CN111301621B

CN111301621B - 一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置

Info

Publication number: CN111301621B
Application number: CN202010161363.9A
Authority: CN
Inventors: 王春升; 许鑫; 石云; 王晋; 陈国龙; 程展; 付东明; 朱为全
Original assignee: Cotec Offshore Engineering Solutions Beijing Co ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2040-03-10
Also published as: CN111301621A

Abstract

本发明公开了一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：包括环形轨道、滑车、系泊缆系统、穿梭油轮和漂浮软管；所述环形轨道位于海面以上，并通过桁架固定在深海立柱式生产储卸油平台上；所述滑车安装在所述环形轨道上，并能够沿所述环形轨道的周向自由滑动；所述穿梭油轮漂浮在海面上，并通过所述系泊缆系统与所述滑车连接，所述漂浮软管连接在所述深海立柱式生产储卸油平台和穿梭油轮之间，用于输送原油。本发明装置能够使穿梭油轮始终位于平台的下风向和背浪向，不需要增加单点浮筒和动力定位穿梭油轮，使得整个装置具有操作安全性、经济性高且维护方便等优势，能够为原油开发提高装备基础。

Description

一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置

技术领域

本发明涉及一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，属于海洋油气开发领域。

背景技术

传统的浮式生产储油系统(简称FPSO)为船形结构，通过单点系泊系统定位，在风浪流作用下可绕单点系泊系统在水平面内自由转动(简称“风标效应”)，其原油外输方式多采用串靠形式，即在FPSO尾部串联穿梭油轮并通过漂浮软管进行外输，在风浪流作用下FPSO和穿梭油轮可一同绕单点系泊系统转动。典型的深海立柱式生产储卸油平台100(英文全称为SPAR drilling production storage and offloading system，简称SDPSO)，如图1所示，具有钻井、生产、储油功能，是一种新型的浮式生产储油系统，SDPSO平台的船体为立柱形式，SDPSO平台是通过三组散布式锚链系统200系泊于水面，不具备“风标效应”，若还采用串靠形式，随着风浪流方向改变，穿梭油轮可能会与平台发生碰撞。

目前，针对这种多点系泊平台已被采用的外输方式主要有两种：(1)使用动力定位的穿梭油轮，在动力定位系统帮助下，油轮可自行在海中定位，并且能抵抗风浪流作用力，始终与平台保持足够的安全距离。(2)增加一个单点外输浮筒300和一段水下软管400(如图2、3所示)，穿梭油轮500系泊于单点浮筒300上，并能绕单点浮筒300自由旋转，浮筒300与平台100保持足够距离，从而可避免穿梭油轮500与平台100发生碰撞，平台100上的原油首先通过水下软管400输送至单点浮筒300上，再通过漂浮软管600输送至穿梭油轮500上。然而，上述两种外输方式虽能解决原油外输问题，避免穿梭油轮与平台发生碰撞，但仍存在以下缺点：(1)目前动力定位油轮数量还较少，尤其是在中国海域内尚无一艘在使用，因此需要新造动力定位油轮，投入较大；(2)在运营过程中动力定位油轮消耗也比普通油轮更大，运营和维护的费用更高；(3)增加一个深水单点浮筒，建造费用和安装费用大约需要6000万美金，相比于传统串靠方案，费用超出约5～8倍。

随着原油价格的降低，油田开发成本需要尽可能的节省，在较低投入的情况下进行原油外输十分必要。一些学者提出采用“传统串靠+拖轮辅助”方式进行外输，如图4、5所示，穿梭油轮500直接串联于平台100上，为了避免受到横向或尾向风浪作用后，油轮500靠近平台100甚至与平台100碰撞，在油轮500的尾部增加一个拖轮700进行拖拽，使油轮500始终远离平台。这种方法虽然投入和运营成本较低，但是增加很多风险和不确定性。首先拖轮的拖力有限，当风浪突然较大时，拖轮700的能力不足以拖住油轮500，从而有碰撞平台的隐患；另外，穿梭油轮500运动的范围只有平台的一个方向的大约170度的范围，无法实现穿梭油轮500始终在平台100的下风向和背浪向。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作安全性、经济性高、易操作维护的用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，包括环形轨道、滑车、系泊缆系统、穿梭油轮和漂浮软管；所述环形轨道位于海面以上，并通过桁架固定在深海立柱式生产储卸油平台上；所述滑车安装在所述环形轨道上，并能够沿所述环形轨道的周向自由滑动；所述穿梭油轮漂浮在海面上，并通过所述系泊缆系统与所述滑车连接，所述漂浮软管连接在所述深海立柱式生产储卸油平台和穿梭油轮之间，用于输送原油。

优选地，所述环形轨道为由绕圆周方向顺次连接的多个弧形轨道构成，相邻两所述弧形轨道之间为可拆卸连接。

优选地，所述环形轨道包括内环轨道、外环轨道和连接块，所述外环轨道套设在所述内环轨道的外部，在所述内环轨道和外环轨道之间且沿所述环形轨道的圆周方向间隔分布多个所述连接块，每一所述连接块固定连接在所述内环轨道和所述外环轨道之间，每相邻两所述连接块以及内环轨道和外环轨道之间围成槽口，所述滑车滑动设置在所述外环轨道上。

优选地，所述环形轨道与海平面的距离在8～10米，在所述环形轨道上设置牺牲阳极；所述滑车和环形轨道的接触面之间为滚动摩擦；在滑车的外侧设置用于固定所述系泊缆系统的板眼。

优选地，所述系泊缆系统包括连接在所述滑车上的平台端防摩擦链，一端与所述平台端防摩擦链连接且漂浮于海面上的漂浮尼龙缆，漂浮于海面上的支撑浮筒，连接在所述漂浮尼龙缆的另一端以及支撑浮筒上的油轮端防摩擦链，与所述油轮端防摩擦链连接的提缆，以及设置在所述提缆上的浮标。

优选地，在所述深海立柱式生产储卸油平台上设置用于卷绕漂浮软管的滚筒系统，所述深海立柱式生产储卸油平台上设置保护通道，所述保护通道自所述滚筒系统的下方竖直向下穿过环形轨道并延伸至海面附近。

优选地，滚筒系统包括固定在所述深海立柱式生产储卸油平台的顶部的支架，转动设置在所述支架上的滚筒，设置在所述支架上并驱动所述滚筒转动的伺服电机，以及控制所述伺服电机运行的自动控制系统；所述自动控制系统包括软管拉力传感器、油轮GPS和中控计算机，所述软管拉力传感器设置在所述漂浮软管上，用于实时采集所述漂浮软管上的拉力信息，所述油轮GPS设置在所述穿梭油轮上，用于实时获取所述穿梭油轮的位置信息；所述中控计算机设置在所述深海立柱式生产储卸油平台上，所述软管拉力传感器和油轮GPS均与所述中控计算机连接，所述中控计算机根据所述软管拉力传感器和油轮GPS传来的信号控制所述伺服电机的正反转。

优选地，所述软管拉力传感器设置在所述漂浮软管的中部，在位于所述软管拉力传感器两侧的所述漂浮软管上各设置远程控制阀门，所述远程控制阀门与中控所述计算机连接。

优选地，所述保护通道包括钢制保护管，以及设置在所述钢制保护管的下游端的喇叭口。

优选地，在靠近海面附近的深海立柱式生产储卸油平台的外部设置防碰垫或支架，防碰垫采用较软的橡胶材料制成；所述漂移软管(600)大于500米。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明提出的用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，在深海立柱式生产储卸油平台上设置环形轨道，环形轨道上设置有滑车，穿梭油轮通过系统缆系统与滑车连接，滑车能够沿环形轨道的周向自由滑动，进而使得穿梭油轮始绕平台自由旋转，穿梭油轮始终位于平台的下风向和背浪向，从本质上杜绝油轮与平台相撞的可能，保证外输过程具有足够的安全性；此外，该系统不需要增加单点浮筒和动力定位穿梭油轮，大大降低投入成本；装置使用及维护与传统的单点FPSO串靠外输系统类似，提油操作快捷方便，且方便维护和保养，大多数海上平台和穿梭油轮上的工作人员都能熟练掌握；总的来说，整个装置具有操作安全性、经济性高且维护方便等优势，能够为原油开发提高装备基础。

附图说明

图1是典型的深海立柱式生产储卸油平台的示意图；

图2是深海立柱式生产储卸油平台利用单点浮筒进行原油外输的结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是深海立柱式生产储卸油平台利用“传统串靠+拖轮辅助”方式进行外输的结构示意图；

图5是图4的俯视结构示意图；

图6是本发明的外输装置进行输油时的结构示意图；

图7是本发明的正视示意图；

图8是本发明的局部结构示意图；

图9是本发明的外输系统在不输油时的结构示意图；

图10是本发明在使用状态下穿梭油轮和深海立柱式生产储卸油平台之间可能的相对位置的示意图；图10a是本发明在使用状态下穿梭油轮和深海立柱式生产储卸油平台之间的初始位置示意图；图10b是本发明穿梭油轮相对于深海立柱式生产储卸油平台逆时针转120度的示意图；图10c是本发明穿梭油轮相对于深海立柱式生产储卸油平台逆时针转360度的示意图；图10d是本发明穿梭油轮相对于深海立柱式生产储卸油平台逆时针转720度的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图6、图7所示，本发明提供的一种用于深海立柱式生产储卸油平台100的外输装置，用于对穿梭油轮500进行定位，并将深海立柱式生产储卸油平台100中的原油输送至穿梭油轮500中。包括环形轨道1、滑车2、系泊缆系统3、穿梭油轮500和漂浮软管600；环形轨道1位于海面以上，并通过桁架(图中未示出)固定在深海立柱式生产储卸油平台100上；滑车2安装在环形轨道1上，并能够沿环形轨道1的周向自由滑动；穿梭油轮500漂浮在海面上，并通过系泊缆系统3与滑车2连接，漂浮软管600连接在深海立柱式生产储卸油平台100和穿梭油轮500之间，用于输送原油。

在一个实施例中，如图8所示，环形轨道1包括内环轨道11、外环轨道12和连接块13，外环轨道12套设在内环轨道11的外部，在内环轨道11和外环轨道12之间且沿环形轨道1的圆周方向间隔分布多个连接块13，每一连接块13固定连接在内环轨道11和外环轨道12之间，每相邻两连接块13以及内环轨道11和外环轨道12之间围成一槽口14，能够允许深海立柱式生产储卸油平台100上的系泊系统、漂浮软管600穿过，滑车2滑动设置在外环轨道12上。

在一个优选实施例中，环形轨道1为由绕圆周方向顺次连接的多个弧形轨道构成，相邻两弧形轨道之间为可拆卸连接，以方便现场安装。

在一个优选实施例中，内环轨道11和外环轨道12之间的间距约为1米。

在一个优选实施例中，环形轨道1与海平面的距离在8～10米，尽量避免波浪拍击造成环形轨道1的变形。

在一个优选实施例中，在环形轨道1上设置牺牲阳极，以防止轨道生锈。

在一个实施例中，滑车2和环形轨道1的接触面之间为滚动摩擦；具体地，在滑车2上安装与环形轨道1的滑轨配合的滚轮，使滑车只能在环形轨道1的圆周方向上运动，在环形轨道1和滑车2之间的接触面保持高度光滑并涂润滑油。

在一个实施例中，在滑车2的外侧设置用于固定系泊缆系统3的板眼，在系泊缆系统3拉力的作用下，滑车2沿环形滑轨1可轻松地滑动。

在一个实施例中，如图9所示，系泊缆系统3包括连接在滑车2上的平台端防摩擦链31，一端与平台端防摩擦链31连接且漂浮于海面上的漂浮尼龙缆32，漂浮于海面上的支撑浮筒33，连接在漂浮尼龙缆32的另一端和支撑浮筒33上的油轮端防摩擦链34，与油轮端防摩擦链34连接的提缆35，以及设置在提缆35上的浮标36；空置状态下，系泊缆系统3在浪流作用下自由漂动，当进行外输作业时，驾驶穿梭油轮500至浮标36附近，将系泊缆系统3的油轮端防摩擦链34系泊于穿梭油轮500的船首。

进一步的，系泊缆系统3的组成不限于平台端防摩擦链31、漂浮尼龙缆32、支撑浮筒33、油轮端防摩擦链34、提缆35和浮标36，也可简化成单一尼龙绳或其他材料；也不限定于漂浮于水面，也可以收于深海立柱式生产储卸油平台100的甲板上，需要外输时递给穿梭油轮500。

在一个优选实施例中，深海立柱式生产储卸油平台100上的系泊系统为锚链系统200。

在一个实施例中，在深海立柱式生产储卸油平台100上设置用于卷绕漂浮软管600的滚筒系统4，深海立柱式生产储卸油平台100上设置保护通道5，保护通道5自滚筒系统4侧竖直向下穿过环形轨道1并延伸至海面附近；具体地，保护通道5包括钢制保护管51，以及设置在钢制保护管51的下游端的喇叭口52，以避免漂移软管在钢制保护管的下游端出现过弯现象。

在一个实施例中，滚筒系统4包括固定在深海立柱式生产储卸油平台100的顶部的支架41，转动设置在支架41上的滚筒42，设置在支架41上并驱动滚筒42转动的伺服电机，以及控制伺服电机运行的自动控制系统(图中未示出)；自动控制系统包括软管拉力传感器、油轮GPS和中控计算机，软管拉力传感器设置在漂浮软管600上，用于实时采集漂浮软管600上的拉力信息，油轮GPS设置在穿梭油轮500上，用于实时获取穿梭油轮的位置信息；中控计算机设置在深海立柱式生产储卸油平台100上，软管拉力传感器和油轮GPS均与中控计算机连接，中控计算机根据软管拉力传感器和油轮GPS传来的信号控制伺服电机的正反转，进而控制滚筒42释放或收紧漂浮软管600。

在一个优选实施例中，软管拉力传感器设置在漂浮软管600的中部，在位于软管拉力传感器两侧的漂浮软管600上各设置一远程控制阀门，远程控制阀门与中控计算机连接；当软管拉力达到一定数值后，中控计算机根据软管拉力传感器传来的信号控制远程控制阀门关闭，使得漂移软管600在两远程控制阀门处断开，避免漂浮软管600以外断裂时原油漏到海里。

在一个优选实施例中，在靠近海面附近的深海立柱式生产储卸油平台100的外部设置防碰垫或支架，在靠近海面附近的系泊系统的外部套设防碰圈7，防碰垫或防碰圈7均可采用较软的橡胶材料制成，避免漂移软管600在与锚链或平台碰撞中被刮伤，即使穿梭油轮500在外输时绕深海立柱式生产储卸油平台100旋转±720度以内，均不用担心漂移软管600被破坏。

在一个优选实施例中，漂移软管600长度和允许绕深海立柱式生产储卸油平台100的圈数可根据当地海况以及平台尺寸和作业需求而定；一般大于500米，其长度能够满足绕深海立柱式生产储卸油平台100两周后还能到达穿梭油轮500中部的输油终端处。

本发明的外输装置的具体工作的原理和实施方式如下：

首先，如图6、图7、图9所示，深海立柱式生产储卸油平台100在系泊系统(如锚链系统200)的作用下定位于海中，当不进行原油外输时，通过滚筒系统4将漂浮软管600卷绕收起至平台上，环形轨道1位于海面以上并固定于深海立柱式生产储卸油平台100的外部，环形轨道1上的槽口14允许锚链和保护通道5通过；滑车12安装在环形轨道1上，并通过滚轮与环形轨道1上的滑轨滚动配合；系泊缆系统3的一端与滑车2相连，另一端自由漂浮于水中，在浪流作用下自由漂动。

然后，当需要进行原油外输时，穿梭油轮500行驶至深海立柱式生产储卸油平台100的附近，拾起提缆35和浮标36，将油轮端防摩擦链34拉上穿梭油轮500，并固定于船首的止链器上。在风浪流的作用下，油轮自动将系泊缆系统3拉紧，如图7所示，在不同方向的风浪流作用下，穿梭油轮500受到外力，会带动滑车2绕深海立柱式生产储卸油平台100运动，滑车2可自由滑动到环形轨道1的任意位置，始终保持穿梭油轮500位于深海立柱式生产储卸油平台100的下风向和背浪向。自动控制系统控制滚筒42转动下放漂浮软管600，从喇叭口52出来到达水面，并漂浮至穿梭油轮500处，连接穿梭油轮500的输油终端。

在进行原油外输时，由于海上风浪流方向不同，穿梭油轮500所处在深海立柱式生产储卸油平台100附近的位置也不同。具体的操作为：刚刚连接穿梭油轮500时，漂移软管600就近连接穿梭油轮500开始外输；在外输过程中，若风浪流方向发生改变时，漂移油轮500会自由绕深海立柱式生产储卸油平台100转动，同时漂移软管600也会随穿梭油轮500绕上深海立柱式生产储卸油平台100，如图10所示，以风浪流方向逆时针变化为例(顺时针变化情况类似)，从初始位置逐渐经历逆时针120度到360度，再到720度，在这个过程中漂移软管600长度会发生变化，中控计算机根据软管拉力传感器和油轮GPS传来的信号控制伺服电机转动，实时控制滚筒42释放或收紧漂浮软管600，避免漂浮软管600过松或过紧，保证其安全输送原油。一般深海立柱式生产储卸油平台100的直径小于40米，因此绕深海立柱式生产储卸油平台100一圈不超过150米，若漂浮软管600的总长为500米，即可满足软管最大能绕平台顺时针或逆时针两圈，而原油外输大约需要24小时，一般情况下24小时内海上的风浪流方向变化不会超过两个往复(即+/-720度)，因此500米的漂浮软管可满足大多数情况下的原油外输作业。

另外，漂移软管600绕在深海立柱式生产储卸油平台100的外围，可能会与深海立柱式生产储卸油平台100或锚链系统200碰撞，在靠近海面附近区域的锚链上设有防撞圈7，在靠近海面区域的深海立柱式生产储卸油平台100的外围上也设有防碰撞层或支架。由于平台表面足够光滑且直径足够大，因此软管不会发生过弯的情况，唯一造成软管破坏的情况就是张力过大。

然而，当发生极度特殊海况，即在24小时内风浪流方向的改变超过两次往复(720度)时，穿梭油轮500绕深海立柱式生产储卸油平台100转动超过两圈，这时，漂浮软管600的长度已经释放到最大，继续转动后，软管将被过度拉伸，当软管上的拉力达到一定程度，中控计算机控制漂浮软管600上的两远程控制阀门关闭，自动关停原油输送并断开漂移软管600，以防止软管600在拉力过大时受损。而在这个过程中穿梭油轮500始终在深海立柱式生产储卸油平台100的下风向，因此，不论多么恶劣的风浪条件，穿梭油轮500与深海立柱式生产储卸油平台100不会发生碰撞。漂浮软管600自动断开后，只需要等待风浪条件允许后，中控计算机控制两远程控制阀门打开，漂浮软管600的输油通路重新打开，漂移软管600又可以随穿梭油轮500在±720度内自由旋转。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：包括环形轨道（1）、滑车（2）、系泊缆系统（3）、穿梭油轮（500）和漂浮软管（600）；所述环形轨道（1）位于海面以上，并通过桁架固定在深海立柱式生产储卸油平台（100）上；所述滑车（2）安装在所述环形轨道（1）上，并能够沿所述环形轨道（1）的周向自由滑动；所述穿梭油轮（500）漂浮在海面上，并通过所述系泊缆系统（3）与所述滑车（2）连接，所述漂浮软管（600）连接在所述深海立柱式生产储卸油平台（100）和穿梭油轮（500）之间，用于输送原油；

在所述深海立柱式生产储卸油平台（100）上设置用于卷绕漂浮软管（600）的滚筒系统（4）；

滚筒系统（4）包括固定在所述深海立柱式生产储卸油平台（100）的顶部的支架（41），转动设置在所述支架（41）上的滚筒（42），设置在所述支架（41）上并驱动所述滚筒（42）转动的伺服电机，以及控制所述伺服电机运行的自动控制系统；所述自动控制系统包括软管拉力传感器、油轮GPS和中控计算机，所述软管拉力传感器设置在所述漂浮软管（600）上，用于实时采集所述漂浮软管（600）上的拉力信息，所述油轮GPS设置在所述穿梭油轮（500）上，用于实时获取所述穿梭油轮（500）的位置信息；所述中控计算机设置在所述深海立柱式生产储卸油平台（100）上，所述软管拉力传感器和油轮GPS均与所述中控计算机连接，所述中控计算机根据所述软管拉力传感器和油轮GPS传来的信号控制所述伺服电机的正反转。

2.如权利要求1所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：所述环形轨道（1）为由绕圆周方向顺次连接的多个弧形轨道构成，相邻两所述弧形轨道之间为可拆卸连接。

3.如权利要求1所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：所述环形轨道（1）包括内环轨道（11）、外环轨道（12）和连接块（13），所述外环轨道（12）套设在所述内环轨道（11）的外部，在所述内环轨道（11）和外环轨道（12）之间且沿所述环形轨道（1）的圆周方向间隔分布多个所述连接块（13），每一所述连接块（13）固定连接在所述内环轨道（11）和所述外环轨道（12）之间，每相邻两所述连接块（13）以及内环轨道（11）和外环轨道（12）之间围成槽口（14），所述滑车（2）滑动设置在所述外环轨道（12）上。

4.如权利要求1所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：所述环形轨道（1）与海平面的距离在8～10米，在所述环形轨道（1）上设置牺牲阳极；所述滑车（2）和环形轨道（1）的接触面之间为滚动摩擦；在滑车（2）的外侧设置用于固定所述系泊缆系统（3）的板眼。

5.如权利要求1所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：所述系泊缆系统（3）包括连接在所述滑车（2）上的平台端防摩擦链（31），一端与所述平台端防摩擦链（31）连接且漂浮于海面上的漂浮尼龙缆（32），漂浮于海面上的支撑浮筒（33），连接在所述漂浮尼龙缆（32）的另一端以及支撑浮筒（33）上的油轮端防摩擦链（34），与所述油轮端防摩擦链（34）连接的提缆（35），以及设置在所述提缆（35）上的浮标（36）。

6.如权利要求1所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：所述深海立柱式生产储卸油平台（100）上设置保护通道（5），所述保护通道（5）自所述滚筒系统（4）的下方竖直向下穿过环形轨道（1）并延伸至海面附近。

7.如权利要求1所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：所述软管拉力传感器设置在所述漂浮软管（600）的中部，在位于所述软管拉力传感器两侧的所述漂浮软管（600）上各设置远程控制阀门，所述远程控制阀门与所述中控计算机连接。

8.如权利要求6所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：所述保护通道（5）包括钢制保护管（51），以及设置在所述钢制保护管（51）的下游端的喇叭口（52）。

9.如权利要求1所述的一种用于深海立柱式生产储卸油平台的外输装置，其特征在于：在靠近海面附近的深海立柱式生产储卸油平台（100）的外部设置防碰垫或支架，防碰垫采用较软的橡胶材料制成；所述漂浮软管（600）大于500米。