CN110329444B - 一种油气生产平台及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气生产平台及其设计方法，该油气生产平台包括若干立柱、环形浮箱和甲板，甲板与环形浮箱通过若干立柱连接，油气生产平台还包括油气处理系统和压载舱，油气处理系统和压载舱均设置于立柱和/或环形浮箱的内部。本发明公开的油气生产平台及其设计方法，可在对应中国国内特定的油气田时，结合国内工业建造能力及国内航道海域情况，确定油气生产平台方案。同时，该油气生产平台方案与传统的油气生产平台方案相比，在储油方式、空间利用等方面有进一步的优势。采用本专利所提供的设计方法，可设计一系列的适用于中国国内特点的油气生产平台，促进国内油气行业的发展。

Description

一种油气生产平台及其设计方法

技术领域

本发明涉及海洋石油开发技术领域，具体涉及一种油气生产平台及其设计方法。

背景技术

海洋的油气储量非常丰富，油气的勘探开发的主战场已由内陆、浅海向深海发展。为了开采深海中的油气，通常需要在深海水面建设一个集深海钻井、油气处理、储油、卸油、发电、供热和生活等功能为一体的油气生产平台，然后再通过管线将油和天然气输送至油船或陆地上的储油罐或储气罐。油气生产平台一般悬浮于深海水面，为了从深海钻井并将钻取得到的油气运送出来，较优的方案就是选用一部分潜入水面、一部分露出水面形成半潜式的悬浮式的油气生产平台，因此在目前全世界深水油气开发设施中，约2/3的油气生产平台采用半潜式。然而，虽然此种油气生产平台有较大的应用前景，但是此种平台主要运用于墨西哥湾等海域，在中国海域尚无使用案例。这是因为与国际其他海域相比，中国海域有自身的特点，如台风频次高、建造场地航道浅、浮式油气平台建造经验少、拖航距离远等特殊特点。

现有的半潜式油气生产平台，将压载舱与少量设备舱室设置在平台浮体内，将其油气处理系统及储存罐均设置在甲板上，由此导致油、气、水的处理、卸油等作业的人员也都随之聚集在甲板上，相应地，与油、气、水的运输相配套的管线设备全都堆积在甲板上，造成了整个船体的头重脚轻，不仅给开展油气处理、运输带来了诸多麻烦，增加油气生产平台的不安全性。更重要的是，这些半潜式油气生产平台不具备储油功能，原油通过管线输往陆地。从长期来看，输油输气管线及其设备费用高，人力投入成本大，不利用深海油气勘探开发的长期投资。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气生产平台及其设计方法，用以解决目前因将不具备储油功能而导致的半潜式油气生产平台需要配备长距离输油管线，同时将乙二醇舱室、SLOP舱室等油气处理储存罐放在甲板上，导致投资成本高和安全性低且不能适用于中国海域的半潜式油气生产的问题。

本发明提供一种油气生产平台，包括若干立柱、环形浮箱和甲板，所述甲板与所述环形浮箱通过所述若干立柱连接，所述油气生产平台还包括油气处理系统和压载舱，所述油气处理系统和所述压载舱均设置于所述立柱和/或所述环形浮箱的内部。

进一步地，所述环形浮箱的中部上的所述立柱内设置有相连通的若干个机械舱室和若干条进出通道，若干个所述机械舱室分别设置于若干个立柱内，且每相邻所述机械舱室之间均通过一个所述进出通道连通。所述压载舱包括固定压载舱，所述进出通道和所述机械舱室共同组成了所述环形浮箱的内部通道，所述固定压载舱设置于所述环形浮箱的内部通道的两侧，

进一步地，所述油气处理系统包括储油舱、淡水舱、污油水舱和乙二醇舱，所述立柱的横截面积为矩形，所述储油舱的横截面积占所述立柱下部的3/4和上部的1/4；所述储油舱贯穿于所述立柱整体且其截面为变形截面，所述淡水舱或所述污油水舱或所述乙二醇舱设置于所述立柱的中上部。

进一步地，所述储油舱的外侧设置有隔离空舱，且所述储油舱与所述压载舱之间设置有隔离空舱。

进一步地，所述压载舱还包括可变压载舱，所述可变压载舱设置于所述立柱内。

本发明公开了一种设计上述油气生产平台的设计方法，所述设计方法包括以下步骤：

步骤S1：初步确定舱室布置；

步骤S2：确定油气生产平台的尺度：

步骤S3：进行稳性和总体性能分析，对尺度进行确认。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

步骤S11：沿所述立柱自下而上依次设置可变压载舱、储油舱、淡水舱、污油水舱、乙二醇舱，其中所述立柱中下部的3/4区域设置储油舱，机械舱室与进出通道设置于位于所述立柱中下部的1/4区域；

步骤S12：在所述储油舱的外侧设置隔离空舱，且所述储油舱与所述压载舱之间设置隔离空舱，所述隔离空舱的宽度为1.8m；

步骤S13：所述淡水舱、所述污油水舱和所述乙二醇舱设置于位于所述立柱中上部的1/4区域；

步骤S14：设定油气生产平台的吃水范围，并根据所述吃水范围设置压载舱，将所述固定压载舱设置于环形浮箱内，所述可变压载舱设置于立柱内。

进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：收集油气生产平台设计的基础数据；包括包括水深、环境条件、组块重量、重心、组块布置区域要求，立管布置和垂向载荷，建造场地情况，干拖船舶信息或拖航方案等。

步骤S22：根据基础数据确定油气生产平台的吃水和干舷；

步骤S23：进行油气生产平台的主尺度的初估；

步骤S24：进行初步的静水力和稳性计算，直至判断油气生产平台满足稳性要求；

步骤S25：采用经验公式或者使用水动力程序计算油气生产平台的垂荡周期。

进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：对油气生产平台的初步的舱室布置进行确认或修改；

步骤S32：对油气生产平台的结构进行详细规划和计算，包括更详细的钢料预估；

步骤S33：采用时域分析软件或者频率分析软件进行总体性能评估，并对油气生产平台的主尺度进行复核。

本发明的有益效果是：

本发明公开的油气生产平台及其设计方法，可在对应中国国内特定的油气田时，结合国内工业建造能力及国内航道海域情况，确定对应的油气生产平台方案，将储油舱设置在立柱和环形浮箱内部，避免了长距离的投资高的输油管线，以及乙二醇舱，SLOP舱等油气处理相关舱室全都堆积在甲板上，减少了油气处理、运输的麻烦，提高了油气生产平台的安全性，避免了设备易的损坏，减少了人力物力的投入，利于深海油气勘探开发的长期投资。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的环形浮箱的俯视图；

图2是本发明实施例1提供的沿图1中A-A所在位置剖油气生产平台得到的无甲板情况下的立柱和环形浮箱的剖视图；

图3是本发明实施例1提供的沿图1中C-C所在位置剖油气生产平台得到的无甲板情况下的立柱和环形浮箱的剖视图；

图4是本发明实施例1提供的立柱下部的横向剖视图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

实施例1

实施例1提供一种油气生产平台，下面对其结构进行详细描述。

该油气生产平台包括四个立柱、一个环形浮箱2和甲板，所述甲板与所述环形浮箱2通过所述四个立柱连接，所述油气生产平台还包括油气处理系统和压载舱，所述油气处理系统和所述压载舱均设置于所述立柱和/或所述环形浮箱2的内部。其中，压载舱用于调整油气生产平台的吃水，甲板是由组块构成。

参考图1，所述环形浮箱2的中部及其上的所述立柱内设置有相连通的四个机械舱室21和四个进出通道22，四个所述机械舱室21分别设置于四个立柱内，且每相邻所述机械舱室21之间均通过一个所述进出通道22连通。

由图1可知，所述进出通道22和所述机械舱室21共同组成了所述环形浮箱2的内部通道，所述内部通道将所述环形浮箱2的中部分为内环和外环，其中，靠近所述环形浮箱2的圆心为内环，远离所述环形浮箱2的圆心为外环。

所述压载舱包括固定压载舱41，所述固定压载舱41设置于所述环形浮箱2的内部通道的两侧。

参考图2至图4，该油气处理系统包括储油舱11、淡水舱12、污油水舱13和乙二醇舱14，所述立柱的横截面积为矩形，所述储油舱11的横截面积占所述立柱下部的3/4和上部的1/4；所述储油舱11贯穿所述立柱的整体，所述淡水舱12或所述污油水舱13或所述乙二醇舱14设置于所述立柱的中上部。

为了保护环境及提高油气生产平台的稳性，所述储油舱11的底部自下向上与水接触的外侧区域及其与所述压载舱之间均设置有隔离空舱15。

为了提高储油量，所述压载舱还包括可变压载舱42，所述可变压载舱42设置于所述立柱内。

实施例2

实施例2提供一种油气生产平台的设计方法，下面对该设计方法进行详细描述。

在总体设计过程中，将确定的参数包括：油气生产平台的吃水范围和干舷、油气生产平台尺寸(包括长度和宽度)，立柱尺寸(长、宽、高、半径、间距)，浮箱尺寸(长、宽、高和半径)等。具体尺寸参数如下：

1、总长:91.5m(21m+49.5m+21m)；

2、浮筒:L49.5m×B21m×H9m(倒角1m)；

3、立柱:L21m×B21m×H59m(倒角1.7m)；

4、拖航吃水：9m(出港)、12m(长距离)；

5、操作吃水:35-40m，平台操作时变吃水；

6、生存工况吃水：37m；

7、生存工况立柱最小干舷:22m；

8、下甲板标高:60.5m(生存工况气隙22m)。

步骤S1：确定油气生产平台的初步舱室布置，具体包括以下步骤：

步骤S11：沿所述立柱自下而上依次设置可变压载舱42、储油舱11、淡水舱12、污油水舱13、乙二醇舱14，其中所述立柱中下部的3/4区域设置储油舱11，机械舱室21与进出通道22设置于位于所述立柱中下部的1/4区域；

步骤S12：在所述储油舱11的外侧设置隔离空舱15，及所述储油舱11与所述压载舱之间设置隔离空舱15，所述隔离空舱15的宽度为1.8m；

步骤S13：所述淡水舱12、所述污油水舱13和所述乙二醇舱14设置于位于所述立柱中上部的1/4区域；

步骤S14：设定油气生产平台的吃水范围，并根据所述吃水范围设置压载舱4，将所述固定压载舱41设置于环形浮箱2内，所述可变压载舱42设置于立柱内。

其中，由于考虑储油舱中的原油将随生产变化，油气生产平台的吃水将在一定范围内变化。当油气生产平台的吃水即将超出该吃水范围时，采用压排载系统进行压载或者排载，调节吃水。船体中分两类压载舱，一类主要为固定压载舱，确定平台的主要吃水。一类主要为可变压载舱，主要用于调节平台作业时变化的吃水。前者主要分布在浮箱中，后者主要分布在立柱中。

为便于油气生产平台调节吃水，考虑每个立柱均布置储油舱，装油或者卸油时动用斜对角的两个油舱。如平台油产量较小时，也可考虑油舱从立柱从下往上只占用1/4部分，但从油舱泵管系维护角度，油舱必须有一部分直接与立柱上表面接触。同时，从安全性考虑，油舱的周围均设置一层隔离空舱。淡水，乙二醇舱可储存在立柱的上部的一部分油舱的顶部。

步骤S2：确定初步油气生产平台尺度，具体包括以下步骤：

步骤S21：收集油气生产平台设计的基础数据；

其中，需要收集的基础数据包括水深、环境条件、组块重量、重心、组块布置区域要求，立管布置和垂向载荷，建造场地情况，干拖船舶信息或拖航方案等。

步骤S22：根据基础数据、基于平台建造限制、环境条件和总体性能考虑，确定油气生产平台的吃水和干舷；其中，吃水包含拖航吃水，作业吃水，生存吃水等不同工况下的参数。拖航吃水应满足建造场地水深情况，并通过该参数和平台重量反推立柱尺寸。

步骤S23：进行油气生产平台的主尺度的初估；

其中，油气生产平台主尺度的初估包括立柱和浮箱数量、尺度。在此阶段，单位体积的结构重量、舾装重量、系泊和立管垂向载荷都是初步输入数据。其中，单位体积重量系数基于现有油气生产平台的结构钢材量数据得到。单位体积重量系数包括主体钢结构重量和附属构件结构重量，具体指主结构、肘板、焊料、余量等。尺度规划阶段，结构附属构件大致在主结构钢材量的10％～15％。船体舾装(包括船体系统、系泊系统和立管相关设备在内的)占船体主结构的15％～25％，其重心高度假定和船体结构重心高度一致。该系数和系泊缆数量、立管数量有关，需慎重选取。在位工况GM值需大于5m，以满足稳性要求。

步骤S24：进行初步的静水力和稳性计算，直至判断油气生产平台满足稳性要求；

在该步骤中，进行初步的静水力和稳性计算，以判断该尺度的油气生产平台是否满足稳性要求。在尺度规划阶段，稳性通常是主导因素，必须处于第一的优先级。而稳性中的控制条款常常是面积比的要求。如果稳性不满足要求，尺度规划的流程将返回S23步，并将GM值提高。如果完整稳性满足要求，将进行系泊系泊初估，并进行运动分析，以判断气隙和最大的纵摇均在设计范围内。如果气隙不满足要求，则尺度规划流程返回步骤S22，增加干舷，并重复步骤S23。

步骤S25：采用经验公式或者使用水动力程序计算油气生产平台的垂荡周期。

步骤S3：进行稳性和总体性能分析，对尺度进行确认

步骤S31：对船体初步的舱室布置进行确认或修改，包括不同功能舱室如储油舱、压载舱的位置和尺度。

步骤S32：油气生产平台结构专业进行结构规划和计算，并进行更详细的油气生产平台钢料预估。参考以往的项目进行更详细的结构和非结构的舾装重量重心预估，定义具体的舾装项目的位置。

步骤S33：进行初步的总体性能分析，对油气生产平台主尺度进行复核。可以用经验公式或者参考类似项目得出垂荡固有周期，同时，也可以用势流软件如AQWA等软件计算运动响应曲线，得到垂荡固有周期，判断其固有周期是否远离波浪主频率，从而确保该平台较小的运动幅值。通过总体性能分析，还需评估最大的横摇/纵摇角度、平台重心、组块中心以及其他关键点的加速度值、平台关键点气隙值等。可以采用时域分析软件或者频率分析软件如AQWA等软件进行总体性能评估。

设计过程中，立柱和浮箱之间的体积分配(例如浮力分配)是最重要的设计参数。通常，窄的立柱和浮箱提供波浪中更好的运动性能。另一方面，立柱水平面和立柱间距需足够大，以提供稳性。浮箱体积也需要足够大，用于提供油气生产平台在位和在位之前的浮力和稳性。设计人员需考虑以下因素：

(a)船体能够提供足够的浮力，用于支撑所有包括船体重量，组块重量，系泊垂向荷载，立管载荷，舱室重量，船机系统，海生物，可变压载和其他重量在内的所有的船体重量；

(b)GM足够大以满足油气生产平台在位前，在位后及生存状态的稳性要求；

(c)满足油气生产平台在位和在位前的运动，加速度，气隙等运动性能要求；

(d)如油气生产平台存在使用其他船舶拖航的情况，需满足运输船舶的吃水，干舷，运输能力，尺寸限制等要求。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种油气生产平台，包括若干立柱、环形浮箱(2)和甲板，所述甲板与所述环形浮箱(2)通过所述若干立柱连接，其特征在于，

所述油气生产平台还包括油气处理系统和压载舱，所述油气处理系统和所述压载舱均设置于所述立柱和/或所述环形浮箱(2)的内部；

所述油气处理系统包括储油舱(11)、淡水舱(12)、污油水舱(13)和乙二醇舱(14)，所述立柱的横截面积为矩形，所述储油舱(11)的横截面积占所述立柱下部的3/4和上部的1/4；所述储油舱(11)贯穿所述立柱的中下部和上部，所述淡水舱(12)或所述污油水舱(13)或所述乙二醇舱(14)设置于所述立柱的中上部；

所述环形浮箱(2)的中部及其上的所述立柱内设置有相连通的若干个机械舱室(21)和若干条进出通道(22)，若干个所述机械舱室(21)分别设置于若干个立柱内，且每相邻所述机械舱室(21)之间均通过一个所述进出通道(22)连通。

2.如权利要求1所述的油气生产平台，其特征在于，

所述压载舱包括固定压载舱(41)，所述进出通道(22)和所述机械舱室(21)共同组成了所述环形浮箱(2)的内部通道，

所述固定压载舱(41)设置于所述环形浮箱(2)的内部通道的两侧。

3.如权利要求1所述的油气生产平台，其特征在于，

所述储油舱(11)的外侧设置有隔离空舱(15)，且所述储油舱(11)与所述压载舱之间设置有隔离空舱(15)。

4.如权利要求1所述的油气生产平台，其特征在于，

所述压载舱还包括可变压载舱(42)，所述可变压载舱(42)设置于所述立柱内。

5.一种如权利要求1至4任一所述的油气生产平台的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

步骤S1：初步确定舱室布置；

步骤S2：确定油气生产平台的尺度：

步骤S3：进行稳性和总体性能分析，对尺度进行确认。

6.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

步骤S11：沿所述立柱自下而上依次设置可变压载舱(42)、储油舱(11)、淡水舱(12)、污油水舱(13)、乙二醇舱(14)，其中所述立柱中下部的3/4区域和上部的1/4区域设置储油舱(11)，机械舱室(21)与进出通道(22)设置于位于所述立柱中下部的1/4区域；

步骤S12：在所述储油舱(11)的外侧设置隔离空舱(15)，且所述储油舱(11)与所述压载舱之间设置隔离空舱(15)，所述隔离空舱(15)的宽度为1.8m；

步骤S13：所述淡水舱(12)、所述污油水舱(13)和所述乙二醇舱(14)设置于位于所述立柱中上部的1/4区域；

步骤S14：设定油气生产平台的吃水范围，并根据所述吃水范围设置压载舱，所述压载舱包括固定压载舱(41)，将所述固定压载舱(41)设置于环形浮箱(2)内，所述可变压载舱(42)设置于所述立柱内。

7.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：收集油气生产平台设计的基础数据；

步骤S22：根据基础数据确定油气生产平台的吃水和干舷；

步骤S23：进行油气生产平台的主尺度的初估；

步骤S24：进行初步的静水力和稳性计算，直至判断油气生产平台满足稳性要求；

步骤S25：采用经验公式或者使用水动力程序计算油气生产平台的垂荡周期。

8.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：对油气生产平台的初步的舱室布置进行确认或修改；

步骤S32：对油气生产平台的结构进行详细规划和计算，包括更详细的钢料预估；

步骤S33：采用时域分析软件或者频率分析软件进行总体性能评估，并对油气生产平台的主尺度进行复核。

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