CN107063334A - 适用于深水内转塔式单点系泊系统的现场监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田作业安全领域，为提供一种科学而有效的适用于深水内转塔式单点系泊系统的现场监测技术，可对FPSO作业海域的风、浪、温度、湿度、气压环境条件，FPSO艏向、单点位置、FPSO六自由度运动、系泊锚缆的受力等进行监控，为作业管理者提供及时准确的系泊安全性信息，供其有预案地进行安全管理，确保FPSO安全作业。为此，本发明采取的技术方案是适用于深水内转塔式单点系泊系统的现场监测系统，包括：波浪雷达用于获取波高、风速风向仪用于获取风速、温湿度气压一体机、GPS天线即移动站、惯性测量单元IMU、锚缆倾角仪、UPS系统用于为所有监测设备提供不间断电源。本发明主要应用于油田设备设计安装场合。

Description

适用于深水内转塔式单点系泊系统的现场监测系统

技术领域

本发明涉及油田作业安全领域，特别涉及深水内转塔式单点系泊系统的现场监测系统。

技术背景

FPSO(Floating Production Storage and Offloading，即浮式储油卸油装置)是海洋石油开发的主要模式之一，被广泛地用于世界各个海域的原油生产、储藏及外输。其中，单点系泊系统是关系到整个FPSO能否正常作业的一个重要环节，一旦FPSO单点系泊系统受到破坏，则整条FPSO的安全将受到极大威胁，轻则造成停产关井，带来严重的经济损失，重则有溢油危险，可能引发生态灾难。

近年来由于海洋环境条件愈加恶劣，极端天气造成的单点系泊系统事故/故障频频发生，给油田生产和设施安全带来严峻挑战。对于在役的FPSO船队而言，如果能够对其单点系泊系统做到准确可靠的监测和评价，不仅可准确判断其单点系泊系统的安全性，又可为作业管理者提供及时准确的系泊安全性信息，供其有预案地进行安全管理，防范于未然，确保FPSO的作业安全。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提供一种科学而有效的适用于深水内转塔式单点系泊系统的现场监测技术，可对FPSO作业海域的风、浪、温度、湿度、气压环境条件，FPSO艏向、单点位置、FPSO六自由度运动、系泊锚缆的受力等进行监控，为作业管理者提供及时准确的系泊安全性信息，供其有预案地进行安全管理，确保FPSO安全作业。

为此，本发明采取的技术方案是适用于深水内转塔式单点系泊系统的现场监测系统，包括：

波浪雷达用于获取波高、周期波浪参数信息；

风速风向仪用于获取风速、风向数据；

温湿度气压一体机，用于获取温度、湿度、气压参数；

两根GPS天线即移动站，沿浮式储油卸油装置FPSO船体纵轴布置，用于获取FPSO的艏向；

一根GPS天线即基准站，安放在FPSO附近的采油平台，与安装在FPSO上的移动站一起用于精准定位单点实际经纬度；

惯性测量单元IMU，用于测量FPSO六自由度运动，包括：横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡；

锚缆倾角仪用于对系泊缆张力大小进行测量，通过倾角仪器测得的锚缆倾角推出系泊力；

UPS系统用于为所有监测设备提供不间断电源，用于在台风期间实现数据的不间断采集；

采集器主机位于中央控制室，用于接收上述测量设备的信号，实现数据采集、数据管理，界面显示以及回传陆地功能。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

采用现场实时监测的方法，对海洋环境条件及系统中各装置的位置和姿态等参数进行监测，再结合相关理论进行力学分析，对内转塔式单点系泊系统进行安全评估，是一种高效科学的研究方法；

倾角仪供电和所测信号的回传通过电滑环完成，必免了以往通过水下无线声波信号回传和倾角仪自带电池供电的布置方式，增加了供电的可靠性，提高了信号的传输质量；

波浪参数波高和周期采用波浪雷达进行测得，该设备布置于水上舷侧，与传统的水下测波设备相比，安装回收操作简单、便于维护；

UPS系统(由电池和充电机组成)用于为所有监测设备提供不间断电源，用于在台风期间实现数据的不间断采集。

附图说明

图1，2，3，4，5，6，8，9，10为本发明发明监测设备位置示意图。

图1，2为波浪雷达布置位置；

图3为GPS移动站(1、2两个)、风速风向仪(3)、温湿度气压一体机(4)、GPS电台天线(5)设备位置示意图；

图4为位于中控室机柜的IMU(惯性测量单元)设备位置示意图；

图5为水下倾角仪设备位置示意图；

图6为安装在DPP平台生活楼顶部的GPS基准站；

图7监测系统逻辑关系图。

图8为FPSO附过DPP平台UPS电池位置示意图；

图9为FPSO UPS电池位置示意图；

图10为FPSO UPS控制屏位置示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于南海内转塔式单点系泊系统的现场监测系统，包括对FPSO作业海域的风、浪、温度、湿度、气压环境条件，FPSO艏向、单点位置、FPSO六自由度运动、系泊锚链的受力等进行监控。为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

单点由一个嵌入到船艏的内转塔和一个圆锥形系泊浮筒组成，两者通过结构连接器连接。浮筒包括浮体和转塔，浮筒体能提供足够的浮力以承受系泊腿和立管的重量。锚链回复力的传递是通过上下两组轴承传到系泊浮筒上的，系泊浮筒将回复力通过连接结构传到整个船体。

所述的风速、风向应使用布置在船体无遮挡位置的风速风向仪(图3中的3位置)进行测量，可获取一分钟平均风速、一小时平均风速、最大三秒钟阵风风速、瞬时风向等参数，其数据通过电缆接入FPSO中控室内的采集器。

所述的波浪应用安装在FPSO上的一套船载式波浪雷达进行测量，安装位置见图1和图2，可实时测量FPSO遭遇到的波浪参数信息。测量结果将通过电缆直接上传到位于中控室中的采集器。

所述的温度、湿度、气压(图3中的4位置)应用安放于船体候机楼顶的温湿度气压一体机进行测量，可获取温度、湿度、气压参数，其数据通过电缆接入FPSO中控室内的采集器。

所述的FPSO的艏向应用两根沿FPSO纵轴布置的GPS天线进行测量，两个GPS户外天线(移动站)安装在生活楼顶端，且两天线连线与船体纵向中轴线重合(或平行)(图3中的1、2位置)。基准站和移动站的信号传输通过一对数传电台(图3中的5位置和图6中的电台)进行，GPS信号馈线直接敷设到惯性测量单元(IMU)主机端，数传电台信号线直接敷设到电台主机，电台主机将差分信号传到IMU，IMU将处理后的经纬度信号传输至采集器。

所述的设计位置与实际位置的偏差应用GPS基站与安装在FPSO上的GPS移动站进行测量。基准站将安装在FPSO附近的固定式平台(图6)，移动站(图3中的1、2位置)安装在FPSO生活楼顶部，并以数传电台(图3中的5位置)作为数据传输通道。基准站实时卫星数据将通过数传电台进行广播，移动站同时接受GPS卫星信号和基准站差分信号，并解算得到高精度的FPSO位置信息，然后将测量结果传给嵌入式数据采集器。

所述的FPSO六自由度运动测量应用安装在生活楼中控室内的惯性测量单元(IMU)(图4)来测量。单点中心位置采用理论计算方法获得，假设FPSO为一刚性船体，在外部荷载和自重等作用下不产生变形，分别建立全局坐标系。根据刚体空间运动原理，在已知刚体某点六自由度后可计算得到刚体上任意一点的运动情况(如重心、单点中心等)。已知单点中心在全局坐标系下运动后，可以换算得到在局部坐标系下FPSO横、纵荡等运动。

所述的锚缆系泊力应用安装在系泊缆上的倾角仪(图5)进行测量，倾角监测包括水下倾角仪、水下接线箱和水下电缆组成。水下倾角仪安装在系泊缆上，水下接线箱固定在单点浮筒底部，通过滑环预留通路实现电力的传输和信号回传。其中每根系泊链将安装一套水下倾角仪用于测量系泊缆的角度，测量信号和供电电源通过安装于单点舱底部的水下接线箱经电滑环进行数据的回传和供电。

所述的所有监测设备的不间断电源由安装在FPSO生活楼5甲板(图9和图10)和附近平台电池间(图8)的UPS系统(由电池和充电机组成)来提供，用于在台风期间实现数据的不间断采集。

采集器主机位于中央控制室(图4)，用于接收上述测量设备的信号，实现数据采集、数据管理，界面显示以及回传陆地功能。

本发明的特点在于用一套GPS/IMU系统可实现FPSO艏向、FPSO定位及六自由度运动的测量。本发明中使用了三根GPS天线、两台数传电台、一套IMU主机，完成了FPSO艏向、FPSO定位及六自由度运动的测量(图7)。采用现场实时监测的方法，对海洋环境条件及系统中各装置的位置和姿态等参数进行监测，再结合相关理论进行力学分析，对内转塔式单点系泊系统进行安全评估，是一种高效科学的研究方法。

本发明的优点在于，倾角仪供电和所测信号的回传通过电滑环完成，必免了以往通过水下无线声波信号回传和倾角仪自带电池供电的布置方式，增加了供电的可靠性，提高了信号的传输质量；波浪参数波高和周期采用波浪雷达进行测得，该设备布置于水上舷侧，与传统的水下测波设备相比，安装回收操作简单、便于维护；UPS系统(由电池和充电机组成)用于为所有监测设备提供不间断电源，用于在台风期间实现数据的不间断采集。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于深水内转塔式单点系泊系统的现场监测系统，其特征是，结构如下：

波浪雷达用于获取波高、周期波浪参数信息；

风速风向仪用于获取风速、风向数据；

温湿度气压一体机，用于获取温度、湿度、气压参数；

两根GPS天线即移动站，沿浮式储油卸油装置FPSO船体纵轴布置，用于获取FPSO的艏向；

两根GPS天线即移动站，沿浮式储油卸油装置FPSO船体纵轴布置，用于获取FPSO的艏向；

一根GPS天线即基准站，安放在FPSO附近的采油平台，与安装在FPSO上的移动站一起用于精准定位单点实际经纬度；

惯性测量单元IMU，用于测量FPSO六自由度运动，包括：横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡；

锚缆倾角仪用于对系泊缆张力大小进行测量，通过倾角仪器测得的锚缆倾角推出系泊力；

UPS系统用于为所有监测设备提供不间断电源，用于在台风期间实现数据的不间断采集；

采集器主机位于中央控制室，用于接收上述测量设备的信号，实现数据采集、数据管理，界面显示以及回传陆地功能。