CN105836055A - 用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，该系统包括水下采油模块，水下储油模块和运输模块；所述的水下采油模块由油井装置和连接多个油井和多个油井装置的初步处理装置构成，所述的水下储油模块由储油基础和油罐组成，所述的运输模块包括海上吊机、浮箱以及拖轮。本发明的优点是：将海底油气资源开采、储存和运输的整个过程进行合理分割，缩小了管道跨距，降低了对系统结构强度的要求，有效的规避了致使管道结构发生疲劳破坏以及破裂、断裂情况的海面海洋环境载荷和灾害的作用，避免油气资源泄漏所造成的严重环境污染和重大经济损失，改善了工作人员的环境条件，从而降低海底油气资源开采的风险，具有较高的经济效益。

Description

用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统

技术领域

本发明涉及一种海洋石油工程领域的海底石油和天然气资源开采、储存和运输的全过程，更具体的说，本发明涉及一种用于水下油气资源的开采、储存及运输系统。

背景技术

在蓝色的海洋中，海底蕴藏着非常丰富的石油和天然气资源。近年来，随着全球经济的持续发展和科学技术的不断进步，人们逐渐加大了对海底油气资源的开发和利用。经过一百多年的发展，海底油气资源的开采逐渐由浅水走向深水，海底油气资源的开采装备也逐渐由固定式发展为顺应式、浮式。在浅水海域，通常采用比较经济的固定式平台对海底的油气资源进行勘探和开采，比如：自升式平台、导管架平台，混凝土平台等等。在深水海域，固定式平台的安装成本和技术难度大大增加，一般改用浮式平台进行海底油气资源的勘探和开采，比如：半潜式平台、浮式生产系统(FPSO)、张力腿平台(TLP)、单柱式平台(Spar)等等。我国最先进、技术含量最高的石油平台为981号半潜式钻井平台，该钻井平台具有全自动定位系统，能够在风、浪、流的作用下进行精确定位，现已在南海成功作业。

现阶段，海底油气资源的开采装备大都是将海底油井出产的石油或者天然气通过管道运输到海面上，在石油平台或者石油船舶上进行初步处理，然后再通过穿梭油轮将油气资源运输到陆地上。石油平台和石油船舶是进行海底石油和天然气等资源开采和运输的关键结点，对海底油气资源的开采至关重要。但是石油平台和石油船舶身处海平面与大气层的交界面，经常会受到海上风、浪、流和海冰等自然载荷和灾害的影响，其工作区域和工作时间受到较大的限制。在台风、海啸等恶劣自然环境作用下，海上平台和石油船舶很可能遭受到致命性的打击，从而造成重大的人员伤亡事故和巨额的经济损失。

此外，管道是运送海底石油和天然气的重要纽带，其对海底油气资源的运输有着重要的影响。而在现有技术的开采方式中，往往存在以下缺点：

(1)管道的跨距较长，一直从海底连续延伸到石油平台或者石油船舶，管道的跨距越长，其危险性就越大，故对其结构强度的要求较高；

(2)管道内部运输的流体经常含有颗粒杂质，这些杂质会造成管道堵塞，从而影响油气资源的安全输送；

(3)管道受到波浪和海流的作用时通常会发生振动，该振动的长时间作用会使管道结构发生疲劳破坏；

(4)海中生物的活动也会对管道的安全性产生影响，尤其是大型生物的碰撞有可能导致管道破裂，甚至断裂，而管道一旦破裂或断裂，管道内运输的油气资源就会泄漏，进而造成严重的环境污染和重大的经济损失。

可见，现有海洋油气资源的开采装备和开采方式都具有高风险、高投入和高技术等特点，对海面自然环境条件的依赖程度较高，发生事故后的环境污染和经济损失也较大，而且工作人员的工作环境倾向于高危区域。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术的诸多缺陷，并为此提供一种用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统。

本发明的技术方案是：

一种用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，包括水下采油模块，水下储油模块和运输模块，其中：

所述的水下采油模块由油井装置和初步处理装置构成，所述的初步处理装置连接多个油井和多个油井装置；

所述的水下储油模块由储油基础和油罐组成：所述的储油基础包括其中心留有基础进油口的圆台和设置在所述圆台上部的护栏；所述的油罐包括具有一定抗压性能的两层包裹壳，两层包裹壳之间设置有填充，所述的包裹壳设置有上端开口和下端进油口，所述的包裹壳内安装油囊，所述的油囊上设置有可与所述的上端开口对接的出油口，所述的油囊上还设置有可与所述下端进油口相连接的进油口；

所述的运输模块包括海上吊机、浮箱以及拖轮。

所述储油基础中护栏的截面形状为五边形、六边形、八角形或圆形。

所述的油罐为圆球体、椭球体、圆柱体、六面体或十二面体。

所述油罐的上端开口和下端进油口分别为一个或多个。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

(1)将海底油气资源开采、储存和运输的整个过程进行合理分割，缩小了管道跨距，降低了对系统结构强度的要求，有效的规避了致使管道结构发生疲劳破坏以及破裂、断裂情况的海面海洋环境载荷和灾害的作用，避免油气资源泄漏所造成的严重环境污染和重大经济损失，使海底油气资源的开采、储存和运输过程更加安全，更加高效，更加经济。

(2)对海底油气资源的开采和储存都在海底进行，有效的规避了海洋海面上海浪、海流、海冰和海风等海洋环境载荷的作用，提高了整个系统的安全稳定性，使之可以广泛适用于海况恶劣的海域，从而降低工程造价的成本，有助于我国东海、南海等深海油气田的开发。

(3)系统中油罐能够批量生产并更替使用，从而有效的对海底油气资源进行储存和运输，降低了采油工程的成本和工作人员的危险性。

(4)改善了工作人员的环境条件，无需长时间驻守石油平台，只要负责油罐的安放、起吊和运输，就可在一定风浪的作用下顺利进行作业，从而降低海底油气资源开采的风险，具有较高的经济效益。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1中储油基础的A-A俯视图；

图3为圆球体油罐的示意图；

图4为圆柱体油罐的示意图；

图中标记：1.油井装置；2.初步处理装置；3.储油基础；4.油罐；5.海上吊机；6.浮箱；7.拖轮；8.圆台；9.护栏；10.基础进油口；11.油囊；12.出油口；13.上端开口，下端进油口14。

具体实施方式

为了使本发明的优点和特征更容易被清楚理解，下面结合附图和实施例对其技术方案作以详细说明。

本发明用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，包括水下采油模块，水下储油模块和运输模块。

参照图1，所述的水下采油模块用于从海底油井抽取出海底油气资源并进行初步加工以提取其中的石油、天然气等有价值的物质，它由油井装置1和初步处理装置2构成，所述的油井装置1用于将海底油井产生的油气资源进行抽取并导入到管道中，再经管道汇入初步处理装置；所述的初步处理装置2用于对油气资源进行初步处理，提取出其中的石油、天然气等有价值的物质，并除去泥、沙和水等杂质，所述的初步处理装置2可以连接多个油井和多个油井装置1，以扩大产油量。该模块的工艺在海面上和陆地上都已经相当成熟，能够全自动化运行，亦可采用水下机器人对其运行状态进行实时监测，以防止油气资源的泄漏。

所述的水下储油模块用于实现海底石油、天然气等资源的顺利储存，它由储油基础3和油罐4组成，是本发明的关键发明点。

参照图2并结合图1，所述的储油基础3用于固定油罐4并保证输油的顺利进行，它包括中心部位留有基础进油口10的圆台8和安装在所述圆台8上部的护栏9；所述的圆台8由混凝土或者钢结构制成并具有一定的抗沉性和抗倾斜性，以保证整个储油基础3的稳定以及海底输油管的顺利通过；所述的护栏9可以根据实际工程中的具体情况设置为截面如图2所示的八角形或能够保证所述油罐4的安全稳定以及所述油罐4在安放和起吊过程中顺利对接和脱离的五边形、六边形或圆形等任意形状。

参照图3、图4，所述的油罐4包括两层具有一定抗压性能的包裹壳，两层包裹壳之间可以注满水或者填充其他物质，以实现油罐内外压力的传递并降低包裹壳结构所受的压力，所述的油罐4设置有上端开口13和下端进油口14，所述的下端进油口14可以与所述储油基础3的基础进油口10对接，所述的油罐4内安装有能够对海底油气资源进行包裹储存的油囊11，所述的油囊11上设置有释放油气资源的出油口12，所述的出油口12可以与所述油罐4的上端开口13对接，所述的上端开口13是外界海水进出所述油罐4的通道；所述的油囊11上还设置有与所述油罐4的下端进油口14相连接的进油口，该进油口可以通过所述油罐4的下端进油口14以及所述储油基础3的基础进油口10向所述的油囊11内充入油气资源。

为了适应于实际工程的情况要求，所述油罐4的上端开口13可以根据需要设置为一个或多个；所述油罐4的下端进油口14也可以根据需要设置为一个或多个。

所述的油罐4能够对海底油气资源进行顺利储存和运输，它既可以是如图3所示的圆球体，也可以是如图4所示的圆柱体，还可以是能起到同样作用的椭球体、六面体或十二面体等多种其他形状。

当所述的油罐4下潜时，海水从其上端开口13进入油罐4内，所述油罐4内部的油囊11中不含任何油气体，处于空瘪状态，当外界海水通过上端开口13进入所述的油罐4时，可以减小所述油罐4所受到的外界压力；

在充油气资源的阶段，海底输油管道经过所述油罐4的下端进油口14向所述的油囊11内充入石油、天然气等资源，使所述油囊11的体积逐渐变大，从而挤压所述油罐4中的海水，使得油罐4内的海水从上端开口13中逐渐溢出；

待所述的油囊11内充满油气资源时，需要将所述油囊11的进油口和与其连接的油罐4的下端进油口14进行封闭，以防止油气的泄漏；所述油罐4的上端开口13则可以需根据实际工程情况来确定其封闭情况：

如果充满的油囊11内以天然气为主，则需要封闭所述油罐4的上端开口13，以防所述的油罐4在上升过程中，由于内外压差较大压破其内的油囊11，进而引发安全事故；

如果充满的油囊11内以石油为主，则无需封闭所述油罐4的上端开口13，因为外界压强的改变对所述油囊11内的石油体积影响较小，不会引发安全事故。

所述的运输模块用于海底油气资源从采油基地到陆地上、输油港口或者其他运输载体的运输过程。

参照图1，所述的运输模块包括海上吊机5、浮箱6以及拖轮7，所述油罐4的下潜和上升均由所述的海上吊机5来协助完成，所述油罐4的托运则有浮箱6和拖轮7协助完成。

当所述的油罐4内充满油气资源时，可采用所述的海上吊机5将所述的油罐4从储油基础3上吊起，直至其浮出水面，然后在其周围安装浮箱6，以使所述的油罐4能够自浮，再利用拖轮7将可以自浮的油罐4托运到指定位置，最后通过所述油罐4的上端开口13和所述油囊11的出油口12将储存在所述油囊11内的油气资源取出，从而完成海底油气资源的运输过程。

当然，还可以采用另一种方法：利用所述的海上吊机5将所述的油罐4直接吊放在较大的运输船上进行运输或者在采油基地附近将油气资源转运到其他运输载体上。但相比较而言，采用拖轮7托运的方法更加简单和方便。因为，在所述油罐4的下潜过程中，其内充满了海水，而在所述油罐4的上升过程中，其内又充满了油气资源，这就使得所述油罐4的有效重量(重力和浮力的差值)并不很大，从而对所述海上吊机5起吊能力的要求不高，简易条件下就能够实现。

本发明用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，将采油、储油和运输等各个模块进行了合理的划分，能够有效的减小输油管道的跨度并减低输油管道的安装成本和服役风险，克服了现有技术的海洋油气资源开采装备和开采方式的高风险、高投入和高技术等缺陷，无需依赖海面自然环境的条件，有效的避免了管道破裂或断裂所引发的事故以及事故后的环境污染和经济损失，并使工作人员的工作环境脱离高危区域，从而保证工作人员的人身安全，具有很好的实用性和推广价值。

以上参照附图和实施例对本发明的技术方案进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各个技术特征均可能发生某些变化，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。特别需要指出的是：只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的细节变化或相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，包括水下采油模块，水下储油模块和运输模块，其特征在于：

所述的水下采油模块由油井装置和初步处理装置构成，所述的初步处理装置连接多个油井和多个油井装置；

所述的水下储油模块由储油基础和油罐组成：所述的储油基础包括其中心留有基础进油口的圆台和设置在所述圆台上部的护栏；所述的油罐包括具有一定抗压性能的两层包裹壳，两层包裹壳之间设置有填充，所述的包裹壳设置有上端开口和下端进油口，所述的包裹壳内安装油囊，所述的油囊上设置有可与所述的上端开口对接的出油口，所述的油囊上还设置有可与所述下端进油口相连接的进油口；

所述的运输模块包括海上吊机、浮箱以及拖轮。

2.根据权利要求1所述的用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，其特征在于：所述储油基础中护栏的截面形状为五边形、六边形、八角形或圆形。

3.根据权利要求1所述的用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，其特征在于：所述的油罐为圆球体、椭球体、圆柱体、六面体或十二面体。

4.根据权利要求3所述的用于深水海域水下油气资源的开采、储存及运输系统，其特征在于：所述油罐的上端开口和下端进油口分别为一个或多个。