成本。

Description

柔性水下储罐

技术领域

本发明涉及一种适用于在水下存储液体的柔性水下储罐，特别适用于在海洋石油钻采储平台模式下的一种独立的石油存储装置。

背景技术

目前，实际上海上石油天然气的开发生产设施面临的技术难题很多，其中的一个难题是石油天然气开采后的存储问题。传统的开采方式一般采用铺设海底管道的方式将开采的石油天然气输送到用户端或石油天然气运输的船舶上，随着油田开发规模向小型化的勘探发展，一些在浅水或者海上油田远离用户端，而周边没有可依托的海底管道等基础设施时，输送成为严重的制约问题，大型船舶的吃水深度大，在浅水水域不能靠近油田，又由于油田的产量有限，铺设管道的成本相对昂贵，这类油田的开发价值面临更大的挑战。在油田的钻井平台和采油平台能够很好的适应小油田的变化需求，而原油天然气的存储及运输成为制约油田开发价值高低的关键因素。

在当前水下存储技术中，水下储罐的经验中普遍采用的结构形式是建造水下钢筋混凝土的结构的储罐，向储罐中装卸原油，依靠钢筋混凝土的体积和重量来平衡实现罐体的装卸油产生的浮力差，采用的原理主要有两种方式，一种是油水置换方式，另外一种是油气置换方式，两种置换原理都需要压载舱来消除浮力差，储油的空间效率利用率不高是共同的问题，前者方式中存在油和水直接接触，存在接触界面蒸发溶解问题，海水一定被油污染，当进行油水置换时，一定出现被污染的海上被排到海洋中的污染问题，这种方式已经在欧洲和美国被禁止使用，在我国也被明令禁止使用，虽然在油水分离界面有采用隔离装置的，但普遍采用一种隔离的软材料，如塑料或高分子塑料薄膜层等，厚度薄承受压力很低，在使用中普遍存在在大型储罐内安装不方便，使用过程中存在严重的褶皱而导致的疲劳开裂问题，以及由压力增大而导致的破裂的风险，不能避免油液泄露；在油气置换方式中，还需要按照安装压力容器的方式设计储罐，内部的惰性气体占用的空间较大，在大型储罐应用这种方式时，水下水压大，管壁厚度需要设计很厚，罐体重量大，导致承载压力低，存储容量有限，不能实现大容量存储，同样也存在油气污染排放问题，综上所述，在水下实现大容量存储石油天然气技术有待进一步突破。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种可多次重复利用，显著降低投资成本的柔性水下储罐。

本发明是通过以下措施实现的：

本发明的一种柔性水下储罐，其特征在于：包括中空的单元罐体，所述单元罐体包括柔性外壳，所述柔性外壳由内向外依次包括内胆层、骨架层和外保护层，单元罐体顶部设置有与单元罐体内部空腔相连通的进油管和出油管。

上述单元罐体外部套有金属外壳，所述金属外壳与单元罐体之间留有充水空腔，金属外壳上设置有与充水空腔相连通的进水口和出水口。

上述单元罐体顶部设置有上法兰盘，单元罐体底部设置有下法兰盘，上法兰盘与下法兰盘之间连接有位于单元罐体内部中心的保护筒，所述保护筒的侧壁上设置有通孔，保护筒内设置有加热装置。

上述加热装置包括从上到下螺旋盘绕在保护筒内的换热水管，所述换热水管的进热水口和出冷水口从上法兰盘穿出并分别连接有进热水管和出冷水管。

上述单元罐体顶部的上法兰盘上方通过螺栓固定有上固定法兰盘，所述上固定法兰盘上设置有汇总钢管，若干单元罐体排布在一起并通过汇总钢管相连接。

上述单元罐体底部的下法兰盘下方通过螺栓固定有下固定法兰盘，所述下固定法兰盘上设置有工字梁，若干单元罐体排布在一起并通过工字梁相连接。

上述单元罐体的柔性外壳中内胆层采用耐油橡胶材质，骨架层采用橡胶作为基材，并且在基材内嵌入有由经纬编制的高分子材料网，外保护层采用橡胶材质，骨架层与外保护层之间设置有保温层。

上述充水空腔内设置有油水质量检测传感器，所述油水质量检测传感器连接有油水分析仪，所述进水口设置有过滤器和单向阀，所述出水口设置有出水阀门。

上述单元罐体内设置有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器信号连接有控制器。

上述金属外壳的横截面为正多边形，若干金属外壳并排组合在一起，并且相邻两个金属外壳的外侧壁之间相互连接。

本发明的有益效果是：本发明是以单元体的形式进行组合安装的，采用隔离式油水置换方法实现水下储油液功能，克服了油液污染问题，柔性罐体解决了海水压载浮力差问题，橡胶柔性罐体能适应油液的腐蚀，并具有加热和保温功能，单元罐体可进行多个串并联安装实现单独控制，具有多个防泄漏安全保护设计，在使用中不受海水深度的影响，可适用于各种油气田，尤其在边际油田开发中，可多次重复利用，显著降低投资成本。

附图说明

图1是无壳式柔性单元罐体的结构示意图；

图2是图1的的俯视结构示意图；

图3是图2的截面结构示意图；

图4是图1中的局部A的放大图；

图5是单元罐体被抽空后的变形图；

图6是无壳式柔性单元罐体的工作流程图；

图7是有壳式柔性单元罐体的工作流程图；

图8是安装了上下固定法兰盘的无壳式单元柔性罐体安装图；

图9是图8的俯视图；

图10是图8的仰视图；

图11是多个无壳式柔性单元罐体安装固定图；

图12是多个无壳式柔性单元罐体底部安装固定图；

图13是有壳式柔性单元罐体结构示意图；

图14是两个有壳式柔性单元罐体的连接示意图；

图15是图14的俯视图；

图16是多个无壳式柔性单元罐体组合成大储罐的排列及管路连接示意图；

图17是多个组合储罐再次串联组合连接的示意图；

图18是多个组合储罐再次并联组合连接的示意图；

图19是正六边形有壳存储单元的组合示意图；

图20是图18的X-X剖视图；

图21是多个正六边形有壳存储单元的组合排列示意图；

图22是正六边形有壳存储单元的横置布置图；

图23为图22的侧视图；

图24为正六边形有壳存储单元示意图；

图25为正六边形有壳存储单元的组合示意图；

图26是按照扇形排列方式的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：

实施例1，本发明的柔性水下储罐，采用无壳式柔性单元罐体和有壳式柔性单元罐体。如图1、2、3所示，其中无壳式柔性单元罐体包含有单元罐体1，其上部安装上法兰盘4，其下部安装下法兰盘11，在罐体的内部中央，安装加热器3，为防止罐体抽空状态下对加热器3的影响，在散热器3的外部安装了侧壁带有通孔的保护筒2，罐内的油液能通过保护筒2上的通孔进入接触到加热器3的外表面，从而实现接触加热。上法兰盘4上安装有供油液进出的进油管和出油管。加热装置包括从上到下螺旋盘绕在保护筒内的换热水管，换热水管的进热水口和出冷水口从上法兰盘穿出并分别连接有进热水管6和出冷水管10。下法兰盘11仅起到固定单元罐体1下部的作用。为了能实时检测单元罐体1内部的压力温度情况，在上法兰盘4上安装有传感器接口8，其温度压力传感器9探测到单元罐体1的内部，以进行参数信息的采集。图2和图3表示了该实施例的接口图，其中的加热器3与进热水管6、出冷水管10相对应接口安装，加热器3的形状也不局限于矩形，也可是螺旋形的排管加热器等。如图4所示，本发明提供的柔性储罐的罐体为多层橡胶硫化成型，最内层为内胆层，采用耐油橡胶制成，能长期承受石油的腐蚀，同时具有气密性功能，保证罐体在充气时也不会发生气体泄漏；从内向外的第二层是骨架材料层，采用经纬编制的高分子材料如尼龙作为骨架材料，浸入橡胶作为基体，形成能够承载内部压力的骨架层，保证了骨架材料的强度和橡胶的柔性，骨架层的层数根据耐压力的大小而设计，层数越多其耐压越大；从内向外的第三层为橡胶保温层，采用闭孔结构的橡胶材料发泡而成，闭孔结构封闭的橡胶层间的其他流动，实现了保温效果，其两侧能够粘合骨架材料的橡胶和外部的防护层，改变保温层的厚度即可实现不同的保温效果，当罐体不需要保温时，可以不做保温层；最外层为橡胶材质的保护层，采用耐磨耐海水腐蚀的橡胶制成，具有很好的硬度、耐磨性、强度、拉伸变形率等性能参数。罐体的两端采用法兰接口，方便进出油口的布置和安装。

无壳式柔性水下单元罐体的存储油液的功能通过隔离式油水置换方法实现，油液和单元罐体1外部的海水通过空间交换实现单元罐体1的收缩膨胀，从而实现油液的存储与排出，图5是当单元罐体1内的油液抽出后的压瘪状态，可以看出，海水的外压迫使柔性橡胶单元罐体1紧贴加热器保护筒2，从而提高了罐体存储空间的利用率。

无壳式柔性水下单元罐体的工作流程图如图6所示，单元罐体1置入水下，水面上的油液经进油泵24打入管路，途径进油阀门26后注入单元罐体1内，需要排出油液时启动出油泵22、打开出油阀门29，即可实现向外抽油；压力温度传感器9感知单元罐体1内的油液温度和压力，通过控制台23来控制是否向单元罐体1内注油、卸油和加热等。当单元罐体1内温度较低时，进水泵25启动将热源出的热水通过阀门26压入到加热器3中，对油液进行加热，热水又从阀门28和出水泵21流回，形成加热循环回路，从而实现油液的加热功能。

如图8、9、10所示，无壳式柔性水下单元罐体仅通过固定上下法兰来进行安装固定。在单元罐体1的上部法兰4上通过上连接螺栓74安装了上固定法兰盘75，上固定法兰盘75上焊接了用于穿梭容纳罐体接管的一个汇总钢管71，汇总钢管71的外壁覆盖保温防护层72，汇总钢管71的作用有两个，一个作用是起到固定上固定法兰盘75的作用，从而固定住单元罐体1的上部，另外一个作用是其内腔容纳罐体的进出油水接管，起到容纳与防护的作用。在单元罐体1的下法兰盘11上通过下连接螺栓78安装了下固定法兰盘77，其上连接了工字梁80，从而将单元罐体1的下部固定在工作梁80上实现下部固定。为了保证连接的强度，在上部的汇总钢管71和上固定法兰盘75之间焊接了多个加强筋73，在下部的工字梁80和下固定法兰盘77之间焊接了多个加强筋79，保证了连接的可靠性。图11是三个单元的连接方式示意图，上部的汇总钢管71是贯通的，下部的工字梁80也是贯通的，从而形成上部和下部的钢架结构。图12是为了表达工字梁80与众多单元体之间的连接示意图，多个工字梁80连接到组合罐的外壁82上，工字梁80之间又增加了加强梁81实现框架结构的强度加强。

无壳式柔性水下单元罐体组合成大型储罐的方式有多种，图16是其中的一个实施例，表示出了罐体单元的组合形式和上部管路的连接方式，19个单元体95排列在一个圆形的组合筒96内，上部的管路94以串并联的方式汇总，到达两个管路末端97，形成一个组合罐。圆形的组合罐再通过串并联的方式可实现罐群的连接，图17表示了一种采用6个组合罐串联而成的罐群的连接方式。该实施例有两个管路连接口101，通过管道102实现六个组合罐100的连接，为了保证组合罐100之间的连接可靠性，增加了彼此之间的控制阀门103，从而实现组合罐100之间的独立控制；图18表示了另外一宗并联方式的群罐组合方式，组合成两个并列的组合群罐，每个群罐通过管道106有两个管道连接接口105，当然，组合罐100与管道106之间的连接仍要采用阀门来时独立控制。

实施例2，本发明的有壳式柔性水下单元罐体仍以单元体为基本组合单位，与无壳式柔性水下储罐仍以单元相比，主要是为了提高安全性，在单元罐体1外增加了金属外壳40。图13是其一种具体实施例。金属外壳40为正六边形金属板结构，与单元罐体1及上下法兰组合成一个密闭的箱体结构。金属外壳40的上部通过上连接螺栓43安装在上固定法兰盘71上，下部通过下连接螺栓60安装在下固定法兰盘77上，从未密闭金属壳体。在金属壳体40的上部四周边缘和下部四周边缘安装有连接螺栓42，可以实现单元体之间的连接，图14表示了两个单元体之间通过上连接螺栓61和下连接螺栓62来实现罐体单元连接的方式，图15表示了对于罐体单元与周围其他单元的连接的同样方法。单元罐体外部套有金属外壳，金属外壳与单元罐体之间留有充水空腔，金属外壳上设置有与充水空腔相连通的进水口和出水口。充水空腔内设置有油水质量检测传感器，油水质量检测传感器32连接有油水分析仪31，进水口设置有过滤器33和单向阀，出水口设置有出水阀门。

如图7所示，工作原理与实施例1中相似，油水分析仪和油水质量检测传感器检测到有油泄露，则将金属外壳上的出水口的出水阀门关闭，避免泄露的油从出水口泄露出去。

有壳式柔性水下储罐单元体的组合与无壳式柔性水下储罐单元体的组合方式一样，图19表示了一种采用蜂窝状排列方式而成的小型组合罐实例，其中的组合罐壳体111将内部的单元体进行了封闭，桩基113用来支撑整个组合罐以方便置于水下，其剖视图X-X表示出了该组合罐体在水下的安装方式，在组合罐壳体111的底部安装桩基113进行固定，而导向桩114则实现组合罐体的升沉运动，方便安装和拆除。图20表示了一种采用蜂窝状排列方式而成的大型组合罐实例，单元体112排列在组合罐体107的内部，仍依靠桩基113进行水下固定。

在实际使用中，对于浅水油田开发中的存储，由于水深小，原来的罐体不能竖直放置时，可以改为横置方式，图22表示了一种横置单元体的组合罐方式实例，图23是其侧向视图，单元体112通过壳体四周的连接螺栓连接在组合罐体的上盖122和下底123上，组合罐的底部通过桩基121插入到水下泥土中进行整体的固定，这种布置方式的空间利用率比竖直蜂窝排列方式低，而桩基恰好也利用了空闲的空间，实现组合罐体的水下固定。

在有壳式柔性水下储罐单元体的金属外壳形状方面，也有其他形状的实施例，图24表示了一种八角棱柱形的金属壳体形式，其连接方式可以采用四组排列的方式，如图25所示，四单元体中间可以安装管路92等装置，这种八角棱柱形的金属壳体形式实用于大直径的柔性罐体，其可以减少金属罐壳的重量和体积，降低材料消耗量，同时也减小了组合罐壳91的外形及重量。图26描述了按照扇形密排的圆形储罐的组合方式，从组合储罐上方向下看，组合罐壳体121内部安装了沿扇形分布的外圈的储罐单元体122和内圈的储罐单元体123，在最内是管道124的空间。在该实施例中，储罐单元体122和储罐单元体123采用柔性材料制成，能充分折叠收缩，内部装满液体后即形成扇形的分布形状。该种单元体的设计和排布方式可显著提高其空间的利用率，其存储空间达到90%以上，其所依靠的技术核心点是单元体的成型技术，按照设计目标的形状来制成膨胀后成扇形截面的柱形单元体，成型的目的就是使其更充分挤占组合罐体的内部空间。

柔性水下储罐采用隔离式油水置换原理，其核心技术是采用多层橡胶制成的具有存储、加热、保温、防泄漏、高压承载功能的柔性罐体，将其作为独立的罐体单元体，可以组合成多种多样的组合罐，以实现大容量储罐的扩展，组合罐可以安装在钻采平台上的任何位置，特别适合水下固定安装或悬浮安装，不受海水深度的影响，不需要海水压载，存储空间利用率高，也不存在油水污染问题，单元体可独立控制，提高使用的安全性，相对传统存储方式和结构具有无可比拟的优势。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种柔性水下储罐，其特征在于：包括中空的单元罐体，所述单元罐体包括柔性外壳，所述柔性外壳由内向外依次包括内胆层、骨架层和外保护层，单元罐体顶部设置有与单元罐体内部空腔相连通的进油管和出油管。

2.根据权利要求1所述柔性水下储罐，其特征在于：所述单元罐体外部套有金属外壳，所述金属外壳与单元罐体之间留有充水空腔，金属外壳上设置有与充水空腔相连通的进水口和出水口。

3.根据权利要求1或2所述柔性水下储罐，其特征在于：所述单元罐体顶部设置有上法兰盘，单元罐体底部设置有下法兰盘，上法兰盘与下法兰盘之间连接有位于单元罐体内部中心的保护筒，所述保护筒的侧壁上设置有通孔，保护筒内设置有加热装置。

4.根据权利要求3所述柔性水下储罐，其特征在于：所述加热装置包括从上到下螺旋盘绕在保护筒内的换热水管，所述换热水管的进热水口和出冷水口从上法兰盘穿出并分别连接有进热水管和出冷水管。

5.根据权利要求3所述柔性水下储罐，其特征在于：所述单元罐体顶部的上法兰盘上方通过螺栓固定有上固定法兰盘，所述上固定法兰盘上设置有汇总钢管，若干单元罐体排布在一起并通过汇总钢管相连接。

6.根据权利要求3所述柔性水下储罐，其特征在于：所述单元罐体底部的下法兰盘下方通过螺栓固定有下固定法兰盘，所述下固定法兰盘上设置有工字梁，若干单元罐体排布在一起并通过工字梁相连接。

7.根据权利要求1所述柔性水下储罐，其特征在于：所述单元罐体的柔性外壳中内胆层采用耐油橡胶材质，骨架层采用橡胶作为基材，并且在基材内嵌入有由经纬编制的高分子材料网，外保护层采用橡胶材质，骨架层与外保护层之间设置有保温层。

8.根据权利要求2所述柔性水下储罐，其特征在于：所述充水空腔内设置有油水质量检测传感器，所述油水质量检测传感器连接有油水分析仪，所述进水口设置有过滤器和单向阀，所述出水口设置有出水阀门。

9.根据权利要求1或2所述柔性水下储罐，其特征在于：所述单元罐体内设置有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器信号连接有控制器。

10.根据权利要求2所述柔性水下储罐，其特征在于：所述金属外壳的横截面为正多边形，若干金属外壳并排组合在一起，并且相邻两个金属外壳的外侧壁之间相互连接。