CN111422311B - 一种浮式平台中试试验压载水系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浮式平台中试试验压载水系统及其控制方法。所述试验压载水系统包括两条压载水循环管路；一条压载水循环管路包括注水泵和分别连接于其入水口和出水口的注水泵泵前管路和注水泵泵后管路；注水泵泵前管路和注水泵泵后管路分别与水池和压载水舱相连通；另一条压载水循环管路包括抽水泵和分别连接于其入水口和出水口的抽水泵泵前管路和抽水泵泵后管路；抽水泵泵前管路和抽水泵泵后管路分别与压载水舱和水池相连通。本发明通过电源开关控制压载水泵的运行状态，并通过有关阀件调节加注压载水的流量，在“新型深水钻井生产立式储油平台”储卸油操作中可有效保持平台的吃水，该吃水位置可在平台的设计水线或其他位置，从而保证中试试验顺利进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种浮式平台中试试验压载水系统及其控制方法，属于船舶与海洋工程领域。
背景技术
在海上作业的浮式平台需要一套完整的压载水系统来保证其具有良好的浮态。随着近海油气资源的日益减少和油气田开发的总成本不断增加，对新型深水海洋平台研发要求不断提高。中国专利CN103912245A和美国专利US9327805B2均提出了一种“新型深水钻井生产立式储油平台”，它采用油水置换技术把Spar平台生产的原油储存在平台主体位于水面以下的储油舱中，从而大大减小了深海油气开采成本。
油水置换技术也叫湿式储油技术，该技术已被国外石油公司广泛用于重力式混凝土储油平台和海底储油舱。油水置换储油技术的原理为：油水不相溶且油的密度低于水；储油时，原油以较低的速度从舱顶注入储油舱，油会浮在水的上面，相同体积的海水则从舱底被排出舱外，同时，油和水在舱内会自发地形成一个油水界面；卸油时，从舱顶以较高的速度抽取原油，由于舱底的海水与外界海水连通，海水受静水压力的作用从舱底进入储油舱并填充原油空间。在储卸油过程中，油水界面上下移动，不断调整舱内原油和海水的相对体积，使储油舱始终保持充满液体状态。由于湿式储油舱内始终充满油和水且位于水面以下，受风浪、海流和冰等影响较小，结构承受载荷较小，需要的舱容和压载量较小，因此，与传统干式储油技术相比，油水置换技术的储油成本较低，且储油安全性较高，优势非常明显。
新型深水海洋平台的研发需要做大量的模型试验进行验证。研发新型深水海洋平台需要逐步跨越技术成熟度台阶，其中小试的技术成熟度可达到4-5级。按照国际新技术研发程度的标准(TRL)，必须进行高仿真度的中试试验，使技术成熟度达到7级，从而将新技术推向工业应用。在中试试验中必须考虑该平台的压载水系统及其控制方法。
目前鲜有针对海洋平台的中试试验，更没有适用于中试试验的压载水系统及其控制方法。浮式平台中试试验压载水系统的设计需考虑该新型平台的技术要求及中试试验的成本及可行性。对于中国专利CN103912245A和美国专利US9327805B2提供的“新型深水钻井生产立式储油平台”，在储油流程，等体积的原油将等体积的海水置换出储油舱，平台载重减小，在卸油流程，等体积的海水将等体积的原油置换出储油舱，平台载重增大。相应地，平台的吃水将会发生变化。为保证中试试验的顺利进行，需设计一套保持该新型浮式海洋平台吃水不变的压载水系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮式平台中试试验压载水系统，以有效保持浮式平台中试模型的浮态，从而保证中试试验的顺利进行，为浮式平台的创新性技术研究提供保障。
本发明所提供的压载水系统适用于深水钻井生产立式储油平台，尤其是中国专利申请CN103912245A公开的新型深水钻井生产立式储油平台；其中的压载水舱为新型深水钻井生产立式储油平台的一部分，置于平台顶部，为环形水密结构，与储油舱隔离。该压载水舱顶部即平台上甲板，在甲板上开设圆形孔，使压载水管路自由穿过。
本发明所提供的浮式平台中试试验压载水系统，包括两条压载水循环管路；
一条所述压载水循环管路包括注水泵和分别连接于其入水口和出水口的注水泵泵前管路和注水泵泵后管路；所述注水泵泵前管路和所述注水泵泵后管路分别与水池和压载水舱相连通；
另一条所述压载水循环管路包括抽水泵和分别连接于其入水口和出水口的抽水泵泵前管路和抽水泵泵后管路；所述抽水泵泵前管路和所述抽水泵泵后管路分别与所述压载水舱和所述水池相连通；
所述注水泵和所述抽水泵均为具有自吸能力的冷热水自吸电泵。
所述的压载水系统中，所述注水泵泵前管路、所述注水泵泵后管路、所述抽水泵泵前管路和所述抽水泵泵后管路均采用PVC钢丝软管，以方便布置及防止管路折叠堵塞。
所述的压载水系统中，所述注水泵的出水口通过三通管与所述注水泵泵后管路和回水管路相连通；
所述回水管路上设置截止阀；
对应于不同的注油流量(对应于不同的原油生产速率)，可在所述截止阀上做相应的标记，以适应不同的工况；
所述回水管路与所述水池相连通。
所述的压载水系统中，所述回水管路悬挂于所述水池的边缘，便于观察。
所述的压载水系统中，所述抽水泵泵后管路悬挂于所述水池的边缘，便于观察。
所述的压载水系统中，所述注水泵、所述抽水泵以及为所述注水泵和所述抽水泵供电的电源位于所述水池的侧壁的顶部，且由遮蔽容器覆盖，并在顶部覆盖彩钢瓦，防治雨水对电机及电源造成损坏。
所述电源可采用最简单多开关插排，将注水泵及抽水泵电机线路分别接于插排，并对对应的电源开关做标注。通过操作相应电源的开关，可操控注水泵及抽水泵的运行状态。电源可固定于所述遮蔽容器内壁上。
本发明提供的压载水系统的控制方法，包括如下步骤：
储油时，生产的原油由平台上部注入储油舱，此时开启所述注水泵，使压载水的注水流量与原油的进油流量相协调，使所述平台的吃水维持不变；
卸油时，所述储油舱储存的原油由所述平台上部抽出，此时开启所述抽水泵，使压载水的抽水流量与原油的出油流量相协调，使所述平台的吃水维持不变。
其中，所述注水泵和所述抽水泵的功率均由公式(1)确定：
P＝((ρ水-ρ油)/ρ水)·P' (1)
式中，P表示注水泵或抽水泵的功率，相应地，P'表示储油泵或卸油泵的功率，ρ水及ρ油分别表示水及油的密度。
其中压载水由水池抽取，与储油舱置换水密度一致。
本发明压载系统，通过电源开关控制压载水泵的运行状态，并通过有关阀件调节加注压载水的流量，在“新型深水钻井生产立式储油平台”储卸油操作中可有效保持平台的吃水，该吃水位置可在平台的设计水线或其他位置，从而保证中试试验顺利进行，为该新型深水平台的创新性技术研究提供了保障。
附图说明
图1是本发明提供的浮式平台中试试验压载水系统的结构示意图。
图中各标记如下：
1、新型深水钻井生产立式储油平台，2、水池，3、池壁，4、压载水舱，5、遮蔽容器，6、注水泵，7、抽水泵，8、截止阀，9、电源，10、注水泵泵前管路，11、注水泵泵后管路，12、抽水泵泵前管路，13、抽水泵泵后管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
图1示出了本发明提供的浮式平台中试试验压载水系统的结构图，其结构如下：压载水舱4位于新型深水钻井生产立式储油平台1上部，为一环形中心对称的水密舱室。压载水管路采用PVC钢丝软管，以方便布置及防止管路折叠堵塞，共两套：一套用于注入压载水，一套用于抽取压载水。软管直径大小与注水泵6或抽水泵7功率匹配。其中注水管路与注水泵6相连接，注水泵泵前管路10插入水池2中，压载水由水池2抽取，注水泵6的出水口连接三通管，分别连接回水管路和注水泵泵后管路11，压载水通过注水泵6后，可通过注水泵泵后管路11进入压载水舱4，多余的压载水由回水管路流回水池2，并在回水管路上设置截止阀8，以调节进入压载水舱4压载水的流量。抽水管路与抽水泵7相连接，抽水泵泵前管路12插入压载水舱4中，压载水由压载水舱4抽取，压载水经由抽水泵7流入水池2。流回水池的两个软管(回水管路和抽水泵泵后管路13)可悬空置于池沿，便于观察。
电源9为注水泵6和抽水泵7供电，采用最简单多开关插排，将注水泵6及抽水泵7电机线路分别接于插排，并对对应的电源开关做标注。通过操作相应电源9的开关，可操控注水泵6及抽水泵7的运行状态。注水泵6、抽水泵7和电源9由遮蔽容器5覆盖，遮蔽容器5为一木质方箱，以保证注水6泵及抽水泵7散热，并在顶部覆盖彩钢瓦，防治雨水对电机及电源造成损坏。遮蔽容器5可置于水池2旁边。
储油时，生产的原油由平台上部注入储油舱，此时打开注水泵6，调节截止阀8，使压载水的注水流量与原油的进油流量相协调，此时新型深水钻井生产立式储油平台1吃水维持不变。卸油时，储油舱储存的原油由平台上部抽出，此时打开抽水泵7，使压载水的抽水流量与原油的出油流量相协调，此时新型深水钻井生产立式储油平台1吃水维持不变。
对于新型深水钻井生产立式储油平台，由于注油流量较小且受油田生产效率影响，因此在该浮式平台中试试验压载水系统中设置截止阀8调节压载水注水流量，以适应不同的原油进油流量。卸油时，考虑到经济效益，原油将尽可能快地被卸掉，在中试试验中卸油速度保持恒定，当抽水泵的额定功率根据卸油速率选定后，水线将基本保持恒定，因此抽水系统不必设置阀门。
Claims (5)
1.一种浮式平台中试试验压载水系统，包括两条压载水循环管路；
一条所述压载水循环管路包括注水泵和分别连接于其入水口和出水口的注水泵泵前管路和注水泵泵后管路；所述注水泵泵前管路和所述注水泵泵后管路分别与水池和压载水舱相连通；
另一条所述压载水循环管路包括抽水泵和分别连接于其入水口和出水口的抽水泵泵前管路和抽水泵泵后管路；所述抽水泵泵前管路和所述抽水泵泵后管路分别与所述压载水舱和所述水池相连通；
所述注水泵泵前管路、所述注水泵泵后管路、所述抽水泵泵前管路和所述抽水泵泵后管路均采用PVC钢丝软管；
所述注水泵的出水口通过三通管与所述注水泵泵后管路和回水管路相连通；
所述回水管路上设置截止阀；
所述回水管路与所述水池相连通；
所述压载水系统用于保持浮式平台储卸油操作中吃水不变。
2.根据权利要求1所述的压载水系统，其特征在于：所述回水管路悬挂于所述水池的边缘。
3.根据权利要求1或2所述的压载水系统，其特征在于：所述抽水泵泵后管路悬挂于所述水池的边缘。
4.根据权利要求3所述的压载水系统，其特征在于：所述注水泵、所述抽水泵以及为所述注水泵和所述抽水泵供电的电源位于所述水池的侧壁的顶部，且由遮蔽容器覆盖。
5.权利要求1-4中任一项所述浮式平台中试试验压载水系统的控制方法，包括如下步骤：
储油时，生产的原油由平台上部注入储油舱，此时开启所述注水泵，使压载水的注水流量与原油的进油流量相协调，使所述平台的吃水维持不变；
卸油时，所述储油舱储存的原油由所述平台上部抽出，此时开启所述抽水泵，使压载水的抽水流量与原油的出油流量相协调，使所述平台的吃水维持不变；
所述注水泵和所述抽水泵的功率均由公式（1）确定：
P=((ρ水-ρ油)/ρ水)·P' （1）
式中，P表示注水泵或抽水泵的功率，相应地，P'表示储油泵或卸油泵的功率，ρ水及ρ油分别表示水及油的密度；
所述平台为深水钻井生产立式储油平台。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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